WO2022268354A1

WO2022268354A1 - Heating device and method for monitoring a pumping device

Info

Publication number: WO2022268354A1
Application number: PCT/EP2022/000031
Authority: WO
Inventors: Christian Bauer
Original assignee: Truma Gerätetechnik GmbH & Co. KG
Priority date: 2021-06-25
Filing date: 2022-03-22
Publication date: 2022-12-29
Also published as: DE102021003261A1

Abstract

The invention relates to a heating device comprising a burner device (1) and a monitoring device (3). The monitoring device (3) monitors a pump device (10) of the burner device (1) by evaluating a current signal that can be tapped from a solenoid coil (13) that moves a piston (11). The monitoring device (3) forms a time derivative of the current signal and generates a comparison result based on the time derivative and a reference value. Depending on the comparison result, the monitoring device (3) signals a fault state of the pump device (10). The invention also relates to a method for monitoring a pump device (10).

Description

Heizvorrichtung und Verfahren zur Überwachung einer Pumpenvorrichtung Heating device and method for monitoring a pump device

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung. Die Heizvorrichtung ist vorzugweise als Luftheizung und/oder als Erhitzer zum Erhitzen einer Flüssigkeit, z. B. Brauchwasser ausgestaltet. The present invention relates to a heating device. The heating device is preferably an air heater and/or a heater for heating a liquid, e.g. B. hot water designed.

Im Stand der Technik ist es bekannt, Pumpen für die Förderung von Brennstoffen in Heiz vorrichtungen zu verwenden und die jeweiligen Stromsignale auszuwerten (siehe z. B. die DE 10 2016 103 249 A1). So ist es beispielsweise bekannt, einen typischen S-förmigen Signalverlauf zu erwarten, der mit der Bewegung eines Ankers als Teil der Pumpenvorrichtung verbunden ist (siehe z. B. die DE 197 30 594 C2). Ähnlich ist auch die Auswertung in Bezug darauf, ob eine Flüssigkeit oder Luft gefördert wird, siehe z. B. die DE 10 2017 204 077 A1. Somit ist es möglich, anhand des Stromsignals der Pumpenvorrichtung eine Aus sage über das Funktionieren und insbesondere über Fehlerzustände der Pumpenvorrich tung zu ermitteln. Dies offenbaren bei unterschiedlichen Anwendungen z. B. auch die DE 3942836 C2, die DE 100 34830 A1 , die DE 102007 061 478 A1 , die DE 602004008 910 T2, die DE 102014 012 307 B3, die DE 102017008 988 A1 oder die DE 102011 088699 B4. It is known in the prior art to use pumps for conveying fuels in heating devices and to evaluate the respective current signals (see, for example, DE 10 2016 103 249 A1). For example, it is known to expect a typical S-shaped signal curve associated with the movement of an armature as part of the pump device (see, for example, DE 197 30 594 C2). The evaluation with regard to whether a liquid or air is conveyed is similar, see e.g. B. DE 10 2017 204 077 A1. It is thus possible to use the current signal of the pump device to determine a statement about the functioning and, in particular, about error states of the pump device. This reveal in different applications z. B. also DE 3942836 C2, DE 100 34830 A1, DE 102007 061 478 A1, DE 602004008 910 T2, DE 102014 012 307 B3, DE 102017008 988 A1 or DE 102011 B 48.8699

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Heizvorrichtung vorzuschlagen, bei der ein Fehlerzustand der Pumpenvorrichtung möglichst sicher erkannt wird. The object on which the invention is based is to propose a heating device in which a faulty state of the pump device is detected as reliably as possible.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Heizvorrichtung zum Erwärmen von Luft und/oder zum Erhitzen einer Flüssigkeit, mit einer Brennervorrichtung, die durch Verbrennung eines Brennstoffluftgemischs thermische Energie erzeugt, mit einem Wärmetauscher, der die von der Brennervorrichtung erzeugte thermische Energie auf Luft und/oder die Flüssigkeit überträgt, und mit einer Überwachungsvorrichtung, wobei die Brennervorrichtung eine Pumpen vorrichtung zum Fördern eines Brennstoffs aufweist, wobei die Überwachungsvorrichtung die Pumpenvorrichtung überwacht, wobei die Pumpenvorrichtung einen Kolben und eine Magnetspule aufweist, wobei die Magnetspule den Kolben bewegt, wobei die Überwa chungsvorrichtung ein von der Magnetspule abgreifbares Stromsignal auswertet, wobei die Überwachungsvorrichtung eine zeitliche Ableitung des Stromsignals oder eines vom Stromsignal abhängigen Signals bildet, wobei die Überwachungsvorrichtung ausgehend von der zeitlichen Ableitung oder mindestens einem einem Zeitfenster zugeordneten Abschnitt der The invention solves the problem with a heating device for heating air and/or for heating a liquid, with a burner device that generates thermal energy by burning a fuel-air mixture, with a heat exchanger that transfers the thermal energy generated by the burner device to air and/or the liquid transfers, and with a monitoring device, the burner device having a pump device for delivering a fuel, the monitoring device monitoring the pump device, the pump device having a piston and a magnetic coil, the magnetic coil moving the piston, the monitoring device a evaluates the current signal that can be tapped off from the magnet coil, the monitoring device forming a time derivative of the current signal or a signal dependent on the current signal, the monitoring device starting from the time derivative or at least one one Timeslot associated section of

BESTATIGUNGSKOPIE zeitlichen Ableitung und ausgehend von mindestens einem Referenzwert ein Vergleichsergebnis erzeugt, und wobei die Überwachungsvorrichtung in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis einen Fehlerzustand der Pumpenvorrichtung signalisiert. CONFIRMATION COPY time derivation and based on at least one reference value generates a comparison result, and wherein the monitoring device signals a fault condition of the pump device depending on the comparison result.

Bei der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung wird das Stromsignal der Magnetspule ausgewertet, um eine Aussage über das Pumpenvorrichtung und insbesondere über das Vorlie gen eines Fehlerzustands zu erhalten. Dafür wird von dem Stromsignal oder einem davon abhängigen Signal eine zeitliche Ableitung gebildet. Ausgehend von der zeitlichen Ableitung oder einem Abschnitt der Ableitung, der einem Zeitfenster zugeordnet ist, und ausgehend von mindestens einem Referenzwert wird ein Vergleichsergebnis generiert. Der Referenzwert ist dabei einem Fehlerbild bzw. einem fehlerfreien Verhalten zugeordnet. Der Vergleich zwischen der zeitlichen Ableitung (bzw. einem Abschnitt davon) und dem Referenzwert erlaubt es somit festzustellen, ob ein Fehler vorliegt oder nicht. Daher kann in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis ein Fehlerzustand der Pumpenvorrichtung signali siert werden. Das Stromsignal ist dabei das Signal, das sich während der Beaufschlagung der Magnetspule mit einer elektrischen Spannung, also bei der Ansteuerung der Pumpen vorrichtung abgreifen lässt. Die Auswertung des Stromsignals erlaubt eine eindeutige Detektion von Fehlerzuständen und eine eindeutige Zuordnung zu den betroffenen Komponenten. Die Signalisierung erfolgt beispielsweise über zugeordnete Fehlercodes. In the heating device according to the invention, the current signal of the magnetic coil is evaluated in order to obtain information about the pump device and in particular about the presence of an error condition. For this purpose, a time derivative is formed from the current signal or a signal dependent thereon. A comparison result is generated based on the time derivative or a section of the derivative that is assigned to a time window and based on at least one reference value. The reference value is assigned to an error pattern or error-free behavior. The comparison between the time derivative (or a section thereof) and the reference value thus makes it possible to determine whether an error is present or not. Therefore, depending on the result of the comparison, an error state of the pump device can be signaled. The current signal is the signal that can be picked up while the magnet coil is being subjected to an electrical voltage, ie when the pump device is activated. The evaluation of the current signal allows a clear detection of error states and a clear assignment to the affected components. The signaling takes place, for example, via assigned error codes.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Überwachungsvorrichtung das Stromsignal mit einer vorgegebenen Abtastrate abtastet und ein Abtastsignal erzeugt und dass die Überwa chungsvorrichtung die zeitliche Ableitung des Abtastsignals bildet. Das Abtastsignal ist somit ein Beispiel für ein vom Stromsignal abhängiges Signal. In einer Ausgestaltung wird das Stromsignal z. B. mit einer Frequenz größer als 1 kHz abgetastet und in einem Vektor ge speichert. Vorzugsweise erfolgt vor der Berechnung der numerischen Ableitung eine Signalfilterung. One embodiment provides that the monitoring device samples the current signal at a predetermined sampling rate and generates a sampled signal, and that the monitoring device forms the time derivative of the sampled signal. The scanning signal is thus an example of a signal dependent on the current signal. In one embodiment, the current signal z. B. is sampled at a frequency greater than 1 kHz and stores ge in a vector. Signal filtering preferably takes place before the calculation of the numerical derivation.

In einer Ausgestaltung erzeugt die Überwachungsvorrichtung das Vergleichsergebnis in Abhängigkeit von einem vorgebbaren Toleranzbereich. In dieser Ausgestaltung wird somit festgestellt, ob eine Abweichung zwischen der zeitlichen Abweichung und dem Referenz wert außerhalb eines Toleranzbereichs liegt. Gemäß einer Ausgestaltung erzeugt die Überwachungsvorrichtung ausgehend von zwei Referenzwerten, die unterschiedlichen Fehlerzuständen zugeordnet sind, jeweils ein zugeordneten Vergleichsergebnis. In dieser Ausgestaltung werden zwei Referenzwerte herangezogen, um zwei unterschiedliche Fehlerzustände zu identifizieren. In einer Ausgestaltung ist ein Fehlerzustand, dass der Kolben blockiert, und ist der andere Fehlerzustand, dass Luft gefördert wird, dass also ein Trockenlauf vorliegt. In one embodiment, the monitoring device generates the comparison result as a function of a predefinable tolerance range. In this embodiment, it is thus determined whether a deviation between the time deviation and the reference value is outside a tolerance range. According to one refinement, the monitoring device generates an associated comparison result in each case on the basis of two reference values which are associated with different error states. In this embodiment, two reference values are used to identify two different error states. In one embodiment, one fault state is that the piston is blocked, and the other fault state is that air is being pumped, ie dry running is present.

In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Vergleichsergebnis davon abhängt, ob die Magnetspule den Kolben bewegt. Es wird somit der Fehlerzustand eines blockierten Kol bens erkannt. In einer alternativen oder ergänzenden Ausgestaltung hängt das Vergleichs ergebnis davon ab, ob die Pumpenvorrichtung den Brennstoff und/oder Luft fördert. Es wird somit ein Trockenlauf der Pumpenvorrichtung erkannt. In one embodiment it is provided that the result of the comparison depends on whether the magnetic coil moves the piston. The fault condition of a blocked piston is thus recognized. In an alternative or supplementary embodiment, the result of the comparison depends on whether the pump device delivers fuel and/or air. It is thus detected that the pump device is running dry.

In Abhängigkeit vom jeweiligen Referenzwert können also unterschiedliche Fehler erkannt werden. Depending on the respective reference value, different errors can therefore be detected.

Im Folgenden wird geschildert, wie ein blockierter Kolben einer Dosierpumpe für flüssigkraftstoffbetriebene Heizungen mittels Analyse des elektrischen Pumpenstromes erkannt wird. Sitzt der Kolben fest, so findet keine Verbrennung statt. Und auch sich daran anschließende Versuche, die Brennervorrichtung zu starten, bleiben erfolglos. The following describes how a blocked piston of a metering pump for liquid fuel-operated heaters is detected by analyzing the electrical pump current. If the piston is stuck, no combustion will take place. And subsequent attempts to start the burner device are also unsuccessful.

In einer Dosierpumpe - als einem Beispiel für die Pumpenvorrichtung - ist ein federrückgestellter Kolben mit dem Anker eines Elektromagneten verbunden. Durch Beaufschlagen der Spule des Elektromagneten mit einer elektrischen Spannung entsteht ein Magnetfeld, welches die Kombination aus Anker und Pumpenkolben aus seiner Ruhelage an einen vorderen Anschlag zieht. Der dabei überstrichene Weg ergibt zusammen mit der Kolbenquerschnittfläche das geförderte Volumen. Nach Abschalten der Spannung baut sich das Mag netfeld ab und der Anker/Kolben kehrt durch die Vorspannkraft der Rückstellfelder in seine Ausgangslage zurück. In a metering pump - as an example of the pump device - a spring-returned piston is connected to the armature of an electromagnet. By applying an electrical voltage to the coil of the electromagnet, a magnetic field is created, which pulls the combination of armature and pump piston from its rest position to a front stop. The distance swept together with the piston cross-sectional area results in the delivered volume. After switching off the voltage, the magnetic field decreases and the armature/piston returns to its initial position due to the pretensioning force of the reset fields.

Eine elektrische Spule kann durch ihren ohmschen Widerstand R und ihre Induktivität L beschrieben werden, sodass für einen einfachen Stromkreis mit einer von außen aufge prägten Spannung U und dem Strom i gilt: di An electric coil can be described by its ohmic resistance R and its inductance L, so that for a simple electric circuit with an externally applied voltage U and the current i: you

U = R - i + L · — dt U = R - i + L — dt

Bei einem Elektromagnet mit einem beweglichen Anker ist die Induktivität L nicht konstant und lässt sich über die Änderung des verketteten magnetischen Flusses Y(ί,c), welcher vom Strom i durch die Spule und der Ankerposition x abhängt, beschreiben:

In an electromagnet with a moving armature, the inductance L is not constant and can be described by the change in the linked magnetic flux Y(ί,c), which depends on the current i through the coil and the armature position x:

Um einen Arbeitspunkt herum kann man folgende Näherungen vornehmen: dY/dί = const. = I sowie dY/dc ® const. = b. The following approximations can be made around an operating point: dY/dί = const. = I and dY/dc ® const. = b.

Damit vereinfacht sich die vorgenannte Gleichung zu:

This simplifies the above equation to:

Wird der Fall eines blockierten Kolbens (dx/dt = 0) betrachtet, so zeigt sich während der kompletten Ansteuerdauer der Magnetspule das Verhalten einer reinen Induktivität (siehe Fig. 3 a), Signalverlauf mit durchgezogener Linie). If the case of a blocked piston (dx/dt = 0) is considered, the behavior of a pure inductance (see Fig. 3a, signal curve with a solid line) is evident during the entire activation period of the magnetic coil.

Liegt der Normalzustand vor und ist somit der Kolben nicht blockiert, so wird beim Einschalten der Spannung solange ein Magnetfeld und damit eine Reluktanzkraft aufgebaut, bis sich der Anker gegen die Kraft der Rückstellfeder in Bewegung setzen kann. Da sich an schließend in der Pumpenvorrichtung die Geschwindigkeit dx/dt des Kolbens erhöht, verzögert sich der weitere Aufbau des Stromes di/dt und es kommt zu einem charakteristischen S-förmigen Stromverlauf (siehe Fig. 3 a), Signalverlauf mit gepunkteter Linie). Daher ist ein Fehlen des S-förmigen Verlaufes im Stromanstieg ein eindeutiges Zeichen für einen blockierten Anker bzw. einen blockierten Pumpenkolben. Ob der S-förmige Verlauf gegeben ist, wird durch die zeitliche Ableitung und durch den für den Fehlerzustand „Blockade des Kolbens bzw. des Ankers“ zugehörigen Referenzwert ermittelt. Dabei wird in einer Ausgestaltung in einem frei konfigurierbaren Bereich des Ableitungssig nals (also innerhalb von einem Abschnitt) danach gesucht, ob ein vorgegebener Referenzwert als einem Schwellenwert überschritten wird. Ist dies der Fall, so kann davon ausgegangen werden, dass sich der Anker der Pumpe während dieser Ansteuerung der Pum penvorrichtung nicht bewegt hat. If the state is normal and the piston is therefore not blocked, when the voltage is switched on, a magnetic field and thus a reluctance force is built up until the armature can start moving against the force of the return spring. Since the speed dx/dt of the piston then increases in the pump device, the further build-up of the current di/dt is delayed and a characteristic S-shaped current curve occurs (see FIG. 3a, signal curve with a dotted line). Therefore, a lack of the S-shaped curve in the current increase is a clear sign of a blocked armature or a blocked pump piston. Whether the S-shaped curve is given is determined by the time derivation and by the reference value associated with the error status "piston or armature blockage". In one embodiment, a search is made in a freely configurable area of the derivation signal (ie within a section) to determine whether a predefined reference value is being exceeded as a threshold value. If this is the case, it can be assumed that the armature of the pump did not move during this actuation of the pump device.

Im Folgenden wird das Erkennen eines Trockenlaufs einer Dosierpumpe für flüssigkraftstoffbetriebene Heizungen mittels Analyse des elektrischen Pumpenstromes beschrieben. In the following, the detection of dry running of a metering pump for liquid fuel-operated heaters is described by analyzing the electric pump current.

Dies ist relevant für zwei Anwendungsfälle: This is relevant for two use cases:

Während des Erststarts (der Erstbefüllung) der Heizvorrichtung ist es vorteilhaft zu wissen, ob und wann Kraftstoff in der Pumpe angekommen ist. Würde der Zeitpunkt detektiert wer den, so könnte ausgehend von der Leitungslänge von der Pumpenvorrichtung zu der Brennervorrichtung und ausgehend von dem Leitungsquerschnitt die Restdauer bis zur vollständigen Befüllung abgeschätzt und die Brenneransteuerung optimiert werden. Daher erlaubt die Erfindung eine komfortable und bedarfsgerechte (Erst-) Befüllung der Heizvorrichtung. During the first start (first filling) of the heating device, it is advantageous to know whether and when fuel has arrived in the pump. If the point in time were detected, the remaining time until complete filling could be estimated based on the line length from the pump device to the burner device and based on the line cross section, and the burner control could be optimized. Therefore, the invention allows a convenient and needs-based (initial) filling of the heating device.

Ist während des laufenden Betriebs kein Brennstoff vorhanden, so zieht die Pumpenvorrichtung während dem regulären Brennerbetrieb Luft. Dies führt dazu, dass das Kraftstoffsystem des Brenners belüftet wird und die Flamme im Brenner Undefiniert abreißt. Würde erkannt werden, dass die Pumpe von einem nassen in einen trockenen Betrieb übergeht, so könnte die Brennervorrichtung definiert abgeschaltet werden. Zusätzlich könnte eine Fehlermeldung ausgegeben werden, die auf eine leere Brennstoffversorgung hinweist. If no fuel is available during ongoing operation, the pump device draws air during regular burner operation. This will cause the burner fuel system to be vented and the flame in the burner will go out indefinitely. If it were recognized that the pump was changing from wet to dry operation, the burner device could be switched off in a defined manner. In addition, an error message could be issued that indicates an empty fuel supply.

Für die Betrachtung des Trockenlaufs wird von der obigen Formel ausgegangen:

The above formula is used to consider dry running:

Weiterhin wird auf den S-förmigen Verlauf im Stromsignal Bezug genommen, wenn sich der Anker in Bewegung setzt. Der Verlauf der Kolbengeschwindigkeit dx/dt und damit auch der Verlauf des Stromsignals ist abhängig von der Masse des Ankers bzw. des Kolbens, von der Vorspannung der Rückstellfeder und von dem von der Pumpe geförderten Medium. Wird wenig Medium oder sogar nur Luft gefördert, so kann der Pumpenkolben deutlich schneller Geschwindigkeit aufnehmen als im Normalzustand, wodurch der Strom tiefer einbricht (siehe Fig. 5 a), Signalverlauf mit gepunkteter Linie). Dieser Effekt wird verwendet, um einen Trockenlauf zu erkennen. Furthermore, reference is made to the S-shaped curve in the current signal when the armature starts to move. The course of the piston speed dx/dt and thus also the course of the current signal depends on the mass of the armature or the piston, on the preload of the return spring and on the medium delivered by the pump. If little medium or even only air is pumped, the pump piston can pick up speed much faster than in the normal state, which means that the flow drops deeper (see Fig. 5 a, signal curve with dotted line). This effect is used to detect a dry run.

Daher wird in einem frei konfigurierbaren Bereich des Ableitungsvektors eine Unterschrei- tung eines frei konfigurierbaren Referenzwertes gesucht. Wird dieser Schwellwert unterschritten, kann davon ausgegangen werden, dass die Pumpe in diesem Ansteuerpuls trocken gelaufen ist. Therefore, a drop below a freely configurable reference value is sought in a freely configurable range of the derivative vector. If the value falls below this threshold value, it can be assumed that the pump has run dry in this control pulse.

Vorzugsweise wird in einem ersten Schritt identifiziert, dass sich der Kolben bewegt hat. In einem zweiten Schritt wird ermittelt, was von der Pumpenvorrichtung gefördert wird, ob eine Flüssigkeit oder Luft oder eine Mischung aus Flüssigkeit und Luft. It is preferably identified in a first step that the piston has moved. In a second step, it is determined what is pumped by the pump device, whether a liquid or air or a mixture of liquid and air.

In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Überwachungsvorrichtung dann einen Feh lerzustand signalisiert, wenn innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums ein identisches Ver gleichsergebnis mit einer vorgegebenen Häufigkeit aufgetreten ist. Diese Ausgestaltung führt zu einer robusten Detektion eines Fehlerzustands, indem z. B. mehrfach hintereinan der die Pumpenvorrichtung angesteuert und das sich jeweils ergebende Stromsignal aus gewertet wird. Tritt der gleiche Fehler öfters auf, so führt dies erst zu einer Signalisierung des Fehlerzustands. In one embodiment, it is provided that the monitoring device then signals an error state if an identical comparison result has occurred with a predetermined frequency within a predetermined period of time. This configuration leads to a robust detection of an error condition by z. B. several times in a row which controls the pump device and the resulting current signal is evaluated. If the same error occurs repeatedly, this only leads to a signaling of the error status.

Gemäß einerweiteren Lehre bezieht sich die Erfindung generell auf ein Verfahren zur Über wachung einer Pumpenvorrichtung, wobei die Pumpenvorrichtung einen Kolben und eine Magnetspule zum Bewegen des Kolbens aufweist, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist: dass von der Magnetspule ein Stromsignal abgegriffen wird, dass eine zeitliche Ableitung des Stromsignals oder eines vom Stromsignal abhängigen Signals gebildet wird, dass die zeitliche Ableitung oder mindestens ein Abschnitt der zeitlichen Ableitung mit mindestens einem Referenzwert verglichen und ein Vergleichsergebnis erzeugt wird, und dass in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis ein Fehlerzustand der Pumpenvorrichtung signalisiert wird. Die Pumpenvorrichtung ist dabei beispielsweise Teil einer Bren nervorrichtung einer Heizvorrichtung. Die vorgenannten und folgenden Ausgestaltungen und Ausführungen betreffend der Heizvorrichtung beziehen sich entsprechend auch auf das Verfahren zur Überwachung. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird daher auf die restliche Beschreibung verwiesen. According to a further teaching, the invention generally relates to a method for monitoring a pump device, the pump device having a piston and a magnetic coil for moving the piston, the method having at least the following steps: that a current signal is tapped from the magnetic coil, that a time derivative of the current signal or a signal dependent on the current signal is formed, that the time derivative or at least a section of the time derivative is compared with at least one reference value and a comparison result is generated, and that a fault condition of the pump device is signaled as a function of the comparison result. The pump device is, for example, part of a burner device of a heating device. The above and following configurations and statements relating to the heating device also relate accordingly to the method for monitoring. In order to avoid repetition, reference is therefore made to the rest of the description.

Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Heizvorrichtung und das Verfahren auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Es zei gen: In detail, there are a number of possibilities for designing and developing the heating device and the method according to the invention. For this purpose, reference is made on the one hand to the patent claims subordinate to patent claim 1 and on the other hand to the following description of exemplary embodiments in conjunction with the drawing. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Heizvorrichtung, 1 shows a schematic representation of the heating device,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Pumpenvorrichtung, 2 shows a schematic representation of the pump device,

Fig. 3 a) und b) Stromsignale und zugehörige zeitliche Ableitungen mit blockiertem oder beweglichem Kolben, Fig. 3 a) and b) current signals and associated time derivatives with a blocked or moving piston,

Fig. 4 a), b) und c) ein schematisches Stromsignal, das abgetastete Stromsignal und die zeitliche Ableitung, 4 a), b) and c) a schematic current signal, the sampled current signal and the time derivative,

Fig. 5 a) und b) Stromsignale und zugehörige zeitliche Ableitungen mit Pumpe beim Fördern einer Flüssigkeit oder von Luft und Fig. 5 a) and b) current signals and associated time derivatives with a pump when pumping a liquid or air and

Fig. 6 a), b) und c) ein schematisches Stromsignal, das abgetastete Stromsignal und die zeitliche Ableitung. 6 a), b) and c) a schematic current signal, the sampled current signal and the time derivation.

In der Fig. 1 ist sehr schematisch eine Heizvorrichtung dargestellt. In einer Brennervorrich tung 1 wird ein Brennstoffluftgemisch verbrannt und die dabei freiwerdende thermische Energie wird in einem Wärmetauscher 2 auf Luft oder ein Medium, z. B. Brauchwasser übertragen. Die Brennervorrichtung 1 verfügt übereine Pumpenvorrichtung 10 zum Fördern des Brennstoffs, bei dem es sich beispielsweise um Diesel handelt. Die Überwachungsvorrichtung 3 überwacht das Arbeiten der Pumpenvorrichtung 10 und identifiziert insbesondere Fehlerzustände. Die Pumpenvorrichtung 10 ist in der Fig. 2 detaillierter dargestellt. Eine Magnetspule 13 umgibt einen Hohlraum 14, in welchen ein beweglicher Kolben bzw. ein Anker 11 einbring- bar ist. Der Hohlraum 14 ist dabei mit einem Förderkanal 15 für den Brennstoff verbunden. Wird die Magnetspule 13 mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt, so übt sie auf den Kolben 11 gegen die Rückstellfeder 12 eine magnetische Anziehungskraft aus. Ist die Kraft groß genug, so bewegt sich der Kolben 11 in den Hohlraum 14 hinein und fördert damit den Brennstoff. Während der Ansteuerung der Magnetspule 13 lässt sich ein elektrisches Stromsignal abgreifen, das Auskunft über das Funktionieren bzw. über das Vorliegen eines Fehlers geben kann. Dieses Stromsignal und seine Abhängigkeit von den Anwendungsbe dingungen wird in den folgenden Abbildungen beispielhaft gezeigt. In Fig. 1, a heating device is shown very schematically. In a device 1 Brennervorrich a fuel-air mixture is burned and the thereby liberated thermal energy is in a heat exchanger 2 to air or a medium such. B. process water. The burner device 1 has a pump device 10 for pumping the fuel, which is, for example, diesel. The monitoring device 3 monitors the operation of the pump device 10 and, in particular, identifies error states. The pump device 10 is shown in more detail in FIG. A magnetic coil 13 surrounds a cavity 14 into which a movable piston or an armature 11 can be introduced. The cavity 14 is connected to a delivery channel 15 for the fuel. If the magnetic coil 13 is subjected to an electrical voltage, it exerts a magnetic attraction force on the piston 11 against the return spring 12 . If the force is large enough, the piston 11 moves into the cavity 14 and thus promotes the fuel. During the actuation of the magnet coil 13, an electrical current signal can be tapped off, which can provide information about the functioning or the presence of a fault. This current signal and its dependency on the application conditions is shown as an example in the following figures.

Die Fig. 3 a) zeigt das Stromsignal in dem Fall, dass sich der Kolben bewegt (gestrichelte Linie), und in dem Fall, dass der Kolben blockiert und sich nicht bewegt (durchgezogene Linie). Für den Normalfall, dass der Kolben sich bewegt, ist der typische S-förmige Signalverlauf auf der linken Flanke des Stromsignals zu erkennen. Fehlt dieser Einbruch der Stromstärke, so konnte der Kolben nicht bewegt werden. Daher ist das Vorliegen der S- Form ein Zeichen dafür, dass kein Fehlerfall vorliegt. Figure 3a) shows the current signal in the case that the piston is moving (dashed line) and in the case that the piston is blocked and not moving (solid line). In the normal case that the piston moves, the typical S-shaped signal curve can be seen on the left edge of the current signal. If this dip in current is missing, the piston could not be moved. Therefore, the presence of the S-shape is a sign that there is no error.

In der Fig. 3 b) ist die zeitliche Ableitung dl/dt der beiden Stromsignale dargestellt. Deutlich zu erkennen ist bei der gestrichelten Linie zu Beginn der Signalanstieg, dem ein scharfer Einbruch folgt. Ein solcher Einbruch ist im Gegensatz dazu bei der durchgezogenen Linie nicht zu erkennen. Da sich der Einbruch zu Beginn der Ansteuerung der Magnetspule ein stellt, wird ein entsprechender Abschnitt zu Anfang der zeitlichen Ableitung im Sinne der Erfindung ausgewertet. Dies ist der Zeitabschnitt, in welchem - erwartungsgemäß - der Kolben beginnt, sich zu bewegen. Innerhalb des Abschnitts wird ausgewertet, ob die zeitli che Ableitung des Stromsignals einen Referenzwert über- oder unterschreitet. Wird in dem Abschnitt der Referenzwert nicht unterschritten, so liegt kein Stromeinbruch und damit kein S-förmiger Signalverlauf vor. Ohne diesen kann sich jedoch der Kolben nicht bewegt haben, sodass der Fehler eines blockierenden Kolbens vorliegt. 3b) shows the time derivative dl/dt of the two current signals. The signal rise can be clearly seen in the dashed line at the beginning, which is followed by a sharp drop. In contrast, such a drop cannot be seen in the solid line. Since the dip occurs at the beginning of the actuation of the magnetic coil, a corresponding section is evaluated at the beginning of the time derivation within the meaning of the invention. This is the period when - as expected - the piston begins to move. Within the section, it is evaluated whether the time derivative of the current signal exceeds or falls below a reference value. If the reference value is not undershot in the section, then there is no current dip and therefore no S-shaped signal curve. Without this, however, the piston may not have moved, resulting in a stuck piston fault.

In der Fig. 4 a) bis c) ist eine Umsetzung des Identifizierens des Fehlers des blockierenden Kolbens dargestellt. In der Fig. 4 a) ist das Stromsignal dargestellt, welches einen glatten Anstieg zu einem Plateau zeigt. In der Fig. 4 b) ist das abgetastete Stromsignal mit einer beispielhaften Abtastrate von 1000 Hz dargestellt. In der Fig. 4 c) ist die numerische Ableitung des abgetasteten Stromsignals dargestellt. In der Fig. 4 c) ist weiterhin durch die gestrichpunkteten Linien der zeitliche Abschnitt dargestellt, welcher mit dem ebenfalls eingezeichneten Referenzwert verglichen wird. Der Abschnitt ist dabei der Zeitbereich, innerhalb dessen mit der Bewegung des Kolbens zu rechnen ist. Da der Fall eines blockierten Kolbens dargestellt ist, liegt die zeitliche Ableitung innerhalb des Abschnitts nur oberhalb des Referenzwerts. Aus dem Nichtvorliegen eines Unterschreitens des Referenzwerts als dem erzeugten Vergleichsergebnis kann somit gefolgt werden, dass keine Bewegung des Kolbens stattgefunden hat und dass vielmehr der Fehlerzustand eines blockierten Kolbens vorliegt. In einer Ausgestaltung wird die Magnetspule mehrfach hintereinander mit einem Spannungssignal beaufschlagt. Tritt jedes Mal das gleiche Vergleichsergebnis auf, so wird der Fehlerzustand signalisiert. In Fig. 4 a) to c) an implementation of the identification of the error of the blocked piston is shown. In FIG. 4a) the current signal is shown, which shows a smooth rise to a plateau. FIG. 4 b) shows the sampled current signal with an exemplary sampling rate of 1000 Hz. In Fig. 4 c) is the numerical Derivation of the sampled current signal shown. In FIG. 4c), the broken lines also show the time section, which is compared with the reference value that is also shown. The section is the time range within which the movement of the piston is to be expected. Since the case of a blocked piston is shown, the time derivative within the section is only above the reference value. From the absence of a drop below the reference value as the generated comparison result, it can thus be concluded that the piston has not moved and that the error state of a blocked piston is present. In one embodiment, a voltage signal is applied to the magnetic coil several times in succession. If the same comparison result occurs every time, the error status is signaled.

In der Fig. 5 a) sind zwei Stromverläufe dargestellt, wobei sich jeweils der Kolben bewegt. Daher weisen beide Kurven den S-förmigen Verlauf auf. In dem einen Fall wird Medium (durchgezogene Linie) und in dem anderen Fall Luft gefördert (gestrichelte Linie). Im letzteren Fall liegt somit ein Trockenlauf der Pumpenvorrichtung vor. Das Medium stellt einen Widerstand für den Kolben dar, sodass er mit Medium langsam und mit Luft schneller beschleunigt werden kann. Dies zeigt sich ebenfalls in den Signalverläufen: Im Fall des Trockenlaufens gibt es einen deutlich tieferen Signaleinbruch, da der Kolben früher seine Bewegungsgeschwindigkeit erreicht hat. Dies ist besonders gut in den abgeleiteten Signalen der Fig. 5 b) zu erkennen. In FIG. 5a) two current profiles are shown, with the piston moving in each case. Therefore, both curves have the S-shaped course. In one case medium (continuous line) and in the other case air is conveyed (dashed line). In the latter case, the pump device is therefore running dry. The medium represents a resistance for the piston, so that it can be accelerated slowly with medium and faster with air. This can also be seen in the signal curves: In the case of dry running, there is a significantly deeper signal drop because the piston has reached its speed of movement earlier. This can be seen particularly well in the derived signals of FIG. 5b).

Die Fig. 6 a) bis c) verdeutlichen eine Auswertung der Stromsignale im Hinblick darauf, ob Medium oder Luft gefördert wird. Das Stromsignal der Fig. 6 a) wird als abgetastetes Signal (Fig. 6 b)) der zeitlichen Ableitung unterzogen (Fig. 6 c)). In der Fig. 6 c) ist durch die senk rechten Linien derZeitbereich gekennzeichnet, der für die Erzeugung des Vergleichsergeb nisses verwendet wird. Dies ist hier der gleiche Abschnitt, wie er bei dem Beispiel der Fig. 4 ausgewertet wird. Hier ist ein unterer Referenzwert eingezeichnet, dessen Unterschreiten dahingehend interpretiert wird, dass Luft und nicht Medium gefördert worden ist. 6 a) to c) illustrate an evaluation of the current signals with regard to whether medium or air is being conveyed. The current signal of FIG. 6 a) is subjected to the time derivation (FIG. 6 c)) as a sampled signal (FIG. 6 b)). In FIG. 6 c), the vertical lines indicate the time range used to generate the comparison result. This is the same section here as is evaluated in the example in FIG. A lower reference value is drawn here, below which it is interpreted that air and not medium has been conveyed.

Werden die Auswertemethoden, die durch die Fig. 4 und Fig. 6 repräsentiert sind, kombiniert, so wird in einer Ausgestaltung das gleiche Zeitfenster der zeitlichen Ableitung ausgewertet. Dabei kommen zwei Referenzwerte zum Einsatz. Wird ein erster Referenzwert (Fig. 4 c)) nicht unterschritten, so liegt eine Blockade des Kolbens vor. Wird der erste - oder obere - Referenzwert unterschritten, so bewegt sich der Kolben. Wird auch ein zweiter - oder unterer - Referenzwert (Fig. 6 c)) unterschritten, so wurde Luft von der Pumpenvorrichtung gefördert. Wird der erste Referenzwert, aber nicht der zweite Referenzwert unterschritten, so liegt der Normalzustand vor, bei welchem die Pumpenvorrichtung das Medium fördert. Der zeitliche Abschnitt und die Referenzwerte werden beispielsweise durch Kalibrierungsmessungen ermittelt. If the evaluation methods represented by FIGS. 4 and 6 are combined, then in one embodiment the same time window of the time derivation is evaluated. Two reference values are used. If the value does not drop below a first reference value (FIG. 4 c)), the piston is blocked. Will the first - or upper - falls below the reference value, the piston moves. If a second--or lower--reference value (FIG. 6c)) is not reached, then air has been conveyed by the pump device. If the value falls below the first reference value but not the second reference value, then the normal state is present, in which the pump device delivers the medium. The time segment and the reference values are determined, for example, by calibration measurements.

Bezugszeichenliste Brennervorrichtung Wärmetauscher Überwachungsvorrichtung Pumpenvorrichtung Kolben Rückstellfeder Magnetspule Hohlraum Förderkanal LIST OF REFERENCE NUMERALS Burner device Heat exchanger Monitoring device Pump device Piston return spring Solenoid coil Cavity conveying channel

Claims

Patentansprüche patent claims

1. Heizvorrichtung zum Erwärmen von Luft und/oder zum Erhitzen einer Flüssigkeit, mit einer Brennervorrichtung (1), die durch Verbrennung eines Brennstoffluftge- mischs thermische Energie erzeugt, mit einem Wärmetauscher (2), der die von der Brennervorrichtung (1 ) erzeugte thermische Energie auf Luft und/oder die Flüssigkeit überträgt, und mit einer Überwachungsvorrichtung (3), wobei die Brennervorrichtung (1) eine Pumpenvorrichtung (10) zum Fördern eines Brennstoffs aufweist, wobei die Überwachungsvorrichtung (3) die Pumpenvorrichtung (10) überwacht, wobei die Pumpenvorrichtung (10) einen Kolben (11) und eine Magnetspule (13) aufweist, wobei die Magnetspule (13) den Kolben (11) bewegt, wobei die Überwachungsvorrichtung (3) ein von der Magnetspule (13) abgreifbares Stromsignal auswertet, wobei die Überwachungsvorrichtung (3) eine zeitliche Ableitung des Stromsignals oder eines vom Stromsignal abhängigen Signals bildet, wobei die Überwachungsvorrichtung (3) ausgehend von der zeitlichen Ableitung oder mindestens einem einem Zeitfenster zugeordneten Abschnitt der zeitlichen Ableitung und ausgehend von mindestens einem Referenzwert ein Vergleichsergebnis erzeugt, und wobei die Überwachungsvorrichtung (3) in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis einen Fehlerzustand der Pumpenvorrichtung (10) signalisiert. 1. Heating device for heating air and / or for heating a liquid, with a burner device (1) that generates thermal energy by combustion of a fuel-air mixture, with a heat exchanger (2) that generates thermal energy from the burner device (1). Transfers energy to air and/or the liquid, and with a monitoring device (3), the burner device (1) having a pump device (10) for conveying a fuel, the monitoring device (3) monitoring the pump device (10), the Pump device (10) has a piston (11) and a magnetic coil (13), the magnetic coil (13) moving the piston (11), the monitoring device (3) evaluating a current signal that can be picked off by the magnetic coil (13), the monitoring device (3) forms a time derivative of the current signal or a signal dependent on the current signal, the monitoring device (3) starting from the time derivative or at least one section of the time derivative assigned to a time window and based on at least one reference value generates a comparison result, and wherein the monitoring device (3) signals an error state of the pump device (10) depending on the comparison result.

2. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Überwachungsvorrichtung (3) das Stromsignal mit einer vorgegebenen Abtastrate abtastet und ein Abtastsignal erzeugt, und wobei die Überwachungsvorrichtung (3) die zeitliche Ableitung des Abtastsignals bildet. 2. Heating device according to claim 1, wherein the monitoring device (3) samples the current signal at a predetermined sampling rate and generates a sampled signal, and wherein the monitoring device (3) forms the time derivative of the sampled signal.

3. Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Überwachungsvorrichtung (3) ausgehend von zwei Referenzwerten, die unterschiedlichen Fehlerzuständen zugeordnet sind, jeweils ein zugeordneten Vergleichsergebnis erzeugt. 3. Heating device according to claim 1 or 2, the monitoring device (3) generating an associated comparison result in each case on the basis of two reference values which are associated with different error states.

4. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Vergleichsergebnis davon abhängt, ob die Magnetspule (13) den Kolben (11) bewegt, und/oder wobei das Vergleichsergebnis davon abhängt, ob die Pumpenvorrichtung (10) den Brennstoff und/oder Luft fördert. 4. Heating device according to one of claims 1 to 3, wherein the comparison result depends on whether the magnetic coil (13) moves the piston (11), and / or wherein the comparison result depends on whether the pump device (10) the fuel and / or promotes air.

5. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Überwachungsvorrichtung (3) dann einen Fehlerzustand signalisiert, wenn innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums ein identisches Vergleichsergebnis mit einer vorgegebenen Häufigkeit aufgetreten ist. 5. Heating device according to one of claims 1 to 4, wherein the monitoring device (3) signals an error condition if an identical comparison result has occurred with a predetermined frequency within a predetermined period of time.

6. Verfahren zur Überwachung einer Pumpenvorrichtung (10), wobei die Pumpenvorrichtung (10) einen Kolben (11) und eine Magnetspule (13) zum Bewegen des Kolbens (11) aufweist, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist: dass von der Magnetspule (13) ein Stromsignal abgegriffen wird, dass eine zeitliche Ableitung des Stromsignals oder eines vom Stromsignal abhän gigen Signals gebildet wird, dass die zeitliche Ableitung oder mindestens ein Abschnitt der zeitlichen Ableitung mit mindestens einem Referenzwert verglichen und ein Vergleichsergebnis erzeugt wird, und dass in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis ein Fehlerzustand der Pumpenvorrichtung (10) signalisiert wird. 6. A method for monitoring a pump device (10), the pump device (10) having a piston (11) and a magnetic coil (13) for moving the piston (11), the method comprising at least the following steps: that from the magnetic coil (13) a current signal is tapped, that a time derivative of the current signal or of a signal dependent on the current signal is formed, that the time derivative or at least a section of the time derivative is compared with at least one reference value and a comparison result is generated, and that as a function an error state of the pump device (10) is signaled by the result of the comparison.