DD225828A1 - Trockengeh-schutzschaltung fuer elektronisch geregelte fluessigkeitsheizgeraete - Google Patents

Abstract

Trockengeh-Schutzschaltung fuer elektronisch geregelte Fluessigkeitsheizgeraete mit dem Ziel, bei einfacher Schaltungsstruktur die Verzoegerungszeit beim Ansprechen auf ein Minimum zu senken. Es wird die Aufgabe geloest, die Zerstoerung oder Beschaedigung der Geraete bei Trockenlauf zu verhindern, indem durch Auswertung der Aenderungsgeschwindigkeit der Temperatur eine hinreichend niedrige Abschalttemperatur erzielt wird. Die Loesung erfolgt mittels eines Thermistors als Temperaturfuehler und einem angeschlossenen Differenzierglied, an dessen Ausgang eine Diode und parallel dazu ein Komparator geschaltet sind. Der Komparator vergleicht das Ausgangspotential des Differenzierglieds mit einer Referenzspannung und wirkt auf ein mit dem Heizstromkreis verbundenes Stellglied. Die Diode dient der Reduzierung von Verzoegerungszeiten beim Ansprechen des Differenziergliedes. Die Anwendung der Erfindung erfolgt in Kochendwasserbereitern, Heisswasserspeichern, Fluessigkeitsheizkoerpern mit elektrischer Heizung, Kaffee- und Teeautomaten und aehnlichen Geraeten. Figur

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft das Gebiet der elektrischen Heizung, insbesondere das Gebiet der Bereitung heißer Flüssigkeiten. Die Anwendung der Erfindung kann in Kochendwasserbereitern, Heißwasserspeichern, Flüssigkeitsheizkörpern, Kaffee-und Teeautomaten und ähnlichen Geräten erfolgen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind Lösungen bekannt, die den Trockenlauf von Flüssigkeitsheizgeräten verhindern. Dahingehend wurden bisher zwei Wege beschritten. Einmal erfolgt eine Begrenzung der an einer geeigneten Stelle des Heizgerätes auftretenden Temperatur auf einen Maximalwert. Die dazu gebräuchlichen Mittel sind Auslöseübertemperatursicherungen, Bi-Metallschalter oder elektronische Begrenzer, die bei Erreichen der Maximaltemperatur die Stromzufuhr zur Heizeinrichtung unterbrechen. Nachteilig an diesem Prinzip ist, das sowohl die Heizeinrichtung als auch zur Wärmespeicherung geeignete Elemente der Geräte an sich zu einer Nachheizung neigen können, die dann zu einer Zerstörung oder Beschädigung von Materialien führt, die nur begrenzt hitzeresistent sind. Solche Materialien werden aber gerade für Dichtungen und Isolationen eingesetzt. Zweitens wird ein Trockenlauf der Heizung dadurch vermieden, daß Einschaltsperren vorgesehen werden, die auf das NichtVorhandensein des zu erwärmenden Mediums ansprechen. Dazu dienen Schwimmer, die mit Schaltern gekoppelt sind, oder, falls es sich um Medien handelt, die elektrisch leitfähig sind. Elektroden, die in das Medium eintauchen. Der Nachteil dieser Variante besteht in einem hohen, weil zusätzlichen, gerätetechnischen Aufwand. Unreinheiten der zu erwärmenden Medien wirken sich auf die Funktionssicherheit aus, indem einerseits die veränderte Dichte den Auftrieb des Schwimmers und andererseits der veränderte Leitwert die Schwellenspannung zwischen den Elektroden beeinflussen. Ein weiteres Prinzip einer Trockengeh-Schutzschaltung ist in dem DD-WP ... (Patentanmeldung WP H 02 H/2429045) beschrieben. Eine elektronische Schaltungsanordnung wertet die Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur aus, die an dem Heizelement auftritt. Es wird ein Thermistor verwendet, der in eine Widerstandsbrücke geschaltet ist und in gutem Wärmekontakt mit dem Heizelement steht. Bei Änderung der Temperatur des Heizelements ändert sich der Spannungsabfall über dem Thermistor. Die Änderung des Spannungsabfalls am Thermistor wird mittels eines Differenziergliedes in einen zweiten Spannungsabfall umgesetzt, dereinem Komparator zugeführt wird, der außerdeman eine Referenzspannungsquelle angeschlossen ist. Bei schneller Änderung des Spannungsabfalls über dem Thermistor, die auf einen schnellen Temperaturanstieg zurückzuführen ist, erreicht der Spannungsabfall am Differenziergiied den Wert der Referenzspannung und der Komparator kippt. Der Ausgang des Komparators beeinflußt das Stellglied für das Heizelement, woraufhin der Stromfluß durch das Heizelement unterbrochen wird. Die an den Komparator gelegte Referenzspannung und/oder die Dimensionierung des Differenziergliedes gestatten, auftretende Nachheizung zu berücksichtigen, indem die praktische Abschalttemperatur entsprechend niedrig festgelegt wird.

Der Nachteil der beschriebenen Trockengeh-Schutzschaltung besteht darin, daß im Falle eines Trockenganges nach Ablassen von kalter Flüssigkeit unzulässig große Verzögerungszeiten hinsichtlich des Ansprechens der Schaltungsanordnung auftreten. Die Verzögerungszeiten beruhen auf derTrägheitdes Differenziergliedes, das aus einer Widerstands-Kondensator-Kombination besteht.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung bezweckt, unter Beibehaltung der einfachen Schaltungsstruktur die Verzögerungszeit beim Ansprechen einer Trockengeh-Schutzschaltung auf ein Minimum zu senken.

Darlegung des Wesens der Erfindung — -

Es ist Aufgabe der Erfindung, Flüssigkeitsheizgeräte vor Beschädigung oder Zerstörung bei Trockenlauf zu schützen, indem durch Auswertung der Änderung der Temperatur in der Zeit eine hinreichend niedrige Abschalttemperatur der Heizung in jedem Fall, insbesondere bei Trockenlauf nach Ablassen kalter Flüssigkeit erzielt wird. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit einer Trockengeh-Schutzschaltung, die neben einem temperaturabhängigen Widerstand ein dazu in Reihe geschaltetes Differenzierglied, das vorzugsweise aus einem Kondensator und einem ohmschen Widerstand besteht, und einen an das Differenzierglied angeschlossenen Komparator, der mit einem auf das Heizelement wirkenden Steilglied verbunden ist, sowie eine Diode enthält, die parallel zu dem Komparatoreingang an den Ausgang des Differenziergliedes angeschlossen ist.

Ausgeschaltet wird die Erfindung dadurch, daß die Diode in Sperrichtung und gegen Massepotential geschaltet ist. Der Komparator verfügt über zwei Eingänge. Der erste ist mit dem Ausgang des Differenziergliedes und der Diode, der zweite mit einer Referenzspannungsquelle verbunden.

Als temperaturabhängiger Widerstand dient vorzugsweise der gleiche, der die Meßstelle für die eigentliche Regelung der Heizung realisiert, so daß die Trockengeh-Schutzschaltung vorteilhafterweise der Regelschaltung parallel geschaltet ist. Das findet seinen Ausdruck auch darin, daß der Komparatorausgang und der Ausgang der Regelelektronik mittels einer Wired-OR-Verknüpfung auf das Stellglied geführt sind. Als Stellglied kommen Relais, Thyristor, Triac usw. in Frage. Es ist jedoch möglich, die Trockengeh-Schutzschaltung vöilig unabhängig von der Regelschaltung auszuführen. Wesentlich ist allerdings, daß der temperaturabhängige Widerstand guten Wärmekontakt zu dem Heizelement hat, wobei der Widerstand sowohl positive als auch negative Temperaturcharakteristik aufweisen kann.

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Wird die in dem Heizgerät befindliche Flüssigkeit erwärmt, ändert sich der Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstands und damit der Wert der abfallenden Spannung langsam. Der differenzierte Spannungswert erreicht den Wert der Referenzspannung nicht. Wird die erhitzte Flüssigkeit entnommen und dafür kalte Flüssigkeit aufgefüllt, nimmt der temperaturabhängige Widerstand schnell seinen Ausgangswert an. Dabei wird das Ausgangspotential des Differenziergliedes wegen des Entladevorganges am Kondensator auf einen negativen Wert umgepolt. Tritt nun der Fall ein, daß die kalte Flüssigkeit abgelassen und das Gerät dennoch in Betrieb genommen wird, kommt es zum Trockenlauf. Dadurch wird der Kondensator des Differenziergliedes schnell aufgeladen, das Ausgangspotential des Differenziergliedes wird positiv. Auf Grund des schnellen Aufladens ist die differenzierte Spannung groß genug, um den Wert der Referenzspannung zu erreichen, so daß der Komparator schaltet und das Stellglied auslöst, woraufhin der Stromfluß durch das Heizelement unterbrochen wird

Mittels der an den Ausgang des Differenziergliedes geschalteten Diode wird das negative Ausgangspotential des Differenziergliedes auf den Wert der Diodenflußspannung begrenzt und dadurch die Umpolverzögerung auf einen Wert reduziert, der keinen Einfluß auf die Nachheiztemperatur ausübt.

Wegen der Begrenzung des negativen Ausgangspotentials auf den Wert der Diodenflußspannung ist es vorteilhaft, eine Diode mit möglichst geringer Flußspannung einzusetzen, um den Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zu maximieren.

Ausführungsbeispiel

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung eingehend erläutert. Die Zeichnung zeigt

das Prinzip der Regel- und derTrockengeh-Schutzschaltung eines Kochendwasserbereiters

Ein Thermistor R1 ist mit ohmschen Widerständen R2, R3 und R4zu einer Brücke geschaltet. Die Betriebsspannung ist an den Thermistor R1 und den ohmschen Widerstand R3 angeschlossen. Die Brückenspannung wird zwischen dem Thermistor R1 und dem ohmschen Widerstand R2 einerseits und den ohmschen Widerständen R3 und R4 abgegriffen

Die Abgriffe der Brückenspannung sind mit einem ersten Komparator K1 verbunden, dessen Ausgang auf ein Stellglied S geführt ist. Das Stellglied S ist mittels eines Relais realisiert. Der Arbeitskreis des Relais S ist in den Heizstromkreis geschaltet. Da der Thermistor R1 im Wärkekontakt zu dem nicht dargestellten Heizelement steht, ist damit der Heizstromkreis geschlossen, der die Temperatur des Heizelements einstellt. Der zwischen dem Thermistor R1 und dem ohmschen Widerstand R2 liegende Abgriff der Brückenspannung ist weiterhin auf ein Differenzierglied DG geführt, das aus der Verschaltung eines Kondensators C und eines ohmschen Widerstands R5 besteht. Der Ausgang des Differenziergliedes DG ist mit einem ersten Eingang eines zweiten Komparators K2 und der Katode einer Diode D verbunden. Der zweite Eingang des zweiten Komparators K2 ist an eine Referenzspannungsquelle UR angeschlossen, die Anode der Diode D liegt auf Bezugspotential.

Der Ausgang des zweiten Komparators K2 ist mit dem Ausgang des ersten Komparators K1 gekoppelt und somit ebenfalls an das Relais 8 geschaltet. Dadurch ist ein zweiter Regelkreis entstanden, der die Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur auswertet und als Trockengeh-Schutzschaltung eingesetzt ist.

Der Heizungsregelkreis benutzt die Verstimmung der Brückenspannung bei Änderung der Temperatur, die durch die Veränderung des Widerstandswertes des Thermistors R1 entsteht und den Komparator K1 ansteuert, der bei gleichem Potential an beiden Eingängen des Relais 8 schaltet, so daß der Heizstromkreis unterbrochen wird. Die Trockengeh-Schutzschaltung wertet den Spannungsabfall über dem Thermistor R1 innerhalb der Brücke aus. Die zeitliche Änderung dieses Spannungsabfalls, Sie proportional der zeitlichen Änderung der Temperatur des Heizelements ist, wird mittels des Differenzierglieds DG in einen Spannungsverlauf umgewandelt. Dieser Spannungsveriauf wird durch den Komparator K2 mit einem Referenzspannungswert Ur verglichen. Erreicht die Spannung am Ausgang des Differenzierglieds DG den Wert der Referenzspannung U_R, schaltet der Komparator K2 das Relais, so daß auch bei einer großen Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur der Heißstromkreis unterbrochen wird. Große Änderungsgeschwindigkeiten der Temperatur treten auf, wenn das Gerät aufgeheizt wird, ohne daß Wasser vorhanden ist.

Enthält der Kochendwasserbereiter kochendes Wasser, ist der Thermistor R1 niederohmig und der Kondensator C des Differenziergliedes DG auf annähernd den Wert der Betriebsspannung U₈ aufgeladen. Wird das kochende Wasser abgelassen und dafür kaltes Wasser aufgefüllt, erhöht sich der Widerstandswert des Thermistors R1 rasch. Der Kondensator C entlädt sich langsam, wobei die Spannung am Ausgang des Differenziergliedes DG negativ wird. Wird auch das kalte Wasser abgelassen, das Gerät aber in Betrieb genommen, kommt es zum Trockenlauf, wobei der Kondensator C schnell aufgeladen wird. Die Ausgangsspannung des Differenzierglieds DG erreicht einen großen positiven Wert, der bei Erreichen des Wertes der Referenzspannung U_R den Komparator K2 kippen läßt. Um die Zeit für die am Ausgang des Differenziergliedes DG auftretenden Umpolvorgänge, die auf Laden und Entladen des Kondensators C beruhen und zu einem unzulässig hohen Anstieg der Nachheiztemperatur führen können, zu verkürzen, wird parallel zum Ausgang des Differenziergliedes DG die Diode D verwendet. Durch die Diode D wird die negative Entladespannung des Kondensators C am Ausgang des Differenziergliedes DG auf den Wert der Flußspannung der Diode D begrenzt. Die Diodenflußspannung aber ist so gering, daß die Entladezeit vernachlässigbar kurz und damit die Nachheiztemperatur hinreichend klein wird. Dadurch wird ein umfassender Trockengehschutz des Kochendwasserbereiters gesichert.

Claims (2)

1. — ί—

   Erfindungansprüche:

   1. Trockengeh-Schutzschaltung für elektronisch geregelte Flüssigkeitsheizgeräte mit einem temperaturabhängigen Widerstand, einem Differenzierglied zur Auswertung der Änderung der Temperatur in der Zeit und einem an das Differenzierglied angeschlossenen Komparator, der mit einem auf das Heizelement wirkenden Stellglied verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Komparatoreingang eine Diode (D) an den Ausgang des Differenziergliedes (DG) angeschlossen ist.
2. 2. Trockengeh-Schutzschaltung nach Punkt X₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (D) in Sperrichtung und gegen Massepotential geschaltet ist.

   Hierzu 1 Seite Zeichnung