DE3410764A1

DE3410764A1 - Verfahren zum steuern einer elektrischen ausgangsgroesse mittels eines pulspausenverhaeltnisses

Info

Publication number: DE3410764A1
Application number: DE19843410764
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dr. 5609 Hückeswagen Hangauer
Original assignee: Joh Vaillant GmbH and Co
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 1983-03-22
Filing date: 1984-03-20
Publication date: 1984-09-27

Description

Verfahren zum Steuern einer elektrischen Ausgangsgröße
mittels eines Pulspausenverhältnisses Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuerung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Es ist bekannt, die Uffnungen von Expansionsventilen im Kreis einer Wärmepumpe, sei es eine Kompressions-oder Absorptionswärmepumpe, über thermisch gesteuerte Ventile stetig zu variieren. Hierbei soll erreicht werden, daß in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Funktion, zum Beispiel der Außentemperatur, der Querschnitt stetig geändert wird, um den Durchsatz an Kältemittel gemäß der Steuerfunktion ändern zu können. Es hat sich hierbei jedoch gezeigt, daß die notwendigen relativ kleinen Querschnitte des Expansionsventils bei kleiner Wärmeabnahme von der Wärmepumpe nur sehr schwer zu beherrschen sind.
Aus diesem Grund ist es auch schon vorgeschlagen worden, ein Expansionsventil mittels eines Pulspausen-Verhältnisses zu steuern, wobei die Zustände des Expansionsventils nur zwischen maximaler Öffnung und Schließung geändert werden können. Die durchgesetzte Menge durch das Expansionsventil wird über die Schließzeiten beziehungsweise das Pulspausen-Verhältnis gesteuert. Hierbei sind jedoch noch keine Kriterien bekannt geworden, nach welchen mathematischen Abhängigkeiten das Pulspausen-Verhältnis eines solchen Expansionsventils gesteuert werden soll.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Funktion anzugeben, mit der das Pulspausen-Verhältnis der Uffnungs- und Schließzustände des Expansionsventils gesteuert werden kann.
Weiterhin besteht zum Beispiel bei einer brennstoffbeheizten Wärmequelle, wie zum Beispiel bei einem Umlaufwasserheizer oder -kessel die Aufgabe, ausgehend von einem bestimmten Brennstoffdurchsatz, die Drehzahl eines Abgasgebläses nachzuführen. Auch hierbei steht am Ausgang der Steuerung für die Drehzahl des Gebläses eine Impulsfolge an, die als Pulspausenverhältnis angesprochen werden kann und deren Mittelwert nach Maßgabe des Gasdurchsatzes nachzuführen ist.
Die Lösung dieser Aufgabe geschieht gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs.
Weitere Ausgestaltungen besonders vorteilhafter Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche beziehungsweise gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren eins bis sechs der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen Figur eins ein Diagramm, Figur zwei eine Schaltung, Figur drei ein Diagramm zur Bemessung der Verstärker gemäß Figur zwei, Figur vier ein Diagramm, Figur fünf eine Schaltung für eine Wärmepumpe und Figur sechs eine Schaltung für einen Umlaufwasserheizer.
In allen sechs Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.
Das Diagramm gemäß Figur eins zeigt die Abhängigkeit des Pulspausenverhältnisses P/To in Abhängigkeit von der Außentemperatur ;^ in Grad Celsius. Der Nullpunkt des Diagramms ist angenommen bei einem Pulspausenverhältnis P/To gleich Null und einer Außentemperatur von minus zwanzig Grad Celsius. Für das Ausführungsbeispiel wird eine Kompressionswärmepumpe unterstellt, obwohl die Steuerung ebenso gut fur eine Absorptions - beziehungsweise Resorptionswärmepumpe anwendbar ist. Es ist auch gleichgültig, ob es sich bei der Wärmepumpe um eine Heizwärmepumpe oder eine Kühlwärmepumpe handelt. Aus dem Diagramm sind zwei Kurventeile 1 und 2 ersichtlich, die sich in einem Punkt 3 berühren.
Die Kurve 1 geht aus von einem P/To Verhältnis gleich Null, das angesetzt ist bei einer Außentemperatur von minus 15 Grad Celsius. Es wird hierbei davon ausgegangen, daß einer Wärmepumpe unterhalb einer Temperatur von minus 15 Grad Celsius keine nennenswerte Leistung mehr zu entnehmen ist, hier muß mit einem Kessel oder einer sonstigen Wärmequelle ausschließlich geheizt werden.
Im Bereich von minus 15 Grad bis zum Abszissenwert des Punktes 3, das sind minus 6 Grad, hat es sich herausgestellt, daß die Kurve 1 die optimale Kurve wäre, nach der mittels der Wärmepumpe und unter Zuschaltung einer beliebigen Wärmequelle zu heizen wäre. Es besteht nun die Aufgabe, eine Funktion zu finden, die dieser optimalen Kurve 1 am nächsten kommt.
Im Punkt 3 beginnt die Wärmepumpe in Richtung auf höhere Außentemperaturen tS ausschließlich alleine zu heizen, wobei nur bis zu einem Außentemperaturwert von 18 Grad Celsius Heizleistung benötigt wird. Die hier anzustrebende Kennlinie entspricht der Kurve 2. Es herrscht die Eigentümlichkeit, daß beide Kurven durch eine mathematische Abhängigkeit gleicher Art darzustellen sind.
Durch Wahl geeigneter Koeffizienten kommt eine spezielle Kurve 1 oder 2 zustande.
Im Zuge aufwendiger Entwicklungsarbeiten wurde nun gefunden, daß die beiden Kurven 1 und 2 durch eine Gleichung folgender Art am besten repräsentiert werden.
Hierin bedeuten P die Uffnungszeit in Sekunden, T die 0 Periodendauer in Sekunden, PO eine dimensionslose Konstante, 9 die Außentemperatur in Grad Celsius und # 1 und # 2 zwei gewählte Konstanten mit der Dimension Grad Celsius. Die Werte für PO, Tos ffi 1 und 2 2 sind Konstanten, für deren Wahl folgendes gilt: Für das periodische Öffnen und Schließen wird zunächst eine Periodendauer T0 festgelegt. Der Wert wird zweckmäßig bei einer bestimmten Wärmepumpe zwischen einem Mindestwert gewählt, der im Hinblick auf das zu häufige Schalten des Expansionsventi ls nicht weiter unterschritten werden soll, und einem Maximumwert gewählt, der noch einen annähernd kontinuierlichen Verdampfungsprozeß im Verdampfer gewährleistet. Die spezielle Wahl der genauen Größe der Konstante kann aber nur in Abhängigkeit von der bekannten Wärmepumpe erfolgen. Im Ausführungsbeispiel wird eine Periodendauer PO von. sechzig Sekunden gewählt.
1 1 wird im Ausführungsbeispiel zu minus 15 Grad Celsius gewählt. Man könnte ffi 1 so legen, daß sie der Auslegungstemperatur einer Heizungsanlage entspricht.
Durch die Art und Wahl von 2 1 wird der Punkt definiert, bei dessen Unterschreiten als Wert der Außentemperatur keine Wärmelieferung erfolgt. Wenn der Zähler des Bruches ) minus v 1 Null wird, wird nämlich das Pulspausen-Verhältnis Null, damit bleibt das Expansionsventil geschlossen. Der Wert für ) 2 wird bevorzugt im Ausführungsbeispiel zu minus 20 Grad Celsius gewählt.
Für die allgemeine Wahl der Werte von # 2 und T0 gilt, daß der Verlauf des Pulspausen-Verhältnisses die Sollwertkurve 1 möglichst exakt approximiert.
Die Wahl von vA 2 hängt nur von der Lagekrümmung der Kurve ab, während die Konstante PO so festzulegen ist, daß der im Punkt drei in Figur eins geforderte Wert des Pulspausen-Verhältnisses zahlenmäßig eingehalten wird. Im weiteren wird dieser Wert mit PS bezeichnet.
Da auch die Kurve 2 durch die Gleichung 1 definiert wird, gilt hier für die Wahl der Konstanten folgendes: ß 1 wird für die Beschreibung der Funktion gemäß Kurve 2 zu 18 Grad Celsius gewählt, das ist der Wert, bei dessen überschreiten keine Heizleistung mehr notwendig ist.
Die Oberlegungen zur Wahl von PO verändern sich nicht. Für die Wahl von H 2 gilt wieder, daß die Wahl so erfolgen muß, daß der Sollwert des Pulspausen-Verhältnisses der optimalen Vorgabekurve 2 weitestgehend entsprechen soll. Im Ausführungsbeispiel ist ) 2 zu 33 Grad Celsius gewählt.
Durch diese Oberlegungen kann somit die Kurve des Pulspausen Verhältnisses P/T von der minimalen Außentemperatur, bis zu der eine Wärmeleistung der Wärmepumpe noch erfolgen soll, bis zur maximalen Außentemperatur oberhalb derer keine Wärmeleistung der Wärmepumpe mehr erfolgen soll, definiert werden. Das Maximum des Pulspausen-Verhältnisses liegt erkennbar bei dem Punkt, bei dem eine alleinige Beheizung der Heizungsanlage durch die Wärmepumpe gerade noch möglich ist.
Aus der Figur zwei geht die Schaltung hervor, mit der die Steuerung gemäß Gleichung 1 ausgeführt wird. Die Schaltung gemäß Figur zwei weist einen Außentemperaturfühler 4 auf, der aus einem temperaturabhängigen Widerstand, beispielsweise einem NTC-Widerstand, besteht.
Der Widerstand ist über eine Leitung 5 an einen Meßwertumformer 6 angeschlossen, der an einem Ausgang 7 eine Spannung abgibt, die der Bedingung gemäß Gleichung zwei gehorcht.
Dieser Meßwertumformer gibt ein mit der Außentemperatur nahezu proportional variierendes Signal ab.
Hierin bedeuten Ua die Ausgangsspannung auf der Leitung 7 in Volt, Ub eine Bezugsspannung, ß die laufende Außentemperatur in Grad Celsius und 2 a und die Temperaturwerte in Grad Celsius.
Für die Wahl von # a und * b ist Figur vier zu vergleichen. In der Figur vier ist ein Diagramm aufgezeichnet, das einen Spannungsverlauf 8 zeigt, der in Abhängigkeit von der Außentemperatur # das Spannungsverhältnis Ua/Ub aufzeigt. Hierbei ist festgelegt, daß der Wert ß a eine Temperatur bedeutet, bei der der Meßwertwertumsetzer 6 an seinem Ausgang eine Spannung 0 entsprechend einem Ua/Ub gleich Null liefert. Bei einer anderen Temperatur ß b ist hingegen ein Spannungsverhältnis Ua/Ub gleich eins erreicht. Die dazwischenliegende Gerade verläuft somit zwischen den Punkten 9 und 10. Die Werte von 9 a und, werden so gewählt, daß in dem Bereich zwischen va und 1 b die gesamte Kurve gemäß Figur eins, also die beiden Kurventeile 1 und 2, hineinpassen. Das bedeutet, daß # a kleiner als minus 15 Grad Celsius, v b größer als 18 Grad Celsius sein soll. Wird hingegen nur eine Teilkurve 1 oder 2 betrachtet, so könnte für die Kurve 1 a kleiner als minus 15 Grad Celsius sein, 9 b hingegen größer minus 6 Grad Celsius sein. Für die Kurve 2 würde dann analog gelten, daß tA a kleiner als minus 6 Grad Celsius, v b hingegen größer als 18 Grad Celsius ist.
Zurückkehrend zur Figur zwei verzeigt sich der Ausgang des Meßwertumsetzers 6 in einem Verzweigungspunkt 11 in zwei Leitungen 12 und 13, die den Eingängen zweier Verstärker 14 und 15 zugeführt sind. Bei den Verstärkern 14 und 15 handelt es sich um Halbleiterproportionalverstärker, die folgenden Bedingungen gehorchen müssen.
Für den Verstärker 14 gilt, daß er die Funktion gemäß Gleichung 3 erfüllt.
(3) U1 Ua Ub = a1 Ub + b1 Hierbei sind U1 die Ausgangsspannung in Volt, Ub die Bezugsspannung in Volt und a1 und b1 dimensionslose Koeffizienten. Für die Wahl der Koeffizienten al und b1 gilt eine Abhängigkeit von 9 1 und 9 2, auf die später noch eingegangen werden wird. Der Verstärker 15 gehorcht der Abhängigkeit gemäß Gleichung 4, U U (4) 2 = a2 a U6 Uß wobei für a2 und b2 das eben Gesagte analog gilt. Die Ausgänge der beiden Verstärker 14 und 15 sind auf Leitungen 16 und 17 geschaltet, wobei die Leitung 16 unmittelbar den einen Eingang des Komparators 18 bildet, die Leitung 17 hingegen auf einen Integrator 19 geschaltet ist, dessen Ausgang 20 über eine Leitung 21 mit dem invertierenden Eingang des Komparators 18 verbunden ist.
Auf einer Leitung 22 steht ein Rechteckspannungsignal mit der Periodendauer T0 an. Die Leitung 22 ist über eine Leitung 23 mit dem Integrator 19 verbunden, sie ist auch mit einem Eingang eines Und-Gatters 24 verbunden, dessen anderer Eingang 25 den Ausgang des Komparators 18 bildet. Ein Ausgang 26 des Und-Gatters führt zu einer Magnetspule 27, die die Antriebsspule des- Expansionsventils ist.
Für die Ausgestaltung und Bemessung der Verstärker wird nunmehr auf das Diagramm gemäß Figur drei zurückgegriffen. In dem Diagramm ist auf der Abszisse die Außentemperatur >» in Grad Celsius aufgetragen und in der Ordinate das Verhältnis der Spannung U1 beziehungsweise U2 zu Ub. Der Verstärker 14 gehorcht der Kurve 28, der Verstärker 15 der Kurve 29. Beide Kurven sind Geraden und sind dadurch definiert, daß ihr Schnittpunkt beim Wert von 9 1, das heißt bei minus 15 Grad Celsius, liegt.
Die Steigungen der Kurven sind so gewählt, daß im Arbeitsbereich der Steuerung, das heißt im Falle der Kurve 1 in Figur eins von minus 15 bis minus 6 Grad Celsius die Spannung U1 größer als die Spannung U2 ist. Wird hingegen der Bereich der Kurve 2 abgefahren, würde der Schnittpunkt der Kurven bei 18 Grad Celsius liegen, das entspricht dem Schnittpunkt der Kurve 2 mit der M -Achse.
Die Steigung wäre dann negativ, auch dann müßte die Spannung U1 größer als die Spannung U2 sein. Die Kurven würden dann nach links oben verlaufen.
Der Integrator 19 ist gemäß Figur fünf im Prinzip aufgebaut. Der Integrator 19 weist einen im Zuge der Leitung 17 der Figur zwei angeordneten Spannungsstromumsetzer 30 auf, dessen Ausgang an die Leitung 21 angeschlossen ist.
Die Leitung 21 ist über eine Leitung 31, in die ein Widerstand 32 mit einem Kondensator 33 in Serie geschaltet ist, mit dem einen Punkt 34 der Bezugsspannungsquelle Ub verbunden. Zwischen dem Kondensator und dem Widerstand zweigt eine Leitung 35 ab, die über einen Uhrkontakt 36 gleichfalls mit der Bezugsspannungsquelle 34 verbunden ist. Der Uhrkontakt 36 wird von einer Relaisspule 37 betätigt, die an die an der Leitung 22 anliegende Spannungsquelle angeschlossen ist. Das bedeutet, daß immer beim Vorliegen eines Impulses gemäß der Periodendauer T0 das Relais 37 mit Spannung beaufschlagt wird und seinen Kontakt 36 offnet.
Für die Art und Größe der Koeffizienten al, b1, a2 und b2 gilt nun folgendes. Die Differenz der beiden Koeffizienten a1 und b1 gehorcht der Beziehung gemäß Gleichung 5.
PO .T a1 a2 =1+ 1 0 2 t Die Differenz der Koeffizienten b1 und b2 folgt Gleichung 6.
Schließlich folgt der Quotient aus b2 durch a2 der Beziehung gemäß Gleichung 7.
Hierin bedeuten al der Proportionalwert der Steigung, entspricht dem Steigungswinkel der Kurve 28 in Figur drei und bl der Ordinatenwert bei # gleich Analoges gilt für die Koeffizienten a2 und b2. Die Koeffizienten a1, a2, und b1, b2 sind dimensionslos.
P bedeutet, wie eingangs schon erwähnt, eine Konstante.
T0 bedeutet die Periodendauer in Sekunden, T die Integrationskonstante des Integrators 19 in Sekunden.
Die Beziehungen gemäß Gleichungen 5 bis 7 können auf mathematischem Wege abgeleitet werden. Vom mathematischen Gesichtspunkt her können die Größen T0 , z und eine der Größen al, a2, b1 oder b2 frei gewählt werden. Das heißt nicht, daß nicht aus praktischen Gesichtspunkten für die Größen Grenzen festliegen, die man tunlichst einhalten sollte. Sind somit drei Größen festgelegt, so kann aufgrund der bekannten Krümmung der Kurve 1 oder 2 beziehungsweise deren bereits festliegenden Endpunkten der relativ genaue Verlauf der Kurve approxiniert werden.
Die Wirkungsweise der in den Figuren zwei und fünf beschriebenen Schaltung ist wie folgt: Es wird von einer beliebigen Außentemperatur 2 ausgegangen, die irgendwo im Bereich zwischen minus 15 Grad und minus 6 Grad - vergleiche Figur eins - liegt. Das bedeutet, daß ein zeitkonstantes Spannungssignal Ua auf der Leitung 7 vorliegt. Dieses wird in den beiden Verstärkern 14 und 15 verstärkt, und zwar gemäß den Verstärkungsfaktoren der Gleichungen 3 und 4. Die entsprechenden Spannungen liegen auf den Leitungen 16 und 17 an, das Signal der Leitung 16 somit auch schon unmittelbar am Komparator 18.
Das am Ausgang des Verstärkers 15 anliegenden Signal wird in den Integrator 19 gegeben, der die Eigenschaft hat, ein Ausgangssignal zu erzeugen, das in seiner Größe dem Eingangssignal entspricht,. wenn auf der Ansteuerleitung 23 kein Signal vorhanden ist. Das Spannungssignal der Leitung 16 entspricht dem Signal U1, das Spannungssignal der Leitung 17 dem Spannungssignal U2. Damit liegt die Spannung U2 über die Leitung 21 am invertierten Eingang des Komparators 18 an. Da diese Spannung kleiner als die Spannung U1 ist, ist der Komparator 18 durchgeschaltet, das heißt, Uber die Leitung 25 liegt am Und-Gatter 24 ein Signal an, was aber mangels eines Signals auf der Leitung 22 an die Erregerspule des Expansionsventils noch nicht weitergegeben wird.
Auf der Leitung 22 liegt aber ein rechteckförmiges Spannungssignal mit der Periodendauer t an. Das bedeutet, daß zu Beginn einer Periode ein positives Spannungssignal über die Leitung 23 an den Integrator gegeben wird, das gleichzeitig am anderen Eingang des Und-Gliedes 24 anliegt. Das bedeutet, daß zum Beginn der Periode mit der Periodendauer 1o das Und-Gatter 24 durchschaltet und das Expansionsventil öffnet. Das Spannungssignal bewirkt, vergleiche den Aufbau des Integrators 19 gemäß Figur fünf, ein Öffnen des Kontaktes 36. Damit kann der Kondensator 33 über den Widerstand 32 vom Ausgang der Konstantstromquelle 30 geladen werden. Der Konstantstrom hängt ausschließlich in seinem Absolutwert von der Höhe der Außentemperatur ab. Somit steigt die Kondensatorladespannung mit der Zeit an, bis sie gleich dem Wert von U1 ist. Damit schaltet der Komparator ab. Der eine Eingang des Und-Gliedes wird spannungslos, damit wird die Erregerspule des Expansionsventils stromlos, die Einschaltdauer während der Periode T0 ist beendet.
Aus der Figur eins läßt sich entnehmen, daß die Einschaltdauer der Öffnung des Expansionsventi ls mit der Außentemperatur variabel ist, und zwar in dem Sinne, daß, ausgehend von einem Maximum PS der Einschaltzeit des Expansionsventi ls bei einer Außen temperatur von minus 6 Grad, der Wert der Einschaltdauer abnimmt, wenn die Außentemperatur sich zu höheren oder tieferen Werten verändert. Beide Verstärker 14 und 15 weisen Umschaltglieder auf, die die Koeffizienten a1, a2, b1 und b2 auf andere Werte umschalten, wenn höhere Temperaturen als minus 6 Grad Celsius gemäß der Kurve 2 gefahren werden sollen. Die Geraden 28 und 29 in Figur drei gelten daher nur für minus 6 Grad und kleinere Werte bis minus 15 Grad. Für den Wert minus 6 Grad gilt beispielsweise, daß U1/Ub = 0,43 und U2/Ub = 0,29 ist. Das bedeutet, daß der Kondensator 33 beim Uffnen des Kontakts 36 mit einem Strom geladen wird, der proportional dem Wert U2/Ub ist. Die Spannungsdifferenz, um die der Spannungswert auf der Leitung 21 erhöht werden muß, damit der Komparator 18 abschaltet, entspricht der Ordinatendifferenz zwischen den beiden Kurven 28 und 29 bei minus 6 Grad Celsius. Wird nun eine niedrigere Außentemperatur betrachtet, zum Beispiel minus 10 Grad Celsius, so wird ersichtlich, daß sowohl die Werte für U1/Ub als auch für U2/Ub kleiner werden. Der Strom wird aber nicht proportional zur Spannungsdifferenz kleiner, da der Schnittpunkt der beiden Geraden 28 und 29 bei einem Spannungswert liegt, bei dem noch ein bestimmter Mindeststrom vorhanden ist. Somit ist das Verhältnis der Ordinatendifferenz zwischen den Kurven 28 und 29 in jedem Abszissenpunkt zum Ordinatenwert der Kurve 29 nicht konstant. Für den Fall, daß die Steuerung der Wärmepumpe die Kurve 2 in Figur eins abfährt, ist zu berücksichtigen, daß hier dann die Spannungen U1/Ub und U2/Ub mit einer zu der Steigung in Figur drei negativen Steigung verlaufen. Es bleibt aber die gleiche Überlegung bezüglich der Ordinaten und Ordinatendifferenzwerte. Somit wird auch im Abfahren der Kurve 2, ausgehend von einer maximalen Einschaltdauer in Punkt 3 innerhalb einer Periode, die Einschaltdauer des Expansionsventi ls innerhalb der Periode bei wachsenden Außentemperaturen kleiner.
Es sei angemerkt, daß die Ordinatenwerte der Kurven 1 und 2 in Figur eins im Punkt 3 nicht deckungsgleich sein müssen. So ist es zum Beispiel möglich, daß die Kurve 1 im Punkt 3 zu einem anderen Ordinatenwert führt als die Kurve 2 im Punkt 3. Hierbei kann zwischen beiden Kurven eine positive und negative Diferenz entstehen. Da die Ordinatenwerte der Kurven 1 und 2 in Figur eins im Punkt 3 der Größe PS zugeordnet werden, kann die Größe PS für den Verlauf der Kurve 1 und für den Verlauf der Kurve 2 unterschiedlich gewählt werden. Dieser Wert würde dann auch umgeschaltet werden.
Es versteht sich, daß für den Verlauf des Kurvenastes 2 in Figur eins die gleichen Oberlegungen und Berechnungen und Festlegungen der Koeffizienten durchgeführt werden müssen, wie sie anhand der Aufstellung des Kurvenastes 1 entwickelt wurden.
Figur sechs behandelt die Anwendung der erfindungsgemäßen Steuerung auf einem Umlauf-Gaswasserheizer. Dieser Gas-Wasserheizer 41 weist einen Wärmetauscher 42 auf, der einen Lamellenblock besitzt, durch den eine Rohrleitung führt, die an eine Vorlaufleitung 43 angeschlossen ist, die mit einem Vorlauftemperaturfühler 44 versehen ist.
Die Vorlaufleitung 43 führt über eine Serienschaltung von Heizkörpern oder einen Brauchwasserbereiter und einer Pumpe zurück zur Rücklaufleitung 45, die wieder an den Wärmetauscher 42 angeschlossen ist. Der Wärmetauscher 42 wird von einem Gasbrenner 46 beheizt, der über eine mit einem Magnetventil 47 versehene-Gasleitung 48 gespeist ist. Das Magnetventil 47 läßt Proportionalbetrieb zu und ist von einem Stellglied 49 beherrscht. Brenner 46 und Wärmetauscher 42 sind innerhalb einer Verbrennungskammer 50 angeordnet, die nach oben einen Abgasauslaß 51 aufweist, in der ein Abgasgebläse 52 angeordnet ist. Das Abgasgebläse wird von einem Lüftermotor 53 beherrscht, der das Gebläse über eine Welle 54 antreibt, an der ein Drehzahlgeber 55 angeschlossen ist, der über eine elektrische Meßwert-Obertragungsleitung 56 an einen Steuerungsgeber 57 angeschlossen ist. Der Steuerungsgeber 57 beaufschlagt über eine Stelleitung 58 den Lüftermotor 53.
Dem Abgasgebläse strömungsmäßig nachgeschaltet ist eine Abgassonde 59 in Form eines Sauerstoff- oder Kohlendioxydfühlers, die über eine Meßleitung 60 mit einem Regler 61 verbunden ist, dessen Ausgangssignal über eine Leitung 62 auf den Steuerungsgeber 57 geschaltet ist.
Es ist ein Außentemperaturfühler 63 vorgesehen, der auch durch ein handbetätigtes Potentiometer dargestellt sein könnte, der aber in jedem Fall über eine Leitung 64 als Sollwertgeber auf einen Vorl auftemperaturregler 65 geschaltet ist. An diesem Vorlauftemperaturregler liegt auch das Signal des Vorlauftemperaturfühlers 44 als Istwertgeber über eine Leitung 66 an. Der Ausgang des Reglers 65 ist über eine Leitung 67 auf die die Erfindung beinhaltende Steuerung 68 geschaltet. Die Leitung 67 ist aber auch mit dem Stellglied 49 des Proportionalmagnetventils 47 verbunden. Die Steuerung 68 ist über ein RC-Glied 69 im Zuge einer Leitung 70 gleichfalls auf einen Eingang des Steuerungsgebers 57 geschaltet.
Auf die Steuerung 68 wirkt das Ausgangssignal des Vorlauftemperaturreglers 65 ein, so daß einmal bei Vorhandensein einer Regelabweichung der Vorlauftemperatur der Gasdurchsatz nachgestellt wird und zum anderen die Lüfterdrehzahl nachreguliert wird. Das gleiche geschieht auch, wenn der Regler defekt ist und ein eigentlich nicht passendes Ausgangssignal vom Regler abgegeben wird. Die Aufgabe der Erfindung ist es hier, den analogen Wert auf der Leitung 67 in eine entsprechende Lüfterdrehzahl umzusetzen. Hierzu ist es natürlich erforderlich, im Rahmen der Steuerung 68 eine Zuordnung zwischen der Drehzahl des Gebläses und dessen Fördervolumen vorzusehen. Weiterhin muß natürlich im Rahmen der Steuerung 68 berücksichtigt werden, daß ein bestimmter Zusammenhang zwischen dem analogen Signal am Ausgang des Reglers 65 und dem wirklichen Gasdurchsatz in der Leitung 48 besteht.
Mit der Steuerung 68 besteht die Möglichkeit, durch nichtlineare Variation des Pulspausen-Verhältnisses gemäß Gleichung 1 die Lüfterdrehzahl zur Steuerung des Luftdurchsatzes dem jeweiligen Gasdurchsatz anzupassen. Mit Hilfe des RC-Gliedes 69 wird der zeitliche Mittelwert der Ausgangsspannung der Steuerung 68 gebildet, so daß am Eingang des Steuerungsgebers 57 eine analoge Steuerspannung als Drehzahlsollwert anliegt.
Auch hier entspricht das Verhältnis P : To der relativen Einschaltdauer innerhalb einer Periode, PO ist eine dimensionslose Konstante, T0 ist die Periodendauer in Sekunden, > ist die Ausgangsspannung am Ausgang des Reglers 65. Das bedeutet, daß zum Beispiel der Punkt 11 im Ausführungsbeispiel gemäß Figur zwei dem Spannungsniveau auf der Leitung 67 am Ausgang des Reglers 65 entspricht. Die Werte ) 1 und 22 sind gewählte Konstanten mit der Dimension Volt. 2 besitzt dann auch die Dimension Volt.
Es versteht sich weiterhin, daß die Angaben zu dem Aus führungsbeispiel bezüglich der Frequenz des Pulspausenverhältnisses, die für die Wärmepumpe galten, nicht unbedingt auf die Verhältnisse zum Ausführungsbeispiel nach Figur sechs zu übertragen sind. Hier ist die -Frequenz erheblich höher zu wählen. Weiterhin wäre zum Beispiel der Schalter mit dem Bezugszeichen 36 nach Figur fünf nicht als Relaiskontakt, sondern als steuerbarer Halbleiter auszubilden.

Claims

Ansprüche Verfahren zum Steuern einer elektrischen Ausgangsgröße mittels eines Pulspausen-Verhältnisses, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis folgender Beziehung gehorcht: wobei P/To die relative Einschaltdauer innerhalb einer Periode, PO eine dimensionslose Konstante, T0 die Periodendauer in Sekunden, M eine variable Eingangsgröße und #1 und #2 gewählte Konstanten sind.
2. Verfahren nach Anspruch eins zum Steuern des Pulspausen-Verhältnisses der Uffnungs- und Schließzustände eines Expansionsventi ls einer Wärmepumpe, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis folgender Beziehung gehorcht: wobei P/To die relative Einschaltdauer innerhalb einer Periode, P eine dimensionslose Konstante, T0 die Periodendauer in Sekunden, ffi die laufende Außentemperatur in Grad Celsius und # 1 und 2 2 gewählte Konstanten mit der Dimension Grad Celsius sind.
3. Verfahren nach Anspruch eins zum Steuern der Drehzahl eines Abgasgebläses einer brennstoffbeheizten Wärmequelle, dadurch gekennzeichnet, daß ein rechteckförmiges Signal erzeugt wird, dessen Tastverhältnis folgender Beziehung gehorcht: wobei P/To die relative Einschaltdauer innerhalb einer Periode, P eine dimensionslose Konstante, To die Periodendauer in Sekunden, M eine variable Eingangsgröße mit der Dimension Volt und 9 1 und #2 gewählte Konstanten mit der Dimension Volt sind und daß aus diesem Signal über ein RC-Glied ein zeitlicher Mittelwert gebildet ist, der einen Drezahlsollwert darstellt.
4. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch eins, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Verstärker (14, 15) vorgesehen sind, die mit einem Spannungssignal gespeist werden, das mit der Außentemperatur linear variabel ist und daß der Ausgang des ersten Verstärkers (14) mit dem Eingang eines Komparators (18) verbunden ist, in dessen Ausgang eine Betätigungseinrichtung (27) für das Expansionsventil angeordnet ist und daß der Ausgang des zweiten Verstärkers (15) mit dem Eingang eines Integrators (19) verbunden ist, dessen Ausgang an den zweiten Eingang des Komparators angeschlossen ist.
5. Schaltung nach Anspruch vier, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator ein gesteuerter Integrator ist.
6. Schaltung nach Anspruch fünf, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator aus einer Serienschaltung eines Widerstandes (32) und eines Kondensators (33) besteht, der von einer gesteuerten Konstantstromquelle (30) gespeist ist.
7. Schaltung nach Anspruch drei oder vier, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Integrators (19) ein Schalter (36) vorgesehen ist, der parallel zum Kondensator (33) des Integrators (19) angeordnet ist und der den Kondensator in Abhängigkeit von der Periodendauer ganz oder teilweise entlädt.
8. Schaltung nach einem der Ansprüche drei bis sieben, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerte Konstantstromquelle (30) einen Konstantstrom abgibt, der in Abhängigkeit von der Höhe einer Eingangsgröße vorzugsweise der Außentemperatur variabel ist.
9. Schaltung nach einem der Ansprüche drei bis acht, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerte Konstantstromquelle (30) im Ausgang des Verstärkers (15) angeordnet ist.
10. Schaltung nach Anspruch zwei, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Verstärker (14) der Bedi ngung u 3)a, b1 Ub Ub gehorcht, wobei U1 die Spannung am Ausgang des Verstärkers, Ub eine Bezugsspannung, Ua die Eingangsspannung auf der Leitung 7 am Eingang des Verstärkers, alle in Volt, und a1 und b1 zwei dimensionslose Konstanten bedeuten.
11. Schaltung nach Anspruch zwei, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Verstärker der Bedingung (4) U2 U a Ua + Ub Ub gehorcht, wobei U2 die Ausgangsspannung des Verstärkers, Ua die Eingangsspannung des Verstärkers und Ub eine Bezugsspannung, alle in Volt, und a2 und b2 zwei wählbare dimensionslose Konstanten bedeuten.
12. Schaltung nach Anspruch zwei, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsspannung Ua für die beiden Verstärker (14, 15) der Funktion gehorcht, wobei Ua die Eingangsspannung beider Verstärker, Ub die Bezugsspannung in Volt und eine laufende Eingangsgröße, vorzugsweise die Außentemperatur in Grad Celsius und und vb zwei wählbare Konstanten in Volt beziehungsweise Grad Celsius bedeuten.
13. Schaltung nach Anspruch acht oder neun, dadurch gekennzeichnet, daß der Quotient der linearen Glieder der Verstärkungsfaktoren der Verstärker (14 und 15) folgender Gesetzmäßigkeit gehorchen: (5) a1= 1 + PoTo a2 7 wobei T0 die Periodendauer, t die Integrationskonstante des Integrators 19 und P eine dimensionslose Konstante sind.
14. Schaltung nach Anspruch acht oder neun, dadurch gekennzeichnet, daß der Quotient der absoluten Glieder b1 und b2 der Verstärkungsfaktoren der Verstärker (14 und 15) folgender Gesetzmäßigkeit gehorcht:
15. Schaltung nach Anspruch zehn, dadurch gekennzeichnet, daß Pa sowohl kleiner als #1 als auch kleiner als #2 ist.
16. Schaltung nach Anspruch zehn, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert # b sowohl größer als 1 # als auch größer als # 2 ist.
17. Schaltung nach einem der Ansprüche dreizehn bis fünfzehn, dadurch gekennzeichnet, daß der Quotient Ua/Ub zwischen 2 a und 2 b mit der Eingangsgröße beziehungsweise der Außentemperatur linear ansteigend ist.
18. Schaltung nach Anspruch acht oder neun, dadurch gekennzeichnet, daß der Quotient aus b2 und a2 der Verstärker (14, 15) folgender Gesetzmäßigkeit gehorcht.
19. Schaltung nach einem der Ansprüche drei bis sieben, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator (19) einen Steuereingang (23) aufweist, der an eine Spannung mit der Periodendauer To angeschlossen ist und daß für den Fall eines Nichtanstehens eines Spannungssignals an der Ansteuerleitung (23) der Integrator als Spannungsverstärker mit dem Verstärkungsfaktor eins arbeitet.
20. Schaltung nach einem der Ansprüche eins bis siebzehn, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (27) einen Steuereingang aufweist, der in Abhängigkeit von der Periodendauer mit einem Steuersignal beaufschlagt wird.