DE102006042902B4

DE102006042902B4 - Verfahren und Einrichtung zur elektrischen Überwachung des Verkalkungszustands eines elektrisch beheizten Durchlauferhitzers

Info

Publication number: DE102006042902B4
Application number: DE102006042902A
Authority: DE
Inventors: Christof Zwahlen
Original assignee: Eugster Frismag AG
Current assignee: Eugster Frismag AG
Priority date: 2006-09-13
Filing date: 2006-09-13
Publication date: 2008-08-14
Anticipated expiration: 2026-09-14
Also published as: DE102006042902A1

Abstract

Verfahren zur elektrischen Überwachung des Verkalkungszustands eines elektrisch beheizten Durchlauferhitzers (1), insbesondere in einer Kaffeemaschine,
wobei die Oberflächentemperatur des Durchlauferhitzers (1) auf Einhalten einer Solltemperatur geregelt wird, bei deren Unterschreiten der Durchlauferhitzer (1) eingeschaltet wird,
wobei während Messintervallen vorgegebener Länge jeweils eine Bestimmungsgröße (Ts1 bis Tsn) entsprechend der von dem Durchlauferhitzer während
eines Messintervalls (TM) aufgenommenen mittleren Heizleistung erfasst wird, und
wonach jeweils die erfasste, der mittleren Heizleistung des Durchlauferhitzers entsprechende Bestimmungsgröße mit einer Sollheizleistung verglichen wird und
ein Verkalkungssignal erzeugt wird, wenn die der mittleren Heizleistung entsprechende Bestimmungsgröße die Sollheizleistung um einen vorgegebenen Wert unterschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrischen Überwachung des Verkalkungszustands eines elektrisch beheizten Durchlauferhitzers insbesondere in einer Kaffeemaschine.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Einrichtung zur Überwachung des Verkalkungszustands eines elektrisch beheizten Durchlauferhitzers insbesondere in einer Kaffeemaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
In Wassererhitzungssystemen, insbesondere solchen, die einen elektrisch beheizten Durchlauferhitzer aufweisen, können in diesem je nach der Härte des verwendeten Frischwassers früher oder später mineralische Ablagerungen auftreten, die als Verkalkung bezeichnet werden und den lichten Querschnitt des Durchlauferhitzers verengen. Um die Erhitzungsfunktion des Durchlauferhitzers zu gewährleisten und Beschädigungen zu vermeiden, die durch ein zu weitgehendes Zusetzen auftreten können, soll dieser bei Erreichen eines bestimmten Verkalkungsgrades von den Ablagerungen befreit werden. Um den Benutzern der Kaffeemaschinen eine solche Notwendigkeit anzuzeigen, ist es bekannt, Mess- bzw. Anzeigevorrichtungen der Kaffeemaschinen selbsttätig zu aktivieren.
Zu den bekannten Einrichtungen zur Anzeige des Verkalkungszustands von Durchlauferhitzern, insbesondere in Kaffeemaschinen, gehören solche, die nach der Differenzdruckmethode wirken ( EP 1 112 711 B ). Bei dieser wird der Eingangsdruck am Eingang des Durchlauferhitzers mit dem Ausgangsdruck an dessen Ausgang verglichen, weil bei zunehmender Verkalkung der Ausgangsdruck abnimmt, wenn das Frischwasser in den Eingang des Durchlauferhitzers gepumpt wird. Im Einzelnen ist bei einer solchen Einrichtung eine Differenzdruckmessdose mit zwei Druckkammern und einer Membran zwischen der ersten und der zweiten Druckkammer vorgesehen, von denen die erste Druckkammer mit einem Kaltwassereinlass und die zweite Druckkammer mit einem Heißwasserausgang fluidleitend verbunden ist. Die mit der Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Druckkammer beaufschlagte Membran ist als Federschnappscheibe ausgebildet, die bei Erreichen einer vorgegebenen Druckdifferenz umschnappt. Als nachteilig kann bei dieser Einrichtung ein relativ großer mechanischer Aufwand angesehen werden.
Nach einer anderen Methode, die als elektrische Methode gezeichnet werden kann, soll der Verkalkungszustand des Durchlauferhitzers durch Erfassen der Betriebstemperatur, insbesondere der Oberflächentemperatur des Durchlauferhitzers, mit mindestens einem Temperatursensor gemessen werden. Das von dem Temperatursensor gebildete elektrische Signal wird ausgewertet, um einen Verkalkungszustand anzuzeigen und gegebenenfalls den Durchlauferhitzer abzuschalten. Diese Messmethode beruht auf dem Prinzip, dass die Betriebstemperatur des Durchlaufsensors, insbesondere die Oberflächentemperatur, bei zunehmender Verkalkung steigt, da infolge des durch die Ablagerung erhöhten Widerstands in dem Durchlauferhitzer weniger Frischwasser durchgepumpt wird und somit weniger Wärme abgeführt wird.
Über einer derartigen bekannten Verkalkungsanzeigeneinrichtung sind demgemäss ein oder mehrere Thermoelemente im Heizbereich des Durchlauferhitzerauslaufes angeordnet, wobei elektrische Anschlüsse der Thermoelemente mit einer Anzeigevorrichtung verbunden sind ( DE 293 22 96 B2 ). Bei gleich bleibender Heizleistung bewirkt eine zunehmende Verkalkung des Durchlauferhitzers eine ansteigende Temperatur im Heizbereich des Durchlauferhitzerauslaufes, die mit der Anzeigevorrichtung angezeigt werden kann, um zum Beispiel bei einer bestimmten Markierung der Anzeige den Benutzer auf die notwendige Maschinenentkalkung hinzuweisen. Diese Anzeigenvorrichtung kann jedoch nur eine verhältnismäßig grobe Richtgröße anzeigen, da die mit den Thermoelementen erfasste Temperatur nicht nur von der Verkalkung des Durchlauferhitzers abhängt, sondern einer Reihe weiterer Parameter, wie Fertigungstoleranzen des Durchlauferhitzers, dessen Heizeinrichtung und dergl.. Zudem besteht generell der Wunsch, in Kaffeemaschinen das durch den Durchlauferhitzer erhitzte Brühwasser auf eine bestimmte Solltemperatur zu regeln, was einem über diesen hinausgehenden Temperaturanstieg durch Verkalkung entgegen wirken könnte.
Um dem letztgenannten unerwünschten Effekt entgegen zu wirken ist bereits eine verhältnismäßig komplizierte Einrichtung mit einem Thermogeräteendschalter bekannt, welche die Temperatur der Heizvorrichtung abfühlt und ansprechen soll, wenn sich die Temperatur der Heizvorrichtung über ein eingestelltes Maß hinaus erhöht ( DE 24 31 538 A ). Um einen bestimmten Verkalkungsgrad festzustellen, wird als zusätzliches Kriterium erfasst, dass der Thermogeräteendschalter wegen der grösseren Erhitzung der Heizvorrichtung bei Verkalkung bereits während des Wasserdurchlaufs anspricht und nicht erst an dessen Ende. Um dieses Kriterium auszuwerten kann zusätzlich der Wasserstand im Frischwasserbehälter erfasst werden und schaltungsmäßig mit dem Thermogeräteendschalter gekoppelt werden.
Bei einer weiteren Kaffeemaschine mit Verkalkungsanzeige nach dem Stand der Technik ( DE 270 41 46 A ) ist einem Durchlauferhitzer ein Temperaturregler mit einem die Verkalkung des Durchlauferhitzers anzeigenden Signalgeber zugeordnet. In einer Schaltungsanordnung, in der ein Kontakt des Temperaturreglers liegt, ist ein Heißleiter im Bereich eines Kaltwasserzulaufs zu dem Durchlauferhitzer angeordnet, womit wie bei der weiter oben besprochenen Einrichtung erfasst werden kann, ob der Temperaturregler aufgrund einer ansteigenden Temperatur schon dann anspricht, wenn noch Kaltwasser gefördert wird. Damit kann die Notwendigkeit eines Entkalkungsvorgangs signalisiert werden. Abgesehen von dem Schaltungsaufwand für diese Einrichtung ist aber nachteilig, dass dessen Funktion unter anderem von der Frischwassertemperatur abhängt, die den Widerstand des Heißleiters bestimmt.
Mit einem zusätzlichen Wärmefühler zu einer thermostatischen Heizungssteuerung eines Durchlauferhitzers ist eine Kaffeemaschine ausgestattet, bei der der Wärmefühler im Heißbereich einer Leitung für das heiße Wasser angeordnet ist ( DE 22 34 661 A ). Mit dieser Einrichtung sollen Ablagerungen, die im Durchlauferhitzer störend und schädlich auftreten können, vor Auftreten von Schäden angezeigt werden, wozu wiederum der Temperaturanstieg bei zunehmender Dicke der Ablagerungen von dem Wärmefühler erfasst wird. Diese Temperaturerhöhung soll trotz der thermostatisch gesteuerten Heizung insbesondere unmittelbar nach der Heizzone in Durchflussrichtung auftreten, weil die thermostatische Heizungssteuerung einen Temperaturübergang auf das Wasser nicht erfasst. Die Einrichtung erfordert aber einen zusätzlichen Fühler zusätzlich zu demjenigen der thermostatischen Heizungssteuerung, wobei die Anordnung des Thermostaten und des Fühlers kritisch ist.
Bekannt ist weiterhin ein Verfahren zur Ermittlung des Verkalkungszustands von Wassererhitzern in elektrischen Haushaltsgeräten mit einem Durchlauferhitzer und einem temperaturabhängigen Ein- und Ausschalter zum Einhalten einer konstanten Warmhaltetemperatur, bei dem die Zeitspanne zwischen dem ersten temperaturbedingten Ausschalten eines Heizelements des Durchlauferhitzers und dem ersten Wiedereinschalten nach einer Abkühlphase gemessen wird und die gemessene Ist-Zeitspanne mit einer vorgegebenen, frei einstellbaren Soll-Zeitspanne verglichen wird und eine Anzeige ausgelöst wird, wenn die angemessene Ist-Zeitspanne kürzer ist als die vorgegebene Soll-Zeitspanne ( DE 100 10 488 C2 ). Dieses Verfahren setzt den temperaturabhängigen Ein- und Ausschalter voraus, der abhängig von der sogenannten Reglertemperatur normalerweise in unverkalktem Zustand des Durchlauferhitzers dessen Heizung erst abschaltet, wenn am Ende der Brühperiode kein Wasser in den Durchlauferhitzer einströmt, jedoch im verkalkten Zustand des Durchlauferhitzers zum ersten Mal früher abschaltet und wieder einschaltet. Es werden also temperaturabhängige Ist-Zeitspannen ausgewertet und keine physikalischen Größen in festen Messintervallen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Verfahren zur Überwachung des Verkalkungszustands und entsprechender Einrichtungen diese so auszugestalten, dass mit wenig aufwendigen Mitteln, insbesondere mit den ohnehin für den Betrieb des Durchlauferhitzers, insbesondere zur fest getakteten Temperatursteuerung bzw. -regelung dessen Heizung, erforderlichen bzw. vorgesehenen elektronischen Baugruppen eine zuverlässige Überwachung des Verkalkungszustands gewährleistet ist, ohne die Funktion der Temperatursteuerung bzw. -regelung der Heizung zu beeinträchtigen.
Diese Aufgabe wird für ein Verfahren zur elektrischen Überwachung des Verkalkungszustands mit zusätzlicher Nutzung einer Temperaturregelung der Oberflächentemperatur des Durchlauferhitzers gemäss Anspruch 1 gelöst.
Die Temperaturregelung ist so eingestellt, dass sich eine gewünschte Temperatur des durch den Durchlauferhitzer erhitzten Wassers, insbesondere Brühwasser, und damit eine entsprechende Oberflächentemperatur des Durchlauferhitzers einstellt, die bei unverkalktem Durchlauferhitzer erreicht werden soll. Die dazu während eines ersten Messintervalls erforderliche mittlere Heizleistung des Durchlauferhitzers, die als Sollheizleistung bezeichnet werden kann, wird zweckmässig gemäss Anspruch 2 erfasst und gespeichert. Diese Ermittlung der Sollheizleistung ist besonders vorteilhaft, weil sie die die Sollheizleistung beeinflussenden Kenngrößen des Durchlauferhitzers und dessen Umgebung berücksichtigt. Es ist jedoch auch möglich, die Sollheizleistung in anderer Weise zu bestimmen bzw. zu berechnen. Sie bezieht sich jedenfalls auf einen Wasserfluss durch den Durchlauferhitzer, der in einem System mit einem Wassertank, einer Pumpe, dem Durchlauferhitzer einschliesslich Thermoblock auftritt und bei einer Kaffeemaschine in eine Brüheinheit mündet. Der Wasserfluss stellt sich in dem Durchlauferhitzer entsprechend dem Pumpendruck und dem Gegendruck an dem Ausgang des Durchlauferhitzers, insbesondere bei einer Kaffeemaschine abhängig von Mahlgrad und Kaffeemenge ein.
Nach Bestimmung der Sollheizleistung beruht das erfindungsgemässe Verfahren gemäss Anspruch 1 darauf, dass bei zunehmender Verkalkung des Durchlauferhitzers und der hieran angeschlossenen Leitungen sich der Gegendruck, den das Wasser zu überwinden hat, erhöht, weshalb der Durchfluss kleiner wird. Bei kleinerem Durchfluss durch den Durchlauferhitzer wird zum Erreichen der Temperatur der Durchlauferhitzeroberfläche weniger Heizleistung benötigt, weil die Abkühlung mit dem weniger stark durchfließendem Wasser geringer ist. Demgemäss wird in Messintervallen vorgegebener Länge jeweils eine Bestimmungsgröße entsprechend der von dem Durchlauferhitzer während eines Messintervalls aufgenommenen mittleren Heizleistung erfasst, wonach diese Bestimmungsgröße mit der Sollheizleistung bzw. wiederum einer Bestimmungsgröße, die der Sollheizleistung entspricht, verglichen wird. Wenn es sich aus dem Vergleich ergibt, dass die mittlere Heizleistung, die während eines Messintervalls erfasst wurde, die Sollheizleistung um einen vorgegebenen Wert unterschreitet, bedeutet dies, wie oben ausgeführt, einen zu geringen Wasserdurchfluss durch den Durchlauferhitzer, der typisch durch eine Verkalkung verursacht ist, und ein Verkalkungssignal wird zur optischen und/oder akustischen Anzeige generiert.
Die Vorteile dieser Durchflusserfassung und damit Kontrolle des Verkalkungszustands bestehen insbesondere darin, dass diese von der Temperaturregelung so entkoppelt ist, dass einerseits die Temperaturregelung optimal zur Temperierung des durch den Durchlauferhitzer strömenden Wassers funktioniert und andererseits der Verkalkungszustand genau und zuverlässig ermittelt wird.
Es sei bemerkt, dass das Verkalkungssignal nicht nur optisch oder akustisch zur Anzeige gebracht werden kann, sondern auch ein Steuerkommando erzeugen kann.
In technisch wenig aufwendiger Weise braucht nicht die mittlere Heizleistung als solche ermittelt zu werden, um mit der Sollheizleistung verglichen zu werden, sondern es genügt die Erfassung und Auswertung der Einschaltzeiten des Durchlauferhitzers, deren Summe bzw. Integral über ein Messintervall eine Bestimmungsgröße für die mittlere, während diesem Messintervall aufgenommene mittlere Heizleistung elektrische Energie ist. Die einfache Erfassung der Einschaltzeiten zur Ermittlung der mittleren Heizleistung während eines Messintervalls bietet sich insbesondere an, wenn entsprechend dem Temperaturregelverfahren der Durchlauferhitzer mit einer Taktfrequenz getaktet eingeschaltet wird, und jeweils ausgeschaltet wird, wenn die Solltemperatur der Oberflächentemperatur des Durchlauferhitzers erreicht ist. Von diesem Verfahren geht Anspruch 3 aus. Die Einschaltzeiten des Durchlauferhitzers sind demgemäss Zeitabschnitte bzw. Impulslängen von Einschaltimpulsen konstanter Impulsperiodendauer, die durch die Taktfrequenz definiert ist. Die Impulslängen können zur Erfassung der mittleren Heizleistung während eines Messintervalls einfach summiert werden.
Gemäss Anspruch 4 können im Fall der getakteten Regelung zur Erfassung der Sollheizleistung die Längen der Einschaltimpulse in dem ersten Messintervall des unverkalkten Durchlauferhitzers durch den Temperaturregler zunächst konstant maximal auf die Impulsperiodendauer eingestellt sein, d. h. die Heizung des Durchlauferhitzers ist kontinuierlich bis zum Erreichen des Sollwerts eingeschaltet.
Die Wahl der Zeitdauer der Messintervalle ist unkritisch. Zweckmässig beträgt die Zeitdauer eines Messintervalls wenigstens die Dauer eines Kaffee bezuges in dem Fall in dem der Durchlauferhitzer Bestandteil einer Kaffeemaschine ist. Zum Nivellieren der Messergebnisse können sich die Messintervalle über mehrere Kaffeebezüge erstrecken. Mit jedem Kaffeebezug beginnt somit entweder ein Messintervall oder aber ein begonnenes Messintervall wird fortgesetzt, bis eine vorgegebene Zeitdauer des Messintervalls erreicht ist.
Gemäss Anspruch 6 wird die gespeicherte Sollheizleistung bei jedem Entkalkungsvorgang selbsttätig gelöscht, wonach sie in einem ersten auf die Entkalkung folgenden Messintervall neu ermittelt und gespeichert wird. Damit kalibriert sich die nach dem Verfahren arbeitende Einrichtung selbst, was vorteilhaft ist, wenn keine vollständige Entkalkung während der Entkalkungsvorgänge erfolgt. Zur einfachen Auswertung der mittleren Heizleistung sind die Messintervalle gleicher Dauer vorgegeben.
Gemäss Anspruch 7 kann das Verfahren aber vorteilhaft weitergebildet werden, wenn ein Gerät mit einem Durchlauferhitzer, dessen Verkalkungszustand überwacht wird, einen Durchflussmesser in dem Zulauf des Wassers umfasst, so dass die durch den Durchlauferhitzer durchströmende Wassermenge zusätzlich zur Feinabstimmung, insbesondere der Messintervalle, d. h. deren Ende, verwendet werden kann.
Eine elektrische Einrichtung zur Überwachung des Verkalkungszustands eines elektrisch beheizten Durchlauferhitzers insbesondere in einer Kaffeemaschine, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren funktioniert, geht gemäss dem Oberbegriff des Anspruch 8 aus von einer aus der Praxis bekannten Einrichtung mit einem an dem Durchlauferhitzer angeordneten Temperatursensor und mit einem mit dem Temperatursensor eingangsseitig in Verbindung stehenden Temperaturregler, der geeignet ist, die Oberflächentemperatur des Durchlauferhitzers auf Einhalten einer Solltemperatur zu regeln und hierzu den Durchlauferhitzer bei Unterschreiten der Solltemperatur mittels Schaltmitteln einzuschalten. Der Temperatursensor kann insbesondere durch einen NTC realisiert sein.
Um das erfindungsgemässe Verfahren mit einer solchen Einrichtung auszuüben, ist eine Steuerung vorgesehen, die in Messintervallen vorgegebener wirksamer Dauer, die auf eine Wasserzulaufdauer zu dem Durchlauferhitzer bezogen ist, Steuerbefehle erzeugt. Weiterhin sind mit solchen Steuerbefehlen gesteuerte Leistungsvergleichsmittel vorgesehen, in denen über jeweils ein Messintervall eine Bestimmungsgröße der von dem Durchlauferhitzer aufgenommenen mittleren Heizleistung, insbesondere eine bei Beendigung des Messintervalls resultierende Einschaltzeit, erfassbar und mit einer Sollheizleistung des Durchlauferhitzers deren Bestimmungsgröße in den Leistungsvergleichsmitteln gespeichert werden kann, vergleichbar ist. Die Leistungsvergleichsmittel sind geeignet, ein Verkalkungssignal auszulösen, wenn die der mittleren Heizleistung in dem Messintervall entsprechende Bestimmungsgröße, insbesondere die resultierende Einschaltzeit, die Sollheizleistung um einen vorgegebenen Wert unterschreitet, weil dies einen erhöhten Strömungswiderstand in dem System mit einer Pumpe stromaufwärts des Durchlauferhitzers und gegebenenfalls einer nachfolgenden Brüheinheit einer Kaffeemaschine bedeutet, der in der Regel durch so genannte Verkalkung hervorgerufen ist.
Für die Vorgabe einer Bestimmungsgröße der Sollheizleistung, die von einem unverkalkten Durchlauferhitzer, bzw. einen Durchlauferhitzer im entkalkten Zustand aufgenommen wird, dienen weiterhin zweckmässig eine derart konzipierte Steuerung und Leistungsvergleichsmittel, dass in den Leistungsvergleichsmitteln, vorzugsweise eine resultierende Einschaltdauer des Durchlauferhitzers speicherbar ist, die über einem ersten Messintervall erfasst, d. h. summiert bzw. aufintegriert und zu einem anschliessenden Vergleich mit einer in jeweils einem folgenden Messintervall entsprechend der mittleren Heizleistung erfassten Bestimmungsgröße gespeichert wird.
Gemäss Anspruch 10 sind die Steuerung und die Leistungsvergleichsmittel zur Aktualisierung der Sollheizleistung besonders vorteilhaft so konzipiert, dass die Sollheizleistung in den Leistungsvergleichsmitteln bei jeder Entkalkung selbsttätig gelöscht und anschliessend in dem nächsten Messintervall neu einspeicherbar sind.
Gemäss Anspruch 11 ist in Verbindung mit einem taktweise funktionierenden Temperaturregler ein Taktgeber vorgesehen, der eine feste Taktfrequenz in die Steuerung einspeist, so dass durch den Temperaturregler, einem diesen gegebenenfalls nachgeschalteten Schaltglied und den Schaltmitteln, durch die die Heizung des Durchlauferhitzers eingeschaltet wird, Einschaltimpulse des Durchlauferhitzers konstanter Impulsperiodendauer und temperaturabhängig geregelter Impulslänge erzeugt werden. Dabei entsprechen die Impulslängen den Einschaltzeiten, die über jeweils ein Messintervall in den Leistungsvergleichsmitteln summierbar bzw. integrierbar sind. Mit dieser Einrichtung kann die Verkalkung wirksam festgestellt werden, obwohl die durch den Temperaturregler gesteuerten Impulslängen in einer Folge von Impulsen konstanter Impulsperiodendauer variabel sind. Die Impulslängen sind in den Leistungsvergleichsmitteln unkompliziert genau summierbar bzw. integrierbar und stellen eine besonders geeignete Bestimmungsgröße für die mittlere Leistungsaufnahme des Durchlauferhitzers in einem Messintervall dar, weil die übrigen Parameter, die die Leistungsaufnahme bestimmen, wie Netzspannung und Dimensionierung der Heizung des Durchlauferhitzers, weitgehend konstant sind.
Zur Speicherung der Sollheizleistung nach Anspruch 12 in den Leistungsvergleichmitteln können die Impulslängen der Einschaltimpulse der in dem ersten Messintervall des unverkalkten Durchlauferhitzers aufgenommenen Heizleistung einfach zunächst maximal auf die Impulsperiodendauer, eingestellt sein, bis die Solltemperatur des Durchlauferhitzers erreicht ist. Generell kann die mittlere Heizleistung auch in anderer Weise empirisch für die gewünschte Temperatur des Wassers, das mit dem Durchlauferhitzer erhitzt wird, und damit für die korrespondierenden Oberflächentemperatur des Durchlauferhitzers bei unverkalktem Durchlauferhitzer bestimmt werden und als Sollheizleistung in die Leistungsvergleichsmittel eingegeben werden.
Indem in dem Gerät bzw. in dem System mit einem Durchlauferhitzer, dessen Verkalkungszustand mit der Einrichtung überwacht werden soll, ein Durchflussmesser in einem Wasserzulauf zu dem Durchlauferhitzer angeordnet ist, kann dessen Signalausgang über einen Messintervallgeber mit der Steuerung zur Feinabstimmung, insbesondere der Messintervalldauer, in Verbindung stehen.
Die wesentlichen oben angegebenen Funktionselemente der Einrichtung zur Überwachung des Verkalkungszustands können durch einen programmgesteuerten Mikroprozessor realisiert sein, besonders vorteilhaft dann, wenn ein solcher Mikroprozessor in der Einrichtung bzw. in dem System auch für andere Funktionen vorgesehen ist, wie zur Temperaturregelung.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung mit zwei Figuren erläutert, woraus sich weitere vorteilhafte Merkmale ergeben können. Es zeigt:
1 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Einrichtung zur Überwachung des Verkalkungszustands des Durchlauferhitzers und
2 ein Zeitdiagramm über ein Messintervall mit Einschaltimpulsen, die in dem System nach 1 erzeugt und mit der darin gezeigten Einrichtung zur Überwachung des Verkalkungszustands ausgewertet werden.
In 1 ist mit 1 ein Durchlauferhitzer bezeichnet, dessen Heizung über Schaltmittel 2 an Klemmen 3 und 4 eines Stromnetzes angeschlossen ist.
Auf der Oberfläche des Durchlauferhitzers ist ein Temperatursensor 5 insbesondere in Form eines NTC Widerstands angeordnet, der mit einem Istwerteingang eines Temperaturreglers 6 in Verbindung steht. Ein Temperatursollwert kann in einem Temperatursollwerteingang 7 des Temperaturreglers eingegeben werden. Ein Reglerausgang 8 steht mit einem Schaltglied 9 in Verbindung, welches geeignet ist, die Schaltmittel 2 zu betätigen.
Der Temperaturregler 6 und das Schaltglied 9 sind durch einen Taktgeber 10 mit einer festen Taktfrequenz getaktet.
Ein elektrischer Ausgang des Schaltglieds 9 steht weiterhin mit Eingängen eines Leistungsvergleichsspeichers 11 in Verbindung, der durch eine Steuerung 12 in Abhängigkeit von einem Messintervallgeber 13 gesteuert wird. An den Ausgang des Leistungsvergleichsspeichers ist eine Verkalkungsanzeige 14 angeschlossen.
Die innerhalb der strichpunktierten Linie angeordneten Funktionseinheiten können durch einen Programmsensor realisiert sein.
Zur Regelung der Oberflächentemperatur des Durchlauferhitzers 1 werden zumindest ab Beginn eines Messintervalls TM durch den Taktgeber 10 getaktet fortlaufend Einschaltimpulse gebildet, von denen Einschaltimpulse T1 bis Tn in 2 dargestellt sind. Der Regler 6 bestimmt, nach welcher Einschaltzeit bzw. Impulslänge Ts1 bis Tsn ein Einschaltimpuls jeweils beendet wird. Die Heizung des Durchlauferhitzers 1 ist somit über die durch das Schaltglied 9 betätigten Schaltmittel 2 während der Impulslänge gleich Einschaltdauer jeweils mit Netz verbunden.
Zur Herstellung der Betriebsbereitschaft der Einrichtung zur Überwachung des Verkalkungszustands ist in den Leistungsvergleichsspeicher zunächst eine Bestimmungsgröße entsprechend der Sollheizleistung einzuspeichern. Hierzu wird eine vorbestimmte, z. B. errechnete Bestimmungsgröße eingegeben oder vorzugsweise, wenn der Durchlauferhitzer 1 neu ist oder entkalkt ist, eine mittlere Leistungsaufnahme während eines ersten Messintervalls ermittelt, die maximal ist, so dass sich Einschaltzeiten bzw. die entsprechenden Impulslängen zumindest zunächst über jeweils die Impulsperiodendauer T1, T2, T3, T4, T5, Tn erstrecken können. Diese Impulslängen werden in den Leistungsvergleichsspeicher 11 über das erste Messintervall TM summiert bzw. integriert und gespeichert.
In anschliessenden Messintervallen TM von denen eines ebenfalls in 2 dargestellt ist, sind die Einschaltzeiten bzw. Impulslängen typischerweise kürzer als die Impulsperiodendauer, weil infolge zunehmender Verkalkung und demzufolge wegen reduziertem Durchfluss die Oberflächentemperatur des Durchlauferhitzers 1 ansteigt und der Temperaturregler die Heizung des Durchlauferhitzers 1 jeweils bei Erreichen der Solltemperatur der Oberfläche des Durchlauferhitzers 1 abschaltet. Die Impulse haben somit in den späteren, auf das erste Messintervall folgenden Messintervallen nur die Impulslänge Ts1, Ts2, Ts3, Ts4 und Tsn. Diese Impulslängen bzw. Einschaltzeiten werden in einem anderen Teil des Leistungsvergleichsspeichers 11 summiert bzw. integriert und das Ergebnis wird gesteuert durch die Steuerung 12 am Ende des Messintervalls mit dem zuvor gespeicherten Wert der Soll heizleistung verglichen. Die Summe bzw. das Integral der Einschaltzeiten Ts1 bis Tsn ist gleich der mittleren Heizleistung über das entsprechende Messintervall.
Wie oben erwähnt wird die mittlere Heizleistung mit zunehmender Verkalkung des Durchlauferhitzers kleiner, um die Solltemperatur der Oberfläche des Durchlauferhitzers 1 zu erreichen. Unterschreitet die mittlere Heizleistung Ts1 bis Tsn die mittlere Sollheizleistung gemäss T1 bis Tn um einen vorgegebenen Wert, so erzeugt der Leistungsvergleichsspeicher 11 ein Verkalkungssignal, welches mit der Verkalkungsanzeige 14 angezeigt wird. Daraufhin kann ein Entkalkungsvorgang eingeleitet werden, bevor der somit entkalkte Durchlauferhitzer wieder in Betrieb genommen wird.
In dem ersten Messintervall nach neuerlicher Inbetriebnahme kann wiederum die dann zutreffende Sollheizleistung selbsttätig mit der Einrichtung gemäss 1 ermittelt werden und in dem Leistungsvergleichsspeicher 11 gespeichert werden, womit sich die Einrichtung selbst kalibriert.
Es werden also zur Überwachung des Verkalkungszustands keine zusätzlichen Sensoren, ausser dem zur Temperaturregelung verwendeten Sensor 5 benötigt. Die mit fortschreitender Verkalkung immer niedrigere mittlere Heizleistung wird ermittelt und in Relation zu der Sollheizleistung, die gleich der mittleren Heizleistung eines neuen bzw. entkalkten Durchlauferhitzers ist, selbsttätig ausgewertet.

1: Durchlauferhitzer
2: Schaltmittel
3: Klemme
4: Klemme
5: Temperatursensor
6: Temperaturregler
7: Temperatursollwert
8: Reglerausgang
9: Schaltglied
10: Taktgeber
11: Leistungsvergleichsspeicher
12: Steuerung
13: Messintervallgeber
14: Verkalkungsanzeige

Claims

Verfahren zur elektrischen Überwachung des Verkalkungszustands eines elektrisch beheizten Durchlauferhitzers (1), insbesondere in einer Kaffeemaschine, wobei die Oberflächentemperatur des Durchlauferhitzers (1) auf Einhalten einer Solltemperatur geregelt wird, bei deren Unterschreiten der Durchlauferhitzer (1) eingeschaltet wird, wobei während Messintervallen vorgegebener Länge jeweils eine Bestimmungsgröße (Ts1 bis Tsn) entsprechend der von dem Durchlauferhitzer während eines Messintervalls (TM) aufgenommenen mittleren Heizleistung erfasst wird, und wonach jeweils die erfasste, der mittleren Heizleistung des Durchlauferhitzers entsprechende Bestimmungsgröße mit einer Sollheizleistung verglichen wird und ein Verkalkungssignal erzeugt wird, wenn die der mittleren Heizleistung entsprechende Bestimmungsgröße die Sollheizleistung um einen vorgegebenen Wert unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Sollheizleistung eine Bestimmungsgröße (T1 bis Tn), die der mittleren Heizleistung entspricht, die in einem ersten Messintervall (TM) von dem unverkalkten bzw. entkalkten Durchlauferhitzer (1) aufgenommen wird, erfasst und gespeichert wird, und dass jeweils eine der mittleren Heizleistung in den auf das erste Messintervall folgenden Messintervallen entsprechende Bestimmungsgröße (Ts1 bis Tsn) erfasst wird und mit der gespeicherten Sollheizleistung verglichen wird, um gegebenenfalls das Verkalkungssignal zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung des Durchlauferhitzers (1) während der Messintervalle mit einer Taktfrequenz getaktet ist und demgemäß Einschaltimpulse konstanter Impulsperiodendauer (T1, Tn) und variabler gesteuerter Impulslängen gleich Einschaltzeiten (Ts1, Tsn) des Durchlauferhitzers umfassen kann, wobei zur Erfassung der der mittleren Heizleistung während eines Messintervalls (TM) entsprechenden Bestimmungsgröße die Impulslängen jeweils über das Messintervall integriert werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Sollheizleistung die Längen der Einschaltimpulse in dem ersten Messintervall maximal auf die Impulsperiodendauer (T1, Tn) eingestellt sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Messintervall (TM) über mindestens eine Zeitdauer eines Kaffeebezugs erstreckt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gespeicherte Sollheizleistung bei jedem Entkalkungsvorgang selbsttätig gelöscht wird und dass die Sollheizleistung in einem ersten auf die Entkalkung folgenden Messintervall neu ermittelt und gespeichert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit einem Durchflussmesser erfasster Wert einer den Durchlauferhitzer durchströmenden Wassermenge zusätzlich zur Feinabstimmung, insbesondere der Messintervalle, verwendet wird.
Elektrische Einrichtung zur Überwachung des Verkalkungszustands eines elektrisch beheizten Durchlauferhitzers (1), insbesondere in einer Kaffeemaschine, mit einem an dem Durchlauferhitzer (1) angeordneten Temperatursensor (5) und mit einem mit dem Temperatursensor eingangsseitig in Verbindung stehenden Temperaturregler (6), der geeignet ist, die Oberflächentemperatur des Durchlauferhitzers auf Einhalten einer Solltemperatur zu regeln und hierzu bei Unterschreiten der Solltemperatur den Durchlauferhitzer mittels Schaltmitteln (2) einzuschalten, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (12) vorgesehen ist, die in Messintervallen vorgegebener Länge Steuerbefehle erzeugt, dass mit den Steuerbefehlen gesteuerte Leistungsvergleichsmittel (11) vorgesehen sind, in denen eine über jeweils ein Messintervall gemittelte Bestimmungsgröße entsprechend der von dem Durchlauferhitzer (1) aufgenommenen mittleren Heizleistung erfassbar und mit einer Sollheizleistung des Durchlauferhitzers (1) vergleichbar ist und dass die Leistungsvergleichsmittel (11) geeignet sind, ein Verkalkungssignal auszulösen, wenn die der mittleren Heizleistung in dem Messintervall entsprechende Bestimmungsgröße die Sollheizleistung um einen vorgegebenen Wert unterschreitet.
Einrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine derart konzipierte Steuerung (12) und Leistungsvergleichsmittel (11), dass in den Leistungsvergleichsmitteln (11) als Sollheizleistung des Durchlauferhitzers eine Bestimmungsgröße speicherbar ist, die einer über einem ersten Messintervall (T1 bis Tn) aufgenommenen mittleren Heizleistung des unverkalkten bzw. entkalkten Durchlauferhitzers (1) entspricht und zum Vergleich mit einer in jeweils einem folgenden Messintervall entsprechend der mittleren Heizleistung erfassten Bestimmungsgröße auslesbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine derart konzipierten Steuerung (12) und Leistungsvergleichsmittel (11), dass die in den Leistungsvergleichsmitteln (11) gespeicherte Sollheizleistung des unverkalkten bzw. entkalkten Durchlauferhitzers (1) mit einem Entkalkungsbefehl löschbar ist und nach erneuter Ermittlung als einer der mittleren Heizleistung entsprechende Bestimmungsgröße, die in einem ersten auf eine Entkalkung folgenden Messintervall erfassbar ist, speicherbar ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Taktgeber (10) vorgesehen ist, der eine feste Taktfrequenz in die Steuerung (12) einspeist, so dass diese in Verbindung mit dem Temperaturregler (6), einem diesem nachgeschalteten Schaltglied (9) und den Schaltmitteln (2) Einschaltimpulse des Durchlauferhitzers (1) konstanter Impulsperiodendauer und variabler gesteuerter Impulslänge erzeugt, und dass die Impulslängen, die Einschaltzeiten entsprechen, über jeweils ein Messintervall (TM) in den Leistungsvergleichsmitteln (11) integrierbar sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch eine derartige Steuerung (12), dass zur Speicherung der Sollheizleistung in den Leistungsvergleichsmitteln (11) die Impulslängen der Einschaltimpulse der in dem ersten Messintervall aufgenommenen Heizleistung maximal auf die Impulsperiodendauer (T1 bzw. Tn) eingestellt sind, die durch die Taktfrequenz definiert ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Wasserzulauf zu dem Durchlauferhitzer (1) ein Durchflussmesser angeordnet ist, dessen Signalausgang über einen Messintervallgeber mit der Steuerung zur Feinabstimmung, insbesondere der Messintervalldauer in Verbindung steht.
Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie im wesentlichen durch einen programmgesteuerten Mikroprozessor realisiert ist.