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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Heizgerät mit mindestens
einem schmiegsamen elektrischen Wärmeteil und einer Steuereinrichtung,
mit der die dem Wärmeteil über einen Heizkreis
zugeführte elektrische Energie bzw. Leistung variierbar
ist.
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Ein
derartiges Heizgerät ist in der
EP 1 604 548 B1 angegeben.
Bei diesem bekannten Heizgerät wird einem schmiegsamen
Wärmeteil elektrische Leistung zugeführt, die
mittels einer Steuereinrichtung entsprechend einem von einem Benutzer
gewählten Wärmeniveau regelbar ist. Dabei ist
auch eine Sicherheitsschaltung vorhanden, um überhöhte Temperaturen
zu vermeiden und Schutzfunktionen zu gewährleisten.
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Verschiedene
weitere Heizgeräte mit einem schmiegsamen elektrischen
Wärmeteil, dem gesteuert elektrische Leistung zugeführt
wird, und mit verschiedenen Sicherheitssystemen sind auch in der
EP 1 036 486 B1 ,
der
EP 1 468 344 B1 ,
der
EP 1 819 200 A2 ,
der
EP 1 762 157 B1 ,
der
EP 1 491 071 B1 und der
EP 1 634 483 A1 in verschiedenen
Ausgestaltungen der Steuereinrichtung und des Sicherheitssystems
gezeigt. In der
EP
1 819 200 A2 ist dabei ein Wärmegerät
mit einem Niedervolt-Energiespeicher gezeigt, das energiesparend
betreibbar und mittels eines gepulsten Heizstroms mit elektrischer
Energie geregelt beaufschlagbar ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizgerät der
eingangs genannten Art bereit zu stellen, das weitere Betriebsmöglichkeiten
insbesondere hinsichtlich eines energieeffizienten Betriebs ergibt.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Hierbei ist vorgesehen, dass in die Steuereinrichtung eine Energie-
oder Leistungsverbrauch-Erfassungseinrichtung integriert ist.
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Mit
der Integration der Energie- bzw. Leistungsverbrauch-Erfassungseinrichtung
in die Steuereinrichtung ergeben sich günstige Möglichkeiten,
den Betrieb des Heizgerätes energieeffizient und genau abgestimmt
auf den Heizbetrieb vorzunehmen.
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Eine
für den Aufbau und die Funktion vorteilhafte Ausgestaltung
besteht darin, dass die Erfassungseinrichtung eine Stromerfassungseinheit
und eine Bestimmungseinheit aufweist, mittels deren aus einem von
der Stromerfassungseinheit zugeführten, den Heizstrom betreffenden
Stromwert und einem die Spannung an dem Wärmeteil betreffenden
Spannungswert die von dem Wärmeteil verbrauchte Energie
oder Leistung berechenbar ist.
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Verschiedene
vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten bestehen darin, dass der Spannungswert
ein gespeicherter Spannungswert oder ein mittels einer Spannungserfassungseinheit
erfasster Spannungswert ist.
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Der
Aufbau und die Funktionsweise werden ferner dadurch begünstigt,
dass die Bestimmungseinheit ein Programmmodul in einem Mikrocontroller der
Steuereinrichtung umfasst.
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Zu
einem vorteilhaften Aufbau tragen ferner die Maßnahmen
bei, dass zumindest die Bestimmungseinheit der Energie- bzw. Leistungsverbrauch-Erfassungseinrichtung
in einem Gehäuse einer Bedien-/Anzeigeeinheit angeordnet
ist, die als Schnurzwischen-Schalteinheit ausgebildet ist.
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Ist
vorgesehen, dass die Stromerfassungseinheit als Strommesswiderstand
in einem Versorgungsspannungsanschluss und/oder in dem Heizkreis
ausgebildet ist, so können beispielsweise auch in der Steuereinrichtung,
beispielsweise auch in einer Sicherheitsschaltung ohnehin vorhandene
Strommesswiderstände genutzt werden.
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Nähere
Aussagen zur Ursache eines geänderten Energieverbrauchs
werden dadurch ermöglicht, dass der Heizkreis einen Heizsteuerkreis
und einen Parallelkreis aufweist, und dass der Bestimmungseinheit
zusätzlich ein Fehlerstrom von einer in dem Parallelkreis
angeordneten Fehlerstromerfassungsschaltung zugeführt ist.
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Zum
Erfassen von Spannungswerten sind die Maßnahmen vorteilhaft,
dass die Spannungserfassungseinheit in einer Energie- oder Leistungsverwaltungseinheit
und/oder einer Sollwertvorgabestufe eines Temperaturregelkreises
angeordnet ist. In der Energie- bzw. Leistungsverwaltungseinheit
liegen beispielsweise auch aktuelle Spannungswerte vor, die beispielsweise
auch von verschiedenen Spannungsversorgungsquellen (beispielsweise
Akkusatz oder Netz) stammen können.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass die Steuereinrichtung
eine Anzeigesteuerung umfasst und dass eine optische Anzeigevorrichtung
mit ei nem Anzeigefeld vorhanden ist, über das eine den
Energie- oder Leistungsverbrauch betreffende Verbrauchsinformation
anzeigbar ist.
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Ist
dabei vorgesehen, dass das Anzeigefeld an dem Gehäuse angeordnet
ist und dass über die optische Anzeigevorrichtung auch
die Funktion des Heizgerätes betreffende weitere Betriebsinformationen
anzeigbar sind, so kann das Anzeigefeld gleichzeitig für
verschiedene Anzeigefunktionen des Heizgerätes genutzt
werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass eine akustische
und/oder taktile Anzeigevorrichtung vorgesehen ist.
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Zu
einem energieeffizienten Betrieb, der auch für Sicherheitsmaßnahmen
nutzbar ist, tragen ferner die Maßnahmen bei, dass die
Steuereinrichtung mit einer Leistungsbegrenzungsschaltung versehen
ist und dass die Energie- bzw. Leistungsverbrauch-Erfassungseinrichtung
an die Leistungsbegrenzungsschaltung angeschlossen ist und die Steuereinrichtung
so ausgebildet ist, dass bei Überschreitung eines Energie-
oder eines Leistungsverbrauchsschwellenwertes die dem Wärmeteil
zugeführte elektrische Leistung begrenzt wird, wobei mindestens
ein Energie- bzw. Leistungsverbrauchsschwellenwert fest vorgegeben
und/oder variabel einstellbar ist.
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Der
Energie- oder Leistungsverbrauch lässt sich in Abhängigkeit
unterschiedlicher Temperaturverläufe des Heizteils dadurch
günstig einstellen, dass die Steuereinrichtung eine Zeitsteuerschaltung für
den Temperaturverlauf des Wärmeteils aufweist, und dass
der mindestens eine Energie- bzw. Leistungsverbrauchsschwellenwert
in Abhängigkeit von dem Temperaturverlauf einstellbar ist.
Beispielsweise kann in einer anfänglichen Anwärmphase
eines Bettes für eine Heizdecke oder ein Wärmeunterbett
eine erhöhte Wärmeleistung eingestellt werden
und für den Langzeitbetrieb über mehrere Stunden,
nachdem ein höherer Wärmebedarf des Benutzers
gedeckt ist, ein Wärmeniveau mit geringem Energie- oder
Leistungsverbrauch eingestellt werden.
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Für
unterschiedliche Benutzer individuell vorgebbare Betriebsweisen
werden dadurch ermöglicht, dass die Steuereinrichtung eine
Temperaturüberwachungsschaltung für das Wärmeteil
und eine Speichereinrichtung für erfasste Temperaturwerte desselben
aufweist und dass Energie- oder Leistungsverbrauchsschwellenwerte
nach Benutzergewohnheiten lernbar und einstellbar sind. Dabei kann der
Benutzer, beispielsweise wenn der Energie- oder der Leistungsverbrauch
optisch angezeigt wird, seine Einstellungen auch nach einem möglichst
geringen Energie- oder Leistungsverbrauch wählen.
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Ist
vorgesehen, dass die Steuereinrichtung mit einer Sicherheitsschaltung
zur Steuerung von Sicherheitsfunktionen versehen ist und dass von
der Energie- oder Leistungsverbrauch-Erfassungseinrichtung erhaltene
Energie- oder Leistungsverbrauchswerte zur Steuerung der Sicherheitsfunktionen
einbeziehbar sind, so werden ergänzende Sicherheitsfunktionen
in Kombination mit der Energie- oder Leistungsverbrauchserfassung
erhalten.
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Ferner
ergeben sich günstige Auswerte- und Betriebsmöglichkeiten
dadurch, dass die Steuereinrichtung mit einer Fehlerdiagnoseschaltung
versehen ist und dass von der Energie- oder Leistungsverbrauch-Erfassungseinrichtung
erhaltene Energie- oder Leistungsverbrauchswerte in die Fehlerdiagnose
einbeziehbar sind.
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Weitere
Vorteile für die Funktion werden dadurch erhalten, dass
ein Kalibriersystem zum Überprüfen von Betriebsgrößentoleranzen
vorgesehen ist und dass von der Energie- oder Leistungsverbrauch-Erfassungseinrichtung
erhaltene Energie- oder Leistungsverbrauchswerte in den Kalibriervorgang
einbeziehbar sind.
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Ein
effizienter Betrieb wird ferner dadurch begünstigt, dass
die Steuereinrichtung mit einer Raumtemperaturmessvorrichtung und/oder
einer Innentemperaturerfassungs vorrichtung für das Gehäuse
versehen ist und dass von der Raumtemperaturmessvorrichtung erhaltene
Raumtemperaturmesswerte und/oder von der Innentemperaturerfassungseinrichtung
erhaltene Innentemperaturmesswerte der Energie- oder Leistungsverbrauch-Erfassungseinrichtung
zugeführt sind.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische, blockbildhafte Darstellung eines Heizgerätes
mit integrierter Energieverbrauch-Erfassungseinrichtung,
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2 eine
Schnurzwischenschalteinheit des Heizgerätes,
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3 ein
Ausführungsbeispiel des Heizgerätes mit einem
Wärmeteil und Komponenten einer Steuereinrichtung mit Energieverbrauch-Erfassungseinrichtung,
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4 ein
weiteres Ausführungsbeispiel eines Heizgerätes
mit Wärmeteil und Steuereinrichtung mit Energieverbrauch-Erfassungseinrichtung,
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5 ein
weiteres Ausführungsbeispiel eines Heizgerätes
mit Wärmeteil und Steuereinrichtung mit Energieverbrauch-Erfassungseinrichtung,
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6 ein
weiteres Ausführungsbeispiel eines Heizgerätes
mit Wärmeteil und Steuereinrichtung mit Energieverbrauch-Erfassungseinrichtung,
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7 ein
Ausführungsbeispiel für ein Heizgerät
mit Wärmeteil und näherer Ausgestaltung einer Steuereinrichtung
und
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8 ein
optisches Anzeigefeld des Heizgerätes mit verschiedenen
Darstellungen in Verbindung mit Energie-Verbrauchsinformationen.
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In
den folgenden Ausführungsbeispielen wird auf die Bestimmung
und Anzeige des Energieverbrauchs Bezug genommen. In analoger Weise kann
auch eine Ausführung für den Leistungsverbrauch
vorgesehen werden, wobei lediglich der Zeitfaktor nicht aufgenommen
bzw. nicht verrechnet wird.
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1 zeigt
ein Heizgerät mit einem schmiegsamen Wärmeteil 3,
das über eine Steuereinrichtung 2 mit von einer
Spannungsversorgung 1 zugeführter elektrischer
Leistung versorgt wird. In die Steuereinrichtung 2 ist
eine Energieverbrauch-Erfassungseinrichtung 4 integriert,
um den elektrischen Energieverbrauch des Wärmeteils 3 festzustellen. Dabei
kann die Energieverbrauch-Erfassungseinrichtung 4 so ausgebildet
sein, dass auch der elektrische Energieverbrauch der Steuereinrichtung 2 und
damit des gesamten Heizgeräts erfasst wird. Die Steuereinrichtung 2 kann
in verschiedener Weise mit einem Sicherheitssystem ausgestaltet
sein und/oder ein Fehlerdiagnosesystem und/oder ein Kalibriersystem zumindest
teilweise umfassen. Die Spannungsversorgung 1 kann als
Wechselspannungsversorgung oder Gleichspannungsversorgung oder auch
eine Kombination von beiden für eine variable Versorgung umfassen.
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2 zeigt
eine Schnurzwischenschalteinheit 50, die in eine Anschlussleitung
mit einem Anschlusskabel zur Spannungsversorgung 1 und
einem Verbindungskabel zu dem schmiegsamen Wärmeteil 3 eingebunden
ist und die Steuereinrichtung 2 vollständig oder
teilweise innerhalb eines Gehäuses 51 enthält.
An dem Gehäuse 51 ist zum Einführen des Anschlusskabels
einerseits und des Verbindungskabels andererseits ein jeweiliger
Kabelaustritt 52, 53 vorhanden. Außerdem
ist seitlich ein Ein- /Ausschalter 54 vorhanden. Auf der
flachen Vorderseite ist in einem Ausschnitt des Gehäuses 51 ein
Anzeigefeld 55, beispielsweise eine LCD-Anzeige oder LED-Anzeige
oder dgl., eingesetzt, die über eine Anzeigesteuerung der
Steuereinrichtung 2 angesteuert wird, um die Funktion des
Heizgeräts betreffende Betriebsinformationen einschließlich
Energie-Verbrauchsinformation und weiterer Betriebsinformationen
optisch darzustellen. Ferner ist auf der flachen Vorderseite unterhalb
des Anzeigefelds 55 ein Tastenfeld 56 mit mehreren
Tasten angeordnet. Außer der optischen Anzeigevorrichtung
mit der Anzeigesteuerung und dem Anzeigefeld 55 können
auch noch eine akustische und/oder taktile Anzeigevorrichtung (z.
B. Vibrationsmelder) vorgesehen sein.
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3 zeigt
schematisch ein Ausführungsbeispiel des Heizgeräts
mit dem schmiegsamen Wärmeteil 3, das einen schmiegsamen
Träger 30 aus flexiblem Material, insbesondere
einem Gewebe und/oder Kunststoff sowie eine darin eingelegte Heizelementanordnung 31 aufweist.
Die Heizelementanordnung weist einen Heizleiter 31.1 und
einen weiteren Heizleiter 31.2 auf, zwischen denen eine
elektrisch wirksame Isolation 31.3 angeordnet ist, und kann
als Heizkordel oder flächig ausgedehntes Heizelement ausgebildet
sein. Die Heizkordel ist dabei vorteilhaft mit Innenleiter und konzentrisch
zu diesem verlaufenden Außenleiter ausgeführt,
zwischen denen die Isolation 31.3 angeordnet ist und die
außen von einem isolierenden Außenmantel umgeben
sind. Auch können in dem Träger mehrere Heizelementanordnungen
eingelegt sein und das Heizgerät kann mehrere derartige
schmiegsame Träger umfassen. Wie an sich ebenfalls bekannt,
können die Heizleiter 31.1, 31.2 aus
Widerstandsmaterial mit positivem Temperaturkoeffizienten oder negativem
Temperaturkoeffizienten ihres elektrischen Widerstandes (PTC- oder
NTC-Material) ausgebildet sein, um aufgrund der Widerstandsänderung
in Abhängigkeit von der Temperatur auf die Temperatur des
schmiegsamen Wärmeteils 3 zurückzuschließen
und diese entsprechend einem Sollwert zu steuern oder zu regeln. Auch
die Isolation 31.3 kann temperaturabhängi ges Verhalten
ihres elektrischen Widerstandes, insbesondere NTC-Verhalten besitzen,
um vermittels einer Sicherheitsschaltung Rückschlüsse
auf z. B. lokale Überhitzungen (hot-spots) ziehen zu können
und eine Abschaltung oder Strombegrenzung im Gefahrenfalle zu bewirken.
Zur geregelten Ansteuerung des schmiegsamen Wärmeteils 3 ist
dieses an die Steuereinrichtung 2 angeschlossen, die z.
B. entsprechend dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel
ausgeführt ist.
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Die
Steuereinrichtung 2 ist dabei an einen Lastschalter 22 angeschlossen,
der an einem Heizkreis 6 mit dem Wärmeteil 3 liegt,
um den durch den Heizkreis fließenden Strom entsprechend
der zu erzeugenden Wärme zu steuern bzw. zu regeln. In
dem Heizkreis kann ein (redundanter) weiterer Lastschalter 24 angeordnet
sein, der z. B. bei Ausfall des Lastschalters 22 ansteuerbar
ist. Zum Ansteuern der Laststschalter 22, 24 weist
die Steuereinrichtung 2 eine Steuereinheit 20 auf,
der z. B. über eine (optionale) Sensorvorrichtung 25 den
Betriebszustand des Wärmeteils 3 betreffende Erfassungssignale
zugeführt werden. Ferner weist die Steuereinrichtung 2 (optional)
einen Steuerungsteil 21 auf, mit dem der Betriebszustand
des Wärmeteils 3 zusätzlich überprüft
werden kann, wozu der Steuerungsteil 21 beispielsweise
einen temperaturveränderlichen Widerstand in Abhängigkeit
der Temperatur verstimmbaren Oszillator oder eine andere verstimmbare
Schaltung aufweist. Zum Überwachen einer Übertemperatur kann
des Weiteren eine ergänzende Schutzschaltung 23 vorgesehen
sein, über die der weitere Lastschalter 24 auslösbar
ist.
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Wie 3 weiter
zeigt, weist die Spannungsversorgung 1 eine Spannungsquelle 10 und
optional zusätzlich eine Spannungsquelle 11 auf,
die an eine Energieverwaltungseinheit 12 zum Zuführen
der erforderlichen Energie zu dem Wärmeteil 3 an
dieses z. B. über Gleich-/Wechselspannungsrichter 13, 14 angeschlossen
sind. Zum Ein- und Ausschalten des Wärmeteils 3 bzw.
zum Einstellen einer gewünschten Temperatur ist an die
Steuereinheit 20 eine Bedien-/Anzeigeeinheit 5 angeschlossen.
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Die
in die Steuereinrichtung 2 integrierte Energieverbrauch-Erfassungseinrichtung 4 (EMS)
weist eine in einer Energieversorgungsleitung angeordnete Strom-Erfassungseinheit 42 sowie
eine in der Energieverwaltungseinheit 12 angeordnete Spannungs-Erfassungseinheit 41 und
ferner eine in der Steuereinheit 20 angeordnete Energieverbrauch-Bestimmungseinheit 40 auf,
um aus den erfassten Strom- und Spannungswerten den Energieverbrauch zu
bestimmen. Hierzu weist die Energieverbrauch-Bestimmungseinheit 40 vorteilhaft
ein Programmmodul auf, das in einem Mikrocontroller, der in der
Steuereinheit 20 angeordnet ist, gespeichert ist. Der Energieverbrauch
wird aus der Wirkleistung beispielsweise nach der bekannten Formel
P = U·I·cosφ multipliziert mit der jeweiligen
Zeit berechnet oder alternativ vermittels einer Energiewandlerschaltung bestimmt.
Zum Bestimmen der Zeit kann eine Zeitreferenz aus einem quarzstabilisierten
Oszillator oder einem Nulldurchgangssignal der Netzspannung herangezogen
werden oder eine Zeitreferenz über ein Funkmodul (DCF77-Funkmodul)
verwendet werden.
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Über
die Energieverbrauch-Bestimmungseinheit 40 können
auch kurzzeitige Energieverbrauch-Änderungen erfasst und
ausgewertet werden, wodurch auch kurzfristige Begrenzungen der zugeführten
Leistung hinsichtlich einer energieeffizienten Ansteuerung des Wärmeteils 3 über
die Steuereinheit 20 abgeleitet werden können.
Auch lassen sich aus Änderungen des Energieverbrauchs Rückschlüsse
auf die ordnungsgemäße Funktion des Wärmeteils 3 oder
auch anderer Schaltungsteile der Steuerungseinrichtung 2 ziehen,
so dass in einem Fehler- oder Gefährdungsfalle eine zusätzliche
Begrenzung des Heizstroms oder Sicherheitsabschaltung erfolgen kann.
Damit trägt die Energieverbrauch-Erfassungseinrichtung 4 auch
zu einer Erhöhung bzw. Präzisierung der Sicherheitsmaßnahmen bei.
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Anstelle
der Erfassung der Spannungswerte über die Spannungs-Erfassungseinheit 41 kann
auch (zusätzlich oder allein) ein in der Steuereinheit 20 gespeicherter
Spannungswert herangezogen werden, der der Versorgungsspannung der
an dem Wärmeteil 3 liegenden Spannung oder einem
dazu proportionalen Wert entspricht.
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4 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel des Heizgerätes
mit einer alternativen Ausgestaltung der Steuereinrichtung 2 und
der integrierten Energieverbrauch-Erfassungseinrichtungen 4.
Hierbei ist in der Zuleitung der Energieversorgung des Wärmeteils ein
Netzschalter 15 sowie ein Strombegrenzer 16 angeordnet.
Die Steuereinrichtung 2 weist eine programmierbare Wärmeverlaufssteuerung
auf, bei der eine Anheizsteuerung 26 (Boost) vorgesehen
ist, mit der insbesondere in einer Aufwärmphase nach Abkühlen
des Bettes auf oder nahezu auf Umgebungstemperatur über
einen Zeitbereich von z. B. ½ oder 1 Stunde oder einen ähnlichen
Zeitraum eine erhöhte elektrische Leistung zum Erreichen
einer schnellen Aufwärmung zuführbar ist. Auch
weist die Steuereinrichtung 2 zum variablen Verriegeln
der Temperatur des schmiegsamen Wärmeteils 3 eine
Sollwertvorgabestufe 27 auf, deren Sollwert mittels der
Steuereinheit 20 und/oder der Bedieneinheit 5 einstellbar
oder beeinflussbar ist. Mittels der ergänzenden Schutzschaltung 23 kann
auch eine Überwachungsfunktion (watch dog) der Steuereinheit 20 vorgenommen
werden, so dass diese im betriebslosen Fall auf sehr niedrigem Energieniveau
betrieben werden kann. Der Heizkreis 6 weist einen Heiz-Steuerkreis 6.1 sowie
dazu einen Parallelkreis 6.2 auf, über den z.
B. vermittels einer Temperaturerfassungsschaltung 29 oder
Auswerten des NTC-Isolationswiderstandes eine punktuelle Überhitzung
bzw. ein Kurzschluss der Heizelementanordnung 31 erfasst
werden kann. Hierbei liegt in dem Heiz-Steuerkreis 6.1 zur
Erfassung des Strom-Istwertes ein Strommesswiderstand (Shunt), der
auch als Strom-Erfassungseinheit 42 der Energieverbrauch-Erfassungseinrichtung 4 herangezogen
wird und zur Übergabe von Strommesswerten an die Steuereinheit 20 und
darüber an die Energieverbrauch-Bestimmungseinheit 40 angeschlossen ist.
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Bei
einem in 5 gezeigten weiteren Ausführungsbeispiel
ist gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach 4 insbesondere
der Parallelkreis 6.2 mit weiteren Komponenten einer Sicherheitsschaltung
ausgestaltet, nämlich einer Fehlerstromerfassungsschaltung 43,
die an die Steuereinheit 20 zum Erfassen von Fehlerstrom-Messwerten
angeschlossen ist. Bei dieser Sicherheitsschaltung liegt zwischen
den beiden Heizleitern 31.1 und 31.2 der Heizelementanordnung 31 eine
Diode, zu der in dem Heiz-Steuerkreis 6.1 eine Diode in
Durchflussrichtung und in dem Parallelkreis 6.2 eine Diode
in Sperrrichtung liegt, so dass durch den Parallelkreis 6.2 nur dann
ein Strom fließt, wenn zwischen den beiden Heizleitern 31.1, 31.2 ein
Strom unmittelbar durch die Isolationsschicht 31.3 fließt.
Dieser Fehlerstrom kann dann ebenfalls von der Energieverbrauch-Erfassungseinrichtung 4 ausgewertet
werden, um zum einen den erhöhten Energieverbrauch festzustellen und
zum anderen gegebenenfalls zusätzlich eine Sicherheitsmaßnahme
durch Begrenzung des Stroms oder Bewirken einer Abschaltung über
die Steuereinheit 20 vorzunehmen.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel nach 6 ist gegenüber
dem Ausführungsbeispiel nach 5 eine ergänzende
Sicherheitsschaltung vorgesehen, wobei der Lastschalter 22 die
beiden Heizleiter 31.1, 31.2 (innere und äußere
Heizwicklung) trennt. Auch hierbei werden mehrere Strommesswerte
für die Energieverbrauchsmessung erfasst, um erweiterte
Auswertungen und Aussagen zu erhalten. Eine optionale Brücke
in der Anschlussleitung des schmiegsamen Wärmeteils 3 bringt
den Vorteil, dass eine Steck- und Leitungsverbindung zu der Steuereinrichtung 2 gespart
wird. Auch hierbei sind, wie bei den Ausführungsbeispielen
nach den 4 und 5 Steckkupplungen
zum Anschluss des schmiegsamen Wärmeteils 3 vorgesehen.
Alternativ können aber auch Festanschlüsse vorgesehen
sein.
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In 7 ist
ein Aufbaubeispiel des Heizgerätes näher dargestellt,
wobei die Heizleiter 31.1, 31.2 ebenfalls an ein
Sicherheitssystem angeschlossen sind und der Heiz kreis 6 einen
Heiz-Steuerkreis 6.1 und einen Parallelkreis 6.2 mit
Komponenten der Sicherheitsschaltung aufweist. Die Steuereinrichtung umfasst
eine Steuereinheit 20 mit einem Mikrocontroller μC,
in dem ein Programmmodul der Energieverbrauch-Bestimmungseinheit 40 gespeichert
ist. Über einen Widerstand 21 wird eine Laststrommessung
vorgenommen und der erhaltene Strommesswert wird der Energieverbrauchs-Bestimmungseinheit 40 zugeführt.
Ferner wird die Versorgungsspannung (Netzspannung) mittels eines
Spannungsteilers über eine Diode D6 gegen Masse (GND) gemessen und
ebenfalls der Energieverbrauch-Bestimmungseinheit 40 über
einen betreffenden (nicht gezeigten) Eingangsanschluss zugeführt,
um eine möglichst genaue Leistungsverbrauchserfassung zu
erhalten. Die Zeitinformation zum Multiplizieren der Geräteleistung mit
der Heizzeit für die Bestimmung des Energieverbrauchs kann
z. B. aus dem Nulldurchgangssignal der Netzspannung bei Netzfrequenz
gewonnen werden, insbesondere über den Widerstand R4, Kondensator
C5 und Anschluss 9 des Mikrocontrollers μC. Zur
Anzeige kann eine vorhandene LED z. B. blinkend angesteuert werden,
um den Energieverbrauch durch die Blinkanzahl innerhalb von Blinkperioden
anzuzeigen. Denkbar sind auch Anzeigen durch Bargraph oder mehrere
graphisch angeordnete LEDs. Vorteilhaft erfolgt jedoch die Energieverbrauchsanzeige über
eine LCD-Anzeige gemäß 2.
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In 8 sind
verschiedene Anzeigevarianten für die Verbrauchsinformation
auf dem Anzeigefeld 55 zum Teil in Verbindung mit weiteren
Informationen dargestellt.
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Nachfolgend
werden weitere Gesichtspunkte des Heizgerätes dargelegt:
Einige
der Komponenten der Energieverbrauch-Erfassungseinrichtung 4 können
auch in einer Steckkupplung zwischen der Verbindungsleitung und
dem schmiegsamen Wärmeteil 3 oder innerhalb des schmiegsamen
Wärmeteils 3 angeordnet sein.
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Die
optische Anzeigevorrichtung kann auch über Datenleitungen,
z. B. ein Bussystem, über Funk, eine Infrarotübertragungsstrecke,
mittels Ultraschall, Transpondertechnik oder dgl. mit der Steuereinrichtung 2 verbunden
sein, wobei Informationen bezüglich einer Bedienungsaufforderung,
Alarm-/Fehler- oder Wartungsanzeigen ausgegeben werden können.
Entsprechendes gilt auch für eine akustische Anzeige.
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Die
erhaltenen Energieverbrauchswerte können in einem Speicher
abgelegt und für spätere Auswerte- und Vergleichszwecke
herangezogen werden. Der Speicher bzw. Zwischenspeicher kann in
der Steuereinrichtung 2 angeordnet sein oder außerhalb derselben,
wobei dann die Energieverbrauchswerte zu diesem über eine
Datenleitung oder drahtlos übertragen werden. Die Energieverbrauchswerte
können z. B. Stunden-, Tages-, Wochen-, Monats- und/oder Jahresverbrauchswerte
beinhalten, wobei die Energieverbrauch-Bestimmungseinheit 40 zum
Aufsummieren von Verbrauchswerten über entsprechende Zeiträume
ausgebildet ist.
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Auch
kann die Energieverbrauch-Bestimmungseinheit 40 so ausgebildet
sein, dass prognostizierte Vorausberechnungen anhand von Rechenmodellen
möglich sind, wobei Vorgabeparameter variierbar sind. Dadurch
kann der Benutzer seine Gewohnheiten nach Gesichtspunkten der Energieeffizienz
ausrichten. In die rechten Modelle können verschiedene
Größen einbezogen werden, z. B. Energiekosten,
Gerätetyp, Standardschaltstufenvorwahl für die
Temperatur, tägliche Betriebsdauer, Anzahl der Benutzungstage,
Zeitsteuerschaltzeiten, Programmvorwahl, durchschnittliche Raumtemperatur, Abdeckung
des Wärmeteils durch Zudecke bzw. Bettaufbau (auch teilweise
Abdeckung), Verbrauchsklassenklassifizierung, Einbeziehung vorhandener Energieverbrauchswerte,
Heizperiodendauer pro Jahr und dgl.
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Eine übliche
Ansteuerung zum Erreichen der gewünschten Wärmeleistung
erfolgt über eine Pulsweitenmodulation (PWM-Signal). Die
Einschaltzeit für die Energieverbrauchserfassung wird aus
dem PWM-Signal der Steuereinheit abgeleitet.
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Im
Zusammenhang mit der Sicherheitsschaltung können, wie vorstehend
erwähnt, die Verbrauchswerte hinsichtlich einer genaueren
Aussage über den Funktionszustand des Heizgerätes
und gegebenenfalls zur Auslösung von Sicherheitsmaßnahmen über
die Sicherheitsschaltung herangezogen werden. Ergänzend
kann aber auch eine Anzeige, gegebenenfalls ein Warnhinweis für
den Benutzer über die Anzeigevorrichtung erfolgen, so dass
dieser in einem Gefahrenfall selbst reagieren und z. B. das Gerät
abschalten oder die Leistung vermindern kann.
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In
der Energieverbrauch-Bestimmungseinheit 40 können
verschiedene Energieverbrauchsschwellwerte fest abgespeichert oder
variabel vorgegeben werden in Abhängigkeit eingebbarer
Kriterien oder Programme. Dabei können die Energieverbrauchsschwellenwerte
hinsichtlich eines energieeffizienten Betriebs und/oder hinsichtlich
eines sicheren Betriebs und/oder hinsichtlich Benutzergewohnheiten
vorgegeben werden, wobei auch Umgebungstemperaturen und/oder eine
Innentemperatur des Gehäuses 51 der Schnurzwischenschalteinheit 50 einbezogen
werden können. Bei Überschreitung der Energieverbrauchsschwellenwerte
kann eine Reduzierung der zugeführten elektrischen Leistung
oder eine Abschaltung erfolgen.
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Die
Energieverbrauch-Erfassungseinrichtung 4 kann auch für
eine Fehlerdiagnose herangezogen werden, beispielsweise indem verglichen
wird, ob bei gleichen Betriebsbedingungen sich die Verbrauchswerte ändern.
Hierzu werden aktuelle Verbrauchswerte mit abgespeicherten Verbrauchswerten
oder mit Sollwerten verglichen.
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Auch
können mittels der Energieverbrauch-Erfassungseinrichtung 4 Fehlerarten
eingegrenzt und Hinweise zur Beseitigung von Stör- bzw. Funktionsmeldungen
gegeben werden, wie z. B. Heizkörper nicht (richtig) über
die Steckkupplung gesteckt, wobei nur ein Energieverbrauch durch
den Ruhestrom der Elektronik festzustellen ist; Heiz leiterunterbrechung,
wobei der Energieverbrauch durch die Summe aus dem Ruhestrom der
Elektronik und dem Leckstrom z. B. der NTC-Hot-Spot-Sensorik gegeben
ist; Unterdrückung der Schnellanheizphase (Boost-Phase),
wenn der Energieverbrauch bei Vergleich mit einem Grenzwert z. B.
durch Vorwärmung niedriger ist; ist der Energieverbrauch
des Wärmeteils 3 nicht im Toleranzbereich, kann
auf eine falsche Kombination aus Schnurzwischenschalteinheit 50 und
Wärmeteil 3 geschlossen werden; auf Basis der Energieverbrauchsmessung
kann die Geräteleistung automatisch an verschiedene Netzspannungen
angepasst werden, wozu der Energieverbrauch mit Referenzwerten verglichen
und im Betriebsmodus der passenden Netzspannung gestartet wird;
Fehlbenutzung durch nicht abgedeckten Heizkörper, wobei
der PTC-(NTC-)Heizkörper nur eine geringe Energieverbrauchsreduzierung
nach einer definierten Betriebszeit (von z. B. 5 Minuten) zeigt;
bei Verwechslung eines Heizgerätes für eine Leistungssteuerung
(im Zusammenhang mit einem PWM-System) und Betrieb an einem Temperatursensorsystem
droht Zerstörung des Geräts, da keine Sensorsignaländerung
erfolgt, wobei über die Energieverbrauch-Erfassungseinrichtung 4 eine
Energiekonstanz erfasst und rechtzeitig die elektrische Leistung
abgeschaltet bzw. der Benutzer über den Fehlbetrieb informiert
wird; bei länger geöffnetem Fenster im Winter
erfolgt eine rasche Raumtemperaturabsenkung und damit steigt der
gemessene Energieverbrauch, wobei z. B. dann, wenn über
ein Zeitfenster von 15 Minuten der Energieverbrauch nicht Normalwerte
annimmt, eine betreffende Warnmeldung an den Benutzer erfolgt; bei
Nachtabsenkung eines Raumheizungssystems steigt der Energiebedarf
des Heizgerätes, worauf die Energieverbrauch-Erfassungseinrichtung 4 nachregelt
bzw. nachsteuert; wird eine Bettabdeckung durch den Benutzer geöffnet,
erfolgt in der Regel ein Temperaturabfall nur in einem kurzen Zeitfenster,
wobei der Energieverbrauch entsprechend zunimmt (z. B. in einem
Zeitfenster kleiner als 3 Minuten) und eine Temperaturnachregelung
für konstante Geräteoberflächentemperatur
vorgenommen werden kann; speziell bei der Anwendung von Heizkissen
ergeben sich bedingt durch den unterschiedlichen Wärmefluss durch
wechselnde und unterschiedlich große Kontaktflächen
zwischen Heizkörper und Anwenderoberfläche größere
Schwankungen bei der Geräteoberflächentemperatur
und im Energieverbrauch, wobei sich durch Mittelung der Energiezufuhr
mittels Zeitrasterwert unter Berücksichtigung eines Temperaturzeitfensters
ein besseres Wärme-/Temperaturempfinden und damit ein erhöhter
Benutzerkomfort erzielen lässt; bei Teilabdeckung des Wärmeteils 3 kann es
in Verbindung mit der Temperaturregelung und insbesondere bei hohen
Temperatureinstellstufen unter dem abgedeckten Bereich zu sehr hohen (Hot-Spot-)Temperaturen
kommen, die Normgrenzwerte überschreiten und das Sicherheitssystem
zum Ansprechen bringen können, so dass das Gerät
irreversibel zerstört wird, wozu einer zu starken Temperaturerhöhung
mit der Energieverbrauch-Erfassungseinrichtung 4 entgegengewirkt
werden kann, indem insbesondere bei den höchsten Schaltstufen
eine Grenzwertüberschreitung des Energieverbrauchs stattfindet
und ein bestimmtes Verhältnis zwischen Abkühlzeit
und Aufheizzeit (Regelzyklus) vorliegt; wird ein Heizgerät
zur Seite gelegt und unbenutzt weiter betrieben, kommt es zu stark
erhöhtem Energieverbrauch z. B. über mehr als
15 Min., so dass auch dieser Fall von der Energieverbrauch-Erfassungseinrichtung 4 erkennbar
ist und eine Abschaltung oder Begrenzung erfolgen kann.
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Die
Steuereinrichtung 2 kann auch mit einem Kalibriersystem
in Verbindung gebracht werden bzw. zumindest mit einem Teil der
Komponenten des Kalibriersystems ausgerüstet sein. Die
Energieverbrauch-Erfassungseinrichtung 4 kann im Zusammenhang
mit der Kalibrierschaltung zur Überprüfung der Einhaltung
der Geräte-Kalibrierwerte über die Gerätelebensdauer
herangezogen werden, indem die Energieverbrauchswerte oder Leistungsverbrauchswerte
von Zeit zu Zeit mit betreffenden Kalibrierwerten oder abgespeicherten
Energieverbrauchswerten verglichen werden. Auf diese Weise kann
die Einhaltung normierter Durchschnittswerte festgestellt und bei Abweichungen
eine betreffende Meldung ausgegeben werden.
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Ferner
kann in der Steuereinrichtung 2 ein Lernmodus für
den Energieverbrauch vorgesehen sein, der auf der Berücksichtigung
von Benutzergewohnheiten beruht und auf die Energieverbrauchsmessung
durch die Energieverbrauch-Erfassungseinrichtung 4 zurückgreift.
Hierzu werden Energieverbrauchsverläufe aus der Vergangenheit
und der Gegenwart miteinander verglichen und ausgewertet, um ein
Benutzerverhalten festzustellen und Vorschläge für
Einstellungen durch den Benutzer oder automatische Steuerkurven
für den Temperaturverlauf energieoptimiert vorzugeben.
Hierzu werden Informationen in Form einer Tabelle gespeichert, wie
z. B. Energieverbrauch in den einzelnen Betriebsarten bzw. Zeitbereichen,
Anheizphase mit Stufen- bzw. Temperaturvorgabe, Dauerbetrieb mit
Stufen- bzw. Temperaturvorgabe, Schaltstufenänderungen
mit Zeitabständen, Abschalt- bzw. Umschaltzeiten, Uhrzeiten
bei der Betätigung und dgl. Hierbei können auch
die Eigenschaften der verschiedenen Gerätetypen mit berücksichtigt
werden. Die Bewertung kann dabei aus einer ein- oder mehrdimensionalen
Tabelle mit einer einheitlichen oder unterschiedlichen Wertigkeit
der Parameter erfolgen. Es kann ferner eine Klassifizierung der
Ergebnisse vorgenommen und ein Vergleich mit hinterlegten klassifizierten
Anwendungsmodellen erfolgen. Zur Ausgabe beispielsweise als Benutzervorschlag
oder zur Anpassung der Temperatursteuerung gelangt das Anwendungsmodell,
das zum energieeffizienten Betrieb und Berücksichtigung
der Benutzergewohnheiten am besten geeignet ist. Die verwendeten
Energie sparenden Anwendungsmodelle können aus Erfahrungen
und/oder Anwendungsstudien ermittelt und nach Bedarf geändert
werden.
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Der
Benutzer hat die Möglichkeit, bei Überschreitung
eines voreingestellten maximalen Energieverbrauchs innerhalb eines
vorgebbaren Zeitbereichs (z. B. 24 Stunden) sich den Energieverbrauch signalisieren
zu lassen, um gegebenenfalls die Leistung zu reduzieren. Dabei ist
ein Rücksetzmodus vorgesehen.
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Mittels
eines Uhren-Modus kann eine Erfassung und Bewertung des Energieverbrauchs
automatisch an unterschiedliche Tageszeiten (z. B. zur Berücksichtigung
einer Nachtabsenkung) oder Jahreszeit (zur Berücksichtigung
von Sommer- und Winterzeit) angepasst werden. Auch kann der Betrieb des
Heizgeräts einer Energieverbrauchsfreigabe unterstellt
oder es können Informationen an den Benutzer zum Gerätezustand,
beispielsweise dass eine Behaglichkeitstemperatur erreicht ist,
ausgegeben werden. Auch können z. B. Wetterdaten in die
Energieverbrauchssteuerung einbezogen werden, die z. B. über
ein Funkempfangsmodul (DCF77) empfangen werden.
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Die
Anzeige kann in Abhängigkeit der Helligkeit unterschiedlich
beleuchtbar ausgestaltet sein.
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Das
Heizgerät kann mit anderen Geräten vernetzt sein,
wobei die Energieverbrauchswerte der einzelnen Heizgeräte
miteinander verrechnet und nach vorgegebenen Programmen die einzelnen Heizgeräte
energieoptimiert gesteuert werden können. Auch kann die
Energieversorgung auf der Basis der Verbrauchswerte gesteuert werden,
insbesondere wenn die Energieversorgung verschiedene Energiequellen,
wie z. B. Netzversorgung, Solarzellen, Energiespeicher aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1604548
B1 [0002]
- - EP 1036486 B1 [0003]
- - EP 1468344 B1 [0003]
- - EP 1819200 A2 [0003, 0003]
- - EP 1762157 B1 [0003]
- - EP 1491071 B1 [0003]
- - EP 1634483 A1 [0003]