DE102012101961A1

DE102012101961A1 - Einstellsignalerzeugungsvorrichtung für eine Umwälzvorrichtung

Info

Publication number: DE102012101961A1
Application number: DE102012101961A
Authority: DE
Inventors: Jörg Hahn
Original assignee: Richard Halm & Co KG GmbH; Richard Halm GmbH and Co KG
Current assignee: Armstrong Fluid Technology De GmbH
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2013-09-12
Also published as: DE202012012561U1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einstellsignalerzeugungsvorrichtung (15) für eine Umwälzvorrichtung insbesondere in einer Wärmeübertragungsvorrichtung, wobei die Einstellsignalerzeugungsvorrichtung (15) eingerichtet ist, ein Einstellsignal für eine Umwälzvorrichtung (17) zu erzeugen. Um eine veraltete Umwälzvorrichtung durch die aktuelle Umwälzvorrichtung (17) zu ersetzen ist, ohne weitere Komponenten der Heizungsanlage auszutauschen, ist die Einstellsignalerzeugungsvorrichtung (15) außerdem eingerichtet, ein moduliertes Wechselstromsignal zu empfangen, das modulierte Wechselstromsignal zu analysieren, und in Abhängigkeit von dem modulierten Wechselstromsignal das Einstellsignal auszugeben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einstellsignalerzeugungsvorrichtung für eine Umwälzvorrichtung insbesondere in einer Wärmeübertragungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, eine Umwälzvorrichtung mit der Einstellsignalerzeugungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9 und eine Wärmeübertragungsvorrichtung mit der Einstellsignalerzeugungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.
Eine solche Einstellsignalerzeugungsvorrichtung für eine Umwälzvorrichtung insbesondere in einer Wärmeübertragungsvorrichtung ist eingerichtet, ein Einstellsignal für eine Umwälzvorrichtung zu erzeugen. Die Einstellsignalerzeugungsvorrichtung wird von einer Steuerungs- bzw. Regelungsvorrichtung gesteuert bzw. geregelt. Die Steuerungs- bzw. Regelungsvorrichtung steuert bzw. regelt üblicherweise weitere Komponenten der Wärmeerzeugungsvorrichtung. Die Einstellsignalerzeugungsvorrichtung kann außerdem mit weiteren Komponenten der Wärmeerzeugungsvorrichtung fest verbunden sein oder in der Steuerungs- bzw. Regelungsvorrichtung integriert sein.
Ein Nachteil der Wärmeübertragungsvorrichtung ist, dass die Einstellsignalerzeugungsvorrichtung für eine veraltete Umwälzvorrichtung nicht für eine aktuelle Umwälzvorrichtung geeignet ist. Ein Interesse, die veraltete Umwälzvorrichtung durch eine aktuelle Umwälzvorrichtung zu ersetzen, besteht im Rahmen der Aufrüstung der Wärmeübertragungsvorrichtung, da veraltete Umwälzvorrichtungen weitaus mehr elektrische Energie als aktuelle Umwälzvorrichtungen benötigen. Die Einstellsignalerzeugungsvorrichtung muss dann eventuell ersetzt werden. Der Ersatz der Einstellsignalerzeugungsvorrichtung verursacht besonders dann weitere Schwierigkeiten, wenn diese wie üblich mit weiteren Komponenten der Wärmeübertragungsvorrichtung fest verbunden ist oder in einer Steuerungs- bzw. Regelungsvorrichtung integriert ist. Im ersten Fall kann eine gleichwertige Verbindung für die als Ersatz dienende Einstellsignalerzeugungsvorrichtung eventuell kaum mehr erreicht werden. Im zweiten Fall kann die Einstellsignalerzeugungsvorrichtung eventuell kaum einzeln ersetzt werden. Wenn die Einstellsignalerzeugungsvorrichtung zusammen mit der Steuerungs- und Regelungsvorrichtung ersetzt wird, muss außerdem die als Ersatz dienende Steuerungs- und Regelungsvorrichtung an die weiteren Komponenten der Wärmeübertragungsvorrichtung, die sie ebenfalls regelt bzw. steuert, angepasst werden, was einen hohen Aufwand erfordert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einstellsignalerzeugungsvorrichtung für eine Umwälzvorrichtung insbesondere in einer Wärmeübertragungsvorrichtung, eine Umwälzvorrichtung mit der Einstellsignalerzeugungsvorrichtung, und eine Wärmeübertragungsvorrichtung mit der Einstellsignalerzeugungsvorrichtung zu schaffen, wobei es die Verwendung der Einstellsignalerzeugungsvorrichtung in der Wärmeübertragungsvorrichtung ermöglicht, eine veraltete Umwälzvorrichtung durch eine aktuelle Umwälzvorrichtung zu ersetzen ist, ohne weitere Komponenten der Wärmeübertragungsvorrichtung auszutauschen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine Einstellsignalerzeugungsvorrichtung für eine Umwälzvorrichtung insbesondere in einer Wärmeübertragungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, eine Umwälzvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9 und eine Wärmeübertragungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10 gelöst.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einstellsignalerzeugungsvorrichtung für eine Umwälzvorrichtung insbesondere in einer Wärmeübertragungsvorrichtung, wobei die Einstellsignalerzeugungsvorrichtung eingerichtet ist, ein Einstellsignal für eine Umwälzvorrichtung zu erzeugen, wobei die Einstellsignalerzeugungsvorrichtung außerdem eingerichtet ist, ein moduliertes Wechselstromsignal zu empfangen, das modulierte Wechselstromsignal zu analysieren, und in Abhängigkeit von dem modulierten Wechselstromsignal das Einstellsignal zu erzeugen und auszugeben. Eine Wärmeübertragungsvorrichtung ist in diesem Zusammenhang allgemein eine Vorrichtung, die Wärmeenergie von einer Wärmequelle zu einer Wärmesenke überträgt wie etwa eine Heizungsanlage oder eine Solaranlage, wobei die Vorrichtung die Wärmequelle und die Wärmesenke umfassen kann. Das Einstellsignal für die Umwälzvorrichtung ist dabei allgemein ein Signal, das einen Betriebsparameter der Umwälzvorrichtung einstellt, indem es diesen direkt oder indirekt beeinflusst oder verändert, und ist speziell an die Umwälzvorrichtung angepasst. Das Einstellsignal kann auch mehrere Betriebsparameter der Umwälzvorrichtung beeinflussen oder verändern. Ein Betriebsparameter ist eine Größe, die den Betriebzustand der Umwälzvorrichtung kennzeichnet. Für eine Umwälzvorrichtung mit einer Synchronmaschine kann der Betriebsparameter die Frequenz sein, mit welcher das magnetische Drehfeld des Ständers der Synchronmaschine rotiert. Das Einstellsignal ermöglicht es, aktuelle Umwälzvorrichtungen zu steuern, die nicht durch die Versorgungsspannung gesteuert werden und einen hohen Wirkungsgrad aufweisen. Zur Analyse des modulierten Wechselstromssignals kann beispielsweise ein Mikrokontroller verwendet werden, der zunächst eine interne digitale Signalfolge erzeugt, wobei die digitale Signalfolge vor der Ausgabe durch den Mikrokontroller in ein analoges Signal umgewandelt wird, und wobei das analoge Signal nach der Ausgabe durch den Mikrokontroller mit Hilfe eines Verstärkers verstärkt wird, so dass ein Einstellsignal mit einer geeigneten Größe entsteht. Durch das Ersetzen der Umwälzvorrichtung kann bis zu 80 % der elektrischen Energie für die Umwälzvorrichtung eingespart werden. Das modulierte Wechselstromsignal basiert vorzugsweise auf einem sinusförmigen Wechselstromsignal mit einer Amplitude von 325 V, einem Effektivwert von 230 V, einer Frequenz von 50 Hz und einer Periodendauer T = 20 Millisekunden, wie es für europäische Stromnetze typisch ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform hängt das Einstellsignal eindeutig von einer Modulationsgröße des modulierten Wechselstromsignals ab. Einem Wert der Modulationsgröße mit einer bestimmten Auflösung ist dann genau ein bestimmtes Einstellsignal zugeordnet. Aufgrund der endlichen Auflösung kann somit das gleiche Einstellsignal auch zwei oder mehreren nahe beieinander liegenden Modulationsgrößen zugeordnet sein. Eine eindeutige Abhängigkeit ermöglicht es, auf den Wert der Modulationsgröße zurückzuschließen und eine passende Steuerung der Umwälzvorrichtung vorzunehmen. Die Modulationsgröße ist allgemein eine Größe, welche für die Modulation des modulierten Wechselstromsignals charakteristisch ist. Vorzugsweise nimmt das Einstellsignal oder ein Parameter des Einstellsignals als Funktion der Modulationsgröße entweder stetig zu oder stetig ab. Eine solche Abhängigkeit lässt sich bei der Steuerung der Umwälzvorrichtung besonders leicht verarbeiten. Das Einstellsignal oder der Parameter des Einstellsignals können proportional oder umgekehrt proportional zu der Modulationsgröße sein oder sich proportional oder umgekehrt proportional ändern.
In einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform hängt die Modulationsgröße von der Zeitdauer ab, zu welcher das modulierte Wechselspannungssignal gleich null ist. Die Modulationsgröße kann auch mit dieser Zeitdauer identisch sein. Da die Frequenz des modulierten Wechselstromsignals fest vorgegeben ist, könnten auch die Zeitdauer, zu welcher das modulierte Wechselstromsignal ungleich null ist, das Verhältnis beider Zeitdauern oder das Verhältnis einer der beiden Zeitdauern zu der Periodendauer des modulierten Wechselspannungssignal als Modulationsgröße definiert werden. Die Verwendung der Zeitdauern, für welche die modulierte Wechselspannung ungleich null oder gleich null ist, als bzw. für die Modulationsgröße ist für bestimmte übliche Modulationsverfahren besonders geeignet.
In noch einer bevorzugten Ausführungsform ist das modulierte Wechselstromsignal ein durch ein Verfahren der Phasenanschnittsteuerung oder ein Verfahren der Phasenabschnittsteuerung moduliertes Wechselstromsignal. Für diese Verfahren werden die Zeitdauern variiert, für welche das modulierte Signal gleich null bzw. ungleich null ist. Für dieses Verfahren sind die vorgenannten Modulationsgrößen daher besonders geeignet.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist das modulierte Wechselstromsignal ein durch ein Verfahren der Wellenpaketsteuerung bzw. Schwingungspaketsteuerung moduliertes Wechselstromsignal. Für dieses Verfahren werden ebenfalls die Zeitdauern variiert, für welche das modulierte Signal gleich null bzw. ungleich null ist. Für dieses Verfahren sind die vorgenannten Modulationsgrößen daher ebenfalls besonders geeignet.
In noch einer bevorzugten Ausführungsform weist die Einstellsignalerzeugungsvorrichtung einen Optokoppler auf. Ein solcher Optokoppler gibt im Idealfall und im Wesentlichen immer dann ein Spannungssignal aus, das eine bestimmte Größe aufweist und ungleich null ist, wenn an seinen Eingängen eine Spannung (hier die modulierte Wechselspannung) anliegt, die ungleich null ist. Ein solcher Optokoppler ist daher für die Analyse von Modulationsgrößen, die von der Zeitdauer abhängen, für welche die Spannung an seinen Eingängen null ist, besonders geeignet. Der Optokoppler kann außerdem weitere Komponenten der Einstellsignalerzeugungsvorrichtung galvanisch von der modulierten Wechselspannung entkoppeln und dadurch eine Überlastung vermeiden.
In noch einer bevorzugten Ausführungsform ist das Einstellsignal ein pulsweitenmoduliertes Signal. Ein solches pulsweitenmoduliertes Signal wird als Einstellsignal für viele übliche aktuelle Umwälzvorrichtungen verwendet, so dass diese eingesetzt werden können. Das Einstellsignal kann im Wesentlichen ein Rechtecksignal sein und eine Frequenz zwischen 100 und 2000 Hz haben, wobei die Spannung zwischen zwei festen Spannungswerten, die beide zwischen 0 und 24 V liegen, wechseln kann. Ein Rechtecksignal lässt sich durch digitale Verarbeitung besonders leicht erzeugen.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist das Einstellsignal ein zeitlich kaum veränderliches Signal. In diesem Zusammenhang ist ein zeitlich kaum veränderliches Signal ein Signal, welches sich zumindest über die Periodendauer des Wechselspannungssignals von 20 ms, vorzugsweise über ein Vielfaches der Periodendauer des Wechselspannungssignals, nicht ändert. Ein solches zeitlich kaum veränderliches Signal wird als Einstellsignal für viele übliche aktuelle Umwälzvorrichtungen verwendet, so dass diese eingesetzt werden können. Aufgrund der verwendeten Modulationsverfahren kann die Modulationsgröße nicht für eine kleinere Zeitdauer bestimmt werden. Es wird also ein Signalwert genau einer Modulationsgröße zugeordnet.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Umwälzvorrichtung mit einer Einstellsignalerzeugungsvorrichtung insbesondere in einer Wärmeübertragungsvorrichtung, wobei die Einstellsignalerzeugungsvorrichtung eingerichtet ist, ein Einstellsignal für eine Umwälzvorrichtung zu erzeugen, wobei die Einstellsignalerzeugungsvorrichtung außerdem eingerichtet ist, ein moduliertes Wechselstromsignal zu empfangen, das modulierte Wechselstromsignal zu analysieren, und in Abhängigkeit von dem modulierten Wechselstromsignal das Einstellsignal zu erzeugen und auszugeben. Eine solche Umwälzvorrichtung lässt sich in einer veralteten Heizungsanlage mit besonders geringem Aufwand integrieren.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Wärmeübertragungsvorrichtung mit einer Einstellsignalerzeugungsvorrichtung, wobei die Einstellsignalerzeugungsvorrichtung eingerichtet ist, ein Einstellsignal für eine Umwälzvorrichtung zu erzeugen, wobei die Einstellsignalerzeugungsvorrichtung außerdem eingerichtet ist, ein moduliertes Wechselstromsignal zu empfangen, das modulierte Wechselstromsignal zu analysieren, und in Abhängigkeit von dem modulierten Wechselstromsignal das Einstellsignal zu erzeugen und auszugeben. Eine solche Heizungsanlage kann so aufgerüstet sein, dass eine bereits vorhandene Steuerungs- bzw. Regelungsvorrichtung verwendet werden kann, und gleichzeitig der Stromverbrauch durch Verwendung einer aktuellen Umwälzvorrichtung drastisch gesenkt werden kann.
Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine herkömmliche Heizungsanlage;
2 eine aufgerüstete Heizungsanlage, die auf der herkömmlichen Heizungsanlage aus 1 basiert;
3 den schematischen Aufbau einer Einstellsignalerzeugungsvorrichtung;
4a ein moduliertes Eingangssignal der Einstellsignalerzeugungsvorrichtung;
4b ein internes Signal der Einstellsignalerzeugungsvorrichtung am Ausgang eines Optokopplers; und
4c ein Ausgangssignal der Einstellsignalerzeugungsvorrichtung; und
5 ein alternatives moduliertes Eingangssignal der Einstellsignalerzeugungsvorrichtung.
1 zeigt eine herkömmliche Heizungsanlage. Die Heizungsanlage umfasst eine Erwärmungsvorrichtung 1, die als Brennkessel ausgebildet ist, eine Vorlaufleitung 2, eine veraltete Umwälzvorrichtung 3, einen Wärmeabgabevorrichtung (Heizkörper) 4, eine Rücklaufleitung 5 und eine Steuerungs- bzw. Regelungsvorrichtung 6. Eine Heizflüssigkeit (üblicherweise Wasser) zirkuliert in der Heizungsanlage, wird in der Erwärmungsvorrichtung 1 erwärmt und gibt ihre Wärme in dem Wärmeabgabevorrichtung 4 ab. Die veraltete Umwälzvorrichtung 3, welche in der Vorlaufleitung 2 angeordnet ist, versetzt die Heizflüssigkeit in Bewegung, so dass die Heizflüssigkeit in Pfeilrichtung von der Erwärmungsvorrichtung 1 zunächst durch die Vorlaufleitung 2, dann durch den Wärmeabgabevorrichtung 4, dann durch die Rücklaufleitung 5 und schließlich zurück in die Erwärmungsvorrichtung 1 strömt. Die Erwärmungsvorrichtung 1, die Umwälzvorrichtung 4 und die Steuerungs- bzw. Regelungsvorrichtung 6 werden über Stromversorgungsleitungen 14 von einer herkömmlichen Wechselspannungsquelle 7 mit einer Nennspannung von 230 V und einer Frequenz von 50 Hz mit Strom versorgt. Die veraltete Umwälzvorrichtung 3 umfasst ein Netzbauteil 8 und eine Umwälzpumpe 9 mit einem Umwälzpumpenmotor. Als Umwälzpumpenmotor wird eine Drehstrom-Asynchronmaschine verwendet. Die Drehstrom-Asynchronmaschine weist in der Regel einen Ständer, der mit Dreiphasenwechselstrom versorgt wird, und einen Läufer auf, der mit Gleichstrom versorgt wird. Das Netzbauteil 8 erzeugt aus dem zugeführten einphasigen Wechselstrom geeignete Spannungen und führt diese zu dem Umwälzpumpenmotor zu. Das Netzbauteil erzeugt also einen Dreiphasenwechselstrom und führt diesen zu den Spulen des Ständers zu und einen Gleichstrom und führt diesen zu der Spule des Läufers zu. Die Drehstrom-Asynchronmaschine ist langlebig, wartungsarm, und geräuscharm, hat aber nur einen geringen Wirkungsgrad, d.h. nur ein geringer Anteil der elektrischen Energie wird in eine kinetische Energie der Heizflüssigkeit umgesetzt. Die Drehstrom-Asynchronmaschine verbraucht ca. 8 % der elektrischen Energie des Gebäudes, in welchem die Heizungsanlage eingebaut ist. Eine Signalmodulationsvorrichtung 10 ist in der Steuerungs- bzw. Regelungsvorrichtung 6 integriert, moduliert die Wechselspannung der Wechselspannungsquelle 7 und gibt eine modulierte Wechselspannung über die Stromleitungen 11 aus. Die zwischen den beiden Stromleitungen 11 anliegende, modulierte Wechselspannung dient in erster Linie der Stromversorgung der veralteten Umwälzvorrichtung 3 und in zweiter Linie als Einstellsignal, indem die Modulation der Wechselspannung den Betriebszustands der Umwälzvorrichtung beeinflusst. Die Signalmodulationsvorrichtung 10 ist daher eine spezielle Ausführungsform einer Einstellsignalerzeugungsvorrichtung. Zur Modulation der Wechselspannung verwendet die Signalmodulationsvorrichtung 10 das Verfahren der Phasenanschnittsteuerung, der Phasenabschnittsteuerung, der Wellenpaketsteuerung bzw. Schwingungspaketsteuerung oder dergleichen. Die Steuerungs- bzw. Regelungsvorrichtung umfasst außerdem eine Steuerungs- bzw. Regelungssignalerzeugungsvorrichtung 12, die Steuerungs- bzw. Regelungssignale in Abhängigkeit von Betriebseinstellungen der Heizung, die beispielsweise über Schalter eingestellt sind, und über die Signalleitungen 13 ausgibt. Eventuell kann die Steuerungs- bzw. Regelungssignalerzeugungsvorrichtung 12 auch Signale über weitere Signalleitungen (nicht dargestellt) von weiteren Komponenten (Wärmeerzeugungsvorrichtung 1, Umwälzvorrichtung 3 und/oder Wärmeabgabevorrichtung 4) empfangen und Steuerungs- bzw. Regelungssignale ausgeben, die von diesen Signalen von den weiteren Komponenten abhängen. Der Aufbau und die Funktionsweise von solchen Steuerungs- bzw. Regelungssignalerzeugungsvorrichtung ist bekannt, berührt die vorliegende Erfindung nur am Rande und ist daher nicht weiter beschrieben.
2 zeigt eine aufgerüstete Heizungsanlage, die auf der veralteten Heizungsanlage aus 1 basiert. Lediglich die veraltete Umwälzvorrichtung 3 ist durch eine aktuelle Umwälzvorrichtung 17 ersetzt, und die Einstellsignalerzeugungsvorrichtung 15 ist zusätzlich vorgesehen. Die aktuelle Umwälzvorrichtung 17 und die Einstellsignalerzeugungsvorrichtung 15 werden ebenfalls über Stromversorgungsleitungen 14 mit Strom versorgt. Die Einstellsignalerzeugungsvorrichtung 15 empfängt die modulierte Wechselspannung, die mit einem der mit Bezug auf 1 beschriebenen Verfahren moduliert wurde, über die Stromleitungen 11 von der Signalmodulationsvorrichtung 10 (siehe 2), erzeugt in Abhängigkeit von der modulierten Wechselspannung ein Einstellsignal und gibt das Einstellsignal über eine Signalleitung 16 an die Umwälzvorrichtung 17 aus. Die Umwälzvorrichtung 17 umfasst ein Steuerungsbauteil 18, ein Stromversorgungsbauteil 19 und eine Umwälzpumpe 20, die eine Synchronmaschine umfasst. Die Synchronmaschine weist in der Regel einen Ständer, der ein magnetisches Drehfeld mit variabler Frequenz erzeugen kann, und einen magnetisierten Läufer auf. Das Drehfeld mit variabler Frequenz wird dadurch erreicht, dass das Stromversorgungsbauteil 19 geeignete Spannungen erzeugt und an die Spulen des Ständers anlegt. Das Stromversorgungsbauteil 18 wird in Abhängigkeit von dem Einstellsignal von dem Steuerungsbauteil 17 gesteuert. Als Einstellsignal wird typischerweise ein Gleichspannungssignal oder ein pulsweitenmoduliertes Signal verwendet.
3 zeigt den schematischen Aufbau einer Einstellsignalerzeugungsvorrichtung 15. Die Einstellsignalerzeugungseinrichtung 15 umfasst einen Mikrokontroller 21, zwei Verstärker 22 und 23 und einen Optokoppler 24. Der Mikrokontroller 21 umfasst einen Datenbus (Bus) 25, einen Prozessor (CPU) 26, einen flüchtigen RAM-Speicher 27, einen nicht flüchtigen ROM-Speicher 28, zwei Digital-Analog-Wandler (D/A) 29, 30 und einen Analog-Digital-Wandler (A/D) 31. In dem ROM-Speicher 28 sind Verarbeitungsanweisungen gespeichert. In dem RAM-Speicher 27 werden Daten während der Verarbeitung gespeichert. Der Optokoppler 24 ist über die Stromleitungen 11 mit der Signalmodulationsvorrichtung 10 verbunden und empfängt ein moduliertes Wechselspannungssignal von der Signalmodulationsvorrichtung 10 und gibt an seinem Ausgang ein Rechtecksignal aus. Der Optokoppler 24 sorgt für eine galvanische Trennung zwischen den Stromleitungen 11 und dem Mikrokontroller 21 und gibt im Wesentlichen immer dann ein Signal mit einer festen hohen Größe aus, wenn zwischen den Stromleitungen 11 eine Spannung anliegt, die ungleich null ist, und gibt im Wesentlichen immer dann ein Signal mit einer festen niedrigen Größe, vorzugsweise gleich null, an den Mikrocontroller 21 aus, wenn zwischen den Stromleitungen eine Nullspannung anliegt.
Der Analog-Digital-Wandler 31 tastet an seinem Eingang das Ausgangsignal des Optokopplers 24 mit einer bestimmten Frequenz ab und bildet aus dem zeitlich veränderlichen Ausgangsignal des Optokopplers eine Folge von digitalen Signalen, welche der Prozessor 26 über den Datenbus 25 empfängt und unter Verwendung des RAM-Speichers verarbeitet. Die Folge von digitalen Signalen besteht aus mehreren Teilfolgen. Die Zeitdauer dieser Teilfolgen beträgt jeweils mindestens das Einfache und vorzugsweise ein Vielfaches der Periodendauer des modulierten Wechselspannungssignals, welches eine Periodendauer von 20 Millisekunden hat, und ist somit in der Größenordnung von einer Sekunde. Für jede solche Teilfolge gibt der Prozessor 26 eine getaktete Folge von digitalen Signalen derselben Größe an den Digital-Analogwandler 29 weiter, wobei der Prozessor die Größe in Abhängigkeit davon wählt, wie lange das an den Eingängen des Optokopplers anliegende, modulierte Wechselspannungssignal gleich null bzw. ungleich null ist. Der Digital-Analog-Wandler 29 wandelt die getaktete Folgen von digitalen Signalen der gleichen Größe in ein analoges Signal um und gibt diese an den Signalverstärker 22 weiter, der das analoge Signal auf einen geeigneten Wert verstärkt und ausgibt. Das an dem Ausgang 32 des Signalverstärkers 22 anliegende Spannungssignal ist über mindestens das Einfache – vorzugsweise ein Vielfaches – der Periodenspannung des modulierten Wechselspannungssignals konstant und ändert sich nur relativ langsam, kann Werte zwischen 0 und 10 V, beispielsweise für t = T (keine Modulation, siehe Beschreibung des Signals in 4a bis 4c) den Wert 10 V und für t = 0 (maximal mögliche Modulation) den Wert 0 aufweisen, wobei der Signalverstärker 22 so auf den Mikrokontroller abgestimmt ist, dass für die an dem Ausgang 32 des Signalverstärkers 22 anliegende Spannung (und somit dem Ausgang der Einstellsignalerzeugungseinrichtung) allgemein gilt V_aus = 10V·(t/T).
Für jede dieser Teilfolgen gibt der Prozessor zusätzlich eine getaktete Folge von digitalen Signalen mit einer ersten Größe und einer zweiten Größe an den Digital-Analogwandler 30 weiter. Diese getaktete Folge von digitalen Signalen mit der ersten Größe und der zweiten Größe kann in zwei Teilfolgen von Signalen der ersten Größe und Signalen der zweiten Größe zerlegt werden, die jeweils eine feste Länge haben und abwechselnd aufeinander folgen. Die Anzahl der aufeinanderfolgenden Signale der ersten Größe und die Anzahl der aufeinanderfolgenden Signale der zweiten Größe bestimmt der Prozessor 26 in Abhängigkeit davon, wie lange das an den Eingängen bzw. am Ausgang des Optokopplers anliegende, modulierte Wechselspannungssignal gleich null bzw. ungleich null ist, wobei die Summe der Anzahl der aufeinanderfolgenden Signale der ersten Größe und die Summe der aufeinanderfolgenden Signale der zweiten Größe konstant bleibt. Der Digital-Analog-Wandler 30 wandelt die Folgen von digitalen Signalen mit zwei unterschiedlichen Größen in ein analoges Signal um und gibt dieses an die Signalverstärker 23 weiter, der das analoge Signal auf einen geeigneten Wert verstärkt und ausgibt. Das an dem Ausgang 16 des Signalverstärkers 23 anliegende Spannungssignal ist ein Rechtecksignal und hat eine Frequenz f zwischen 100 und 2000 Hz. Die Spannung wechselt zwischen zwei festen Spannungswerten die beide zwischen 0 und 24 V liegen. Die Frequenz f = 1/P (siehe 4c) und die beiden Spannungswerte des Rechtecksignals sind vorgegeben. Die Periodendauer des an dem Ausgang 16 des Signalverstärkers 23 anliegenden Spannungssignals entspricht der Summe der Zeitdauer der Teilfolge von Signalen der ersten Größe und der Zeitdauer der Teilfolge von Signalen der zweiten Größe. Die Einstellsignalerzeugungsvorrichtung 15 wählt die Zeitdauer des hohen Spannungswerts t_H = p und die Zeitdauer des niedrigen Spannungswert t_N = P – p so, dass gilt t_H/t_N = t/(T – t) (siehe Beschreibung des Signals in 4a bis 4c). Mit f = 1/P = 1/(t_H + t_N) folgt dann t_H = T/(t·f).
Statt zweier getrennter Ausgänge 16 und 32 kann die Einstellsignalerzeugungsvorrichtung auch nur einen einzigen Ausgang und einen Schalter aufweisen, der es ermöglicht festzulegen, ob das im Wesentlichen konstante Signal oder das Rechtecksignal an dem einzigen Ausgang angelegt wird.
4a zeigt ein moduliertes Eingangssignal der Einstellsignalerzeugungsvorrichtung, welches durch ein Verfahren der Phasenanschnittsteuerung moduliert ist. Das unmodulierte Signal ist sinusförmig, hat eine Amplitude von 325 V und einen Effektivwert von 230 V, eine Frequenz von 50 Hz und eine Periodendauer T = 20 Millisekunden. Durch die Phasenanschnittmodulation wird das Signal am Anfang der Sinuskurve für eine Zeit T/2 – t/2 und unmittelbar nach der Periodenmitte T/2 für eine Zeit (T – t)/2 auf Null gehalten, wobei t die Zeitdauer ist, für welche das modulierte Signal ungleich null ist. Der Durchschnittswert des modulierten Signals ist null.
4b zeigt ein internes Signal der Einstellsignalerzeugungsvorrichtung am Ausgang eines Optokopplers 24. Eine Leuchtdiode des Optokopplers brennt im Wesentlichen immer dann, wenn die modulierte Spannung ungleich 0 ist. Ein Phototransistor ermöglicht immer dann einen Stromfluss, wenn die Leuchtdiode leuchtet. Am Ausgang des Optokopplers 24 liegt im Idealfall ein Rechtecksignal mit der Periodendauer T/2 = 10 Millisekunden, wobei das Rechtecksignal im Idealfall den hohen Wert (typischerweise 5 V) für die Zeitdauer t/2 und den niedrigen Wert (typischerweise 0 V) für die Zeitdauer (T – t)/2 hat.
4c zeigt ein Ausgangssignal der Einstellsignalerzeugungsvorrichtung. Das Ausgangsignal ist ein Rechtecksignal mit einem niedrigen Spannungswert 0 V und einen hohen Spannungswert der zwischen 5 und 25 V liegt. Die Frequenz f = 1/P ist fest vorgegeben. Die Zeitdauern des hohen Spannungswerts und des niedrigen Spannungswerts sind wie mit Bezugnahme auf 3 beschrieben berechnet.
5 zeigt ein alternatives moduliertes Eingangssignal der Einstellsignalerzeugungsvorrichtung. Das Eingangssignal ist durch ein Verfahren der Wellenpaketsteuerung bzw. Schwingungspaketsteuerung moduliert. Die Auswertung eines solchen Eingangssignals erfordert, dass das Einstellsignal der Einstellsignalerzeugungsvorrichtung für eine Zeitdauer berechnet wird, die ein Vielfaches der Periodendauer der modulierten Wechselspannung beträgt. Das Einstellsignal kann ähnlich wie das Einstellsignal für das modulierte Eingangssignal in 4a, wie mit Bezugnahme auf 3 beschrieben, berechnet werden. In den mit Bezugnahme auf 3 angegebenen Formeln müssen T jedoch als Gesamtdauer des analysierten Zeitabschnitts definiert und t als Gesamtdauer während des analysierten Zeitabschnitts, zu der das modulierte Eingangsignal ungleich null ist, definiert werden.

Claims

Einstellsignalerzeugungsvorrichtung (15) für eine Umwälzvorrichtung insbesondere in einer Wärmeübertragungsvorrichtung, wobei die Einstellsignalerzeugungsvorrichtung (15) eingerichtet ist, ein Einstellsignal für eine Umwälzvorrichtung (17) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellsignalerzeugungsvorrichtung (17) außerdem eingerichtet ist, ein moduliertes Wechselstromsignal zu empfangen, das modulierte Wechselstromsignal zu analysieren, und in Abhängigkeit von dem modulierten Wechselstromsignal das Einstellsignal zu erzeugen und auszugeben.
Einstellsignalerzeugungsvorrichtung Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellsignal eindeutig von einer Modulationsgröße des modulierten Wechselstromsignal abhängt.
Einstellsignalerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsgröße von der Zeitdauer abhängt, zu welcher das modulierte Wechselspannungssignal gleich null ist.
Einstellsignalerzeugungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das modulierte Wechselstromsignal ein durch ein Verfahren der Phasenanschnittsteuerung oder ein Verfahren der Phasenabschnittsteuerung moduliertes Wechselstromsignal ist.
Einstellsignalerzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das modulierte Wechselstromsignal ein durch ein Verfahren der Wellenpaketsteuerung bzw. Schwingungspaketsteuerung moduliertes Wechselstromsignal ist.
Einstellsignalerzeugungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellsignalerzeugungsvorrichtung (17) einen Optokoppler (24) aufweist.
Einstellsignalerzeugungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellsignal ein pulsweitenmoduliertes Signal ist.
Einstellsignalerzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellsignal ein zeitlich kaum veränderliches Signal ist.
Umwälzvorrichtung mit einer Einstellsignalerzeugungsvorrichtung insbesondere in einer Wärmeübertragungsvorrichtung, wobei die Einstellsignalerzeugungsvorrichtung (15) eingerichtet ist, ein Einstellsignal für eine Umwälzvorrichtung (17) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellsignalerzeugungsvorrichtung (15) außerdem eingerichtet ist, ein moduliertes Wechselstromsignal zu empfangen, das modulierte Wechselstromsignal zu analysieren, und in Abhängigkeit von dem modulierten Wechselstromsignal das Einstellsignal zu erzeugen und auszugeben.
Wärmeübertragungsvorrichtung mit einer Einstellsignalerzeugungsvorrichtung, wobei die Einstellsignalerzeugungsvorrichtung (15) eingerichtet ist, ein Einstellsignal für eine Umwälzvorrichtung (17) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellsignalerzeugungsvorrichtung (15) außerdem eingerichtet ist, ein moduliertes Wechselstromsignal zu empfangen, das modulierte Wechselstromsignal zu analysieren, und in Abhängigkeit von dem modulierten Wechselstromsignal das Einstellsignal zu erzeugen und auszugeben.