DE1565197B2 - Steuergerät zur witterungs- und zeitabhängigen Verschiebung des Ladebeginns von elektrischen Wärmespeichern - Google Patents

Description

3 4

daß ein störungsfreies kontinuierliches Verschieben dann, wenn die Ladeperioden weit auseinander lie-

des Einschaltpunktes ohne Anwendung mechanisch gen, vorzugsweise also dort, wo keine Tagnach-

bewegter Antriebsmittel möglich wird. ladung vorgesehen ist, kann es von Vorteil sein, wenn

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Er- der zeitabhängige Widerstand in einem wärmedämfindung darin, daß die Widerstände als NTC-Wider- 5 mend umhüllten wärmespeichernden Medium angestände ausgebildet sind, die elektrisch in Serie liegen, ordnet ist, in dem sich ein von dem witterungsabdaß der witterungsabhängige Widerstand von einem hängigen Signal des Wetterfühlers beaufschlagter Heizwiderstand beheizbar ist, der an einen Wetter- Widerstand befindet. Das Steuersignal, mit dem fühler angeschlossen ist, dessen elektrische Signale in schließlich der Ladevorgang eingeleitet wird, bildet ihrer Impulsdauer analog dem ermittelten Wärme- io sich hierbei aus dem Zusammenwirken der Intensität bedarf zu- oder abnehmen und daß der zeitabhängige der wetterabhängigen Signale einerseits und deren Widerstand von einer zeitlich sich ändernden Tempe- Speicherung andererseits. Dies führt zu einer konratur beaufschlagt ist. struktiv einfachen Zusammenfassung unter Wegfall

Hierdurch wird eine galvanische Trennung zur von Bauelementen innerhalb des Steuergerätes. Die Verminderung von Störeinflüssen zwischen der die 15 Bedingung, daß der Wärmestau innerhalb des hier NTC-Widerstände enthaltenden Schaltung und den verwendeten wärmespeichernden Mediums bis zu entsprechenden äußeren Steuerkreisen möglich, und Beginn der nächsten Niedertarifperiode abgebaut sein der Zeiteinfluß kann ohne Verwendung eines mecha- muß, damit der neue Stau unverfälscht durchgeführt nisch angetriebenen Drehwiderstandes, bei dem ins- werden kann, muß hierbei beachtet werden. Bei gebesondere der Schleifkontakt zu Störungen führen 20 nügend langen Abständen zwischen den Ladeperiokann, in die Schaltung eingeführt werden. den wird die Temperatur dieses Mediums selbststätig

Hierbei führen vom außerhalb des Gebäudes an- auf einen Wert sinken, der der Umgebungstemperatur

gebrachten Wetterfühler lediglich elektrische Leitun- entspricht; auch bei kürzeren Intervallen kann dies

gen zum Steuergerät, das eine kontinuierlich schwel- erreicht werden, wenn geeignete Mittel, wie z. B.

lende Größe abgibt; bei Über- oder Unterschreiten 25 Klappen oder Schieber, zur Anwendung kommen, die

eines Summenschwellwertes gibt er ein Steuersignal, bewirken, daß dieser kleine HilfsSpeicher zu Beginn

wodurch der Ladevorgang eingeleitet wird. Das jeder neuen Ladeperiode völlig entladen ist. Weiter-

Steuergerät selbst kann räumlich beliebig angeordnet hin ist es zweckmäßig, wenn bei Verwendung dieser

werden. vereinfachten Ausführung ein gegenüber der Nieder-

Eine preislich und in bezug auf die Betriebssicher- 30 tarifzeit vorverschobenes Anlaufen der Funktion geheit besonders vorteilhafte Ausbildung des in dem wählt wird, damit an strengen Wintertagen, d. h. bei Steuergerät enthaltenen Zeitgliedes besteht darin, daß größtem Wärmebedarf, dieser HilfsSpeicher bereits der zeitabhängige Widerstand in einem Wärme- aufgeladen ist, wenn die Niedertarifzeit beginnt.
speicher-Medium angeordnet ist, in dem ein weiterer, Beim Schaltungsaufbau des Steuergerätes mit galvanisch getrennter und aus einer konstanten Span- 35 thermo-elektrischem Zeitglied ohne die zuletzt ernungsquelle gespeister NTC-Widerstand eingebettet wähnte Wärmedämmung ist es von besonderem Vorist. Hierdurch wird zur Bildung der sich in ihrem teil, wenn parallel an dem zeitabhängigen Widerstand Betrag zeitproportional selbsttätig ändernden physi- der Steuereingang einer Schalteinrichtung angeschalkalischen Größe ein beliebiges wärmespeicherndes tet ist, die elektrisch so bemessen ist, daß bei UnterMedium mittels des elektrischen NTC-Widerstandes 40 schreiten und Ausbleiben eines Mindestwertes des aufgeheizt, wobei die Rückwirkung dieser Erwär- am zeitabhängigen Widerstand begriffenen Steuermung den elektrischen Widerstandswert des NTC- signals die Ladeheizelemente des Wärmespeichers Elementes und damit dessen Heizleistung kontinuier- eingeschaltet werden. Mit dieser Anordnung sind lieh ändert, so daß sowohl sein Heizstrom als auch zwei wesentliche Vorteile verbunden: Änderungen die in diesem Medium entstehende Temperatur selbst- 45 der Umgebungstemperatur beeinflussen in gleicher tätig zeitproportional ansteigen, wodurch innerhalb Weise die NTC-Widerstände in beiden Hälften des der Steuerschaltung eine Spannungsänderung ent- Spannungsteilers, so daß sich diese Wirkungen komsteht, die von der Auswirkung der ebenfalls in diese pensieren und eine Veränderung des am Spannungs-Schaltung eingeführten Signale des Wetterfühlers teiler abgegriffenen Steuersignals nicht eintritt. Der gleichsinnig unterstützt wird, bis diese summarische 50 zweite Vorteil besteht darin, daß bei dieser Schal-Beeinflussung der elektrischen Steuerschaltung beim tungsanordnung das Ladesignal bei Unterschreiten Über- oder Unterschreiten eines Grenzwertes ein und damit auch bei Ausbleiben der am Spannungs-Steuersignal für die Einschaltorgane der elektrischen teiler abgegriffenen Teilspannung erfolgt. Auf diese Lade-Heizelemente auslöst. Außer den vorerwähnten Weise können Störungen im Steuerteil keinen Aus-Vorteilen zeichnet sich diese Lösung auch durch ge- 55 fall der Heizung, sondern lediglich eine verstärkte ringes Bauvolumen und durch völlig geräuschlose Ladung der Speicherofen bewirken.
Arbeitsweise aus. Bei eventueller Störung kann das In der Zeichnung ist die Wirkungsweise der erfinmit Steckanschlüssen versehene elektro-thermische dungsgemäßen Lösung an Hand von Beispielen er-Zeitglied auch wesentlich leichter ausgewechselt wer- läutert.

den als eine elektromechanische Baugruppe. Dazu 60 F i g. 1 zeigt eine schematische Zuordnung zwischen

wird zweckmäßig der zeitabhängige Widerstand und Wetterfühler, Steuergerät und Speicherofen,

ein dazu in Serie geschalteter hochohmiger Wider- F i g. 2 zeigt ein thermo-elektronisches Zeitglied,

stand an eine konstante Spannungsquelle angeschlos- F i g. 3 zeigt eine vereinfachte Ausführungsform,

sen und am hochohmigen Widerstand das zeitabhän- wobei Zeitglied und Summierglied miteinander kom-

gige Steuersignal abgegriffen. Dann steht der an die- 65 biniert sind.

sem Widerstand entstehende Spannungsabfall als zeit- F i g. 4 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer erproportionale physikalische Größe zur Verfügung. findungsgemäßen Steuerungsanlage mit thermo-elek-

In besonderen Anwendungsfällen, insbesondere ironischen Gliedern.

ι oöo iy/

5 6

Fig. 5 zeigt die gleiche Schaltung wie Fig. 4, wird dadurch erreicht, daß die vom Wetterfühler aus-

jedoch in störungsunabhängiger Ausführung. gesandten Signale χ als Wärmeimpulse in eine Spei-

Der in F i g. 1 dargestellte Elektro-Wärmespeicher- chermasse M 2 mit guter Wärmedämmung D geleitet ofen E wird in üblicher Weise vom Netz her während werden. In diesem Miniaturspeicher entsteht somit der Niedertarifzeit, also vorwiegend in der Nacht, mit 5 ein zeitproportionaler Temperaturanstieg, der sich — der' dann billigen Energie aufgeladen. Durch den wie im vorigen Beispiel — auf den ohmschen Widerrechts in Fig. 1 gezeigten Schalter 51 ist symbolisch stand des NTC-Gliedes NZ auswirkt, wodurch eine angedeutet, daß diese Energie beispielsweise von zeit- und wetterproportional steigende Steuergröße ζ 22 bis 6 Uhr zur Verfügung steht. Die Leistung gebildet wird. Bei dieser Ausführung ist zu beachten, der Speicherofen E ist so bemessen, daß sie zur io daß die Signale χ mit kalter werdender Witterung inDeckung des Wärmebedarfs an den kältesten Winter- tensiver werden müssen; der Abgriff der Impulse tagen fast diese gesamte Niedertarifzeit zur Ladung muß also an einer anderen Klemme innerhalb des benötigen. Bei milderer Witterung genügt demzufolge Wetterfühlers erfolgen.

eine kürzere Ladezeit. Zu diesem Zweck ist das In F i g. 4 ist ein Schaltbild dargestellt, bei dem

Steuergerät R vorgesehen, das vom Wetterfühler W 15 das an Hand F i g. 2 erläuterte thermo-elektronische

gesteuert wird und den Einschaltbeginn so spät wie Zeitglied Γ 2 eingesetzt wurde. Das Summierglied V

möglich in die Nacht hinein verzögert ist hier beispielsweise als Verstärker ausgebildet, der

Dieses Steuergerät besteht im wesentlichen aus bei Überschreiten einer bestmimten Eingangsspan-

einem Summierglied V, das bei Erreichen eines be- nung ζ 1 ein Signal abgibt, das den Ladebeginn am

stimmten Summenwertes der vom Zeitglied T ge- 20 Elektrospeicherofen E bewirkt. Diese Spannung ζ 1

gebenen Größe y und den vom Wetterfühler gegebe- wird an einem aus den Gliedernd und Γ2 gebildeten

nen Signalen χ eine Steuergröße ζ abgibt, die schließ- Spannungsteiler abgegriffen. Hierbei ist A ein mit

lieh das Einschalten des Schalters 2 bewirkt. dem NTC-Widerstand N 3 in ähnlicher Weise wie Tl

Der Wetterfühler ist in bekannter Weise als Kam- aufgebautes, von den Impulsen des Wetterfühlers ge-

mer mit thermischem Umschalter und Selbstheizung 25 heiztes thermo-elektronisches Glied. Die Spannung ζ 1

ausgebildet. Die Signale χ sind somit impulsförmig, ist also um so größer, je kälter die Witterung ist, denn

wobei die Impulsdauer dieser Signale mit kühler wer- dann ist die Aufheizung bei A gering und somit der

dendem Wetter (steigendem Wärmebedarf) immer ohmsche Widerstand und damit der Spannungsabfall

kürzer wird. groß. Die Spannung ζ 1 hat also zu Beginn der Nie-

Das Summierglied V kann in seiner einfachsten 30 dertarifzeit bereits eine bestimmte wetterabhängige

Ausführung ein thermischer Schalter sein, dessen Größe, die infolge des durch Selbstauf heizung in Γ 2

elektrischer Heizstrom verursacht wird aus den Im- bewirkten Spannungsabfalls kontinuierlich weiter an-

pulsen χ einerseits und einer zeitproportional steigen- steigt und schließlich den Schaltvorgang auslöst,

den Spannung andererseits. ' Ein zusätzlicher Vorteil dieser Schaltungsordnung

Als Zeitglied kann die in F i g. 2 gezeigte Ausfüh- 35 besteht darin, daß sich Temperatureinflüsse, die auf

rung T2 verwendet werden, die auf thermo-elektro- die Schaltung einwirken, selbsttätig korrigieren, da

nischer Basis arbeitet Dieses Zeitglied ist aufgebaut eine gleichsinnige Temperierung der Glieder/4 und

aus zweiNTC-Widerständen iVl undN2, die gemein- T2 keine Änderung der Spannungz\ verursachen

sam in einer Vergußmasse Ml eingebettet sind. An kann.

einer konstanten Spannungsquelle wird ./V1 aufge- 40 Prinzipiell in gleicher Weise ist die in F i g. 5 anheizt, wobei sich sein ohmscher Widerstand verrin- gegebene Schaltung dimensioniert. Hier ist jedoch der gert. Infolgedessen steigt der durch iVl fließende Abgriff ζ 1 am Spannungsschalter AIT 2 anders geStrom /1 weiter an, so daß auch die Erwärmung wei- legt, und zwar derart, daß ζ 1 um so niedriger ist, je ter steigt usw. Die Temperatur von Nl überträgt sich kalter das Wetter und je später die Nachtstunde ist. auf die Masse Ml und damit auf den zweiten NTC- 45 Der Verstärker V (Summierglied) ist in diesem Fall Widerstand N 2, dessen Widerstand somit zeitpropor- so ausgebildet, daß das Signal ζ 2 bei Unterschreiten tional sinkt. Demzufolge wird in diesem zweiten eines bestimmten Wertes von ζ 1 erfolgt.
Stromkreis der Strom steigen und die am hoch- Dies hat den Vorteil, daß bei irgendeiner Störung ohmigen Widerstand R 2 abgegriffene Spannung y oder Unterbrechung im Steuerungsteil oder im Verebenfalls. Durch entsprechende Auswahl und Anord- 5° stärker selbst die Ladung trotzdem, und zwar so früh nung der in Fig. 2 gezeigten Bauelemente läßt sich wie möglich einsetzt, so daß keine Frostschäden über viele Stunden ein linearer Anstieg der Span- od. dgl. entstehen können. Im Störungsfall arbeitet die nung y erzielen. Zwischen dem niederohmigen Strom- Heizungsanlage also uneingeschränkt weiter; dieses kreis und Nl und dem hochohmigen Kreis mit N2 Verhalten wird als positive Störfolge bezeichnet,
besteht galvanische Trennung und thermische Kopp- 55 Die hochohmigen Widerstände R 2 wurden in den lung. . F i g. 4 und 5 der besseren Übersicht wegen nicht dar-

Eine weitere Variante des Zeitgliedes zeigt Fig. 3. gestellt, obwohl sie — in Analogie zu Fig. 2 — in

Hier ist eine Kombination zwischen Zeitglied Γ 3 und diese Schaltungen hineingehören, wenn Impedanz-

Summierglied V getroffen worden. Das Zeitverhalten Wandlung gefordert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

ι ooo ι y/ 1 2 einer Spannungsquelle verbunden sind und durch Patentansprüche: additives Zusammenwirken der daraus gewonnenen Signale beim Erreichen eines Grenzwertes eine die

1. Steuergerät zur witterungs- und zeitabhän- Ladeheizelemente des Wärmespeichers einschaltende gigen Verschiebung des Ladebeginns von elek- 5 Schalteinrichtung steuern.

irischen Wärmespeichern, insbesondere Nacht- Bei einem bekannten Steuergerät dieser Art (Elek-

stromspeicheröfen, mit einem zeitabhängigen ver- trizitätswirtschaft 1964, S. 644 ff u.a.) ist der zeitänderbaren Widerstand und einem witterungsab- abhängige Widerstand als Drehwiderstand ausgebilhängig sich ändernden Widerstand, die mit einer der, der von einem Synchronlaufwerk mechanisch Spannungsquelle verbunden sind und durch addi- 10 angetrieben wird, während der witterungsabhängige tives Zusammenwirken der daraus gewonnenen Widerstand zwar ebenfalls ein temperaturabhängiger Signale beim Erreichen eines Grenzwertes eine Widerstand ist, der jedoch unmittelbar der Witterung die Ladeheizelemente des Wärmespeichers ein- ausgesetzt ist und erfahrungsgemäß über eine sehr schaltende Schalteinrichtung steuern, dadurch lange Leitung mit dem eigentlichen Steuergerät vergekennzeichnet, daß die Widerstände (/V2, 15 bunden ist. Dadurch ergibt sich zum einen am Dreh- N 3) als NTC-Widerstände ausgebildet sind, die widerstand und dem zugehörigen Synchronlaufwerk elektrisch in Serie liegen, daß der witterungsab- die Gefahr von mechanischem Verschleiß, und über hängige Widerstand (N 3) von einem Heizwider- die Leitung vom Witterungsfühler zum Steuergerät stand beheizbar ist, der an einen Wetterfühler (W) können Fremdsignale von in der Nähe verlegten anangeschlossen ist, dessen elektrische Signale in ao deren Leitungen eingekoppelt werden, die das geihrer Impulsdauer analog dem ermittelten Wärme- ringste Steuersignal des Witterungsfühlers stark verbedarf zu- oder abnehmen und daß der zeitab- fälschen.

hängige Widerstand (N 2) von einer zeitlich sich Es ist auch bekannt (deutsche Patenschrift

ändernden Temperatur beaufschlagt ist. 1 128 105), eine mit Uhrwerk betätigte, rotierende

2. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch ge- 35 Schaltwalze zu verwenden und den elektrischen Abkennzeichnet, daß der zeitabhängige Widerstand griff an dieser Walze über ein Bi-Metall-Stellglied in (N2) in einem Wärmespeicher-Medium (Ml) an- Abhängigkeit von der Außentemperatur zu variieren, geordnet ist, in das ein weiterer, galvanisch ge- Je nach Krümmung des Bi-Metall-Organs erfolgt hier trennter und aus einer konstanten Spannungs- also der die Ladung bewirkende Kontaktschluß an quelle gespeister NTC-Widerstand (Nl) einge- 30 der Walze früher oder später in den Nachtstunden, bettet ist. Diese Lösung erfordert eine mechanische Verbindung

3. Steuergerät nach Anspruch 2, dadurch ge- zwischen dem wetterfühlenden Bi-Metall-Organ und kennzeichnet, daß der zeitabhängige Widerstand dem Walzenabgriff am Uhrwerk, wobei beide Bau-(N 2) und ein dazu in Serie geschalteter hoch- gruppen zweckmäßigerweise in einem Gehäuse zuohmiger Widerstand (R2) an eine konstante 35 sammengefaßt sind. Somit entsteht ein architek-Spannungsquelle angeschlossen sind und daß am tonisch störend großes Gerät mit dem weiteren hochohmigen Widerstand (R 2) das zeitabhängige Nachteil, daß der Uhrwerksantrieb in gleicher Weise Steuersignal abgegriffen ist. wie der Bi-Metall-Fühler den Witterungseinflüssen

4. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch ge- ausgesetzt sein muß.

kennzeichnet, daß der zeitabhängige Widerstand 40 Weiterhin ist eine Ladesteuerung für Nachtstrom- (N2) in einem wärmedämmend umhüllten wärme- speicherofen bekannt (belgische Patentschrift speichernden Medium (M2) angeordnet ist, in 650 690), bei der sowohl das Wetter als auch die dem sich ein von dem witterungsabhängigen Restwärme der Speicherofen berücksichtigt werden. Signal (x) des Wetterfühlers (W) beaufschlagter Der Wetterfühler ist hier ein separates, robustes Bau-Widerstand befindet. 45 teil, während der übrige Teil dieser Steuerschaltung

5. Steuergerät nach Anspruch 1 oder einem an beliebigen, geschützten Orten untergebracht werder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß den kann. Ein auf Wärme reagierendes Schaltorgan parallel an den zeitabhängigen Widerstand (N 2) wird hier sowohl von einem Wetterfühler als auch der Steuereingang einer Schalteinrichtung (V) an- von der Kernwärme des Speicherofens summarisch geschaltet ist, die elektrisch so bemessen ist, daß 5° beeinflußt. Dieses Organ ist mit mehreren Kontakbei Unterschreiten oder Ausbleiben eines Min- ten ausgerüstet, die bei verschiedenen Temperaturdestwertes des am zeitabhängigen Widerstand werten schalten. In Reihe mit diesen Kontakten lie-(N2) abgegriffenen Steuersignals (zl) die Lade- gen jeweils Uhrwerk-Kontakte, die zu verschiedenen heizelemente des Wärmespeichers eingeschaltet Nachtstunden schließen. Die Ladung dieser Speicherwerden. 55 öfen beginnt also dann, wenn derjenige Uhrwerk-Kontakt schließt, dessen zugehöriger Regelorgan-Kontakt infolge Wetter und Restwärme ebenfalls geschlossen ist. Diese an sich befriedigend arbeitende

Steuerung hat den Nachteil, daß sie nicht kontinuier-

60 lieh arbeitet, sondern nur in so vielen Stufen, wie Uhrwerk-Kontakte bzw. Kontakte am Regelorgan zur Verfügung stehen. Konstruktiv wirtschaftlich ist

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät zur witte- eine Lösung mit je drei Kontakten. Daraus ergibt sich rungs- und zeitabhängigen Verschiebung des Lade- jedoch eine Dreiteilung der Niedertarifzeit, d. h., der beginns von elektrischen Wärmespeichern, insbeson- 65 Ladebeginn kann beispielsweise entweder um 22 Uhr dere Nachtstromspeicheröfen, mit einem zeitabhän- oder um 1 Uhr oder um 4 Uhr erfolgen,
gigen veränderbaren Widerstand und einem witte- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine

rungsabhängig sich ändernden Widerstand, die mit Ladesteuerung der genannten Art so auszubilden,