DE19702904C2

DE19702904C2 - Überwachungsschaltung bei einem Durchlauferhitzer

Info

Publication number: DE19702904C2
Application number: DE19702904A
Authority: DE
Inventors: Michael Mehne
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 1997-01-28
Filing date: 1997-01-28
Publication date: 1999-12-30
Anticipated expiration: 2017-01-29
Also published as: DE19702904A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Überwachungsschaltung bei einem elektrischen Durchlauferhitzer mit einer Netzschalteranordnung, die von einem Schutzantrieb schaltbar ist, und mit einer Regelelektronik zur Steuerung von elektrischen Heizkörpern vorgeschalteten Leistungsschaltern, wobei der Schutzantrieb und eine mit dem Heizkörper verbundene Diodenmatrix sowie ein Schalter in einem Kontrollkreis liegen, und der Schalter mit einem Durchflußmesser derart verbunden ist, daß der Schalter bei einem bestimmten Wasserdurchfluß aus der Sicherstellung in die Betriebsstellung geht, wobei, wenn über den in Sicherstellung stehenden Schalter und über die Diodenmatrix und einen der Leistungsschalter ein Strom fließt, die Netzschalteranordnung öffnet.

Eine derartige Überwachungsschaltung ist in der DE 43 34 162 A1 beschrieben. Sie soll gewährleisten, daß die Heizkörper abgeschaltet werden, wenn ein ungenügender Wasserdurchfluß vorliegt.

Tritt bei der Schaltung nach der DE 43 34 162 A1 eine Störung, beispielsweise eine Fehlspannung auf, dann kann diese einen Wasserdurchfluß vortäuschen, so daß möglicherweise die Heizkörper nicht abgeschaltet werden, obwohl kein hinreichender Wasserdurchfluß gegeben ist. Es kann dabei zu Schäden kommen.

In der DE 43 15 468 C1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Durchlauferhitzers beschrieben, bei dem das durch eine Regelelektronik erfolgende Schalten der Leistungsschalter vom Schalten der elektromechanischen Schalteinrichtung (Netzschalteranordnung) gezielt zeitlich entkoppelt wird. Es ist eine Fehlerüberwachungsschaltung vorgesehen, die in Pausen, bei Beendigung, oder beim Beginn des Zapfbetriebs arbeitet.

In der nachveröffentlichten DE 196 35 973 A1 ist eine Netzschalteranordnung beschrieben, die durch einen Betriebsschaltvorgang und durch einen Schutzabschaltvorgang betätigbar ist.

Aus der DE 40 29 780 C2 ist ein Wasserdurchflußmesser bekannt, bei dem die durchflußabhängige Rotation einer Magnetscheibe von einem Sensor erfaßt wird.

Weitere Überwachungsschaltungen eines Durchlauferhitzers zeigen die DE 44 01 670 A1 und die DE 44 16 798 A1.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Überwachungsschaltung der eingangs genannten Art die Sicherheit weiter zu verbessern.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Das Wechselspannungssignal kann nicht durch den Defekt eines der in der Schaltung verwendeten elektronischen Bauteile generiert werden. Es ist damit vermieden, daß dem Schalter ein Wasserdurchfluß vorgetäuscht wird. Der Schalter geht also nur dann von seiner Sicherstellung in seine Betriebsstellung, wenn tatsächlich ein genügender Wasserdurchfluß vorliegt. Durch die Sicherheitselektronik ist somit die Sicherheit der Überwachungsschaltung weiter verbessert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Überwachungsschaltung mit Sicherheitselektronik und

Fig. 2 ein Schaltbild der Sicherheitselektronik.

Bei einem Durchlauferhitzer sind vier elektrische Heizkörper (1) im Dreieck an die Phasen (L1, L2, L3) des Drehstromnetzes angeschlossen. Den Heizkörpern (1) sind fünf Triacs (2) als Leistungsschalter zugeordnet, die von einer Regelelektronik (3) je nach Leistungsbedarf über Ausgänge (3') einer Regelelektronik (3) geschaltet werden. Die Regelelektronik (3) ist hierfür an einen Solltemperaturgeber (4) und einen Ist-Temperaturfühler (5) angeschlossen, der die Temperatur des von den Heizkörpern(1) erhitzten Wassers erfaßt. Eine Versorgungs- Gleichspannung für die Regelelektronik (3) ist über ein Netzteil (6) von den Phasen (L2, L3) abgeleitet.

In den drei Phasen (L1, L2, L3) liegt vor der Dreieckschaltung der Heizkörper (1) eine dreipolige, elektromechanische Netzschalteranordnung (7), im folgenden einfach als Netzschalter bezeichnet. Diese ist über einen Regelantrieb (8) von der Regelelektronik (3) betätigbar. Der Netzschalter (7) ist außerdem von einem Schutzantrieb (9) schaltbar, der im einfachsten Fall ein Hubmagnet ist. Wird der Netzschalter (7) von dem Schutzantrieb (9) geöffnet, was bei einer Störung der Fall ist, dann kann er erst nach einer Revision bzw. Reparatur wieder geschlossen werden. Es könnte auch ein vom Schutzantrieb (9) betätigter zusätzlicher Netzschalter vorgesehen sein. Es ist nicht in jedem Falle notwendig, daß der Netzschalter (7) von einem Regelantrieb schaltbar ist.

Der Schutzantrieb (9) liegt in einem Kontrollkreis (10), in den eine Diodenmatrix (11) geschaltet ist. Die Dioden bilden zwei Brücken, wobei die Brückenabgriffe an der Dreieckschaltung liegen, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist.

Im Kontrollkreis (10) ist weiterhin ein Schalter (12) angeordnet, der als Umschalter ausgebildet ist, wobei in der einen Stellung (x1) (Betriebsstellung) des Schalters (12) ein Optokoppler (13) mit einem ohmschen Vorwiderstand (14) wirksam ist, der in der anderen Stellung (x2) (Sicherstellung) des Schalters (12) überbrückt ist. Das Signal des Optokopplers (13) wird von der Regelelektronik (3) ausgewertet.

Im Kontrollkreis (10) liegt auch ein Sicherheitstemperaturschalter (15), mit dem der Schalter (12) überbrückbar ist. Bei einer Übertemperatur schließt der Sicherheitstemperaturschalter (15), so daß über den Schutzantrieb (9) über einen oder mehrere Brückenzweige, je nach Durchschaltzustand der Triacs, und damit aus einer der Phasen (L1, L2, L3) ein Strom fließt, infolgedessen der Schutzantrieb den Netzschalter (7) öffnet und damit einen weiteten Stromfluß, d. h. ein weiteres Heizen, allpolig unterbricht.

Der Schalter (15) ist von einer Sicherheitselektronik(16) schaltbar, welche über einen Eingang (17) von einem in der Wasserdurchlaufstrecke des Durchlauferhitzers angeordneten Durchflußmesser (18) eine dem jeweiligen Wasserdurchfluß entsprechende Impulsfolge empfängt. Der Wasserdurchflußmesser (18) arbeitet beispielsweise mit einem Hallsensor, der die Rotation eines Rotationskörpers des Wasserdurchflußmessers (18) erfaßt und in elektrische Impulse umsetzt. Diese Impulsfolge ist auch an die Regelelektronik (3) gelegt.

Ein Enable-Eingang (19) der Sicherheitselektronik (16) ist an die Regelelektronik (3) angeschlossen. Die Sicherheitselektronik (16) erhält ihre Versorgungsspannung über Anschlüsse (16',16") von dem Netzteil (6).

Fig. 2 zeigt die Sicherheitselektronik (16) in Verbindung mit dem Schalter (12). Die Sicherheitselektronik (16) weist am Eingang (17) eine Verstärkerstufe mit einem Transistor (20) und einem Widerstand (21) auf. Der Kollektor des Transistors (20) liegt an einer H- Transistorbrücke (22) mit vier Transistoren (23, 24, 25, 26), insbesondere an der Basis der Transistoren (24, 25). Die H-Transistorbrücke(22) ist in einen Baustein, beispielsweise L293D, integriert. An ihr ist der Enable- Eingang (19) vorgesehen.

Der Kollektor des Transistors (20) liegt auch an einer Inverterstufe (27) mit einem Transistor (28) und einem Widerstand (29), die die Impulsfolge invertiert und die invertierte Impulsfolge an die Basis der Transistoren (23, 26) der H-Transistorbrücke (22) liegt.

Im Brückenzweig der H-Transistorbrücke (22) liegt eine Primärwicklung (30) eines induktiven Übertragers (31). An dessen Sekundärwicklung (32) ist eine Relaiswicklung (33) eines den Schalter (12) bildenden Relais angeschlossen. Am Anschluß (16') liegt eine Versorgungsgleichspannung, beispielsweise 5 V, für die elektronischen Bauteile. Am Anschluß (16") liegt eine höhere Gleichspannung, beispielsweise 10 V, die von den Transistoren (23 bis 26) auf den Übertrager (31) durchgeschaltet wird. Der Anschluß (16") ist mit den Kollektoren der Transistoren (25, 26) verbunden. Die Emitter der Transistoren (23, 24) liegen an Masse.

Die Arbeitsweise der beschriebenen Sicherheitselektronik (16) ist im Wesentlichen folgende:

Der Schalter (12) befindet sich in seiner Sicherstellung (x2) (Ruhestellung), die in der Fig. 1 gezeigt ist. Durch ein Signal der Regelelektronik (3) am Enable-Eingang (19) wird die H- Transistorbrücke (22) aktiviert. Beim Wasserzapfen, d. h. Wasserdurchfluß durch den Wasserdurchflußmesser (18), entsteht die genannte Impulsfolge. Mittels dieser und der invertierten Impulsfolge werden die Transistoren (23 bis 26) wechselweise durchgeschaltet, so daß an der Primärwicklung (30) eine rechteckförmige Wechselspannung auftritt. Das Enable-Signal und die Impulsfolge sind dabei logisch in UND-Funktion verknüpft. Liegen das Enable-Signal oder die Impulsfolge nicht vor, dann entsteht die Wechselspannung nicht, so daß der Schalter (12) in der Sicherstellung (x2) bleibt.

Wenn das Enable-Signal und die Wechselspannung vorliegen, wird diese induktiv auf die Sekundärwicklung (32) übertragen, so daß dann der Schalter (12) von seiner Sicherstellung (x2) in seine Betriebsstellung (x1) geht. Um ein kostengünstiges und platzsparendes Gleichstromrelais verwenden zu können, kann eine Gleichrichtung der in der Sekundärwicklung (32) induzierten Spannung vorgesehen werden.

Treten irgendwelche Störungen am Wasserdurchflußmesser oder in der Schaltung auf, dann können möglicherweise falsche Gleichspannungspotentiale auftreten. In keinem Fall kann jedoch das Wechselspannungssignal entstehen, wenn ein Wasserdurchfluß nicht vorliegt. Durch die Verwendung des Übertragers (31) ist es ausgeschlossen, daß durch fehlerhafte Gleichspannungspotentiale der Schalter (12) in die Betriebsstellung (x1) geht, wenn kein Durchflußsignal vorhanden ist. Damit ist eine hohe Sicherheit und Eigenkontrolle der Schaltung erreicht.

Die Funktionsweise des Schalters (12) im Zusammenhang mit der Schaltung nach Fig. 1 ist im zeitlichen Ablauf etwa folgende:

a) Vor Zapfbeginn ist der Netzschalter (7) geöffnet,
b) bei Zapfbeginn erkennt die Regelelektronik (3), die auch bei geöffnetem Netzschalter (7) am Netz liegt, einen Wasserdurchfluß, der eine vorbestimmte Einschaltschwelle übersteigt. Das Wasserdurchflußsignal (Impulsfolge) liegt auch an der Sicherheitselektronik (16). Der Schalter (12) verbleibt zunächst dennoch in der Sicherstellung (x2), weil das Enable-Signal der Regelelektronik (3) noch nicht an die Sicherheitselektronik (16) gelegt ist;
c) die Regelelektronik (3) schließt über den Regelantrieb (8) den Netzschalter (7). Da die Triacs (2) zu diesem Zeitpunkt von der Regelelektronik (3) noch nicht angesteuert werden, ist kein Triac leitend, wenn die Triacs in Ordnung sind. Ist jedoch in einem der Triacs ein Kurzschluß, dann fließt über den in Sicherheitsstellung befindlichen Schalter (12) und den Schutzantrieb (9) ein Strom, wodurch der Schutzantrieb (9) den Netzschalter (7) öffnet.
d) Die Regelelektronik (3) setzt das Enable-Signal, so daß nun der Schalter (12) von der Sicherheitselektronik (16) in die Betriebsstellung (x1) gebracht wird.
e) Die Regelelektronik (3) steuert die Triacs (2) entsprechend des Leistungsbedarfs an.

Beim Abschalten des Durchlauferhitzers laufen folgende Vorgänge ab:

a) Während des Zapfens ist der Netzschalter (7) geschlossen.
b) Die Regelelektronik (3) erkennt, daß der Wasserdurchfluß kleiner als eine vorgegebene Ausschaltschwelle ist und steuert die Triacs nicht mehr an und nimmt das Enable-Signal nach einer kleinen Verzögerung zurück.
c) Der Schalter (12) geht in seine Sicherstellung (x2) zurück. Wenn alle Triacs nichtleitend sind, so wie es beim ordnungsgemäßen Zustand der Triacs sein muß, dann erfolgt keine Schutzabschaltung. Bildet jedoch ein Triac einen Kurzschluß, dann spricht der Schutzantrieb (9) an und öffnet den Netzschalter (7).
d) Erfolgt keine Abschaltung des Netzschalters (7) durch den Schutzantrieb (9), dann öffnet die Regelelektronik (3) den Netzschalter (7) mittels des Regelantriebs (8) sofort oder zeitverzögert.

In der Betriebsstellung (x1) des Schalters (12) erhält die Regelelektronik (3) vom Optokoppler (13) ein Signal, wenn die Triacs (2) eingeschaltet sind. Infolge des Vorwiderstandes (14) ist der durch den Optokoppler (13) fließende Strom so klein, daß der Schutzantrieb (9) nicht anspricht. Bleibt das von der Regelelektronik (3) erwartete Signal aus, beispielsweise weil im Kontrollkreis (10) oder dem Optokoppler (13) ein Fehler besteht, oder der Schalter (12) nicht in Betriebsstellung (x1) geschaltet ist, dann beendet die Regelelektronik (3)die Ansteuerung der Triacs (2) und öffnet mittels des Regelantriebs (8) den Netzschalter (7). Es erfolgt also eine aktive Eigenkontrolle der Überwachungsschaltung.

Entsteht, wenn die Triacs (2) angesteuert sind, im Durchlauferhitzer eine Übertemperatur, spricht der Sicherheitstemperaturschalter (15) unabhängig von der Stellung des Schalters (12) an, so daß über den Schutzantrieb (9) ein Strom fließt, der den Netzschalter (7) öffnet.

Claims

1. Überwachungsschaltung bei einem elektrischen Durchlauferhitzer mit einer Netzschalteranordnung (7), die von einem Schutzantrieb (9) schaltbar ist, und mit einer Regelelektronik (3) zur Steuerung von elektrischen Heizkörpern (1) vorgeschalteten Leistungsschaltern (2), wobei der Schutzantrieb (9) und eine mit den Heizkörpern verbundene Diodenmatrix (11) sowie ein Schalter (12) in einem Kontrollkreis (10) liegen und der Schalter (12) mit einem Wasserdurchflußmesser (18) derart verbunden ist, daß der Schalter (12) bei einem bestimmten Wasserdurchfluß aus seiner Sicherstellung (x2) in seine Betriebsstellung (x1) geht, wobei, wenn über den in Sicherstellung (x2) stehenden Schalter (12) und über die Diodenmatrix (11) und einen Leistungsschalter (3) ein Strom fließt, die Netzschalteranordnung (7) öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sicherheitselektronik (16) aus dem Wasserdurchflußsignal des Wasserdurchflußmessers (18) ein Wechselspannungssignal zum Antrieb des Schalters (12) erzeugt und der Schalter (12) nur in seine Betriebsstellung (x1) geht, wenn das Wechselspannungssignal vorliegt.

2. Überwachungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Übertrager (31) das Wechselspannungssignal an eine Relaiswicklung (33) des Schalters (12) legt.

3. Überwachungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitselektronik (16) bei Wasserdurchfluß vom Wasserdurchflußmesser (18) eine Impulsfolge empfängt und eine Inverterstufe (27) der Sicherheitselektronik (16) aus der Impulsfolge eine invertierte Impulsfolge ableitet, und daß die Impulsfolge und die invertierte Impulsfolge das Wechselspannungssignal bilden.

4. Überwachungsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitselektronik (16) eine H-Transistorbrücke (22) aufweist, wobei die Impulsfolge und die invertierte Impulsfolge paarweise an die Transistoren (23 bis 26) der H-Transistorbrücke (22) gelegt sind, und im Brückenzweig der H-Transistorbrücke (22) eine Primärwicklung (30) eines Übertragers (31) liegt.

5. Überwachungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an einen Enable-Eingang (19) der Sicherheitselektronik (16) ein Enable-Signal der Regelelektronik (3) gelegt ist.

6. Überwachungsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitselektronik (16) die Impulsfolge von einem Hallsensor des Wasserdurchflußmessers (18) erhält.

7. Überwachungsschaltung nach Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitselektronik (16) eine Verstärkerstufe (20, 21) für die empfangene Impulsfolge aufweist.

8. Überwachungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (12) als Umschalter ausgebildet ist, wobei in seiner Betriebsstellung (x1) ein Optokoppler (13) wirksam ist, der ein Signal an die Regelelektronik (3) gibt.

9. Überwachungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Kontrollkreis (10) parallel zum Schalter (12) ein Sicherheitstemperaturschalter (15) geschaltet ist.

10. Überwachungsschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Enable-Signal von der Regelelektronik (3) an die Sicherheitselektronik (16) nur dann gelegt ist, wenn der vom Wasserdurchflußmesser (18) erfaßte Wasserdurchfluß größer ist als ein gewisser Schwellwert, bei dem der Durchlauferhitzer heizt.