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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung des Verkalkungszustandes
von Wassererhitzern in elektrischen Haushaltsgeräten, wie insbesondere Kaffe-
oder Teemaschinen und dgl., nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs
1.
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Bei
den aus der Praxis bekannten in elektrischen Haushaltsgeräten eingesetzten
Wassererhitzern gelangt das Wasser aus einem Vorratsbehälter in
den als Durchlauferhitzer ausgebildeten Heizteil, der mittels eines
elektrischen Heizelements beheizt wird. Mit dem Heizelement wird
das den Durchlauferhitzer durchfließende Wasser auf Siedetemperatur erhitzt,
so daß das
solchermaßen
erhitzte Wasser durch die aufsteigenden Dampfblasen über eine Heißwassersteigleitung
zu einem Aufbereitungsteil, beispielsweise dem Filter einer Kaffee-
oder Teemaschine gelangt. Das Heizteil bleibt so lange auf Siedetemperatur
erhitzt, bis das gesamte Wasser durch die Heißwassersteigleitung abgefloßen ist.
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Nach
dem Verkochen des gesamten Wasservorrats dient das Heizelement dazu,
eine konstante Warmhaltetemperatur zu erzeugen. Da das Heizelement
in dieser Phase nicht fortlaufend durch zu erhitzendes Wasser abgekühlt wird,
steigt die Temperatur des Heizelements über die Siedetemperatur hinaus.
Ein temperaturabhängig
arbeitender Ein-Ausschalter
sorgt dafür,
daß das
Heizelement sich nur bis zu einer vorgegebenen Temperatur erhitzt.
Danach wird die Stromzufuhr zum Heizelement durch den EIN-/ AUS-Schalter unterbrochen,bis
sich das Heizelement wieder bis auf eine vorgegebene Temperatur
abgekühlt
hat, so daß der
Heizprozeß zur Einstellung
einer konstanten Warmhaltetemperatur automatisch über den
Ein- Ausschalter wieder gestartet werden kann.
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Durch
die Ablagerung von Kalk an der Innenwand des Durchflußrohres
des Durchlauferhitzers wird der Wärmeübergang zwischen dem Heizteil
und dem Wasser verschlechtert, so daß im Heizteil eine höhere Temperatur
als die normale Siedetemperatur vorliegt, die bereits während der
Siedephase zu einem temperaturbedingten Abschalten des Wassererhitzers
führen
kann, wodurch sich die gesamte Betriebszeit aufgrund der notwendigen Abkühlphasen deutlich
verlängert.
Die Temperaturerhöhung
im Heizteil ist dabei um so höher,
je weiter die Verkalkung des Durchflußrohres des Durchlauferhitzers fortschreitet.
Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn der Verkalkungsgrad erkennbar
ist, um rechtzeitig die Verkalkung durch geeignete Maßnahmen zu
beseitigen.
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Aus
der
DE 32 23 969 A1 ist
ein Wassererhitzer der eingangs genannten Art bekannt, bei dem zur Ermittlung
des Verkalkungsgrads des Durchflußrohres des Durchlauferhitzers
mittels eines elektronischen Zeitmessers die Zeit zwischen dem Einschalten
des Gerätes
und dem temperaturbedingten Abschalten nach Abschluß des Brühvorgangs
gemessen wird. Aus einem Vergleich dieser gemessenen Ist-Zeit mit
einer hinterlegten Soll-Zeit bei unverkalktem Gerät kann dann
ermittelt werden, ob und in welchem Maße der Wassererhitzer verkalkt
ist, da sich die Brühzeit
bei einem verkalkten Gerät
deutlich verlängert.
Nachteilig bei diesem bekannten Verfahren ist, daß einerseits
das Meßintervall
zwischen dem Einschalten des Geräts
und dem Abschluß des
Brühvorgangs
sehr lang ist und es andererseits notwendig ist, für verschiedene
Wassermengen entsprechende Soll-Zeiten zu ermitteln und zu hinterlegen,
wodurch die Möglichkeit
einer Fehlbedienung des bekannten Geräts deutlich steigt, da das
Gerät vor
jeder Inbetriebnahme auf die entsprechende Wassermenge einzustellen
ist.
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Davon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zur Ermittlung des Verkalkungszustandes von Wassererhitzern in elektrischen
Haushaltsgeräten
, derart weiterzuentwickeln, daß sie
einfach und sicher den Verkalkungszustand erfaßt und anzeigt.
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Die
Aufgabe wird durch die Merkmale des Schutzanspruchs 1 gelöst.
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Durch
das einfache Erfassen der Zeitspanne zwischen dem ersten temperaturbedingten
Ausschalten des Geräts
und dem ersten temperaturbedingten Wiedereinschalten nach einer
Abkühlphase und
dem Vergleich dieser gemessenen Ist-Zeitspanne mit einer hinterlegten
Soll-Zeitspanne bei einem unverkalkten Gerät kann erstmalig unabhängig von der
zu erhitzenden Wassermenge einfach und schnell ermittelt werden,
ob das Durchflußrohr
des Durchlauferhitzers verkalkt ist oder nicht. Ein zusätzlicher
Vorteil ist die kurze Meßdauer,
da sich die Zeitspanne zwischen erstem Ausschalten und erstem Wiedereinschalten
bei zunehmender Verkalkung verkürzt.
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Vorrichtungsmäßig zeichnet
sich die Erfindung dadurch aus, daß es nur eines Bauteils zur Temperaturerfassung
am Durchflußrohr
des Durchlauferhitzers bedarf, um den Verkalkungszustand zu ermitteln.
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Um
auch verschiedene Heizleistungen des Durchlauferhitzers zu ermöglichen,
wird mit der Erfindung weiterhin vorgeschlagen, daß die hinterlegten Soll-Zeitspannen
frei einstellbar sind.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung der zugehörigen
Zeichnung, in der die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Wassererhitzers
beispielhaft schematisch dargestellt ist. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine ausschnittweise Ansicht
von unten auf die einen Durchlauferhitzer aufweisende Warmhalteplatte
eines Wassererhitzers und
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2 ein Diagramm, den Temperaturverlauf am
temperaturabhängig
arbeitenden Ein- Ausschalter darstellend.
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Im
Gehäuse 1 eines
einen Wassererhitzer aufweisenden elektrischen Haushaltsgeräts, wie
beispielsweise einer Kaffeemaschine, ist eine Warmhalteplatte 2 angeordnet.
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Unterhalb
der Warmhalteplatte 2 ist ein Durchlauferhitzer 3 angeordnet,
der aus einem Durchflußrohr 4 für das zu
erhitzende Wasser und einem damit verbundenen Heizele ment 5 in
der Form eines Rohrheizkörpers
besteht. Die Durchflußrichtung
des Wassers durch das Durchflußrohr 4 des Durchlauferhitzers 3 ist
durch Pfeile 6 angedeutet. Der Durchlauferhitzer 3 ist über Befestigungselemente 7 mit
der Warmhalteplatte 2 und dem Gehäuse 1 des Gerätes verbunden.
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Zum
temperaturbedingten Ein- und Ausschalten der Stromzufuhr zum Heizelement 5 des Durchlauferhitzers 3 ist
am Durchflußrohr 4 ein
temperaturabhängig
arbeitender EIN-/ AUS-Schalter 8 angeordnet, der die Stromzufuhr
zum Heizelement 5 abschaltet, sobald die Temperatur am
Durchflußrohr 4 eine
vorbestimmte Temperatur überschreitet.
Nach einer anschließenden
Abkühlphase
schaltet der Ein- Ausschalter 8 die Stromzufuhr wieder
ein, sobald die Temperatur am Durchflußrohr 4 eine vorgegebene niedrigere
Temperatur wieder erreicht hat.
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Anhand
des Diagramms gemäß 2 wird nachfolgend zunächst die
Arbeitsweise des Wassererhitzers im unverkalkten Normalbetrieb erläutert:
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Der
Temperaturverlauf des unverkalkten Geräts wird in 2 durch den mit 1 gekennzeichneten Graphen
wiedergegeben. Nach dem Einschalten des Heizelements 5 des
Durchlauferhitzers 3 wird das im Durchflußrohr 4 befindliche
Wasser bis auf die Siedetemperatur erhitzt. Durch die aufsteigenden
Dampfblasen steigt das erhitzte Wasser durch die nicht dargestellte
Heißwassersteigleitung
auf und gelangt von dort in einen Aufbereitungsteil, wie beispielsweise den
Filter einer Kaffeemaschine. Dieses Aufheizen des Wassers bis auf
die Siedetemperatur wird fortgesetzt, bis der gesamte Wasservorrat
durch die Heißwassersteigleitung
das Durchflußrohr 4 des
Durchlauferhitzers 3 verlassen hat. Im Graphen 1 ist
das Ende der Aufbrühphase
an dem abrupten Anstieg der Temperaturverlaufskurve nach dem in
etwa horizontalen Temperaturkurvenverlauf während der Brühphase zu
erkennen.
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Da
das Durchflußrohr 4 jetzt
nicht mehr durch neues kaltes Wasser gekühlt wird, steigt die Temperatur
am Durchflußrohr 4 nun
schnell an. Bei Erreichen der Temperatur Tab schaltet
der Ein- Ausschalter 8 die Stromzufuhr zum Heizelement 5 ab, um
ein Überhitzen
zu vermeiden. Durch die Umgebungsluft sowie die Abwärme zur
Warmhaltung des erhitzten Wassers im Gerät sinkt die Temperatur langsam
wieder ab, bis sie die Temperatur Tein erreicht,
ab der der Ein- Ausschalter 8 das Heizelement 5 wieder
mit der Stromzufuhr verbindet. Wie aus dem Diagramm gemäß 2 ersichtlich, ergibt sich
während der
Warmhaltephase ein Taktbetrieb, während dessen der Ein- Ausschalter 8 je
nach Temperatur Tab oder Tein die
Stromzufuhr zum Heizelement 5 abschaltet oder wieder freigibt,
um eine konstante Warmhaltetemperatur zu erzielen.
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Wenn
sich nun an der Innenwand des Durchflußrohres 4 des Durchlauferhitzers 3 Kalk
abgelagert hat, verschlechtert sich der Wärmeübergang vom Heizelement 5 auf
das Wasser im Durchflußrohr 4 derart,
daß das
Heizelement 5 das Durchflußrohr 4 bereits in
der Brühphase
so stark erhitzt, daß die Temperatur
Tab erreicht wird und der Ein- Ausschalter 8 die
Stromzufuhr zum Heizelement 5 abschaltet. Da sich zu dieser
Zeit noch Wasser im Durchflußrohr 4 befindet,
kühlt sich
das Durchflußrohr 4 relativ
schnell wieder bis auf die Temperatur Tein ab,
ab der der Ein- Ausschalter 8 das Heizelement 5 wieder
mit Strom versorgt, wie dies der mit II gekennzeichnete Graph in 2 zeigt.
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In
diesem verkalkten Zustand geht der Durchlauferhitzer 3 bereits
in der Brühphase
in einen Taktbetrieb über,
wie dies ebenfalls dem Temperaturkurvenverlauf II zu entnehmen ist.
Erst wenn der gesamte Wasservorrat verkocht ist, gleicht sich der Temperaturverlauf
II des verkalkten Zustands an den Temperaturverlauf 1 des
unverkalkten Normalbetriebs an.
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Zur
Ermittlung, ob das Durchflußrohr 4 des Durchlauferhitzers 3 verkalkt
ist oder nicht, wird die Zeitspanne gemessem, die zwischen dem ersten temperaturbedingten
Ausschalten des Heizelements 5 bei Erreichen der Temperatur
Tab und dem ersten temperaturbedingten Wiedereinschalten
nach einer Abkülphase
bei Erreichen der Temperatur Tein vergeht.
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Wie
aus 2 ersichtlich, ist
diese Zeitspanne t2 beim unverkalkten Betrieb
deutlich länger
als die Zeitspanne t1 im verkalkten Betrieb.
Um nun festzustellen, ob das Durchflußrohr 4 verkalkt ist,
wird über eine
mit dem Ein- Ausschalter verbundene, nicht dargestellte Speicher-
und Verarbeitungseinheit die aktuelle Ist-Zeitspanne t1 gemessen
und mit einer abgespeicherten Soll-Zeitspanne t2 des
unverkalkten Geräts
verglichen. Sobald die Ist-Zeitspanne t1 kleiner ist
als die Soll-Zeitspanne t2 steht fest, daß das Durchflußrohr 4 verkalkt
ist. Dieses Ergebnis wird dann herangezogen, um eine optische und/oder akustische
Anzeige zu aktivieren, die dem Benutzer des Gerätes anzeigt, daß das Gerät entkalkt
werden muß.
Eine übliche
Soll-Zeitspanne t2 liegt bei etwa einer
Minute.
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Ein
solchermaßen
ausgebildeter Wassererhitzer zeichnet sich dadurch aus, daß es zur
Ermittlung des Verkalkungszustand nur eines Bauteils, nämlich des
Ein-/ Aus-Schalters 8 am Durchflußrohr 4 bedarf, um
schnell und sicher festzustellen, ob das Durchflußrohr 4 des
Durchlauferhitzers 3 verkalkt ist.