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Die
Erfindung bezieht auf ein schmiegsames Wärmegerät
mit einer Heizvorrichtung und einer Steuerungs- oder Regelungseinrichtung
für die erzeugte Temperatur.
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Ein
schmiegsames Wärmegerät dieser Art, wie z. B.
eine Heizdecke, ein Heizkissen oder ein Wärmeunterbett,
ist in der
DE 102
00 974 B4 gezeigt. Das Wärmegerät weist
als schmiegsame Wärmekomponente einen schmiegsamen Träger
mit darin eingebetteter Heizkordel auf, die beispielsweise einen
Innenleiter und einen von diesem mittels einer Isolationsschicht
getrennten koaxialen Außenleiter auf, wobei der Innenleiter
und der Außenleiter einen Temperaturwidersand mit z. B.
positivem Temperaturkoeffizienten (PTC-Widerstand) bilden und die Zwischenisolation
einen negativen Temperaturkoeffizienten (NTC-Widerstand) besitzt.
Die mit einer Außenisolation versehene Heizkordel ist schlangenlinienförmig
in dem flexiblen Träger aufgenommen und über eine
Heizkordelanschlussleitung, einen Schnurzwischenschalter und eine
Energieversorgungsanschlussleitung an eine elektrische Energieversorgung
angeschlossen. In dem Schnurzwischenschalter befindet sich eine
Steuerungs- und Regelungseinrichtung für die Heiztemperatur,
wobei der PTC-Widerstand der Heizkordel zur Regelung des Heizstroms
genutzt wird und über einen Messwider stand ein Istwert
abgegriffen und in der Steuerungs- und Regelungseinrichtung mit
einem Sollwert verglichen wird. Um zu Beginn eines Heizbetriebs
möglichst schnell die eingestellte Temperatur an der Oberfläche
zu erreichen, kann der Sollwert in einer Anfangsphase überhöht
werden, wonach eine Sollwertreduzierung oder Zeitabschaltung erfolgt.
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Ein
weiteres schmiegsames Wärmegerät mit einem schmiegsamen
Träger und einer darin eingebetteten Heizkordel des vorstehend
beschriebenen Aufbaus ist in der
DE 103 10 275 B4 gezeigt. Der Sollwert für
die Temperaturregelung wird in einer Sollwertbildungsstufe vorgegeben
und ebenfalls mit einem im Heizstromkreis abgegriffenen Istwert
verglichen. Außerdem ist eine Sicherheitsvorrichtung vorhanden,
um eine Übertemperatur an der Oberfläche der schmiegsamen
Wärmekomponente zu vermeiden. Die Sicherheitsvorrichtung
besitzt eine bei Übertemperatur auslösende Temperatursicherung,
wobei der wegen des negativen Temperaturkoeffizienten erhöhte
Strom durch die Zwischenisolation zwischen Innenleiter und Außenleiter
genutzt wird. Hierzu weist die Sicherheitsvorrichtung eine Übertemperaturschutzschaltung
mit einer Diodenanordnung auf, die auf die durch die Zwischenisolation
fließende, im Normalbetrieb weitgehend unterdrückte
Stromhalbwelle anspricht. Auch weist die Steuerungs- und Regelungseinrichtung
dieses schmiegsamen Wärmegeräts verschiedene weitere
Steuerungskomponenten zum Variieren des zeitlichen Temperaturverlaufs auf,
wie z. B. eine programmierbare Zeitsteuerschaltung.
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Bei
einem in der
EP 1 762
157 B1 gezeigten weiteren schmiegsamen Wärmegerät
ist ebenfalls eine Steuerungs- und Regelungseinrichtung für
die Regelung der Heiztemperatur vorgesehen, wobei auch eine Zeitsteuerschaltung
und eine Sicherheitsvorrichtung vorhanden sind. Diese ist u. a.
auch zum Erkennen einer lokalen Temperaturerhöhung auf
der schmiegsamen Wärmekomponente, d. h. mit einer sogenannten
Hot-Spot-Erfassung ausgebildet. Die Steuerungs- und Regelungseinrichtung
sowie die Sicherheitsvorrichtung nutzen hierbei ebenfalls das PTC-
und/oder NTC- Verhalten der Wärmekordel. Alternativ kann
das die Wärmeenergie bereitstellende elektrische Heizelement
auch als flächiger Heizkörper mit durchgehender
Heizschicht oder feinen Heizfilamenten ausgebildet sein. Für
die Steuerung und Regelung dieses schmiegsamen Wärmegerätes
ist eine Programmautomatik integriert. Die Anzeigevorrichtung ist
mit einer LCD-Anzeige und/oder LED-Anzeigevorrichtung ausgestattet.
Auch ist eine Speichereinrichtung vorhanden, in der Speicherwerte
vorgehalten werden können. Auch Anschlussmöglichkeiten
an externe Personalcomputer oder andere Kommunikationsgeräte
sind angesprochen.
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Schmiegsame
Wärmegeräte werden auch infolge der steuerungstechnischen
Möglichkeiten über integrierte Hardwarekomponenten
und Programmabläufe zunehmend anpassungsfähig
an unterschiedliche Benutzerverhalten und -wünsche. Auch
muss zunehmend Gesichtspunkten der Umweltverträglichkeit
und Energieeinsparung Rechnung getragen werden. Verfeinerte Steuerungs-
und Regelungsvorgänge sind jedoch mit Schwierigkeiten und Aufwand
verbunden, insbesondere auch wegen der einzuhaltenden Sicherheitsanforderungen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein schmiegsames Wärmegerät
der eingangs genannten Art bereit zu stellen, das dauerhaft zuverlässige
Betriebsbedingungen gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Hierbei ist vorgesehen, dass das Wärmegerät mit
einer Kalibriervorrichtung zum Abgleich von Einstellwerten mit festen
Vergleichsgrößen versehen ist, dass die festen
Vergleichsgrößen in einer internen Speichervorrichtung
der Steuerungs- oder Regelungseinrichtung oder in einer an diese
angeschlossenen oder anschließbaren externen Speichervorrichtung
hinterlegt sind und dass die Kalibriervorrichtung zum Durchführen
eines Kalibriervorgangs automatisch oder manuell einschaltbar ist.
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Mit
dieser Ausgestaltung können aufwändige steuerungs-
und regelungstechnische Schaltungsmaßnahmen begrenzt werden.
Dabei wird ein dauerhaft stabiler Betrieb sichergestellt.
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Zu
einem vorteilhaften einfachen Aufbau tragen die Maßnahmen
bei, dass die Kalibriervorrichtung zum Durchführen des
Kalibriervorganges eine Kalibriereinheit aufweist, die mit einem
oder mehreren Kalibriereingängen versehen ist, welche(r)
einzeln oder in Kombination mit anderen Signaleingängen
verschaltet ist/sind.
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Die
Steuerungs- und Regelungseinrichtung kann für die Kalibriervorrichtung
vorteilhaft dadurch genutzt werden, dass die Kalibriereinheit in
einer Steuereinheit der Steuerungs- oder Regelungseinrichtung ausgebildet
ist, insbesondere wenn die Steuereinheit als integrierte Schaltung,
beispielsweise Mikrocontroller, Asic oder andere Halbleiterschaltung,
ausgeführt ist. Auf dem Verarbeitungsteil einer derartigen
Steuereinheit kann dann die Kalibriereinheit vorzugsweise zur Steuerung
durch ein Programm ausgeführt sein.
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Verschiedene
Ausgestaltungsmöglichkeiten der Kalibriervorrichtung bestehen
darin, dass der Kalibriervorgang mit Einschalten des Wärmegerätes und/oder
separat davon auslösbar ist.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Kalibriervorrichtung sind dadurch
gegeben, dass der Kalibriervorgang bei Eintritt vorgegebener Ereignisse wie
Fehlfunktion, Stromausfall oder Betriebsintervallüberschreitung
auslösbar ist oder in regelmäßigen oder
unregelmäßigen Zeitabständen auslösbar
ist.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen bestehen darin, dass die mindestens
eine feste Vergleichsgröße fest mit der Kalibriervorrichtung
verschaltet ist oder dass der Benut zer nach Auslösen des
Kalibriervorganges zum Anschalten der festen Vergleichsgröße
aufgefordert wird und nach Anschalten der Kalibriervorgang weitergeführt
wird. Die feste Vergleichsgröße kann dabei mindestens
ein elektrisches Bauelement, eine Bauelementanordnung oder eine
der realen Komponente entsprechende definierte Normalkomponente
oder ein fest integriertes Vergleichsnormal, wie z. B. ein Konstantspannungs-
oder Konstantstromwert sein.
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Eine
für die Durchführung des Kalibriervorgangs vorteilhafte
Ausgestaltung besteht darin, dass der Kalibriervorgang mittels eines
in der Steuerungs- oder Regelungseinrichtung oder der Kalibriervorrichtung
ablaufenden Programms gesteuert ist. Hierbei ist der Kalibriervorgang
auch an unterschiedliche Wärmegeräte anpassbar.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass
das Wärmegerät eine Sicherheitsvorrichtung mit
einer Übertemperaturschutzschaltung und eine Anzeigevorrichtung
aufweist.
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Zu
einem stabilen Betrieb des Wärmegerätes tragen
die Maßnahmen bei, dass die Kalibriervorrichtung zumindest
zum Kalibrieren der Heizvorrichtung, der Sicherheitsvorrichtung
oder der Anzeigevorrichtung oder einer Kombination mindestens zweier
dieser Vorrichtungen ausgebildet ist.
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Verschiedene
Ausführungsvarianten ergeben sich dadurch, dass die feste
Vergleichsgröße ein Bauteil mit mindestens einem
elektrischen Bauelement wie ohmscher, kapazitiver oder induktiver
Widerstand oder ein vorgegebener Vergleichswert ist.
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Eine
vorteilhafte Abstimmung auf den Aufbau und auf unterschiedliche
Betriebsabläufe wird dadurch erreicht, dass die Kalibriervorrichtung
zum Abgleichen verschie dener Einstellwerte gegebenenfalls mehrerer
Vorrichtungen nach einer vorgegebenen Ablauffolge ausgebildet ist.
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Auf
unterschiedliche Gegebenheiten abgestimmte erweiterte Kalibriermöglichkeiten
werden dadurch erhalten, dass der Kalibriervorgang in Abhängigkeit
von mit einer Sensorik erfassten Zusatzinformationen durchführbar
ist.
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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 Darstellung eines schmiegsamen Wärmegeräts
mit schmiegsamer Wärmekomponente und Schnurzwischenschalter,
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2 einen
Aufbau einer Steuerungs- und Regelungseinrichtung mit Kalibriervorrichtung
als Blockschaltbild,
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3 ein
Schaltbild des Wärmegerätes mit Steuerungseinrichtung
und schmiegsamer Wärmekomponente in einem ersten Ausführungsbeispiel,
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4 ein
Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels des Wärmegerätes,
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5 ein
Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels des Wärmegerätes
und
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6 ein
Schaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels des Wärmegerätes.
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1 zeigt
ein schmiegsames Wärmegerät mit einem Ausschnitt
einer schmiegsamen Wärmekomponente 1, einer Heizkordelanschlussleitung 3, einem
daran angeschlossenen Schnurzwischenschalter 2 und einer
mit diesem verbundenen Energieversorgungsanschlussleitung 4,
beispielsweise zum Anschluss an eine Netzspannungsversorgung.
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Die
schmiegsame Wärmekomponente
1, wie z. B. eine
Wärmedecke, ein Wärmekissen oder ein Wärmeunterbett,
ist mit einem elektrischen Heizelement
12 ausgerüstet,
das in einen schmiegsamen Träger
11 eingebracht
ist und über eine Anschlusseinheit
13 fest verdrahtet
oder lösbar über eine Stecker-/Kupplungseinheit
mit der Heizkordelanschlussleitung
3 elektrisch kontaktiert
ist. Das elektrische Heizelement
12 kann unterschiedlich
ausgestaltet sein, z. B. als eine Heizkordel mit Innenleiter und
davon mittels einer Zwischenisolation getrenntem konzentrischem
Außenleiter und einer Außenisolation oder als
Flächenheizelement, wie auch in den eingangs genannten
Druckschriften (
DE
102 00 974 B4 ,
DE
103 10 275 B4 ,
EP
1 762 157 B1 ) diesbezüglich näher ausgeführt
ist. Solche schmiegsamen Wärmekomponenten sind auch Ausführungsbeispiele
des vorliegenden schmiegsamen Wärmegerätes. Insbesondere
können bei einer Heizkordel die als elektrische Widerstandselemente
wirkenden Innenleiter und Außenleiter einen positiven elektrischen
Temperaturgang ihres Widerstandes (PTC-Widerstand) und die Zwischenisolation
einen negativen Temperaturgang ihres Widerstandes (NTC-Widerstand)
aufweisen, womit eine entsprechende Temperatursteuerung oder Temperaturregelung
sowie ein Sicherheitssystem mit Übertemperaturschutz aufgebaut
werden können, wie ebenfalls in den vorstehend genannten Druckschriften
ausgeführt ist. Dabei kann das NTC-Widerstandsverhalten
der Zwischenisolation eine lineare, logarithmische oder exponentielle
Temperaturabhängigkeit besitzen. Denkbar ist auch, dass die
Zwischenisolation PTC-Verhalten und die Heizleiter NTC-Verhalten
besitzen. Auch kann lediglich der Innenleiter oder Außenleiter
zur Heizfunktion verwendet werden und der andere Heizleiter, Außenleiter
oder Innenleiter, als Sensorelement.
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Über
den Schnurzwischenschalter 2 kann der Benutzer das schmiegsame
Wärmegerät einschalten oder ausschalten. Vorzugsweise
sind über den Schnurzwischenschalter 2 und eine
darin angeordnete Steuerungseinrichtung 20 verschiedene Temperatureinstellungen
abgestuft oder kontinuierlich innerhalb vorgegebener Sicherheitsbereiche wählbar,
wozu eine Bedienungseinheit 45 mit Betätigungselementen
im Außenbereich eines Gehäuses aufgenommen ist.
Ferner ist in dem Gehäuse eine Anzeigevorrichtung 40 mit
einer z. B. als LCD- oder andere flächige Anzeigeeinheit 41 mit
variablen Anzeigefunktionen und/oder einzelnen Anzeigeelementen 42,
etwa LED-Elementen, angeordnet.
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Die
Steuerungseinrichtung 20, die auf einer Platine im Inneren
des Gehäuses angeordnet ist, besitzt eine Speichereinrichtung 21 für
Vorgabewerte und Programme und arbeitet mit einer Kalibriervorrichtung 30 (s. 2)
zusammen, von der eine Kalibriereinheit 31 gezeigt ist.
Weitere Komponenten der Kalibriervorrichtung können in
dem Gehäuse des Schnurzwischenschalters 2 aufgenommen
sein und/oder über eine Anschlussvorrichtung 35 angeschlossen
werden, wozu die Steuerungseinrichtung 20 vorzugsweise
im Bereich der Kalibriereinheit 31 mit einer entsprechend
ausgebildeten Schnittstelle für die Signaleingabe und gegebenenfalls
auch Signalausgabe versehen ist. Die Steuerungseinrichtung 20 ist
vorzugsweise zur Regelung der Temperatur der schmiegsamen Wärmekomponente 1 ausgebildet, so
dass an deren Oberfläche eine von dem Benutzer gewählte
Temperatur erzeugt wird. Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht
dabei in der Regelung eines zeitlich variablen Temperaturverlaufs
mit einer anfänglich erhöhten Heizleistung, einer
relativ hohen Temperatur in einer anfänglichen Betriebsphase
z. B. über einen Zeitraum von 30 bis 90 Minuten und einer anschließenden
automatischen Temperaturabsenkung oder automatischen Abschaltung
der Heizleistung.
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Mittels
der Kalibriervorrichtung 30 und der Verarbeitung von Kalibrierdaten
in der Kalibriereinheit 31, insbesondere über
Datenverarbeitungsprogramme, können unterschiedliche Kalibrierverfahren realisiert
werden, die eine Anpassung an unterschiedliche Anforderungen zulassen.
Der Kalibriervorgang ist dabei vorteilhafterweise mit der Steuerungsfunktion
des Wärmegeräts mit der Steuerungseinrichtung 20 in
Verbindung gebracht, wobei der Kalibriervorgang über einen
oder mehrere Kalibriereingänge, wie in 2 gezeigt,
aufgerufen werden kann. Nach einer werksseitigen Kalibrierung unter Abgleich
von Einstellwerten mit werksseitig fest vorgegebenen Vergleichsgrößen
kann dann die Durchführung weiterer Kalibriervorgänge
dem Service-Personal vorbehalten sein, und/oder ein oder mehrere Kalibriervorgänge
für verschiedene Komponenten des Wärmegerätes
können bei der ersten oder nach einer Anzahl von Inbetriebnahmen
oder nach jeder Inbetriebnahme des Wärmegerätes
durch den Benutzer oder automatisch durch die Steuerungseinrichtung 20 in
Gang gesetzt und durchgeführt werden, und/oder das Auslösen
eines oder mehrerer Kalibriervorgänge erfolgt in Abhängigkeit
von einem eingetretenen Ereignis, wie z. B. nach einem Stromausfall
oder einem erkannten Fehler eines mit einer Diagnoseeinrichtung
ausgestatteten Wärmegeräts oder nach einer Sicherheitsabschaltung
bei Übertemperatur.
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Wie 2 zeigt,
kann das Wärmegerät mit verschiedenen Komponenten
gegebenenfalls auch optional ausgestattet sein, die auch mit der
Kalibriervorrichtung 30 in Verbindung gebracht und in den
Kalibriervorgang mit einbezogen sein können. 2 zeigt
in einem Blockschaltbild verschiedene Komponenten der Steuerungseinrichtung 20,
die eine zentrale Steuereinheit 200, wie z. B. einen Mikrocontroller,
Asic, FPGA oder dgl., also insbesondere ausgebildet als integrierte
Schaltung vorzugsweise mit Programmierfähigkeit, aufweist.
Die Steuereinheit 200 umfasst neben einer Verarbeitungseinheit 201 auch eine
interne Speichervorrichtung 202, in der werksseitig vorgegebene
und/oder errechnete Vorgabewerte hinterlegt oder hinterlegbar sind.
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Auch
ist in einem Bereich der Steuereinheit 200 die Kalibriereinheit 31 enthalten,
in der Programme für die Kalibrierung und die dabei erforderliche Datenverarbeitung
ablaufen, wobei feste Vergleichsgrößen, mit denen
Einstellwerte für die Kalibrierung abgeglichen werden,
entweder von außen über den Kalibriereingang 32 zugeführt
werden oder in der internen Speichervorrichtung 202 hinterlegt
oder hinterlegbar sind. Bei den festen Vergleichsgrößen
kann es sich um einzelne elektrische Elemente oder deren Zusammenschaltung
handeln, wie ohmsche, kapazitive, induktive Widerstände,
Spannungs- oder Stromnormale oder auch um eine definierte vorgegebene Standard-Komponente,
die in ihrem Aufbau der realen betreffenden Komponente des Wärmegeräts
entspricht und die von außen an die Kalibriereinheit 31 anschließbar
ist.
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2 zeigt
neben der Kalibriervorrichtung 30 und Steuereinheit 200 verschiedene
an die Steuereinheit 200 angeschlossene Komponenten, nämlich
für die Regelung der Heiztemperatur und den dazu notwendigen
Soll-/Istwertvergleich eine Sollwertvorgabevorrichtung 210,
die neben einer Sollwertvorgabe 211 beispielsweise mit
der Möglichkeit einer Sollwerterhöhung auch eine
Referenzvorgabe 212 als Bezugsgröße (Basis)
für die Sollwertvorgabe umfasst. Ferner ist eine Istwerterfassungsvorrichtung 220 für
die Heizleistung, beispielsweise mit einem Messwiderstand 221 vorhanden.
Ferner sind für die Steuerung der Heizleistung ein oder
mehrere Thyristoren und/oder eine Zeitsteuerung vorhanden. Optional
können eine Zusatzsensorik 240, beispielsweise für
eine zusätzliche Temperaturmessung im Bereich der schmiegsamen
Wärmekomponente oder im Inneren des Schnurzwischenschalters 2 oder
eine Helligkeitsmessung zum Steuern der Anzeigehelligkeit oder dgl.,
eine Ausgangsanschlussvorrichtung 250 z. B. für
eine erweiterte Anzeige mit akustischer, vibratorischer oder bildhafter
Anzeige oder dgl., eine standardisierte Datenschnittstelle 251,
wie USB, Bluetooth-Schnittstelle oder dgl., eine externe Speichervorrichtung 33,
in der auch Kalibrierdaten, insbesondere feste Vergleichsgrößen,
abgelegt sein können, und/oder eine Sende-/Empfangseinheit 252 vorhanden
und an die Steuereinheit 200 angeschlossen sein. Für
die Steuerung der Heizleistung ist mindestens ein Lastschalter 260 vorhanden,
der mittels der Steuerungseinrichtung 20 ansteuerbar ist.
Daneben kann eine redundante Schalteinheit 261 vorgesehen sein,
die ebenfalls in den Heizstromkreis eingebunden ist, um eine erhöhte
Sicherheit z. B. bei Ausfall des Lastschalters 260 zu erreichen.
Ferner ist das Wärmegerät mit einer Sicherheitsvorrichtung 270 ausgestattet,
die eine Übertemperaturschutzschaltung 271 und
optional eine Zusatzschutzschaltung 272, beispielsweise
zur Erkennung lokaler Überhitzungen des elektrischen Heizelementes 12 etwa durch
Falten (Hot-Spot-Erkennung) umfasst. Der Anschluss der schmiegsamen
Wärmekomponente 1, gegebenenfalls mit mehreren
getrennt betreibbaren Flächenbereichen und jeweils zugeordneten
Heizelementen 12, ist über die Anschlusseinheit 13 und
die Heizkordelanschlussleitung 3 an die Steuereinheit 200 herstellbar.
Ferner sind die Bedienungseinheit 45 und die Anzeigeeinheit 41,
die mit einer LCD-, LED-, OLED-, TFT-Anzeige oder dgl. ausgerüstet
ist, sowie eine über die Energieversorgungsanschlussleitung 4 angeschlossene
Stromversorgung, wie z. B. Netzversorgung, mobile Stromversorgung
bzw. Batterie- oder Akkuversorgung, gezeigt.
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Wie
aus 2 ersichtlich, können die genannten weiteren
Komponenten ebenfalls in die Kalibriervorrichtung 30 insgesamt
oder nur zum Teil einbezogen sein, wobei das Kalibrierprogramm zur Durchführung
der jeweiligen Kalibriervorgänge ausgebildet ist und jeweilige
feste Vergleichsgrößen zum Kalibrieren bzw. Abgleichen
der Einstellwerte mit diesen vorgehalten bzw. anschließbar
sind. Da die Steuereinheit 200 optional mit verschiedenen
Komponenten je nach Ausstattung des schmiegsamen Wärmegerätes
verbindbar und damit unterschiedliche schmiegsame Wärmegeräte
mit unterschiedlichen Komponenten modulartig aufbaubar sind, wobei
die Steuereinheit 200 lediglich entsprechend der Ausstattung
des schmiegsamen Wärmegeräts zu programmieren
ist, um die Steuerung und Regelung darauf abgestimmt durchzuführen,
kann auch die Kalibriervorrichtung 30 flexibel an die jeweilige
Ausstattung des schmiegsamen Wärmegeräts angepasst und
auf die Anforderungen ebenfalls durch Programmierung der Kalibriervorgänge
und Hinterlegung zugeordneter fester Vergleichsgrößen
abgestimmt werden. Damit können bereits werksseitig mit
betreffenden Standardparametern die Funktionen getestet werden und
eine Kalibrierung mit festen Vergleichsgrößen
durchgeführt werden. Der Aufruf erfolgt über den
Kalibriereingang 32 und gegebenenfalls weitere Kalibriereingänge
der Steuereinheit 200 und angepasste Schnittstellen. Durch
den Aufbau wird eine hohe Typenvielfalt bei minimierter Lagerhaltung
erreicht, wobei eine hohe Flexibilität bei schneller Verfügbarkeit
und günstigem Einkauf größerer Mengen einheitlicher
Komponenten erhalten werden. Durch den Aufbau der Kalibriervorrichtung 30 wird
dabei eine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit bezüglich Leistung,
Temperatur, Funktionssicherheit, Grenzwerteinhaltung und dgl. erreicht. Über
Kundendienste besteht die Möglichkeit, die Produkte nachzubessern
oder aufzuwerten und gegebenenfalls neue Funktionen zu programmieren
oder freizuschalten.
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Die 3 bis 8 zeigen in elektrischen Schaltbildern
verschiedene Ausgestaltungsvarianten des schmiegsamen Wärmegerätes
mit Steuerungseinrichtung 20 und damit verschalteter Kalibriervorrichtung 30.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel nach 3 umfasst
die Steuereinheit 200 als zentrale Komponente der Steuerungseinrichtung 20 die
Kalibriereinheit 31 sowie interne Speichervorrichtung 202 und außerdem
(nicht gezeigte) Verarbeitungsvorrichtungen für die Steuerung
und Regelung sowie die Kalibrierdaten. Über den Kalibriereingang 32 können
Kalibrierdaten zugeführt und gegebenenfalls mittels der Steuereinheit 200 bzw.
der Kalibriereinheit 31 abgerufen werden, wobei über
den Kalibriereingang 32 und gegebenenfalls weitere Eingänge
der Steuereinheit 200 die festen Vergleichsgrößen,
soweit sie nicht in der internen Speichervorrichtung 202 vorhanden sind,
von der externen Speichervorrichtung bzw. angeschlossenen Bauteilen
bereitgestellt werden.
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Die
schmiegsame Wärmekomponente 1, die den Heizkörper
darstellt, ist mit dem inneren Heizleiter 12.1 und dem äußeren
Heizleiter 12.2 sowie der dazwischen angeordneten Zwischenisolation 12.3 versehen,
die NTC-Verhalten aufweist und auch zum Durchschmelzen vor Erreichen
einer festgelegten Grenztemperatur ausgebildet sein kann, um einen Kurzschluss
und damit ein Abschalten des Wärmegeräts bei unsachgemäßem
Gebrauch (z. B. Knicken der Heizkordel) zu bewirken. Die Sicherheitsvorrichtung 270 umfasst
auch die Übertemperaturschutzschaltung 271 mit
einer Diodenanordnung, die eine bei Normalbetrieb gesperrte Halbwelle
des Heiz-Wechselstroms durchlässt, wenn bei Übertemperatur
die Zwischenisolation 12.3 infolge des negativen Temperaturgangs
mehr und mehr leitend wird. Die durchgelassene Halbwelle ergibt
einen Strom durch eine Widerstandsanordnung mit einer in enger Nachbarschaft
liegenden Schmelzsicherung, wobei sich die Widerstände
aufheizen und die Schmelzsicherung zum Schmelzen und damit Abschalten
der Stromversorgung bringen.
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Ferner
ist an die Steuereinheit 200 der Heizstromkreis über
den Lastschalter 260 und die redundante Schalteinheit 261 mit
jeweiliger Beschaltung angeschlossen, um die Heizleistung durch
Ein- und Ausschalten des Heizstroms zu regeln, beispielsweise unter
Pulsweitenmodulation. Der Istwert für die Regelung wird über
den Messwiderstand 221 im Heizkreis abgegriffen und über
die Istwerterfassungsvorrichtung 220 mit entsprechender
Beschaltung der Steuereinheit 200 zum Soll-/Istwertvergleich zugeführt.
Der Istwert ist infolge des temperaturabhängigen Widerstandes
des elektrischen Heizelements 12, insbesondere des PTC-Verhaltens,
von der Temperatur der Wärmekomponente 1 abhängig, die
damit entsprechend regelbar ist.
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Der
Sollwert wird über die Sollwertvorgabevorrichtung 210 vorgegeben,
wobei ein Referenzwert aus der vorhandenen Betriebsspannung abgeleitet werden
kann. Eine Sollwertüberhöhung für eine
zeitabhängige Steuerung kann in der Steuereinheit 200 vorgenommen
werden. Alternativ kann in der Steuereinheit eine Istwertverringerung
vorgenommen werden, wobei ein zeitabhängiger Verlauf mittels
der Steuereinheit 200 gemäß einem Programm
vorgebbar ist.
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Des
Weiteren wird für die Steuerung des Lastschalters 260,
z. B. eines Thyristors, die Nullspannung in der Nullspannungserkennung 230 festgestellt,
wobei ein Abgriff zwischen einem an hohes Potential geschalteten
Widerstand und an Nullpotential geschalteten Kondensator erfolgt.
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Ferner
ist über den Kalibriereingang 32 sowie eine weitere
Schnittstelle an die Steuereinheit 200 eine Zusatzsensorik 240,
nämlich vorliegend eine Schalterinnentemperaturerkennung 60 mit
einem Temperaturmessglied 63 (NTC-, PTC-Widerstand), angeschlossen,
wobei der Kalibriereingang 32 doppelt genutzt wird. An
die Steuereinheit 200 sind auch die Bedienungseinheit 45 mit
Betätigungselementen 450, 451, 452, 453 sowie
die Anzeigevorrichtung 40 mit der Anzeigeeinheit 41 und
zugehöriger Widerstandsbeschaltung sowie Anzeigeelemente 42 angeschlossen.
Zudem weist die Schaltung eine stabilisierte Gleichspannungsversorgungseinheit 51 für
die Steuereinheit 200 auf, wie an sich bekannt. Ferner
sind an der Steuereinheit 200 auch Wechselspannungsanschlüsse
mit Beschaltung vorgesehen.
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Optional
ist zur Hot-Spot-Erkennung 280 über den NTC-Widerstand
der Zwischenisolation ein Anschluss an die Steuereinheit 200 vorgesehen.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel ist gegenüber
der Ausführung nach 3 der Messwiderstand
zur Istwerterfassung weggelassen. Stattdessen wird eine Leistungssteuerung
der Heizkomponente 1 vorgenommen. Bei einem noch weiteren Ausführungsbeispiel
ist gegenüber 3 der Kalibriereingang 32 mit
dem Anschluss der Anzeigeelemente 42 zusammengelegt, wobei
dieser Anschluss für den Kalibriervorgang und die LED-Anzeige
doppelt genutzt wird, da diese Anzeigefunktion während der
Kalibrierphase nicht benötigt wird bzw. zeitweilig ausgeschaltet
bleiben kann. Außerdem ist für die Sollwertvorgabe
von Hand ein Sollwertsteller vorhanden, der auch nur optional einsetzbar
sein kann.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel nach 4 ist gegenüber 3 die
redundante Schalteinheit 261 weggelassen. Der Kalibriereingang 32 ist
mit dem Anschluss der Anzeigeelemente 42 und der Nullspannungserkennung 230 zusammengefasst.
Dabei können die Anzeigeelemente 42 beim Nulldurchgang kurz
unterbrochen werden. Der Kalibriereingang 32 kann hierbei
mit einer Reset-Funktion gekoppelt sein, so dass der Kalibriervorgang
mit einem Reset-Vorgang ausgelöst und dann durchgeführt
wird. Die Sollwertbildung kann auch hierbei in der Weise vorgenommen
werden, dass bezüglich einer festen Referenz (Basis) in
der Steuereinheit 200 zur Sollwerterhöhung ein
Zuschlag entsprechend einem zeitlichen Verlauf erfolgt. Auch können
verschiedene Sollwerte bezüglich der Referenz durch entsprechenden
Zuschlag konstant vorgegeben werden. Alternativ oder zusätzlich
kann die Bedienungseinheit 45 zur Sollwertbildung ausgeführt
sein, wobei die Sollwertvorgabevorrichtung 210 entfallen
kann. Allerdings ist bei einer derartigen Ausbildung auf eine hohe
Kontaktschaltsicherheit zu achten.
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Die
Ausführungsvariante nach 5 weist gegenüber
dem Ausführungsbeispiel nach 4 neben
einer modifizierten Bedienungseinheit, insbesondere eine Schalterinnentemperaturüberwachung 60 mit
einem Temperaturmessglied 63, beispielsweise einem PTC-
oder NTC-Widerstand, für sich ändernde Temperaturen
im Innenraum des Schaltergehäuses auf und ist mit einer
modifizierten Ansteuerung der Anzeigevorrichtung mit dem Anzeigeelement 42 ausgestattet.
Der nach 4 an die Anzeigeelemente 42 angeschlossene
Schalttransistor ist durch eine Komparatorschaltung mit einem ersten
und einem zweiten Komparator 61, 62 ersetzt, mit
dem insbesondere auch Signale der Schalterinnentemperaturüberwachung
erfasst und zusammen mit weiteren Informationen zur Anzeige gebracht
werden können. Das Temperaturmessglied 63 ändert
in Abhängigkeit der Schalterinnentemperatur seinen Widerstand
und der Komparatorausgang des Komparators 62 unterbricht bei
Temperaturüberschreitung die Nullspannungssignale der Netzspannung,
so dass der Heizvorgang (zeitweise) unterbrochen wird. Die Referenz
für die Schalterinnentemperaturbegrenzung bzw. -regelung und
die Ansteuerung der Anzeigeelemente 42 (z. B. LED-Anzeigeelemente)
wird mittels eines Widerstands-Spannungsteilers gebildet. Der negative
Eingang des ersten Komparators 61 ist an die Steuereinheit 200 über
einen Ein-/Ausgang angeschlossen, der für die Aus-Steuerung
der Anzeigeelemente 42 auch als Ausgang verwendet und auf
Massepotential geschaltet wird. Das oder die Anzeigeelemente 42 wird/werden üblicherweise
eingeschaltet, wenn während einer positiven Halbwelle der
Netzspannung das Spannungspotential über die gezeigten
in Reihe geschalteten Widerstände die Referenzspannung des
Widerstands-Spannungsteilers übersteigt. Dabei wird am
Komparatorausgang des Komparators 62 der Ausgang auf Masse
geschaltet. Der Kalibriereingang 32 ist auch hierbei mit
der Nullspannungserkennung 230 zusammengefasst, so dass
auch bei dieser Schaltung ein Anschluss der Steuereinheit 200 mit mehreren
Funktionen genutzt wird.
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Die
in 6 gezeigte Ausführungsform ist für
einen mobilen Einsatz ausgebildet, wobei entsprechende Komponenten
mit entsprechenden Bezugszeichen versehen sind, wie bei den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen. Die Spannungsversorgung besteht
dabei z. B. in einer Akku- bzw. Batterieversorgung oder einem externen
Netzteil. Der Lastschalter 260 und die redundante Schalteinheit 261 sind
als MOSFET-Schalter ausgebildet. Zwischen dem Innenleiter 12.1 und
dem Außenleiter 12.2 kann eine Verbindungsbrücke
angeordnet werden oder bei optionaler Ausbildung des Wärmegeräts mit
NTC-Hot-Spot-Erkennung 280 ist eine Schalteinrichtung vorgesehen,
mit der die Verbindung zwischen Innenleiter und Außenleiter
unterbrochen werden kann und auf diese Weise der Stromfluss zwischen
Innenleiter und Außenleiter über die Zwischenisolation 12.3 erfasst
werden kann.
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Der
Kalibriereingang 32 der Kalibriervorrichtung 30 ist
mit dem Anschluss der Anzeigeelemente 42 an der Steuereinheit 200 zusammengefasst.
Ferner sind an der Steuereinheit 200 Anschlussstellen 253 für
Testzwecke und eine Datenschnittstelle 251 vorgesehen.
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Insbesondere
wenn die Steuereinheit 200 als integrierte (programmgesteuerte)
Schaltung wie Mikrocontroller, Asic oder dgl. ausgebildet ist und
solche integrierte Schaltungen nach einer Reset-Phase alle Ein-/Ausgangsanschlüsse
auf Eingang schalten, kann im nächsten Schritt mittels
der Verarbeitungseinheit der Steuereinheit 200 die Abfrage
auf Kalibrieranforderung erfolgen. Je nach Ausbildung der Gesamtsteuerung
und Gewichtung der einzelnen Betriebsvorgänge kann die
zeitliche Abfolge der Kalibriervorgänge mit den Kalibriersignalen
in angepasster Weise erfolgen, z. B. zunächst Aktivierung
der Sicherheitsvorrichtung 270 und erst dann Einleitung des
Kalibriervorgangs bzw. mehrerer Kalibriervorgänge für
die Übertemperaturschutzschaltung 271 und die
Zusatzschutzschaltung 272.
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Die
Kalibriervorrichtung 30 kann auch so ausgebildet sein,
dass dem Benutzer die Möglichkeit gegeben wird, durch Änderung
einzelner Parameter das Wärmegerät individuellen
Wünschen anzupassen, wonach die Kalibrierung den individuellen
Einstellungen angepasst wird und die festen Vergleichsgrößen
entsprechend vorgegeben werden, um die Einstellwerte beim Kalibriervorgang
abzugleichen. Dabei werden die Werkseinstellungen fest hinterlegt, damit
erforderlichenfalls eine entsprechende Rückstellung durch
den Benutzer oder Service-Personal erfolgen kann. Für diese
Zwecke ist ein mehrstufiges Kalibrierprogramm in der Steuereinheit 200 hinterlegt.
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Die
Kalibriervorrichtung 30 kann auch für eine hierarchische
Durchführung der Kalibrierung ausgebildet sein, wobei einem
Benutzer oder der automatischen Steuerung bestimmte Kalibriervorgänge vorbehalten
bleiben, während der Kundendienst zusätzliche
Kalibriervorgänge durchführen kann, beispielsweise
nach einer Sicherheitsabschaltung.
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Im
Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele für
den Aufbau der Kalibriervorrichtung und die Durchführung
von Kalibriervorgängen bezüglich des Gesamtgerätes
und einzelner Komponenten des schmiegsamen Wärmegerätes
beschrieben.
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Mit
der Kalibriervorrichtung 30 gemäß einem der
beschriebenen Ausführungsbeispiele, beispielsweise nach 4 oder 5,
kann die Kalibrierung der Steuerungseinrichtung 20 mittels
einer Elektronik-Kalibrierung und/oder das gesamte schmiegsame Wärmegerät
mit Steuerungseinrichtung 20 und schmiegsamer Wärmekomponente 1 mittels
einer Geräte-Kalibrierung mit folgenden Maßnahmen durchgeführt
werden.
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Zur
Elektronik-Kalibrierung wird z. B. eine Einpunkt-Istwerttemperaturkalibrierung
bei einem 20°C-Basiswert des üblichen PTC-(oder
alternativ NTC-)Heizkörperwiderstandes durchgeführt.
In entsprechender Weise kann auch eine Mehrpunkt-Istwerttemperaturkalibrierung
bei weiteren Basiswerten durchgeführt werden, worauf aber
häufig verzichtet werden kann, da der PTC-(bzw. NTC-)Widerstandswert
des damit gebildeten Temperatursensors in der Regel eine vernachlässigbar
geringe Toleranzabweichung über dem Temperaturverlauf hat.
Denkbar ist es auch, der Istwerttemperaturkalibrierung einen anderen
Temperatur-Basiswert als den 20°C-Basiswert zugrunde zu
legen. Bei der Kalibration wird die Abweichung des in der Istwerterfassungsvorrichtung 220 gemessenen
Istwertes in Form eines Kalibrierfaktors (der auch als Offset bezeichnet
werden kann) gegenüber dem in der Sollwertvorgabevorrichtung 210 vorliegenden
Sollwert (im Beispiel bei 20°C) ermittelt und für
spätere Temperaturregelvergleiche im Betrieb dauerhaft
gespeichert. Bei der Elektronik-Kalibrierung bleiben Toleranzen
des schmiegsamen Trägers 11 bzw. Heizelements 12 (Heizkörpers)
unberücksichtigt, indem sie durch einen Festwiderstand entsprechend
dem 20°C-Basiswert (bzw. gegebenenfalls einem anderen Basiswert)
entsprechend einem definierten Heizkörper ausgeschlossen
werden. Der Festwiderstand ist beispielsweise mit einer Diode verschaltet.
Für die Kalibration wird keine oder eine definierte Schaltstufe
gewählt. Der Kalibriereingang 32 wird auf einen
definierten (logischen, statischen, dynamischen oder dgl.) Pegel
gebracht.
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Nach
Anlegen einer Nennversorgungsspannung und bei beschaltetem Kalibriereingang
sowie vorhandenem Kalibriersignal erfolgt nach kurzer Zeitspanne
der Kalibriervorgang. Dabei wird aus dem mit der Sollwertvorgabevorrichtung 210 vorgegebenen bzw.
gemessenen Sollwert und dem mit der Istwerterfassungsvorrichtung 220 gemessenen
Istwert eine Spannungsdifferenz als Kalibrierfaktor ermittelt und netzausfallsicher
abgespeichert. Dadurch nehmen üblicherweise auftretende
Netzspannungsänderungen keinen Einfluss auf die Temperaturregelung,
da der Sollwert über den Sollwertzweig und der Istwert über
den Istwertzweig (z. B. Netzbrückenschaltung in Form einer
Wheatstone-Messbrücke) in fester Beziehung stehen. Dadurch
bleibt der Kalibrierfaktor auch bei Netzspannungsänderungen
eine konstante Rechengröße. Nach Abschluss der
Kalibrierung wird ein Anzeigesignal ausgegeben, das einer Prüfperson und/oder
einem Prüfautomaten signalisiert, dass der Kalibriervorgang
abgeschlossen ist. Bei einer fehlerhaften Kalibrierung, beispielsweise
in Folge zu großer Abweichung des oder der Kalibrierwerte
(z. B. wegen Kontaktunterbrechung oder dgl.) wird ein Fehlersignal
ausgegeben. Auf der Basis des Kalibrierwertes kann im Anwenderbetrieb
eine exakte Temperaturregelung durchgeführt werden.
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Die
Kalibrierung des gesamten schmiegsamen Wärmegerätes,
d. h. die Geräte-Kalibrierung, die meist vor einer Endkontrolle
des kompletten schmiegsamen Wärmegerätes durchgeführt
wird, erfolgt unter Einbeziehung aller Toleranzen des Wärmegerätes
einschließlich des Heizkörpers. Im Unterschied
zu der vorstehend beschriebenen Elektronik-Kalibrierung wird anstelle
des Festwiderstandes das elektrische Heizelement 12 bzw.
die Heizkordel angeschlossen, beispielsweise mit dem gesamten Heizkörper,
wobei die Heizleiter des Heizelementes 12 als PTC-(bzw.
NTC-)Temperatursensor wirksam sind. Dabei ist zu beachten, dass
während der Kalibrierung die Umgebungstemperatur des Heizelementes 12 bzw.
der Heizwiderstände immer 20°C (oder gegebenenfalls
einer anderen definierten Temperatur) entspricht. Um den dabei relativ
hohen Energiebedarf und die damit verbundenen Kosten zu verringern,
kann eine Widerstands-Kompensationsschaltung eingesetzt werden,
die die Umgebungstemperatur misst und den Temperatursensorwert stabil
auf den 20°C-Basiswert (bzw. gegebenenfalls auf einen anderen
gewählten Basiswert) korrigiert. Im Übrigen läuft
die Geräte-Kalibrierung entsprechend der vorstehend beschriebenen
Elektronik-Kalibrierung ab.
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Durch
unterschiedliche Signale an dem Kalibriereingang 32 können
außer den beiden genannten Kalibrierbetriebsarten (Elektronik-Kalibrierung,
Geräte-Kalibrierung) auch weitere Kalibrierarten (NTC-Hot-Spot-Kalibrierung
bzw. Festlegung des dabei gewählten Schaltpegels, Kalibrierung
der Sicherheitseinrichtung gegebenenfalls mit getrennter Kalibrierung
der einzelnen Sicherheitsstufen und weiterer Teile des Wärmegerätes)
vorgenommen werden, wobei den Kalibrierbetriebsarten unterschiedliche
Kalibriersignale am Kalibriereingang 32 zugeordnet sind, durch
die der jeweilige Kalibriervorgang einstellbar ist. Das Ende der
Kalibrierung wird durch ein entsprechendes Kalibriersignal am Kalibriereingang 32 bestimmt.
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Der
oder die erhaltenen Kalibrierfaktoren werden bei der Einstellung
bzw. Steuerung oder Regelung der betreffenden Teile des schmiegsamen Wärmegerätes
berücksichtigt, wobei der oder die bei der vorstehend beschriebene
Elektronik-Kalibrierung und/oder Geräte-Kalibrierung gewonnenen
Kalibrierfaktoren im Anwenderbetrieb bei der Steuerung der Heizleistung
zugrunde gelegt werden, um den Istwert oder Sollwert, die bei dem
Soll-/Istwertvergleich der Regelung verwendet werden, mit dem z.
B. in einem EEPROM-Speicher abgelegten Kalibrierfaktor abzustimmen.
Dies kann in einem in der Steuerungseinrichtung 20 vorhandenen
Mikrocontroller z. B. durch Multiplikation des aktuellen Istwertes
mit dem Kalibrierfaktor erfolgen, wonach ein Vergleich mit dem z. B.
ebenfalls errechneten Vorgabesollwert durchgeführt wird.
Die Multiplikationen können in einfachen Mikrocontrollern
beispielsweise mit Registerschiebebefehlen oder mittels Schleifenindizierung
erfolgen. Auch andere Berechnungsverfahren können eingesetzt
werden. Um zum Messzeitpunkt möglichst große Signale
für eine genaue Regelung (und bei der Kalibrierung auch
für die Kalibration) zu erhalten und möglichst
hohe Genauigkeiten zu erreichen, wird vorteilhaft der Maximalwert
der Spannungen, d. h. z. B. bei sinusförmiger Netzspannung
der Scheitelpunkt, für die Messung gewählt. Die
Messzeitpunkte werden z. B. nach einer bestimmten Zeit nach einem Nulldurchgang
(z. B. nach 5 Millisekunden) gewählt. Hierzu können
verschiedene Verfahren beispielsweise mittels Zeitzählung
angewendet werden.
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Insbesondere
bei ungeregelten Wärmegeräten kann die Steuerung
der Heizleistung infolge Abweichung der Nennleistung im Rahmen von
Herstelltoleranzen zu unterschiedlichen Oberflächentemperaturen
führen. Durch die Kalibrierung können diese durch
Anpassung der Heizleistung bzw. des Heizstromes mittels Pulsweitenmodulation
auf eine definierte Oberflächentemperatur abgestimmt werden, wobei
die Oberflächentemperatur beispielsweise mittels einer
Sensorik unter vorgegebenen Umgebungsbedingungen genau erfasst werden
kann. Bei Systemen mit Schnellheizung und zeitlich gesteuerter Leistungsführung
können auch mehrere Leistungswerte vorgegeben und die Kalibrierung
darauf abgestimmt erfolgen. Auch bei Heizgeräten mit mehreren Heizzonen
können die verschiedenen Heizzonen entsprechend der geforderten
Heizleistung kalibriert werden. Die Kalibrierung ergibt auch eine
definierte Oberflächentemperatur bei verschiedenen Heizkörpern,
die mit einer einheitlichen Steuerungs- und Regelungseinrichtung
betrieben werden, oder wenn umgekehrt bei einem Heizgerät
die Steuerungs-/Regelungseinrichtung ausgetauscht wird. Bei Wärmegeräten
mit lösbarer Steckvorrichtung ist die Anschlusseinheit 13 vertauschungssicher
bezüglich unterschiedlicher Komponenten ausgestaltet. Bei
lösbarer Verbindung kann zum Kalibrieren an die Steuerungseinrichtung
bzw. Regelungseinrichtung eine vorgegebene standardisierte Wärmekomponente
angeschlossen werden, wogegen bei fester unlösbarer Verbindung
die Wärmekomponente streng eingehaltenen äußeren
Bedingungen für die Kalibrierung unterzogen wird, z. B.
einer Messung bei konstant gehaltener Außentemperatur.
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Ist
das Heizgerät mit Sensoren versehen, werden die Sensoren
kalibriert z. B. bezüglich Grundwiderstandswert, Änderungswert
in Abhängigkeit der Temperatur oder anderen Umgebungsbedingungen, um
Herstelltoleranzen auszugleichen. Die Temperatursensoren, wie z.
B. Temperaturpillen, können dabei in Verbindung mit ihrer
Beschaltung kalibriert werden, um auch deren Toleranzen auszugleichen.
Dabei kann auch eine Mehrpunktkalibrierung bei unterschiedlichen
Temperaturvorgaben vorge nommen werden. Dazu werden die Sensoren
auf definierte Temperaturen gebracht, gegen definierte Ersatzwerte
ausgetauscht und die Signale in der Kalibriervorrichtung 30 oder
der Steuerungseinrichtung 20 ausgewertet. In der internen
Speichervorrichtung 202 und/oder der externen Speichervorrichtung 33 können
dafür außer den erforderlichen festen Vergleichsgrößen
noch weitere Daten abgelegt werden, wie tatsächliche Messwerte,
Offsetwerte, berechnete Werte, klassifizierte Werte, idealisierte
Werte, absolute Werte, berechnete Werte auf Basis eines oder mehrerer
früheren Werte, wie Mittelwerte, Chargenmittelwerte, letzte
Werte und dgl.
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Bei
der Sicherheitsvorrichtung 270 mit der Übertemperaturschutzschaltung 271 und/oder
der Zusatzschutzschaltung 272 mit Hot-Spot-Erkennung ist
die Einhaltung der Temperaturabhängigkeit der Widerstände
z. B. in Abhängigkeit der Alterung oder anderer physikalischer äußerer
Einflüsse von wesentlicher Bedeutung, wobei der Widerstandsverlauf oft
nicht linear ist und Änderungen unterliegt. Durch die Kalibrierung
werden Ein- oder Mehrpunkt-Kalibrierwerte in Abhängigkeit
von der Alterung als feste Vergleichsgrößen gespeichert,
um demgemäß die Kalibrierung durchzuführen.
Eine normale Alterung kann z. B. durch Adaption der Regelung berücksichtigt
werden, jedoch nicht unvorhergesehene Abweichungen, die dann durch
die Kalibrierung berücksichtigt werden können.
Ferner können auch Warngrenzen, Warnbereiche und/oder absolute
Ausfallgrenzwerte der Kalibrierung unterzogen werden, wofür dann
entsprechende feste Vergleichsgrößen gespeichert
sind. Demgemäß sind dem Benutzer über
die Anzeigevorrichtung 40 mitgeteilte Grenzwerte bzw. Warnwerte
zuverlässig.
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Auch
kann die Kalibriervorrichtung zur Kalibrierung einer Überwachungsvorrichtung
für die Schalterinnentemperatur ausgebildet sein, wobei
die Kalibrierung ebenfalls anhand dafür hinterlegter fester
Vergleichsgrößen erfolgt. Die Schalterinnentemperatur
ihrerseits ist für den vorschriftsmäßigen
Betrieb des Wärmegeräts von Bedeu tung, da z. B.
bei Abdeckung des Schnurzwischenschalters 2 eine unerlaubt
hohe Temperatur entstehen kann, bei der die Steuereinheit 200 oder
andere Komponenten nicht mehr zuverlässig arbeiten. Auch
kann durch Ausrichtung des Schnurzwischenschalters z. B. durch Konvektion
ein gestörter Betrieb der Steuerungseinrichtung 20 hervorgerufen
werden. Daher werden bei einer weiteren Ausgestaltung auch Lagewerte
der Steuerungseinrichtung 20 bzw. des Schnurzwischenschalters 2 in
die Kalibrierung einbezogen, wobei diesbezügliche feste
Vergleichsgrößen hinterlegt sind. Dabei kann auch
die Anzeigerichtung entsprechend der Lage der Anzeigevorrichtung 40 gesteuert sein
und in den Kalibriervorgang einbezogen werden. Entsprechendes gilt
auch für eine Helligkeitssteuerung der Anzeige in Abhängigkeit
von Umgebungsbedingungen und unterschiedlichen Helligkeits-Einstellwerten.
Durch entsprechend fest vorgegebene Vergleichsgrößen
und den Abgleich der Einstellwerte wird eine stets optimal erkennbare
Anzeige erreicht. Auch Kontrast- und Farbabgleiche können
auf diese Weise in den Kalibriervorgang einbezogen werden.
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Bezüglich
zeitgesteuerter Vorgänge, wie z. B. eine anfänglich
erhöhte Heizleistung und eine Reduzierung oder Abschaltung
nach einer vorgegebenen Zeit von z. B. zwischen 30 und 90 Minuten,
kann die Kalibriervorrichtung des Weiteren zur Überwachung
der Einhaltung der vorgegebenen Zeitdauern ausgebildet sein, wozu
ebenfalls feste Vergleichsgrößen hinterlegt sind.
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Eine
weitere Ausbildung der Kalibriervorrichtung 30 besteht
darin, dass feste Vergleichsgrößen nicht dauerhaft
gespeichert sind, sondern für eine bestimmte Zeitdauer,
z. B. auch nur kurzfristig, vorgegeben werden, während
der Abgleich erfolgt. So können Kalibrierwerte für
den Soll-/Istwertvergleich bei der Regelung der Heizleistung bzw.
Oberflächentemperatur in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen
fest vorgegeben werden.
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Eine
weitere Ausbildung besteht darin, dass für verschiedene
Temperaturstufen jeweils zugeordnete feste Vergleichsgrößen
hinterlegt bzw. hinterlegbar sind. Auch diese Maßnahme
trägt zu einem zuverlässigen Betrieb bei, wobei
mit den einzelnen Komponenten modulartig verschiedene Gerätekonfigurationen
zusammengestellt werden können, ohne dass die Zuverlässigkeit
der Funktion leidet.
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Da
für den Betrieb des Wärmegerätes vielfältige
Einflussfaktoren zu berücksichtigen sind, ist der Betrieb
mittels einer Fuzzy-Logikschaltung und entsprechenden Programmen
für die Anpassung an unterschiedliche Situationen von Vorteil,
wobei die Betriebssituationen unscharf definiert sind. Für
die Kalibration werden Fuzzy-Parameter als feste Vergleichsgrößen
z. B. für die Startphase gespeichert und gegebenenfalls
neu erfasst und gespeichert.
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Eine
weitere Ausbildung der Kalibriervorrichtung 30 besteht
darin, dass Systemabhängigkeiten der verschiedenen Komponenten
des Wärmegeräts berücksichtigt werden,
insbesondere bei der Reihenfolge der Kalibriervorgänge.
Z. B. hat die Heizkordel-Kalibrierung der PTC-Temperatursensorik
eine höhere Bedeutung als die NTC-Hot-Spot-Sensor-Kalibration,
da diese nur ungenauere und stärker abhängige
Alterungseigenschaften aufweist. Im Gesamtsystem kann die Anzahl
und/oder die Reihenfolge der Kalibriervorgänge oder deren
Gewichtung dementsprechend unterschiedlich sein, wobei auch Messergebnisse
berücksichtigt werden können und bei Änderung
von Messwerten eine Nachkalibrierung ausgelöst werden kann.
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Eine
weitere Ausgestaltung der Kalibriervorrichtung 30 besteht
darin, dass Kalibriervorgänge gespeichert und für
Diagnosezwecke auswertbar hinterlegt werden. Auch können
dem Benutzer Kalibrierergebnisse mitgeteilt und die Wichtigkeit
durch geeignete Kennzeichnung kenntlich gemacht werden. Auch können
auf diese Weise erkannte Abweichungen oder Fehler mitgeteilt werden,
insbesondere wenn diese zu Schädigungen des Wärmegerätes oder
zu Fehlfunktionen führen können.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist das Wärmegerät
mit der Kalibriervorrichtung zur Durchführung von Plausibilitätskontrollen
ausgebildet, beispielsweise zur Überprüfung, ob
aufgrund der Abgleichvorgänge auf eine fehlerhafte Steckkupplung geschlossen
werden kann. Derartige Fehler können dem Benutzer über
die Anzeigevorrichtung 40 mitgeteilt werden. Dabei können
Ansprechwerte der Anzeige bei Fehlersignalen festgelegt und diesbezügliche Fehlermeldungen
in der Steuerungseinrichtung 20, insbesondere Steuereinheit 200,
hinterlegt werden.
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Eine
weitere Ausgestaltung der Kalibriervorrichtung 30 besteht
darin, dass ein oder mehrere Kalibriervorgänge anhand von
Messwerten, zuvor abgelegten Kalibrierwerten, Steuerbefehlen, Geräteart und
Programmversionen gespeichert, festgelegt oder berechnet werden
können. Auch können auf der Basis der Werte aus
den Komponenten mit oder ohne Verarbeitung aktueller oder vorausgegangener Kalibrierwerte,
Zeitwerte oder Erfahrungswerte durch Rekursion Kalibriervorgänge
erneut ausgelöst werden, um den Abgleich der Einstellwerte
zu optimieren. Auf diese Weise wird durch Annäherung an
Idealparameter die Genauigkeit des Betriebs des Wärmegeräts
zunehmend verbessert.
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Für
die Datenübertragung zwischen den Komponenten und der Steuereinheit 200 sowie
weiteren anschließbaren externen Zusatzgeräten,
wie z. B. Computer, können spezielle Protokolle oder vorteilhaft
standardisierte Protokolle genutzt werden, über die auch
die Kalibriervorgänge durchgeführt werden. Dabei
sind neben drahtgebundenen auch drahtlose Datenübertragungsstrecken
verwendbar. Kalibrierdaten, beispielsweise auch die festen Vergleichsgrößen,
können auf diese Weise auch von einem Zusatzgerät
aus eingegeben und Kalibrierergebnisse in dem Zusatzgerät
erfasst und ausgewertet werden. Die Datenübertragung wird
durch geeignete Codierungen bzw. Übertragungsprotokolle
sichergestellt.
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Für
Diagnosezwecke und kundendienstliche Bewertungen können
die Kalibrierwerte mit Erstellungsdatum in die interne Speichervorrichtung 202 oder
die externe Speichervorrichtung 33 eingelesen und aus dieser
bedarfsweise ausgelesen werden, wobei auch Herstelldaten der Komponenten
des Wärmegeräts gespeichert und in die Auswertung
mit einbezogen werden können.
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Die
Schaltungszweige für den Soll-/Istwertvergleich können
hardwarebedingte und softwarebedingte Abweichungen zu Nennvorgabewerten
aufweisen. Anhand von definierten Grundeinstellungen der gewählten
Schaltstufe kann die Elektronik des Wärmegerätes
die gemessenen Nennwerte ermitteln und sie mit gespeicherten Nennvorgabewerten
vergleichen und daraus Korrekturfaktoren berechnen, die als feste
Vergleichsgrößen für die Kalibriervorgänge
in der Speichervorrichtung 202, 33 abgelegt werden
können. Auf diese Weise kann auch eine verbesserte Anpassung
der verschiedenen Komponenten des Wärmegerätes
vorgenommen und der Modulbauweise Rechnung getragen werden.
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Das
schmiegsame Wärmegerät weist als wesentliche Komponenten
die schmiegsame Wärmekomponente 1 (Heizkörper)
mit dem elektrischen Heizelement 12, der Heizkordelanschlussleitung 3, dem
Schnurzwischenschalter 2 und gegebenenfalls der Energieversorgungsanschlussleitung 4;
die Steuerungseinrichtung 20 zur Steuerung oder Regelung; gegebenenfalls
eine Fernsteuereinheit und gegebenenfalls weitere Zusatzeinheiten
auf, wobei die Steuerungseinrichtung 20, wie vorstehend
beschrieben, die Sicherheitsvorrichtung 270, die Anzeigevorrichtung 40,
die Bedienungseinheit 45, die elektrischen Energieversorgungskomponenten
mit Verbindungskabeln, Verarbeitungseinheiten, Ausgabeeinheiten und
verschiedene Kunststoffteile der verschiedenen Komponenten wie Schnurzwischenschalter,
Bedienungseinheit, Anzeigeeinheit umfasst.
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Da
häufig bei den Komponenten des Wärmegeräts
technisch unterschiedliche Technologien verwendet werden, werden
auch unterschiedliche Herstellverfahren oft in getrennten Produktionsstätten eingesetzt.
Daraus ergeben sich unterschiedliche Toleranzen. Bei der Endmontage
des Wärmegeräts ergeben sich entsprechende Gesamttoleranzen,
die zum Teil bei einer herstellerseitigen Kalibrierung berücksichtigt
werden, jedoch auch in die Kalibriervorgänge der Kalibriervorrichtung 30 einfließen.
Besitzt ein Kunde z. B. mehrere gleiche Gerätetypen, so dass
Komponenten getauscht werden können (z. B. Heizkörper,
Schnurzwischenschalter), so können sich trotz Gerätekalibrierung
wiederum andere Gerätetoleranzen ergeben, die wiederum
bei den Kalibriervorgängen mittels der Kalibriervorrichtung 30 berücksichtigt
werden. Ist die herstellerseitige Kalibrierung der Komponenten schon
möglichst genau vorgenommen, ergeben sich für
die benutzerseitige bzw. kundendienstseitige Nachkalibrierung weniger hohe
Anforderungen, da ein Vertauschen der Komponenten zu geringeren
Gesamttoleranzen führt.
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Dabei
ergeben sich durch die Ausbildung der Kalibriervorrichtung 30 in
der Weise, dass Kalibrierdaten mit den festen Vergleichsgrößen
und Kalibrierprogrammen auf die einzelnen Komponenten abgestimmt
und in der Steuereinheit 200 bzw. der internen Speichervorrichtung 202 und
gegebenenfalls der externen Speichervorrichtung 33 hinterlegt
sind, Vorteile für die Durchführung der Kalibriervorgänge
und auch der Gesamtkalibrierung des Wärmegeräts. Hierbei
können für die verschiedenen Komponenten Grenzkalibrierparameter
hinterlegt werden, so dass bei Tausch der Komponenten übermäßig
hohe Toleranzen erkannt und diesbezügliche Warnsignale
für den Benutzer ausgegeben werden können. Passen beispielsweise
die Komponenten aufgrund zu großer Kalibrierdatenabweichungen
nicht zusammen, so kann der Gerätebetrieb untersagt und
der Benutzer über die Anzeigevorrichtung 40 informiert
werden.
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Die
Kalibriervorrichtung 30 kann auch in der Weise ausgebildet
sein, dass die Komponenten eigene Speicher- und Kalibrierbereiche
besitzen, in denen die relevanten und zum Austausch vorbereiteten Kalibrierdaten
hinterlegt werden. Auf diese Weise kann die Steuerungseinrichtung 20 mit
der Steuereinheit 200 und der darin vorgesehenen Kalibriereinheit 31 beim
Gebrauch automatisch auf alle relevanten Kalibrierdaten in den einzelnen
Kalibriereinheiten der Komponenten zugreifen und den Benutzer im Fehlerfall
informieren.
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Neben
einer automatischen Zuführung der zugrunde zu legenden
festen Vergleichsgrößen kann die Kalibriervorrichtung 30 auch
zur Eingabe von Hand ausgebildet sein. Dies kann z. B. über
den Aufruf eines Kalibriermodus über die Bedienungseinheit 45 interaktiv
unter Informationsanzeige über die Anzeigevorrichtung 40 erfolgen
oder über den Anschluss eines Eingabegeräts über
die Anschlussvorrichtung 35 oder eine andere Eingabevorrichtung.
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Um
dem Kundendienst Reparatur- und Wartungsarbeiten zu erleichtern,
können z. B. folgende Kalibrierwerte bzw. Geräteparameter
gespeichert und aus dem Speicher gelesen, beurteilt und kundendienstlichen
Maßnahmen zugrunde gelegt werden: Herstelldatum des Wärmegeräts
mit oder ohne Uhrzeit, erstmaliger Betrieb, aufsummierte Betriebsdauer
seit der Herstellung, Anzahl der Benutzungen, letzte Schaltstufenstellung,
Temperaturwerte (Maximum, Mittelwerte, Minimum gegebenenfalls mit
jeweiliger Betriebszeit), die z. B. über Temperatur-Sensoren
erfasst werden, andere (letzte) Messwerte z. B. von physiologischen
Sensoren, etwa Puls, Blutdruck, Glucosewerte, Schall, Druck, Dehnung,
Verschleißwerte oder dgl., Anzahl und gegebenenfalls Einzelbewertung
von Wartungs-/Fehlerhinweisen und gegebenenfalls Quittierungen durch
den Benutzer; statistische Betriebsdaten mit Berechnungen, aus denen
sich Rückschlüsse auf Verhaltensgewohnheiten des
Benutzers, eine Optimie rung des Gerätebetriebs und Informationen
für die Weiterentwicklung des Gerätetyps ergeben,
wie z. B. Temperaturprofile.
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Für
Standardgeräte in einfacher Ausführung ermöglicht
die Kalibriervorrichtung 30 in einfacher Weise eine erneute
Gerätekalibration, sobald eine wesentliche Komponente oder
Baueinheit getauscht oder repariert wurde. Dabei kann auch auf bereits
bekannte Kalibrierdaten zurückgegriffen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10200974
B4 [0002, 0028]
- - DE 10310275 B4 [0003, 0028]
- - EP 1762157 B1 [0004, 0028]