DE3011543C2 - Steuereinrichtung zum Öffnen und Schließen eines Brennstoffventils an einem Umlaufwasserheizer - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung zum öffnen und Schließen eines Brennstoffventils an einem Umlaufwasserheizer gemäß dem Hauptanspruch.

Aus H. Schrowang »Regelungstechnik für Heizungsund Lüftungsbauer«, IKZ 1973,3, Seiten 56 bis 62, ist es bekanntgeworden, einen Umlaufwasserheizer nach unterschiedlichen Heizkurven bei Tag- und Nachtbetrieb zu steuern.

Aus der DE-PS 27 07 591 ist eine Schaltung zur Steuerung des Puls-Pausenverhältnisses des Arbeitszu-Standes einer Wärmequelle bekanntgeworden, bei der diese Steuerung in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur oder der Außentemperatur erfolgen kann. Je nach vorhandener Außentemperatur beziehungsweise Vorlauftemperatur und nach eingestellten Sollwerten (Heizkurve) resultiert somit ein bestimmtes Puls-Pausenverhältnis für die Einschaltung des Brenners der Wärmequelle. Es besteht nunmehr häufig die Forderung, eine solche Heizungsanlage auch mit einer Nachtabsenkung zu betreiben.

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Steuerverfahren zur Steuerung der Leistungsabgabe eines Wärmeerzeugers mittels eines Puls-Pausenverhältnisses mit konstanter Zykluszeit der Brennzeiten eines Brenners die Vorlauftemperalur abhängig von der Außentemperatur und umschaltbaren Sollwerten zu begrenzen.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den in dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs vorgesehenen Verfahrensmerkmalen. Zur Durchführung des Verfahrens sind die im Nebenanspruch 4 beschriebenen Vorrichtungsmerkmale vorgesehen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Figuren eins und zwei der Zeichnung näher erläutert Es bedeutet

F i g. 1 ein Prinzipschaltbild eines Umlaufwasserheizers und

F i g. 2 ein Blockschaltbild der Steuereinrichtung.

Die Wärmequelle 1 gemäß F i g. 1 in Gestalt eines gas- oder ölbefeuerten Kessels oder Umlaufwasserheizers weist einen Wärmetauscher 2 auf, dem Umlaufwasser über eine mit einer Pumpe 3 versehene Rücklaufleitunjj 4 zugeführt wird und dem das Wasser übei eine Vorliufleitung 5, die zu einem Verbraucher 6 führt, abgeführt wird. Der Verbraucher 6 besteht aus einer Vielzahl in Serie oder parallel geschalteter Heizkörper. Der Wärmetauscher 1 der Wärmequelle ist von einem Gasbrenner 7 beheizt, dem Gas über eine Brennstoffzufuhrleitung 8 unter Zwischenschaltung eines Brennstoffventils S zugeführt wird. Das Brennstoffventil S kann zwei diskrete Zustände einnehmen, entweder es ist voll geschlossen oder voll geöffnet. Das Brennstoffventil 9 wird von einer Magnetspule 10 beaufschlagt, der Stellsignale von der Steuereinrichtung 11 zugeführt werden. An die Steuereinrichtung 11 ist ein Vorlauftsmperaturfühler 12 über eine Meßkhung 13 und ein Außentemperaturfühler 14 über eine Meßleitung 15 angeschlossen. Die Sollwerte, beziehungsweise Grenzwerte für die Steuereinrichtung 11 werden dargestellt vom Grenzwertgeber 16 für die Tagheizkurve, einem Grenzwertgeber 17 für die Nachtheizkurve, die beide über Knöpfe 18 einstellbar sind. Beide Grenzwertgeber 16 und 17 sind über Leitungen 19 und 20 mit einem Umschalter 21 verbunden, über den entweder der eine oder der andere Grenzwertgeber angeschlossen werden kann. Mit dem Umschalter 21 ist ein weiterer Umschalter 22 gekoppelt, was durch die Wirklinie 23 dargestellt ist. Der Umschalter 22 kann entweder auf eine Leitung 24 oder eine Leitung 25 gelegt werden, beide Leitungen führen zu Grenzwertgebern 25 und 26, die gleichermaßen über Knöpfe 28 einstellbar sind. Der Grenzwertgeber 26 gibt den Sollwert für die nächtliche Vorlauftemperatur vor. während der Grenzwertgeber 27 den Sollwert für die Vorlauftemperatur tagsüber vorgibt.

Der eigentliche Aufbau der gesamten Steuereinrichtung 11 geht aus dem Prinzipschaltbild der Fig.2 hervor.

Der Vorlauftemperaturfühler 12 besteht aus einem temperaturabhängigen Widerstand, der über die Leitung 13 mit einem Meßumformer beziehungsweise einstellbaren Verstärker 31 verbunden ist. Der Ausgang 32 dieses Verstärkers, auf dem ein mit der Vorlauftemperatur linear-proportional-variables Spannungssignal erscheint, ist an dem Eingang eines Komperators 33 gegeben. Der Außentemperaturfühler 14 ist gleichfalls ein Widerstand, der seinen Widerstandswert nach Maßgabe der Temperatur verändert. Die Leitung 15 des Aiißentemperaturfühlers 14 ist mit einem Meßumformer 34 verbunden, an dessen Ausgang 35 ein Gleichspannungssignal herrscht. Der Meßumformer 34 ist über eine Leitung 36 dem Umschaltkontakt 21, 22 vorgeschaltet, der zu den beiden Soll- beziehungsweise Grenzwertgebern (17, 26) beziehungsweise 16, 27 führt. Während nach F i g. 1 getrennte Grenzwertgeber sowohl für die Tag- und Nachtvorlauftemperatur als auch für die Tag- und Nachtheizkurve vorgesehen sind, sind diese Grenzwertgeber beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 zu einem einzigen Grenzwertgeber zusammengefaßt. Eine Ein-

stellung der Sollwertgeber bezüglich der Heizkurve besagt, daß in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Außentemperatur ein bestimmtes Puls-Pausenverhältnis mit einer von der Außentemperatur abhängigen maximalen Voriauftemperatur resultieren soll. Somit wird bei Variationen der Außentemperatur sowohl das PuIs-Pausenverhältnis als auch die Vorlauftemperatur auf unterschiedliche Werte gesteuert. Nach Maßgabe der an den Soll- beziehungsweise Grenzwertgebern eingestellten Heizkurven resultiert am Ausgang 35 des Meßumformers 34 somit ein Gleichspannungssignal, dessen Höhe abhängig von diesen eingestellten Sollwerten ist und zusätzlich abhängig von der jeweils herrschenden vom Fühler 14 gefühlten Außentemperatur ist

Der Kontakt 21 beziehungsweise 22 ist von einer Uhr 37 über eine Stange 38 betätigt. Der Ausgang 35 des Meßumformers ist nicht nur mit dem Eingang eines Meßverstärkers 39, sondern auch mit einem Minimum- und Maxhnumspannungsbegrenzer 40 verbunden. Dieses Bauteil gibt eine Spannung von der Leitung 35 auf die Leitung 41 unverändert durch, so lange diese Spannung oberhalb eines an dem Bauteil 40 einstellbaren Minimalspannungswertes beziehungsweise unterhalb eines dort einstellbaren Maximalspannungswertes liegt Unterschreitet die Spannung auf der Leitung 33 diesen Minimalspannungswert, so wird der Minimalspannungswert selbst durchgegeben. Der Spannungsbegrenzer 40 ist über eine Leitung 41 mit dem Komparator 33 verbunden. Der Komparator vergleicht die Spannungswerte auf den Leitungen 32 und 41, seine Ausgangsleitung 42 ist mit Eingängen 43 und 44 zweier UND-Glieder 45 und 46 verbunden. Der zweite Eingang 47 des UND-Gliedes 45 ist über einen weiteren Komparator 48 und eine Leitung 49 mit dem bereits erwähnten Meßumformer 39 verbunden. Der zweite Eingang 50 des Komparators 48 ist vom Ausgang eines Sägezahnspannungsgenerators 51 gespeist

Ausgänge 52 und 53 der beiden UND-Glieder bilden Eingänge eines ODER-Gliedes 54, dessen Ausgang 55 über einen Verstärker 56 zu einem Schütz 57 geführt ist, dessen Arbehikontakt 58 in einem Stromkreis 59 für die Magnetspule 10 liegt.

Die Leitung 19 ist mit einem Eingang 60 einer monostabilen Kippstufe 61 verbunden, deren Ausgang über eine Leitung 62 mit einem Eingang einer bistabilen Kippstufe 63 verbunden ist. Die Leitung 62 ist über eine Leitung 64 mit dem Sägezahnspann;ingsgenerator 51 verbunden, und zwar mit dessen Rücksetz-Eingang.

Ein zweiter Eingang 65 der bistabilen Kippstufe 63 ist über eine monostabile Kippstufe 66 mit der Ausgangsleitung 55 des Odergliedef 54 verbunden. Ein Ausgang 67 der bistabilen Kippstufe 63 ist über eine Leitung 68 mit dem Meßwertumformei 34 verbunden und über eine Leitung 69 als zweiter Eingang 70 des UND-Gliedes 64.

Die eben beschriebene Steuereinrichtung besitzt folgende Funktion: Es wird ausgegangen von einem Tagbetrieb, das heißt, der Umschaltkontakt 21 liegt in der dargestellten Lage. Die Vorlauftemperatur soll unter dem am Sollwertgeber 16 eingestellten Wert liegen. Der Sägezahnspannungsgenerator 51 läuft frei, die Zykluszeit, innerhalb der eine Einschaltdauer erfolgen kann, ist durch die Periodendauer des Sägezahnspannungsgenerators 51 vorgegeben. Zu Beginn der Zykluszeit fängt der Sägezatinspannungsgenerator von einem Maximalspannungswert in Richtung auf kleinere Spannung an zu laufen. Die Ausgangsspannung auf der Leitung 50 weist somit zunächst den Maximalwert auf, es sei angenommen, daß der Spannungswert auf der Leitung 49 unter diesem Wert liegt Das ist dann der Fall, wenn der am Sollwertgeber 16 gerade eingestellte Wert und der Wert der Außentemperatur mittlere Werte annehmen. Für den Fall einer sehr hohen Außentemperatur oder eines auf sehr kleine Werte eingestellten Sollwertes kann der Spannungswert auf der Leitung 49 so groß sein, daß der Komparator auch zu Beginn des Zyklusses nicht durchschalten kann. Der durchgeschaltete Komparator 48 liefert ein Spannungssignal auf der Leitung 47 für das UND-Glied 45. Der andere Eingang 43 dieses UND-Gliedes wird von den Werten der Vorlauftemperatur beaufschlagt Liegt gemäß der Annahme die gerade vorhandene Voriauftemperatur unterhalb der angestrebten Vorlauftemperatur, so schaltet das UND-Glied 45 durch, so daß über die Leitung 52 auch das ODER-Glied 54 durchschaltet und über den Verstärker 56 und das Schütz 57 die Betätigungsspule 1.0 für das Brennstoffventil mit Spannung beaufschlagt wird. Das heißt, daß jeweils innerhalb einer Periode neu eine bestimmte Pulszeit für das Brennen des Brenner?; erzeugt wird. Die Länge der Pulszeit, bezogen auf die «resamtzykluszeit ist bei dieser Betriebsweise nur davon abhängig, wie weit die Außentemperatur vom gerade eingestellten Sollwert abweicht Man kann die Steilheit der Hel-ikurve in die Funktion des Sollwertgebers 16 integrieren, man könnte auch eine extra Einstellmöglichkeit im Rahmen einer Handhabe 71 am Meßverstärker 39 vorsehen, um so die Verstärkung dieses Meßverstärkers einstellbar zu halten.

Unterstellt man nunmehr, daß über das sich einstellende Puls-Pausenverhältnis eine größere Wärmeerzeugung resultiert, als von der Heizungsanlage im Verbraucher 6 abgegeben wird, so steigt die Vorlauftemperatur.

Die steigende Voriauftemperatur wird im Komparator 32 mit dem Sollspannungswert auf der Leitung 41 verglichen, nur wird dem Komparator ein Mindestspannungswert auf der Leitung 41 vorgegeben. So lange somit der Spannungswert auf der Leitung 32 kleiner ist als der Grenzwert auf der Leitung 41, arbeitet die Anlage wie eben beschrieben. Werden beide Werte gleich, so sper-t der Komparator, so daß das UND-Glied 45 nicht mehr durchschalten kann.
Wird gegen 22.00 Uhr je nachdem auf der Uhr 37 eingestellten Zeitwert die Nachtabsenkung wirksam, so schaltet der Kontakt 21 auf die Leitung 20 um. Das bedeutet in der Regel einen niedrigeren Sollwert für die Vorlauftemperatur und das Puls-Pausenverhältnis. Hieraus resultiert außer der sprunghaften Absenkung

noch keine Änderung der Arbeitsweise der Schaltung.

Schaltet der Uhrkontakt nach Ende der Nachtabsenkung, also am frühen Morgen wieder in die dargestellte Lage zurück, so ergeben sich folgende Änderungen: Das. Umschalten des Kontaktes 21 bewirkt ein Setzen der monostabilen Kippstufe 61 und damit einen Spannungsimpuls auf der Leitung 62, was zu einem Umrchalten der bistabilen Kippstufe 63 führt. Gleichzeitig wird über die Leitung 64 der Sägezahnspannungsgenerator 51 zurückgesetzt, so daß er damit einen neuen Zyklus beginnt. Die monosinbile Kippstufe 61 verläßt ihren Schaltzustand nach Ablauf der an ihr eingestellten Zeit, ohne daß das weitere Auswirkungen für die Schaltung hat. Die umgeschlatete bistabile Kippstufe.· 63 schaltet einen Spannungswert über die Leitungen 67 und 68 auf den Meßumformer 34 in dem Sinne, daß, solange die bistabile Kippstufe 61 gesetz' ist, der auf der Leitung 35 resultierende Spannungswert auf eine bestimmte und einstellbare Stufe erhöht wird. Das entspricht in der

Wirkung einem sprunghaft erhöhtem Sollwert, der auch an dem Geber 18, 28 für den Sollwertgeber 16 eingestellt sein könnte. Das Spannungssignal auf der Leitung 68 hat die Wirkung einer Versteilerung der Heizkurve. Gleichfalls wird über die Leitung 67, 69 Spannung an den Eingang 70 des UND-Gliedes 46 gegeben, so daß das UND-Glied 45 so lange überbrückt ist, wie die Vorlauftemperatur den Sollwert noch nicht erreicht hat. Das bedeutet auf jeden Fall ein Durchschalten dieses UND-Gliedes und ein Durchschalten des ODER-Gliedes 54, das heißt, die Spule 57 ist beaufschlagt und damit der Brenner freigegeben, was einem stetigen Brennen des Brenners über eine oder mehrere Zykluszeiten entspricht. Dieser Vorgang findet dann ein Ende, wenn die steigende Vorlauftemperatur mit dem — erhöhten — Sollwert auf der Leitung 41 verglichen ist und der Komparator 33 bei Gleichheit beider Werte nicht mehr durchschaltet. Ist dieser Zustand erreicht, fehlen die Spannungssignaie auf den Eingangsieitungen 43 und 44 beider UND-Glieder 45 und 46, so daß der Brenner wieder ausgeschaltet wird. Der eben dargestellte Zustand entspricht einer Schnellaufheizung mit einem Puls-Pausenverhältnis von 100%. Übersteigt der Vorlauftemperatur-Sollwert den im Spannungsbegrenzer 40 eingestellten Maximalspannungswert, so wird nur dieser durchgegeben. Das erste Ausschalten des Brenners entsprechend einem Spannungsloswerden der Leitung 55, führt zu einem Spannungsstoß auf der Leitung 65, abgegeben von der monostabilen Kippstufe 66. Dieser Spannungsimpuls bewirkt ein Rücksetzen des Speichers 63 in den Ursprungszustand. Damit entfällt der Spannungswert auf den Leitungen 68 und 69, das heißt, der Spannungswert auf der Leitung 35 geht in den Ursprungszustand zurück und das UND-Glied 46 sperrt bis zur nächsten Schnellaufheizung. Dieser Zustand entspricht dem eingangs geschilderten normalen Tagbe-

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

40

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60

b5

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Steuereinrichtung zum öffnen und Schließen eines Brennstoffventils an einem UmlauJ'wasserheizer mit einem Sollwertgeber, der den Sollwert der Vorlauftemperatur in Abhängigkeit von der Außentemperatur bei Tag- und Nachtbetrieb vorgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlauftemperatur von einem Grenzwertgeber (16,, 17, 26, 27) ίο überwacht ist, dessen Grenzwert mit einem Tag-/ Nachtumschalter (37) nach Maßgabe der Außentemperatur veränderbar ist

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Obergang von der Nachtabsenkung auf den Tag-Sollwert eine Schnellaufheizung vorgesehen ist, bei der in Abhängigkeit von der Außentemperatur der Grenzwert für die Vorlauftemperatur angeloben wird und das Brennstoffventil erst dann abgeschaltet wird, wenn uüeser Wert erreicht wird.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tag-Grenzwert;||;eber (16, 27) und ein Nacht-Grenzwertgeber (17,316) für die Vorlauftemperatur vorgesehen sind, die über einen uhrgesteuerten Umschaltkontakt (21, 22) und einen Minimalgrenzwertgeber (40) auf einen Eingang (41) eines !Comparators (33) geschaltet sind, dessen anderer Eingang mit dem Vorlauftemperatur-Istwertgeber(12) verbünde:· ist.