DE3145215C2 - - Google Patents
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- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D23/00—Control of temperature
- G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
- G05D23/20—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature
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Description
Die Erfindung betrifft eine Thermostateinrichtung nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche Ein
richtung, die aus der EP-A1-00 08 461 bekannt ist, ar
beitet elektronisch, mißt die Temperatur innerhalb
eines Gebäudes und steuert die Einschaltung einer die
Temperatur innerhalb des Gebäudes beeinflussenden Ein
richtung, beispielsweise eines Ofens oder einer Klima
anlage.
Thermostateinrichtungen für Heizöfen und/oder Klimaan
lagen (im folgenden insgesamt als "Öfen" bezeichnet),
wie sie in Wohngebäuden und vielen Handels- und Indu
striegebäuden eingesetzt werden, enthalten gewöhnlich
einen Speicher für einen gewünschten Temperatur-Ein
stellwert, eine Vorrichtung zur Messung der aktuellen
Temperatur innerhalb des Gebäudes und eine Vorrichtung
zur Ein- oder Ausschaltung des Ofens abhängig von der
Differenz zwischen dem Einstellwert und der aktuellen
Temperatur. Zählerbetriebene Temperatursteuereinrich
tungen sind auch aus der DE-OS 29 15 797, der DE-OS
27 28 713 und der US-PS 40 20 358 bekannt.
Um ein schnelles Ein- und anschließendes Ausschalten
des Ofens im Bereich des Einstellwertes zu verhindern,
haben die Thermostateinrichtungen einen sogenannten
Totbereich, d. h. die Temperatur, bei der die Kontakte
der Thermostateinrichtung geschlossen werden, um den
Ofen einzuschalten, liegt etwas unter der Temperatur,
bei der sie nach Aufheizen des thermostatgesteuerten
Raums öffnen. Wenn beispielsweise der Einstellwert des
Thermostaten 21° C beträgt, so kann der Brenner des
Ofens eingeschaltet werden, wenn die Temperatur auf
20,5° C abgefallen ist, und ausgeschaltet werden, wenn
die Raumtemperatur z.B. 21,6° C beträgt. Der Tempera
turunterschied des Totbereichs wird
ausgehend von mehreren Überlegungen festgelegt: wenn er
sehr klein ist, so schaltet der Ofen relativ schnell ein
und aus, wenn die Raumtemperatur nahe dem Einstellwert
liegt, wodurch Ventile und ähnliche Elemente einer er
höhten Abnutzung unterliegen und sich ein verringerter
Wärmewirkungsgrad wegen der zur wiederholten Aufheizung
des Ofens und der Kühlkanäle erforderlichen Energie er
gibt. Ferner wird durch schnelle Änderungen der Luftbe
wegungen ein lästiger Geräuschpegel erzeugt. Ein größerer
Totbereich führt zu einem höheren Wärmewirkungsgrad und
geringerer Abnutzung sowie geringerer Geräuschbelästigung,
jedoch bemerkt der Bewohner eines derart gesteuerten Raums
Temperaturänderungen über etwa 1,5° C, wodurch der maxi
malen Breite des Totbereichs praktische Grenzen gesetzt
werden.
In der Praxis ist der Totbereich etwas schmaler als 1,5° C,
da bei Öffnen der Thermostatkontakte und Abschalten des
Brenners der Ofen die Raumtemperatur noch kurzzeitig er
höht, wenn das Gebläse zuvor erhitzte Luft in den Raum
befördert. Dadurch ergibt sich ein "thermisches Über
schießen", bei dem die Raumtemperatur eine gewisse Zeit
nach Abschalten des Brenners ein Maximum erreicht und
die maximale Temperaturerhöhung in dem thermostatisch ge
steuerten Raum etwas höher als das Temperaturdifferential
des Totbereichs der Thermostaten ist. Der Grad, mit dem
dieses Überschießen auftritt, ändert sich abhängig von
den thermischen Verlusten des zu heizenden Raumes nach
außen. Im Winter kann er sehr gering sein, und im Frühling,
wenn eine relativ kleine Temperaturdifferenz zwischen
dem geheizten Innenraum und dem Äußeren herrscht, ist er
wesentlich größer, da die in dem Ofen und den Leitungen
vorhandene erhitzte Luft bei Abschalten des Brenners
einen größeren Temperaturanstieg im Raum verursacht. Das
thermische Überschießen ändert sich ferner abhängig von
der Gebäudekonstruktion. Ein Gebäude mit gemauerten Wän
den muß länger als ein Holzfachwerkhaus geheizt werden,
um eine vorbestimmte Temperaturänderung hervorzurufen.
Die Einstellung des Totbereichs ist somit notwendiger
weise ein Kompromiß, der bei warmem Wetter zu einer un
zweckmäßig großen Temperaturüberhöhung und bei kaltem
Wetter zu einer unnötig kurzen Temperaturänderung führt.
Ein ähnlicher Kompromiß muß bei der Einstellung des unteren
Temperaturgrenzwertes des Totbereichs in Kauf genommen
werden. Die Raumtemperatur fällt für eine gewisse Zeit
weiter ab, nachdem der normale Thermostat die Tempera
tureinstellung der Untergrenze des Totbereichs erkennt
und den Ofenbrenner abschaltet. Diese Verzögerung ist
darauf zurückzuführen, daß das Ofengehäuse eine gewisse
Zeit zur Aufheizung auf eine solche Temperatur benötigt,
bei der das Gebläse eingeschaltet wird. Bei kaltem, windigem
Wetter ist dieses "Unterschießen"größer als bei warmem
windstillem Wetter, wenn nur geringe Wärmeverluste auf
treten.
Ähnliche Kompromisse müssen auch hinsichtlich der Zeitver
zögerung der Einschaltung des Ofenbrenners und der Zeit
hingenommen werden, bei der das Gebläse eingeschaltet
wird. Diese Verzögerung ist günstig, um das Einblasen
kalter Luft in den geheizten Raum zu verhindern. Die
optimale Verzögerungszeit ändert sich jedoch abhängig
von der Umgebungstemperatur des Ofens und der Heizlei
tungen und ist bei kaltem Wetter länger als bei warmem
Wetter. Ähnlich wird das Ofengebläse für eine vorbestimmte
Zeit nach Abschaltung des Ofenbrenners betrieben, um die
gesamte erhitzte Luft in den Raum zu befördern. Die Zeit
dieser Verzögerung sollte im Idealfall abhängig von der
Umgebungstemperatur des Gebäudes veränderbar sein, um
zu gewährleisten, daß die gesamte Wärme aus dem Ofen ent
nommen wird, bevor das Gebläse abgeschaltet wird, daß
jedoch keine Kaltluft in die geheizten Teile des Gebäudes
befördert wird.
Diese Kompromisse beeinträchtigen den Wärmewirkungsgrad
des Heizsystems. Wenn die Zykluszeit des Brenners für
ein vorgegebenes Gebäude optimal für jeden Zustand der
atmosphärischen Bedingungen einstellbar wäre, so würde
sich eine Verbesserung des Wärmewirkungsgrades des Ofen
systems ergeben.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Thermostateinrichtung
anzugeben, bei der der Totbereich und die Gebläsezeit
verzögerung nicht auf Kompromißwerte eingestellt werden
müssen, so daß eine Verbesserung des Wärmewirkungsgrades
möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der
Unteransprüche.
Eine Thermostateinrichtung nach der Erfindung enthält
eine Anpaßvorrichtung, die Änderungen der Raumtemperatur
infolge verschiedener Manipulationen der Einschaltzeit
und/oder der Abschaltzeit des Ofens und der Gebläse
zeitverzögerungen feststellt und den Ein- und/oder Aus
schaltzyklus des Ofens und der Gebläseverzögerungen an
passend einstellt, so daß dadurch der Wärmewirkungsgrad
des Ofens bei den jeweils aktuellen Umgebungsbedingungen
optimiert wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das im folgenden
auch noch eingehend beschrieben wird, steuert anpassend
bzw. adaptiv die Zeit, während der Ofen eingeschaltet
ist, nachdem die Umgebungstemperatur der Thermostatein
richtung auf den unteren Wert des Totbereichs abgefallen
ist. Die Einrichtung enthält einen Zähler, der auf einen
vorbestimmten Wert eingestellt ist, und einen Taktgenera
tor. Wenn die Thermostateinrichtung den Ofen zur Einschal
tung des Brenners ansteuert, werden die Ausgangssignale
des Taktgenerators gezählt, bis der vorbestimmte Wert er
reicht ist, bei dem dann der Brenner abgeschaltet wird. Die
gemessene Umgebungstemperatur während des Heizzyklus und
des folgenden Zyklus, bei dem der Brenner abgeschaltet
ist, wird überwacht, und wenn eine Temperatur gleich dem
oberen Grenzwert des Totbereichs erreicht ist, wird der
Einstellwert des Zählers um eine Einheit verringert. Wenn
der obere Grenzwert des Totbereichs während dieser Zeit
nicht erreicht wird, so wird der Zählerstand um eine Ein
heit erhöht. Die in dem Zähler gespeicherte Zahl, die der
Länge des Heizzyklus entspricht, welcher immer dann auf
tritt, wenn die Raumtemperatur auf den unteren Grenz
wert des Totbereichs abfällt, wird somit adaptiv gesteuert
und folgt der Geschwindigkeit, mit der der Ofen das Ge
bäude aufheizt. Diese ist wiederum umgekehrt proportional
der Geschwindigkeit des Wärmeaustauschs zwischen dem Ge
bäude und dem Außenraum. Bei kaltem Wetter wird der
Speicherwert und die Zeit des Heizzyklus adaptiv ver
kleinert, so daß das System unabhängig von den Umgebungs
bedingungen etwa bis zum Maximum des Totbereichs über
schießt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfin
dung wird die Länge der Zeit, für die der Ofen abgeschal
tet ist, in ähnlicher Weise mit einem Zähler adaptiv ge
steuert, um ein "thermisches Unterschießen", d. h. den
Abfall der Temperatur im Gebäude, der nach Einschaltung
des Ofens auftritt, zu kompensieren. Diese doppelte Steue
rung führt zu einer sehr genauen Einstellung des Totbe
reichs unabhängig von der Umgebungstemperatur.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind ähn
liche adaptiv arbeitende Zähler vorgesehen, die die Ver
zögerung der Einschaltung des Ofengebläses steuern, nach
dem der Brenner eingeschaltet ist, sowie die Periode, in
der das Gebläse weiter arbeitet, nachdem der Brenner ab
geschaltet ist. Bei dieser Ausbildung erfolgt die Bestimmung,
ob die Zählerstände erhöht oder verringert werden sollen,
auf der Grundlage einer Analyse der Temperaturänderungen
am Thermostat.
Das Register, welches die Verzögerung zwischen dem Zeit
punkt, zu dem der Brenner eingeschaltet wird, und dem
Zeitpunkt, zu dem das Gebläse eingeschaltet wird, zeit
lich steuert, wird durch einen Vergleich der Temperaturen
am Thermostat kurz vor der Einschaltung des Gebläses und
eine kurze Zeit nach diesem Vorgang gesteuert. Wenn die
Einschaltung des Gebläses zu einer Absenkung der Raum
temperatur führt, wird der Registerinhalt erhöht, um die
Verzögerungszeit zu verlängern. Wenn ein Temperaturan
stieg auftritt, sobald das Gebläse eingeschaltet ist,
so ist die Verzögerungszeit zu lang, und der Registerinhalt
wird verringert. Ähnlich wird das Register, welches die
Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Brenner
abgeschaltet wird, und dem späteren Zeitpunkt, zu dem das
Gebläse abgeschaltet wird, steuert, abhängig von der Analyse
der Temperaturen während der Verzögerungsperiode
gesteuert. Wenn die Temperatur während der vollen Verzöge
rungsperiode weiter ansteigt, so wird der Inhalt des Ver
zögerungsregisters erhöht, um die Einschaltzeit des Ge
bläses zu verlängern. Dies erzeugt eine Verzögerung in
Anpassung an die maximale Überschießperiode und optimiert
somit den thermischen Wirkungsgrad, der der Verzögerung
zugeordnet ist.
Das Steuersystem der Thermostateinrichtung kann ein Ven
til in einem Heißwassersystem oder einen Schieber in
einem Zonensteuersystem sowie direkt den Ofen steuern.
Wenn im folgenden der Begriff "Ofen" oder "Heizvorrich
tung" verwendet wird, so soll dieser Begriff auch derar
tige Strömungssteuervorrichtungen sowie Primärheizgeräte
oder Kühlgeräte selbst umfassen.
Die mit einer Thermostateinrichtung nach der Erfindung
durchgeführten Steuerfunktionen sind sehr kompliziert,
erfordern jedoch nur wenig oder keinen zusätzlichen
Schaltungsaufwand gegenüber den üblichen elektronischen
Thermostateinrichtungen, wie sie beispielsweise durch die
US-Patentschriften 41 72 555 und 42 06 872 bekannt sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden
anhand der Figuren beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines ersten Aus
führungsbeispiels, das die Ofenbrenn
zeit zur Verhinderung eines Überschießens
adaptiv steuert,
Fig. 2 eine grafische Darstellung der Tempe
raturänderung innerhalb eines Ge
bäudes bei Verwendung einer Thermostat
einrichtung nach Fig. 1, und
Fig. 3 eine Blockdarstellung eines zweiten
Auführungsbeispiels, das die Periode
zwischen den Brennerzyklen, die Ge
bläseverzögerung nach Einschaltung
des Brenners und die Periode des Weiter
laufs des Gebläses nach Brennerzyklus
ende sowie die Brennerzykluszeit adaptiv
steuert.
Fig. 1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das eine elektronische Thermostateinrich
tung 10 ist, die mit einem Ofen 12 verbunden ist und den
Ofenbrenner für eine vorbestimmte Zeit immer dann einschal
tet, wenn die Umgebungstemperatur der Thermostateinrich
tung unter den vorbestimmten Einstellwert abfällt. Ferner
steuert sie adaptiv die Brennerzeit zur Erzeugung eines
vorbestimmten Anstiegs der Umgebungstemperatur während
der Brennzeit in der Größenordnung von 1 bis 1,6° C.
Die Thermostateinrichtung 10 entspricht vorzugsweise all
gemein der Einrichtung nach dem US-Patent 41 72 555 und
arbeitet daher mit einem Mikroprozessor. Die Thermostat
einrichtung 10 ist in einem mit dem Ofen 12 geheizten
Gebäude angeordnet. Sie enthält einen
Sensor 14, der ein analoges elektrisches Signal entsprechend
der Augenblickstemperatur in ihrer Umgebung erzeugt. Dieses
Signal wird einer Umgebungstemperaturschaltung 16 zuge
ordnet, die ein digitales Signal T a abgibt, das der
Umgebungstemperatur proportional ist. Dieses Signal wird
einem digitalen Vergleicher 18 zugeführt. Die Thermostat
einrichtung enthält ferner eine Vorrichtung 20 zur Er
zeugung einer gewünschten Einstelltemperatur T s . Diese
Einstelltemperatur kann manuell wie bei den üblichen me
chanischen Thermostaten eingestellt oder von einem ge
speicherten Programm gewünschter Temperaturwerte inner
halb eines sich wiederholenden Zeitzyklus abgeleitet
werden, wie es beispielsweise in der US-Patentschrift
41 72 555 beschrieben ist. Die Einstelltemperatur wird
einem Totbereichsgenerator 22 zugeführt, der ein und
denselben Wert von der Einstelltemperatur subtrahiert
und ihn zu ihr addiert, um zwei Signale T s +Δ T und
T s - Δ T abzuleiten, die dem Vergleicher 18 zugeführt
werden. Der Wert des Totbereichs kann durch einen Ein
steller 24 bestimmt werden, der manuell oder programm
gesteuert einstellbar ist. Der Totbereich wird üblicher
weise auf ca. 1,5° C eingestellt. Ist ein Gebäude je
doch unbewohnt, so daß der physikalische Nachteil, der
mit einer größeren Temperaturänderung verbunden ist, ohne
Einfluß bleibt, so kann auch ein wesentlich größerer Tot
bereich mit der damit verbundenen Zunahme des thermischen
Wirkungsgrades vorgesehen werden.
Nimmt man an, daß die Einstelltemperatur 21° C und der
Totbereich auf 1° C eingestellt ist, so können die beiden
dem Vergleicher 18 von dem Totbereichsgenerator 22 zuge
führten Signale 20° C und 22° C entsprechen. Das System
arbeitet so, daß der Ofenbrenner eingeschaltet wird, wenn
die Umgebungstemperatur auf 20° C abfällt. Der Brenner
wird für eine vorbestimmte Zeit eingeschaltet, die adaptiv
so eingestellt wird, daß die Raumtemperatur auf 22° C
gebracht wird.
Der Vergleicher 18 gibt ein Ausgangssignal auf einer
Leitung 26 ab, das dem Setzeingang einer bistabilen
Schaltung 28 zugeführt wird, wenn die Umgebungstemperatur
kleiner oder gleich dem unteren Grenzwert des Totbereichs
ist. Die bistabile Schaltung 28 ist ein Teil einer Adap
tivschaltung 29, die in Fig. 1 gestrichelt eingerahmt
ist. Der Vergleicher 18 liefert ferner ein Ausgangssignal
auf einer Leitung 27 an den Setzeingang einer bistabilen
Schaltung 50, wenn die Umgebungstemperatur größer oder
gleich der oberen Grenztemperatur des Totbereichs ist.
Das Signal auf der Leitung 26 setzt die bistabile Schal
tung 28, und diese gibt ein Ausgangssignal an ein Relais
32 ab, welches innerhalb der Thermostateinrichtung die
Thermostatkontakte schließt. Diese sind über Leitungen
34 und 36 mit einem Elektromagnetventil 38 verbunden, das
im Ofen 12 angeordnet und mit der Sekundärwicklung eines
Transformators 40 in Reihe geschaltet ist, welcher den
Speisestrom für den Elektromagneten liefert. Gemäß ande
ren Ausführungsmöglichkeiten kann das Ausgangssignal
am Setzausgang der bistabilen Schaltung 28 auch ein Elek
tromagnetventil in einem Flüssigkeitsheizsystem, einen
Steuerschieber, eine Wärmepumpe oder eine ähnliche Ein
richtung steuern.
Das Setzen der bistabilen Schaltung 28 führt auch zur
Eingabe einer in einem Aufwärts-Abwärtszähler 42 enthaltenen
Digitalzahl in einen Abwärtszähler 44 über ein Und-Glied
46. Der Setzausgang der bistabilen Schaltung 28 ist fer
ner mit einem Und-Glied 48 verbunden, welches an seinem
zweiten Eingang Taktimpulse erhält. Diese Impulse können
in Intervallen von 30 Sek., 1 Minute usw. je nach Wunsch
auftreten. Während die bistabile Schaltung 28 gesetzt
ist, werden also diese Taktimpulse dem Abwärtszähler 44
zugeführt, so daß dessen Zählerstand verringert wird.
Wenn er den Zählerstand Null erreicht hat, wird ein Aus
gangssignal auf den Rücksetzeingang der bistabilen Schaltung
28 gegeben, wodurch deren Signal am Relais 32 verschwin
det und der Brennerelektromagnet abgeschaltet wird. Auf
diese Weise wird der Ofenbrenner für eine Zeit eingeschal
tet, die von dem Zählerstand des Zählers 42 zu Beginn
eines Brennerzyklus abhängt.
Immer dann, wenn der Vergleicher 18 auf der Leitung 27
ein Signal abgibt, welches anzeigt, daß die Umgebungs
temperatur die obere Grenze des Totbereichs erreicht hat,
wird die bistabile Schaltung 50 gesetzt und liefert ein
Ausgangssignal an den Zähler 42, wodurch dessen Zähler
stand um eine Einheit verringert wird. Der Zähler 42 kann
in ähnlicher Weise durch ein Signal des Und-Gliedes 52
hochgezählt werden, welches durch den Rücksetzausgang
der bistabilen Schaltung 50 und den Setzausgang der bi
stabilen Schaltung 28 aufgesteuert wird. Ist also die
bistabile Schaltung 50 noch in ihrem rückgesetzten Zu
stand bei Einleitung des nächsten Brennerzyklus durch
das Setzen der bistabilen Schaltung 28, so wird der
Zählerstand um eine Einheit erhöht. Eine Einheit kann
eine Zeiteinheit von 30 Sek., 1 Minute o. ä. repräsen
tieren. Die bistabile Schaltung 50 wird durch ein Aus
gangssignal eines Und-Gliedes 30 rückgesetzt, welches
durch den Setzausgang der bistabilen Schaltung 28 und
den Setzausgang der bistabilen Schaltung 50 aufgesteuert
wird. Das Ausgangssignal des Und-Gliedes 30 wird um eine
Taktzeit mit der Verzögerungsschaltung 31 verzögert. Diese
Verzögerung verhindert, daß der Zähler 50 unbeabsichtigt
lediglich dadurch erhöht wird, daß die bistabile Schal
tung 28 gesetzt ist. Auf diese Weise wird der Zähler
stand des Zählers 42 jeweils einmal in jedem Brenner
zyklus geändert, und zwar in einer solchen Richtung,
daß er um eine Brennerzykluslänge pendelt, die bewirkt,
daß die Umgebungstemperatur den oberen Grenzwert des Tot
bereichs T s + Δ T am Ende des Brennerzyklus erreicht.
Die Heizkurve, die sich in dem thermostatisch geheizten
Raum mit einer Thermostateinrichtung nach Fig. 1 ergibt,
ist in Fig. 2 gezeigt. Die durchgezogene Linie A zeigt
den Betrieb eines Ofens, der durch einen Thermostaten
üblicher Art gesteuert wird, wobei der Brenner einge
schaltet wird, wenn die Raumtemperatur auf den unteren
Wert des Totbereichs abfällt, und abgeschaltet wird, wenn
die Raumtemperatur den oberen Wert des Totbereichs erreicht.
Das Gebläse wird eine vorbestimmte Zeit nach der Ein- und
Ausschaltung des Brenners ein- bzw. ausgeschaltet. Hier
bei tritt natürlich ein thermisches Überschießen auf, das
bei 60 gezeigt ist, da der Ofen jeweils eine Restwärme
hat. Der Grad des Überschießens hängt von dem Wärmeverlust
des Gebäudes zur Außenseite hin ab, jedoch zeigt das
Überschießvolumen die Belästigung der Haus
bewohner infolge der merklichen Temperaturänderungen sowie
den überflüssigen Heizaufwand, der den Wirkungsgrad des
Systems verringert. Die gestrichelte Linie B zeigt die
Heizkurve, die sich bei Verwendung einer Thermostatein
richtung nach Fig. 1 ergibt, bei der die Einschaltzeit
des Brenners adaptiv so gesteuert wird, daß die Raum
temperatur eine Spitze erreicht, die mit dem oberen Grenz
wert des Totbereichs zusammenfällt. Der Brenner wird
abgeschaltet, bevor diese Maximaltemperatur erreicht ist.
Das durch die Restwärme des Ofens erzeugte Überschießen
bringt die Raumtemperatur gerade bis zum oberen Grenzwert
des Totbereichs.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Thermostateinrichtung tritt
ein thermisches Unterschießen dadurch auf, daß das Gebäude
sich nach Einschaltung des Brenners am unteren Grenz
wert des Totbereichs weiter abkühlt. Der durch diese Ver
größerung des Totbereichs hervorgerufene
Nachteil und die durch die erneute Aufheizung des Raums
verursachte Wirkungsgradverringerung werden durch eine
Einrichtung nach Fig. 3 korrigiert, die eine zeitliche
Steuerung der Auszeit des Brenners in adaptiver Weise
bewirkt.
Die in Fig. 3 gezeigte Thermostateinrichtung steuert
ferner adaptiv die Zeitverzögerung zwischen der Zündung
des Brenners und der Einschaltung des Gebläses am Beginn
des Brennzyklus sowie die Auszeit eines Gebläses nach
Löschen des Brenners am Ende eines Brennzyklus.
Die in Fig. 3 gezeigte Einrichtung enthält viele Kompo
nenten der Einrichtung nach Fig. 1, für die gleichartige
Bezugszeichen verwendet sind.
Es sind zwei Temperaturregister 70 und 72 vorgesehen. Das
Register 70 erhält das Umgebungstemperatursignal, welches
von der Umgebungstemperaturschaltung 16 einmal während
jedes Taktzyklus abgegeben wird. Dieses Signal wird über
ein Und-Glied 74 geleitet. Beim nächsten Taktzyklus
wird der Inhalt des Temperaturregisters 70 in das zweite
Temperaturregister 72 über ein Und-Glied 76 eingegeben.
Der Inhalt des Temperaturregisters 72 ist zu jedem Zeit
punkt mit T n+1 zu bezeichnen. Die Ausgangssignale der bei
den Temperaturregister 70 und 72 werden kontinuierlich
einem Vergleicher 78 zugeführt, der ein Ausgangssignal
auf einer Leitung 80 abgibt, wenn T n < T n+1 ist, und
ein Ausgangssignal auf einer Leitung 82 abgibt, wenn
T n < T n+1 ist.
Die adaptive Überschießsteuerung 29 der in Fig. 3 ge
zeigten Einrichtung ist identisch mit der Einheit 29
nach Fig. 1 bis auf den Unterschied, daß sie ihr Lade
signal empfängt, wenn eine adaptive Unterschießsteuerung 84
ein Leersignal abgibt. Diese Unterschießsteuerung 84 ist
gleichartig wie die Überschießsteuerung 29 aufgebaut.
Sie erhält ihr Ladesignal von einem Und-Glied 86, wenn
die Einstelltemperatur T s gleich der Umgebungstemperatur
ist und die Umgebungstemperatur abfällt, was durch ein
Signal auf der Leitung 82 angezeigt wird und zeigt, daß
T n < T n+1 ist. Die Unterschießsteuerung enthält einen
vorbestimmten Zähler, dessen Zählerstand bei jedem Lade
zyklus erhöht wird, wenn nicht die Umgebungstemperatur
den Wert T s - Δ T während dieser Zählzeit erreicht. Wird
diese Temperatur erreicht, so gibt die Unterschießsteue
rung ein Signal an die Überschießsteuerung 29 ab, die
dann ihren Zählvorgang beginnt. Die Zahl in der Über
schießsteuerung 29 wird um eine Einheit bei jedem Lade
zyklus erhöht, wenn nicht die Umgebungstemperatur den
Wert T s + Δ T erreicht. Wird dieser Wert erreicht, so
wird der Zähler in der Überschießsteuerung 29 abwärts
gezählt.
Das Ausgangssignal der Überschießsteuerung 29, welches
anzeigt, daß diese Schaltung sich im Zählzustand be
findet, wird dem Ofenbrenner und einer adaptiven Gebläse-
Frühsteuerung 88 zugeführt und wirkt als ein Ladesignal,
so daß die Frühsteuerung 88 einen Zählvorgang beginnt.
Der gespeicherte Zählerstand in der Steuerung 88 wird
jeweils einmal während eines jeden Ladezyklus um eine
Einheit verringert, wenn nicht die Raumtemperatur abzu
fallen beginnt, was durch ein Ausgangssignal des Ver
gleichers 18 entsprechend T n < T n+1 angezeigt wird. In
diesem Falle wird der Zählerstand in der Früh-Steuerung 88
um eine Einheit erhöht. Wenn diese Steuerung den Zähler
stand Null erreicht, so gibt sie ein Signal an ein Und-
Glied 90 ab. Dieses wird ferner durch das Leersignal
der Überschießsteuerung 29 angesteuert. Das Ausgangssignal
des Und-Gliedes 90 wird einem Oder-Glied 92 zugeführt,
welches ein Signal an das Gebläse abgibt. Dieses Steuer
signal kann mit einem thermostatischen Signal summiert
werden, welches durch die Thermostatsteuerung in dem Ge
bläsegehäuse (nicht dargestellt) erzeugt wird und den
Gebläsebetrieb einleitet, wenn die Gehäusetemperatur
einen voreingestellen Wert überschreitet.
Das adaptive Gebläse-Spätsignal wirkt somit als eine
adaptive Zeitverzögerung, die die Einleitung des Gebläse
betriebs für eine Zeit nach Einschaltung des Brenners ver
hindert, die adaptiv so eingestellt ist, daß das Gebläse
seinen Betrieb beginnt, sobald es den zu heizenden Raum
heizt. Wenn dieser Betrieb zu früh beginnt, so daß es
den Raum kühlen würde, so wird die Verzögerungszeit adap
tiv verkürzt.
Ein Leersignal von der adaptiven Überschießsteuerung 29
wirkt als Ladesignal für eine adaptive Gebläse-Spät
steuerung 94, die gleichartig wie die adaptiven Schal
tungen 29, 84 und 88 aufgebaut ist. Der Zählerstand in
der Spätsteuerung 94 wird bei jedem Ladezyklus erhöht,
wenn nicht die Raumtemperatur während der Zählzeit an
zusteigen beginnt, was durch ein Signal auf der Leitung
80 am Ausgang des Vergleichers 78 angezeigt wird. Dies
bewirkt eine Verringerung des Zählerstandes in der Spät
steuerung 94 um eine Einheit. Das Ausgangssignal der
Spätsteuerung 94 wird dem Oder-Glied 92 zugeführt und
bewirkt die Einschaltung des Gebläses für eine Zeit nach
Abschaltung des Brenners, die adaptiv so eingestellt ist,
daß die Raumtemperatur nicht durch den Betrieb des Ge
bläses wieder abfällt.
Die Einrichtung nach Fig. 3 ermöglicht also eine adaptive
Steuerung der Ofenbrennzeit und der Zeit zwischen auf
einanderfolgenden Brennzeiten, um die Raumtemperatur
innerhalb der Grenzwerte des Totbereichs zu halten.
Claims (7)
1. Thermostateinrichtung zum Steuern des Betriebs
eines eine Temperatur beeinflussenden Verbrau
chers, mit einem Temperatursensor zum Erzeugen
eines digitalen, eine Ist-Temperatur angebenden
Signals, mit einer Einstellvorrichtung zum Erzeu
gen eines digitalen, eine Soll-Temperatur angeben
den Signals, mit einem durch diese Signale
angesteuerten Vergleicher und mit einer abhängig
von den Vergleichsergebnissen betätigbaren adap
tiven Überschießsteuerung zum Schalten des Ver
brauchers, dadurch gekennzeichnet, daß der Ver
gleicher (18) ein erstes bzw. zweites Vergleichs
signal erzeugt, wenn sich die Ist-Temperatur von
der Soll-Temperatur um mehr als eine vorbestimmte
Temperaturdifferenz entgegen bzw. in der Wirkrich
tung des Verbrauchers (12) unterscheidet, und daß
die Überschießsteuerung (29) den Verbraucher (12)
bei Empfang des ersten Vergleichssignals einschal
tet und anschließend bei Ablauf einer einstellbaren
Überschießzeit ausschaltet, die bei Ausbleiben
bzw. Auftreten des zweiten Vergleichssignals bis
zum nächsten Einschalten des Verbrauchers ver
längert bzw. verkürzt wird.
2. Thermostateinrichtung nach Anspruch 1 für einen
Ofen, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher
(18) das erste bzw. zweite Vergleichssignal ab
gibt, wenn die Ist-Temperatur um mehr als die vor
bestimmte Temperaturdifferenz kleiner bzw. größer
als die Soll-Temperatur ist.
3. Thermostateinrichtung nach Anspruch 1 für eine
Klimaanlage, dadurch gekennzeichnet, daß der Ver
gleicher (18) das erste bzw. zweite Vergleichs
signal abgibt, wenn die Ist-Temperatur um mehr als
die vorbestimmte Temperaturdifferenz größer bzw.
kleiner als die Soll-Temperatur ist.
4. Thermostateinrichtung nach einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Totbereichsgenerator (22) zum Einstellen der vor
bestimmten Temperaturdifferenz mit der Einstell
vorrichtung (20) und dem Vergleicher (18) verbun
den ist.
5. Thermostateinrichtung nach einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Überschießsteuerung (29) die Überschießzeit immer
dann um eine vorbestimmte Zeit verkürzt, wenn das
zweite Vergleichssignal nach seinem ersten Auftre
ten jeweils um diese Zeit weiterbesteht.
6. Thermostateinrichtung nach einem der vorhergehen
den Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zweiten,
mit dem Temperatursensor (14) verbundenen Ver
gleicher (78) zum Vergleich der zu einem vor
bestimmten zurückliegenden Zeitpunkt gemessenen
Ist-Temperatur und zum Erzeugen eines Anstiegs-
bzw. Abfalltemperatursignals, wenn die Ist-Tem
peratur höher bzw. niedriger als die gemessene
Temperatur ist, und durch eine mit dem ersten
Vergleicher (18) verbundene adaptive Unterschieß
steuerung (84) mit einstellbarer Unterschießzeit
zum Schalten der adaptiven Überschießsteuerung
(29) bei Ablauf der Unterschießzeit, nachdem die
Ist-Temperatur mit der Soll-Temperatur überein
stimmt und das Abfalltemperatursignal auftritt,
wobei die Unterschießzeit verlängert bzw. verkürzt
wird, wenn das erste Vergleichssignal vor ihrem
Ablauf fehlt bzw. vor ihrem nächsten Ablauf auf
tritt.
7. Thermostateinrichtung nach Anspruch 6 für einen
Wärmeerzeuger, der eine Wärmezirkulationseinrich
tung speist, gekennzeichnet durch eine mit dem
zweiten Vergleicher (78) verbundene adaptive Früh
steuerung (88) mit einstellbarer Frühzirkula
tionszeit, die die Wärmezirkulationseinrichtung
bei Ablauf der Frühzirkulationszeit nach Einschal
ten des Verbrauchers durch die adaptive Über
schießsteuerung (29) einschaltet und die Frühzir
kulationszeit verlängert bzw. verkürzt, wenn das
Abfalltemperatursignal vor Ablauf der Frühzirku
lationszeit auftritt bzw. fehlt, und durch eine
mit dem zweiten Vergleicher (78) und der adaptiven
Überschießsteuerung (29) verbundene adaptive
Spätsteuerung (94) mit einstellbarer Spätzirkula
tionszeit, die die Wärmezirkulationseinrichtung
bei Ablauf der Spätzirkulationszeit nach Abschal
ten des Verbrauchers durch die adaptive Über
schießsteuerung (29) abschaltet und die Spät
zirkulationszeit verlängert bzw. verkürzt, wenn
das Anstiegstemperatursignal vor Ablauf der Spät
zirkulationszeit fehlt bzw. auftritt.
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