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Regelvorrichtung für die Zufuhrleitung von fließfähigen
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Medien Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für die Zufuhrleitung
von fließfähigen Medien, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Regelvorrichtungen für die Zufuhrleitung von fließflähigen Medien,
insbesondere für den Wasserzulauf von Wasch- und Spülmaschinen mit einem nässeempfindlichen
Sensor sind vielfach bekannt. So ist beispielsweise aus der DE-OS 29 23 536 ein
Alarm- und Steuergerät für austretende leitende Flüssigkeiten mit akustischer Signalgabe
und gleichzeitiger Schließung eines zugehörigen Magnetventiles in der Zufuhrleitung
beispielsweise einer Wasch- oder Geschirrspülmaschine bekannt. Nach dem in der DE-OS
29 23 536 offenbarten Prinzip arbeiten die meisten bekannten Alarm- und Steuergeräte,
d.h., daß beispielsweise durch einen undichten Schlauch austretende Flüssigkeit,
für gewöhnlich Wasser, von einem geeigneten Sensor
erkannt wird,
wobei für gewöhnlich eine resistive Messung vorgenommen wird, da sich der Widerstandswert
des Nässesensors durch die mehr oder weniger leitfähige ausgetretene Flüssigkeit
verändert. Der Widerstandswert des Nässesensors wird von einer Überwachungselektronik
laufend überprüft und im Falle des Erreichens eines kritischen Wertes veranlaßt
die Überwachungselektronik über eine geeignete Treiberschaltung die Schließung eines
elektrisch gesteuerten Magnetventiles, das in der Zufuhrleitung des zu überwachenden
Gerätes angeordnet ist. Ein Schließen des Magnetventiles hat zur Folge, daß dem
defekten Gerät bzw. der defekten Zufuhrleitung keine weitere Flüssigkeit zugeführt
wird, so daß die austretende Flüssigkeitsmenge auf ein relativ unschädliches Quantum
verringert wird.
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Derartige Alarm- und Steuergeräte weisen jedoch verschiedene Nachteile
auf: Die verwendeten Magnetventile sind bei eingeschaltetem Steuergerät und dem
Sensorzustand "trocken" stets geöffnet.
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Dies hat zur Folge, daß auch bei ausgeschalteter Wasch-oder Geschirrspülmaschine
die Zufuhrleitung stets unter Druck steht, so daß die Gefahr von eventuellen Undichtigkeiten
oder Schlauchbrüchen erheblich vergrößert ist. Um dieses Risiko auszuschalten, ist
man gezwungen, entweder das Alarm- und Steuergerät nach jedem Wasch- oder Spülvorgang
abzuschalten, so daß auch das Magnetventil schließt und die Zufuhrleitung drucklos
wird, oder es ist notwendig, vor oder hinter dem Magnetventil einen zusätzlichen
Absperrhahn vorzusehen, der dann vor der Inbetriebnahme des Verbrauchers (Wasch-
oder Spülmaschine) geöffnet werden muß und nach der Benutzung des Verbrauchers wieder
geschlossen werden muß. In einigen Fällen, insbesondere dann wenn der Verbraucher
frei zugänglich aufgestellt ist, stellen das Ein- und Ausschalten des Alarmgerätes
bzw. das Auf- und Zudrehen des Absperrhahnes keine übermäßigen Nachteile dar, bei
zum Beispiel Einbauküchen jedoch sind sowohl das Alarmgerät als auch die Wasseranschlüsse
meist derart umbaut, daß die ständige Manipulation entweder am Alarmgerät oder
an
dem Absperrhahn im Laufe der Zeit eine Belastung darstellt, so daß die meisten Benutzer
eines derartigen Alarmgerätes in Einbauküchen das Alarmgerät stets eingeschaltet
lassen und auch darauf verzichten, den Absperrhahn zu schließen, so daß sich die
bereits oben erwähnte Gefahr eines erhöhten Leckagerisikos ergibt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Regelvorrichtung
für die Zufuhrleitung von fließfähigen Medien, insbesondere für den Wasserzulauf
an Wasch- und Spülmaschinen zu schaffen, bei welcher das Leckagerisiko auch bei
nicht abgeschaltetem Verbraucher reduziert werden kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruches 1.
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Dadurch, daß eine Lasterfassungsschaltung vorgesehen ist, welche von
der elektrischen Belastung des Verbrauchers abhängige Signale an die eigentliche
Regelschaltung liefert, wird erreicht, daß bei abgestelltem Verbraucher auch das
Absperr-Magnetventil geschlossen ist und beim Beginn des Programmablaufsdes Verbrauchers,
vorausgesetzt die Sensorelektronik erkennt, daß keine Nässe vorhanden ist, das Magnetventil
geöffnet wird. Beim Auftreten von Nässe gibt die Sensorelektronik an die Regelvorrichtung
ein entsprechendes Signal, so daß das Magnetventil geschlossen wird.
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Beim Ende eines Programmablaufes, d.h. wenn nurmehr ein Strom zu dem
Verbraucher fließt, der von der Lasterfassungsschaltung nicht mehr erreicht werden
soll, z.B. der Strom zur Versorgung der Verbrauchersteuerelektronik, veranlaßt die
Regelvorrichtung das Schließen des Magnetventiles.
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Somit ist sichergestellt, daß einerseits bei Programmende des Verbrauchers
auch das Magnetventil geschlossen ist und die Zufuhrleitung nicht unter Druck steht,
so daß das umständliche Schließen eines zusätzlichen Absperrhahnes am Programmende
oder nach dem Abschalten des Verbrauchers ent-
fällt und andererseits
die Regelvorrichtung mit der Sensorelektronik ständig eingeschaltet bleiben kann,
so daß die normale Alarmfunktion bei austretendem Wasser, beispielsweise von einem
anderen Verbraucher, beibehalten wird.
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Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
zum Inhalt.
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Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist der, daß beim
Auftreten von Nässe, die von dem Sensor und der Sensorelektronik erkannt wird, zwar
sofort das Magnetventil in der Zufuhrleitung geschlossen wird, der Verbraucher jedoch
nicht sofort abgeschaltet wird, sondern beispielsweise noch zwanzig Minuten eingeschaltet
bleibt und ihm somit die Möglichkeit gegebenen wird, das sich noch im Verbrauchersystem
befindliche Wasser selbsttätig abzupumpen. Erst nach einer einstellbaren Zeitspanne,
wie beispielsweise zwanzig Minuten, wird auch der Verbraucher abgeschaltet.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß
die pegelvorrichtung und die Lasterfassungsschaltung über einen Optokoppler miteinander
verbunden sind, was einerseits eine sichere galvanische Trennung und andererseits
eine hohe Betriebssicherheit zur Folge hat.
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Da die Lasterfassungsschaltung mit einem Shunt-Widerstand ausgerüstet
ist, ergibt sich der Vorteil, daß Verbraucherlastströme bis zu 16 A/220 V erfaßt
werden, so daß die Lasterfassungsschaltung und somit die gesamte Regelvorrichtung
extrem kurzschlußsicher ist.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen,
daß die Regelvorrichtung nach einem etwaigen Netzausfall nicht reaktiviert werden
muß, sondern selbständig wieder in den ordnungsgemäßen Arbeitszustand übergeht.
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Schließlich ist es noch ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß
sie einfach und sicher zu installieren ist, da der zu überwachende Verbraucher lediglich
an einen Zwischenstecker angeschlossen werden muß, mit dem einerseits die Regelvorrichtung
mit der erforderlichen Betriebsspannung versorgt wird und andererseits der Verbraucher
von der Regelvorrichtung ein- und ausgeschaltet werden kann.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von einer Ausführungsform anhand
der Zeichnung.
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Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine vorzugsweise Ausführungsform
der Erfindung in elektrischer Schaltbilddarstellung.
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Gemäß der Figur weist eine erfindungsgemäße Regelvorrichtung 2 im
wesentlichen eine Sensorelektronik 4, eine Zeitverzögerungsschaltung 6 und eine
Lasterfassungsschaltung 8 auf. In der Figur sind diese drei Blöcke aus Gründen der
Übersichtlichkeit mit strichlierten Linien eingerahmt.
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Die Sensorelektronik 4 und die Zeitverzögerungsschaltung 6 sind zu
einer Alarmeinheit 10 zusammengefaßt. Sowohl die Alarmeinheit 10 als auch die Lasterfassungsschaltung
8 werden über ein geeignetes Trafoteil 12 mit nachgeschalteten Gleichrichtern 14
und 16 mit der entsprechenden Betriebsspannung versorgt. Den Gleichrichtern 14 und
16 sind Kondensatoren 18, 20, 22 und 24 zur Glättung der von den Gleichrichtern
14 und 16 gelieferten Spannung nachgeschaltet.
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Die Primärseite des Trafoteiles 12 wird über einen Netzschalter 26,
der eine eingebaute Glimmlampe 28 aufweist, mit der Netzspannung versorgt. Die Einspeisung
der Netzspannung in das Trafoteil 12 über den Netzschalter 26 erfolgt mittels eines
Zwischensteckers 30, der an einer Seite einen Schutzkontaktstecker 32 zur Aufnahme
der Netzspannung und auf der gegenüberliegenden Seite eine Schutzkontaktbuchse 34
aufweist, in welche der Netzstecker des zu überwachenden
Verbrauchers
eingesteckt wird.
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An der Sensorelektronik 4 ist über entsprechende Buchsen 36a ein Sensor
36 angeschlossen, der beispielsweise aus zwei im geeigneten Abstand zueinander angeordneten
Metallelektroden besteht. Vorzugsweise sind die Metallelektroden aus einem korrosionsfesten
Material, wie beispielsweise Chrom-Nickel-Stahi, um zu verhindern, daß sich die
Empfindlichkeit des Sensors 36 im Laufe der Zeit durch Oxidation der Elektrodenoberfläche
verändert. Über ein Widerstandsnetzwerk 38 wird ein Referenzpotential erzeugt, das
auf den nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 40 geführt wird.
Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 40 wird mit dem Potential beaufschlagt,
das von einer Elektrode des Sensors 36 erzeugt wird. Der Ausgang des Operationsverstärkers
40 ist einerseits mit seinem invertierenden Eingang über eine Diode 42 verbunden,
welche eine Speicherwirkung erfüllt und wird andererseits auf den Basisanschluß
eines Transistors 44 geführt.
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In der Emitter-Kollektorstrecke des Transistors 44 ist eine beispielsweise
Rotlichtemittierende Leuchtdiode 46 mit einem Vorwiderstand 48 geschaltet. Der Emitteranschluß
des Transistors 44 wird über einen Widerstand 50 auf die Basis eines zweiten Transistors
52 geführt. Der Emitterausgang des Transistors 52 versorgt einerseits den Anodenanschluß
eines Optokopplers 54 und andererseits über einen Kondensator 56 einen integrierten
Schaltkreis 58 in der Zeitverzögerungsschaltung 6. Als integrierter Schaltkreis
58 kann beispielsweise das Timer-IC NE 555 verwendet werden, wie es von der Firma
Texas Instruments hergestellt wird. Bei einer entsprechenden externen Beschaltung
sind auch andere integrierte Schaltkreise denkbar, wie beispielsweise ein Monoflop.
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Die Übertragungsintensität des Optokopplers 54 wird durch einen Widerstand
60 eingestellt, der mit der Leuchtdiode des Optokopplers 54 in der Kollektor/Emitter-Strecke
des
Transistors 52 geschaltet ist. Der Ausgang 11311 des integrierten
Schaltkreises 58 wird über eine Diode 62 an den Steuereingang eines Relais 66 gelegt.
Der Reset-Anschluß 4 des integrierten Schaltkreises 58 wird über eine Diode 64 auf
das Relais 66 geschaltet, so daß verhindert wird, daß der integrierte Schaltkreis
58 eine bistabile Lage einnehmen kann. Des weiteren wird der Emitteranschluß des
Transistors 52 über eine Diode 68 ebenfalls auf den Steueranschluß des Relais 66
geführt. Die externe Beschaltung des integrierten Schaltkreises 58 erfolgt über
ein R/C-Glied 70, mit welchem sich das Zeitverzögerungsverhalten des Schaltkreises
58 einstellen läßt.
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Der Kollektoranschluß des Optokopplers 54 wird von dem Gleichrichter
16 mit einem positiven Spannungspotential beaufschlagt und der Emitteranschluß des
Fototransistors in dem Optokoppler 54 wird auf ein weiteres Relais 72 geführt, mit
welchem sich ein Magnetventil 74 öffnen oder schließen läßt. Das Magnetventil 74
ist, wie schon erwähnt, in der Zufuhrleitung, beispielsweise in dem Wasserzulaufdes
zu überwachenden Verbrauchers angeordnet. Das Schalten des Magnetventiles 74 erfolgt
über Schaltkontakte 72a des Relais 72.
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Am Eingangsanschluß der Lasterfassungsschaltung 8 wird über einen
Shunt-Widerstand 76 ein Spannungsabfall erzeugt, und nachfolgend über eine Verstärkerstufe
80 und einen Komparator 82 verstärkt, wobei die Verstärkerstufe 80 bzw.
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der Komparator 82 im wesentlichen zwei Operationsverstärker 84 und
86 mit der dazugehörigen externen Beschaltung aufweist. Mit einem Trimm-Widerstand
88, der auf den invertierenden Anschluß des Operationsverstärkers 84 geschaltet
ist, läßt sich gegebenenfalls die Empfindlichkeit der Verstärkerstufe den jeweiligen
Betriebsbedingungen anpassen. Zwei Schutzdioden 90 und 92 in Clipperschaltung bilden
einen Überspannungsschutz für die Lasterfassungsschaltung 8 im Kurzschlußfall.
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Der Ausgang des Operationsverstärkers 86 wird über einen Widerstand
94 aùf den Basisanschluß eines Transistors 96 geführt, in dessen Emitter/Kollektor-Strecke
das Relais 72 geschaltet ist.
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Über einen Relais-Kontaktschalter 66a, der von dem Relais 66 betätigt
wird, läßt sich die Spannungsversorgung des zu überwachenden Verbrauchers bei Bedarf
abschalten.
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Zwei Sicherungen 98 und 100 dienen zur elektrischen Absicherung der
gesamten Regelvorrichtung, wobei zu beachten ist, daß insbesondere die Sicherung
100 für die Schaltleistung des Magnetventiles 74 ausgelegt ist.
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Im folgenden soll, weiterhin unter Bezugnahme auf die Zeichnung, die
Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung erläutert werden.
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Nachdem das Magnetventil 74 in die Zufuhrleitung des Verbrauchers,
beispielsweise in den Wasserzulaufschlauch für eine Waschmaschine eingesetzt wurde,
wird der Verbraucher unter Zwischenschaltung des Zwischensteckers 30 mit dem Haushaltsnetz
verbunden. Nachdem der Sensor 36 im Bereich des Verbrauchers möglichst an der tiefsten
Stelle des dortigen Fußbodenbereicheä angebracht wurde und die gesamte Regelvorrichtung
so eingebaut wurde, daß die Leuchtdiode 46 bei Bedarf gut zd erkennen ist, ist die
Regelvorrichtung einsatzbereit. Nach Betätigen des Netzschalters 26 leuchtet die
Glimmlampe 28 auf und zeigt die Betriebsbereitschaft der Regelvorrichtung an.
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Solange der Sensor 36 keine Nässe fühlt, wird der Transistor 44 von
dem Operationsverstärker 40 gesperrt, was zur Folge hat, daß einerseits die Leuchtdiode
46 dunkel bleibt und der Transistor 52 durchgeschaltet ist. Solange der Transistor
durchgeschaltet ist, ist auch der Fototransistor in dem Optokoppler 54 durchgeschaltet,
was zur Folge hat, daß das Pluspotential von dem Gleichrichter 16 zu dem Relais
72
durchgeschaltet wird. Gleichzeitig wird über den Transistor
52 das Relais 66 versorgt, so daß der Schalter 66a von dem Relais 66 geschlossen
wird und der Verbraucher über den Zwischenstecker 30 mit Spannung versorgt wird.
Beginnt bei dem eingeschalteten Verbraucher der Programmablauf, so wird über den
Shunt-Widerstand 76 ein Spannungsabfall erzeugt, der nachfolgend über die Verstärkerstufe
80 und den Komparator 82 verstärkt wird, und den Transistor 96 durchschaltet. Ein
Durchschalten des Transistors 96 bewirkt ein Anziehen des Relais 72 und ein Schließen
der Schaltkon takte 72a, so daß das Magnetventil 74 geöffnet wird und beispielsweise
der Durchlauf von Wasser zu einer Waschmaschine möglich ist. Da im Regelfall Wasch-
und Geschirrspülmaschinen bei Programmbeginn ein internes Magnetventil öffnen, wird
auf jeden Fall von der Lasterfassungsschaltung ein Stromfluß zu dem Verbraucher
erkannt und das Magnetventil 74 rechtzeitig geöffnet.
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Im Falle des Auftretens von Nässe im Bereich des Sensors 36 schaltet
der Operationsverstärker 40 den Transistor 44 durch, wobei die Diode 42 eine Speicherwirkung
erfüllt. Durch die Speicherwirkung der Diode 42 wird erreicht, daß der Operationsverstärker
40 den Transistor 44 auch bei kurzzeitigem Auftreten von Nässe durchschaltet. Beim
Durchschalten des Transistors 44 leuchtet die Leuchtdiode 46 als optische Warnanzeige
auf und der Transistor 52 wird gesperrt. Nachdem der Transistor 52 sperrt, wird
auch der Optokoppler 54 gesperrt, so daß das Relais 72 abfällt und über die sich
öffnenden Schaltkontakte 72a das Magnetventil 74 sofort geschlossen wird.
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Hierbei ist zu beachten, daß die Schaltkontakte 72a Doppelkontakte
sind, was den Vorteil mit sich bringt, daß Fehlfunktionen des Relais 72, wie beispielsweise
ein Klemmen oder Einbrennen eines Schaltkontaktes 72a nicht zur Folge haben, daß
das Magnetventil 74 offen bleibt, da das Schließen des Magnetventiles 74 über den
zweiten Schaltkontakt 72a weiterhin gewährleistet ist.
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Ein Sperren des Transistors 52 bewirkt einen Negativimpuls über den
Kondensator 56 auf den Eingang 2 des integrierten Schalkreises 58. Der integrierte
Schaltkreis 58, der als Zeitglied arbeitet, versorgt nun das Relais 66 über die
Diode 62 weiterhin über einen festgelegten Zeitraum, beispielsweise zwanzig Minuten,
mit Spannung. Da das Relais 66 weiterhin mit Spannung versorgt wird, bleibt der
Schalter 66a des Relais 66 geschlossen, so daß beispielsweise der Waschmaschine
Gelegenheit gegeben wird, sich noch in der Maschine befindliches Wasser abzupumpen
bzw. den Waschgang zu beenden. Nach der über das R/C-Glied 70 festgelegten Zeitdauer
fällt der Ausgang 3 des integrierten Schaltkreises 58 auf null Volt zurück, so daß
das Relais 66 abfällt und der Schalter 66a betätigt wird. Ein Rückkoppeln des Relaisanschlusses
über die Diode 64 auf den Abschluß "4" des integrierten Schaltkreises 58 stellt
sicher, daß der integrierte Sahaltkreis 58 nach Abfall des Relais 66 keinen bistabilen
Zustand einnimmt. Ab diesem Zeitpunkt ist die zu überwachende Maschine abgeschaltet.
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Nachdem der Verbraucher abgeschaltet wurde, verbleibt die Regelvorrichtung
im Ruhezustand, bis der Fehler behoben wurde, d.h. bis der Sensor 36 keine Nässe
mehr fühlt. Durch ein einfaches Aus- und Einschalten des Netz schalters 26 fällt
die gesamte Schaltung wieder automatisch in den Arbeitszustand zurück. Der Netzschalter
26 erfüllt somit gleichzeitig die Aufgabe eines Reset-Schalters.
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Zusammenfassend ist festzuhalten, daß die erfindungsgemäße Regelvorrichtung
sich insbesondere dadurch auszeichnet, daß von der Lasterfassungsschaltung 8 von
der elektrischen Belastung des Verbrauchers abhängige Signale erzeugt werden.
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Ein Einschalten des Verbrauchers bewirkt noch kein öffnen des Magnetventiles
74, da der Verbraucher zu diesem Zeitpunkt nur einen geringen Strom zieht, um beispielsweise
seine interne Programmelektronik zu versorgen. Erst bei Programmbeginn des Verbrauchers
wird z. B. durch das öffnen des internen Magnetventiles im Verbraucher die Regelvorrichtung
aktiviert
und das Magnetventil 74 geöffnet, vorausgesetzt daß der Sensor 36 keine Nässe meldet.
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Selbstverständlich liegt es im Ermessen eines jeden Fachmannes, die
vorliegende Schaltung abzuändern, so kann beispielswcise statt der Leuchtdiode 46
ein akustischer Signalgeber eingesetzt werden oder es kann weiterhin statt eines
resistiven Sensors 36 beispielsweise ein kapazitiver Nässesensor eingesetzt werden.
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Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung hängt nicht
von einem bestimmten Sensortyp ab, es können somit auch handelsübliche Sensoren
verwendet werden, vorausgesetzt, daß sie bei Schadensmeldung einen niederohmigen
Zustand einnehmen. Somit können auch Füllstandsindikatoren oder Gas sensoren mit
der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung gepaart werden.
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Weiterhin wäre es denkbar, statt des Optokopplers 54 eine drahtlose
Ubertragung zwischen der Sensorelektronik 4 und der Lasterfassungsschaltung 8 vorzunehmen,
beispielsweise mit Infrarot- oder Ultraschallübertragung.
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Vor wesentlicher Bedeutung für die Betriebssicherheit der Regelvorricht
ist, daß das Gerät im Normalzustand in Arbeitslage ist, d. h. daß im Falle einer
Störung oder Fehlfunktion der Regelvorrichtung, beispielsweise bei Ausfall eines
Bauteiles, die Wasserzufuhr zu dem Verbraucher auf jeden Fall abgestellt ist, da
das Magnetventil 74 geschlossen bleibt.
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Da die Lasterfassungschaltung 8 mit Netzpotenial beaufschlagt ist,
sollte die Installation auf jeden Fall von einem Fachmann durchgeführt werden, der
auch die notwendigen Justier- und Einstellarbeiten, wie beispielsweise Anbringen
des Sensors 36 an einer geeigneten Stelle und Abstimmung des Trimm-Widerstandes
88 vornimmt. Die Notwendigkeit einer fachmännischen Installierung stellt jedoch
keinen
Nachteil dar, da aufgrund der einfachen Anordnung mit einem
mit entsprechenden Anschlüssen ausgestatteten Magnetventil 74 und dem Zwischenstecker
30 die gesamte Montage schnell und einfach ohne erheblichen Kostenaufwand erfolgen
kann.
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Abschließend sei noch zu bemerken, daß die Sensorelektronik 4 derart
empfindlich ausgelegt ist, daß selbst extrem hochohmige Flüssigkeiten, wie beispielsweise
destilliertes Wasser registriert werden.
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