DE3427523A1

DE3427523A1 - Verfahren zur raumtemperaturregelung eines mit einem geblaese versehenen elektrospeicherofens

Info

Publication number: DE3427523A1
Application number: DE19843427523
Authority: DE
Inventors: Werner Basel; Karlheinz Eberl; Frank 8503 Altdorf Eggebrecht; Bernhard 8505 Röthenbach Frenzel; Michael 8500 Nürnberg Neugebauer
Original assignee: INTER CONTROL Hermann Koehler Electrik GmbH and Co KG
Current assignee: INTER CONTROL Hermann Koehler Electrik GmbH and Co KG
Priority date: 1984-07-26
Filing date: 1984-07-26
Publication date: 1986-02-06
Anticipated expiration: 2004-07-27
Also published as: DE3427523C2; CH669878A5

Description

Verfahren zur Raumtemperaturregelung eines mit einem
Gebläse versehenen Elektrospeicherofens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Raumtemperaturregelung eines mit einem Gebläse versehenen Elektrospeicherofens mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
Es ist bekannt, die Wärmeabfuhr von modernen Elektrospeicheröfen über Raumtemperaturfühler zu steuern, die im oder am Gehäuse des Elektrospeicherofens angeordnet sind. Je nach Abweichung der vom Temperaturmeßfühler erfassten Raumtemperatur vom über einen Sollwertgeber am Ofen eingestellten Soll-Wert wird über eine Regelelektronikschaltung die die Wärmeabfuhr besorgende Gebläseleistung erhöht, erniedrigt oder gänzlich abgeschaftet. Der Betriebszustand, in dem das Gebläse zur Wärmeabfuhr aus dem Ofen läuft, wird dynamischer Zustand genannt, der Betriebszustand, in dem die Wärmeabstrahlung des Ofens ausreichend ist, um ohne aktive Wärmeabfuhr den Raum ausreichend zu heizen, bezeichnet man als statischen Zustand.
Es ist aus P 33 31 829.8 bekannt, im Elektrospeicherofen eine Zwangsbelüftung für den Raumtemperaturfühler mit Raumluft vorzusehen. Der Raumtemperaturmeßfühler ist dazu am unteren Ende eines kaminartig wirkenden Schachtes in der Nähe von Ansaugschlitzen angeordnet, die Strömung innerhalb des Schachtes wird im statischen Zustand durch eine elektrische Heizquelle geringer kontinuierlicher Leistung erzeugt, die am oberen Ende des Schachtes angeordnet ist. Mithin wird Raumluft von unten nach oben durch den Schacht gesaugt.
Im dynamischen Betriebszustand wird das Ansaugen der Raumluft durch den Schacht, d. h. am Raumtemperaturmeßfühler vorbei zusätzlich durch das Gebläse unterstützt, so daß sich die Luftströmung im Bereich des Raumtemperaturmeßfühlers im beiden Betriebszuständen stark unterscheidet. Dies bringt in nachteiliger Weise mit sich, daß der Einfluß der vom Speicherkern abgegebenen Wärmestrahlung auf den Temperaturmeßfühler im dynamischen Zustand weit geringer ist als im statischen Zustand. Durch den verstärkten Luftstrom wird nämlich sich an der Oberfläche des Temperaturmeßfühlers stauende, vom Spei cherkern eingestrahlte Wärme innerhalb eines ralativ kurzen Zeitraumes - (1 - 2 Minuten) abgeführt, so daß die Temperatur des Meßfühlers und damit der von diesem abgegebene Meßwert absinkt.
Messungen haben ergeben, daß die Absenkung der ermittelten Temperatur etwa 2 - 3° C beträgt.
Die den Raumtemperaturmeßfühl er nachgeschaltete elektoni suche Regelschaltung registriert nun diese vermeintliche Absenkung der ermittelten Temperatur und versucht, die Raumtemperatur durch Anlaufen und Aufrechterhalten der vollen, maximalen Gebläseleistung um einen entsprechenden Wert (beispielsweise 30 C) zu erhöhen. Eine derartige Raumtemperaturerhöhung ist unerwünscht und genügt nicht der Forderung, mit Hilfe der ofeninternen Regelanordnung die tatsächliche Raumtemperatur möglichst konstant zu regeln.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zunächst ein Verfahren anzugeben, mit dem das Regelverhalten eines im Oberbegriff näher dargestellten Ofen verbessert werden kann. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Es wird als Kern der Erfindung angesehen, den voneinander abweichenden thermischen Einflüssen auf den Raumtemperaturmeßfühler in den beiden möglichen Betriebszuständen durch eine elektronische Kompensationsschaltung entgegenzutreten. Die Kompensationsschaltung soll nach der Lehre des Patentanspruches 1 im dynamischen Zustand wirksam sein, d.
h. der gebläseinduzierten Abkühlung des Meßfühlers durch eine elektronische entsprechende Erhöhung entgegenwirken. Es ist aber auch möglich, in gleicher Weise den "abgekühlten" Zustand des Meßfühlers im dynamischen Betriebszustand als Normalzustand anzusehen und entsprechend den wärmeren Zustand des Temperaturmeßfühlers bei statischem Betrieb durch Einschalten der Kompensationsschaltung nach unten zu korrigieren (Nebenanspruch 2). Gleichermaßen ist es möglich, die Fühlertemperatur in beiden Betriebszuständen zu kompensieren, wobei im dynamischen Zustand der ermittelte Meßwert etwas angehoben, im statischen Zustand hingegen etwas abgesenkt wird (Nebenanspruch 3).
Um ein Schwingen der Regelelektronik beim Übergang vom statischen zum dynamischen Zustand und umgekehrt zu vermeiden, ist es vorteilhaft gemäß Anspruch 4 das Einsetzen der entsprechenden Kompensation gegenüber dem Zeitpunkt der jeweiligen Betriebszustandsänderung zeitlich verzögert einzuleiten. Besonders vorteilhaft ist es, gemäß Anspruch 5 mit der zeitlichen Verzögerung so lange zuzuwarten, bis sich die Temperaturverhältnisse auf der Oberfläche des Meßfühlers im jeweils gerade eingeschalteten Betriebszustand stabilisiert haben. Da diese Stabilisierungszeit von den konstruktiven Gegebenheiten des gerade verwendeten Speicherofentyps abhängt, ist es vorteilhaft, die Verzögerungszeit manuell einstellbar zu gestalten.
Da auch die Temperaturänderung auf der Oberfläche des Meßfühlers von den Ofengegebenheiten abhängt, soll auch die Höhe der elektronischen Kompensation einstellbar sein. Mit den beiden Einstellmöglichkeiten gemäß Anspruch 6 und Anspruch 7 ist ein weitgehend optimierter Abgleich der gesamten Regelschaltung möglich, so daß tatsächlich ein Konstanthalten der Raumtemperatur innerhalb der Behaglichkeitsschqwelle problemlos möglich ist.
Eine weitere wesentliche Verbesserung des Regel verhaltens der gesamten Schaltung ergibt sich durch die Merkmale des Anspruches 8, wonach die Kompensation nicht in Form einer Stufe schlagartig eingeschaltet/ausgeschaltet wird, sondern vom Kompensationswert 0 langsam zum maximalen Kompensationswert ansteigt, wobei die Anstiegszeit etwa der vorstehend genannten Verzögerungszeit von 2 Minuten entspricht. Beim Rückkehren des Ofens in den statischen/dynamischen Zustand wird dann der Kompensationswert entsprechend langsam erniedrigt. Auch hier gilt, daß nicht zwangsläufigerweise die Kompensation beim Laufen des Gebläses eingeschaltet werden muß, sondern in Umkehrung dazu der dynamische Betriebszustand als Normalzustand angesehen werden kann und im statischen Zustand nach unten (bezogen auf die Temperatur des Raumtemperturmeßfühlers) kompensiert wird. Weiterhin ist auch eine Kompensation in beiden Betriebszuständen gemäß Anspruch 3 möglich.
Mit Anspruch 11 wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den vorstehenden Ansprüchen gelehrt, wobei von der Vorrichtung gemäß DE-P 33 31 829.8 ausgegangen wtrd Als neue kennzeichnende Sachmerkmal e kommen die elektronische Kompensationsschaltung hinzu, deren Starteingang mit einem den Gebläselauf anzeigenden Ausgang der Regelelektronikschaltung verbunden ist, die somit eine Kompensation im dynamischen Zustand vornimmt.
Auch hier gilt, daß ebenso eine Einschaltung der Kompensation im statischen Zustand bei entsprechender Umkehrung des Kompensationswertes oder eine Kompensation in beiden Betriebszuständen wie vorstehend beschrieben als erfinderisch anzusehen ist.
Mit Vorteil ist die Kompensationsschaltung ein steuerbarer Verstärker, dessen Steuereingang mit einem Rampengenerator zur Erzeugung des stetigen Anstieges und Abfalles des Kompensationswertes elektrisch verbunden ist.
Durch Anspruch 14 werden Maßnahmen gelehrt, die eine selektive Ermittlung des Betrages des zu kompensierenden Wertes seiner Höhe nach ermöglichen, da nunmehr ein gesonderter Meßfühler angeordnet ist, der vom Gebläseluftstrom vollständig abgeschirmt sein soll.
Dieser gesonderte Meßfühler wird somit lediglich auf die ofeninterne Wärmestrahlung reagieren und somit genau den Wert erfassen, der bei Betriebszustandswechsel die zu kompensierende Meßwertverfälschung verursacht.
Vorteilhafterweise soll der Meßfühler an einem Ort im Ofen angebracht sein, an dem die gleiche Wärmestrahlung des Speicherkerns wie an dem anderen Meßfühler herrscht.
Die Erfindung ist im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Temperatur-/Zeitdiagramm der Raumtemperatur sowie des vom Meßfühler erfassten Temperaturwertes in unkorrigiertem Zustand, Fig. 2 ein Temperatur-/Zeitdiagramm gemäß Fig. 1 mit Kompensation, Fig. 3 ein Spannungs-/Zeitdiagramm zur Darstellung des zeitlichen Verlaufes der Kompensationswerte, Fig. 4 eine schematische Darstellung des Speicherofens mit einer als Blockschaltbild ausgelegten schematischen Darstellung der wesentlichen Elektronikbausteine.
Zur Verdeutlichung dessen, was durch die Kompensationsschaltung "kompensiert" werden soll, wird zunächst das Temperatur-/Zeitdiagramm gemäß Fig. 1 beschrieben.
Bei voll aufgeladenem Speicherkern (dessen Temperatur beträgt dann bis zu 800" C) ist die Eigenabstrahlung des Ofens groß genug, um die Raumtemperatur oberhalb des eingestellten Soll-Wertes zu halten. Das Ofengebläse ist in Ruhe, der Ofen mithin im statischen Betriebszustand.
Bei Absinken der Speicherkerntemperatur nimmt die Eigenabstrahlung des Ofens ab. Dadurch wird - abhängig von der Raumgröße - die Raumtemperatur ebenfalls lang- sam abnehmen (strichpunktierte Linie). Die am Temperaturmeßfühler herrschende Temperatur wird - zumindest bei aufgeladenem Kern - im statischen Betriebszustand meist etwas höher sein als die mittlere Raumtemperatur, was in Fig. 1, statischer Betriebszustand 1, auch deutlich zu sehen ist.
Zum Zeitpunkt t hat die vom Temperaturmeßfühler ermittelte Temperatur Tm einen Schwellwert (beispielsweise 21,25° C) erreicht, bei dem durch die nachgeschaltete elektronische Regelschaltung das Ofengebläse eingeschaltet wird. Ab diesem Moment wird die Meßfühlertemperatur TM sehr schnell um etwa 2" C absinken, was auf den bereits beschriebenen Wärmestrahlungseinfluß auf der Oberfläche des Meßfühl ers zurückzuführen ist. Der vom Meßfühler abgegebene Wert spiegelt somit einen tatsächlich nicht vorhandenen Raumtemperatursprung von - 2" C wieder, die dem Meßfühler nachgeschaltete Regelschaltung versucht, durch Einschalten und Aufrechterhalten der maximal möglichen Gebläseleistung den Raum zu erwärmen, was an sich gar nicht notwendig und erwünscht ist. Diese Erwärmung der Raumtemperatur über den an sich konstant zu regelnden mittleren Raumtemperaturwert von TR 21° C ist ebenfalls in Fig. 1 deutlich zu sehen.
Bei t2 ist der steilste Anstieg der Raumtemperatur zu verzeichnen. Es wird darauf hingewiesen, daß die Steilheit und der Betrag des Anstieges von der Größe des beheizten Raumes abhängt. Ebenfalls zum Zeitpunkt t2 hat sich die Temperatur auf der Oberfläche des Raumtemperaturmeßfühlers (d. h. nach Abtragen des strahlungsinduzierten Wärmestaus) stabilisiert und die Temperatur des Raumtemperaturmeßfühlers wird nun durch die Raumerwärmung, d. h. durch die Erhöhung. von TM zu höheren Temperaturen nachgezogen, bis sie zum Zeitpunkt t3 einen zweiten Schwellwert erreicht, bei dem das Ofengebläse wieder ausgeschaltet wird. Es wird darauf hingewiesen, daß der zweite Schwellwert etwas höher als der erste Schwellwert liegt, um definierte Ein-/Ausschaltverhältnisse zu schaffen.
Beim Ausschalten des Ofengebläses wird der von der Temperatur des Speicherkerns abhängige ofeninterne Strahlungsanteil auf der Oberfläche des Raumtemperaturmeßfühlers wieder voll wirksam, innerhalb einer relativ kurzen Zeit von 1 - 2 Minuten steigt der vom Meßfühler abgegebene Meßwert um einen Betrag an, der dem Betrag entspricht, um den nach dem Einschalten des Ofengebläses der Meßwert abgefallen ist. Zu diesem Zeitpunkt hat die mittlere Raumtemperatur bereits ein Maximum erreicht oder überschritten und fällt ab. Das Ofengebläse bleibt selbstverständlich ausgeschaltet, da die Regelelektronik vom Meßfühler einen momentanen Meßwert zugeführt bekommt, der einem gegenüber dem Soll-Wert vollkommen überheizten Raum entspricht.
Wenn sich Raumtemperatur und Meßfühlertemperatur wieder so weit gesenkt haben, daß die Meßfühlertemperatur wieder die Einschaltschwelle von beispielsweise 22,25° C überschreitet, werden die bei t1 anlaufenden Instabilitätsvorgänge erneut ablaufen.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten Temperatur-/Zeitdiagramm ist im dynamischen Bereich das Absacken des Meßwertes TM elektronisch korrigiert, so daß es zum einen nicht zu dem gravierenden Ansteigen der tatsächlich herrschenden Raumtemperatur kommen kann, zum anderen auch die Überschwingungsvorgänge in der Nähe der Betriebszustandsumschaltungen nicht mehr vorkommen können. Wie leicht zu sehen ist, schwankt die tatsächlich herrschende Raumtemperatur lediglich um etwa +/- 0,5° C, so daß die angestrebte Behaglichkeitsschwelle mit der Ofenregelung nicht überschritten wird.
In Fig 3 ist als durchgezogene Linie der Verlauf der Kompensation im dynamischen Bereich (Anspruch 1), als strichpunktierte Linie ( ) der Verlauf der Kompensation in beiden Bereichen gemäß Anspruch 3 gezeigt.
Das in Fig 4 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeigt einen El ektrospeicherofen 1 mit einem Spei cherkern 2, einem Gebläse 3, dessen Leistung über eine Elektronikschaltung (Regelelektronikschaltung 4) proportional je nach Wärmebedarf geregelt wird. Die Regelelektronikscaltung wirkt mit einem Temperaturmeßfuhler 5 zur Erfassung der Raumtemperatur zusammen. Letzterer ist in einem zwangsbelüfteten Ansaugkanal 6 des Gebläses 3 angeordnet, der beim Ausführungsbeispiel als Belüftungskamin ausgebildet ist.
Alle vorstehend genannten Teile sind innerhalb eines Speicherofengehäuses 7 untergebracht.
Mit der Regelelektronikschaltung 4 wirkt eine elektronische Kompensationsschaltung 8 zusammen, deren Starteingang mit einem den Gebläselauf anzeigenden Ausgang 9 der Regelelektronikschaltung verbunden ist und die dem Meßfühlereingang 10 der Regelelektronikschaltung 4 bei Gebläselauf einen über eine Einstellvorrichtung 11 vorgebbaren Spannungs-/Kompensationswert überlagert.
Bezugszeichenliste 1 Elektrospeicherofen 2 Speicherkern 3 Gebläse 4 Regelelektronikschaltung 5 Temperperaturmeßfühler 6 Ansaugkanal 7 Speicherofengehäuse 8 Kompensationsschaltung 9 Ausgang 10 Meßfühlereingang 11 Einstellvorrichtung 12 Steuereingang 13 Rampengenerator 14 weitere Einstellvorrichtung 15 weiterer Meßfühler 16 Pfeile

Claims

Ansprüche 1. Verfahren, zur Raumtemperaturregelung eines mit einem Gebläse versehenen Elektrospeicherofens, wobei die Raumtemperatur über einen im oder am Ofengehäuse befestigten, mit einer den Gebläselauf steuernden Regelelektronikschaltung zusammenwirkenden Temperaturmeßfühler erfaßt wird, der im dynamischen Entladungszustand (Gebläse eingeschaltet) mit vom Gebläse angesaugter Raumluft, im statischen Zustand (Gebläse ausgeschaltet) mit durch Konvektion oder einen gesonderten Hilfslüfter angesaugter Raumluft beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Temperaturmeßfühler erfaßte Temperaturwert beim Übergang vom statischen zum dynamischen Betriebszustand elektronisch aktiv angehoben (kompensiert) und beim Ubergang vom dynamischen zum statischen Betriebszustand durch Abschaltung der Kompenstation entsprechend wieder abgesenkt wird..
2. Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 dadurch gekennzeichnet, daß der vom Temperaturmeßfühler erfaßte Temperaturmeßwert beim Übergang vom dynamischen zum statischen Zustand elektronisch aktiv abgesenkt (kompensiert) und beim Übergang vom statischenzum dynamischen Zustand durch Abschalten der Kompensation entsprechend wieder angehoben wird (Nebenanspruch).
3. Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 dadurch gekennzeichnet, daß der vom Temperaturmeßfühler erfaßte Temperaturmeßwert im statischen Betriebszustand elektronisch aktiv abgesenkt und im dynamischen Betriebszustand elektronisch aktiv angehoben wird (Nebenanspruch).
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anhebung bzw. Absenkung gegenüber dem jeweiligen Zeitpunkt der Betriebszustandsänderungen (Übergänge vom dynamischen zum statischen Zustand u.

u.) zeitlich verzögert erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit etwa der Zeit entspricht, die der Temperaturmeßfühler benötigt, um sich bei Einsetzen des gebläseinduzierten Luftstromes bei seinem neuen, erniedrigten Temperaturwert zu stabilisieren.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit einstellbar ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der elektronischen Kompensation einstellbar ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationswert bei Einsetzen des dynamischen Zustandes langsam und stetig von 0 auf den maximalen Kompensationswert erhöht und beim Wiedereinsetzen des statischen Zustandes langsam und stetig auf 0 abgesenkt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anstiegszeit/Absenkzeit etwa der Zeit entspricht, die der Temperaturmeßfühler benötigt, um sich nach den Betriebszustandsänderungen auf die jeweiligen Temperaturwerte zu stabilisieren.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anstiegszeit/Absenkzeit etwa 1,5 - 3 Minuten beträgt.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergeheDden Ansprüche, nämlich Elektrospeicherofen (1) mit einem Speicherkern (2), einem Gebläse (3), einer mit einem Temperaturmeßfühler (5) zusammenwirkenden Regelelektronikschaltung (4) zur Erfassung der Raumtemperatur erfaßt, wobei der Temperaturmeßfühler (5) jm/am Gehäuse des Ofens in Wirkverbindung in/mit einem zwangsbelüfteten Ansaugkanal (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Regelelektronikschaltung (4) eine elektronische Kompensationsschaltung (8) verbunden ist, deren Starteingang mit einem den Gebläselauf anzeigenden Ausgang (9) der Regelelektronikschaltung (4) verbunden ist und die dem Meßfühlereingang (10) der Regelelektronikschaltung (4) bei Gebläselauf einen über eine Einstellvorrichtung (11) vorgebbaren Spannungswert überlagert.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Starteingang der Kompensationsschaltung (8) ein Zeitglied elektronisch verbunden ist, dessen Starteingang durch den den Gebläselauf anzeigenden Ausgang (9) der Elektronikschaltung triggerbar ist.
13. Vorrichtung nach Ansprüchen 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompe-nsationsschaltung (8) ein steuerb.arer Verstärker ist, dessen Steuereingang (12) mit einem Rampengenerator (13) zur Erzeugung eines stetigen Anstieges bzw. Abfalles des Kompensationswertes elektrisch verbunden ist.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Höhe des Kompensationswertes ein vom Gebläseluftstrom abgeschirmter, gesonderter weiterer Meßfühler (15) angeordnet ist, der sowohl im dynamischen, als auch statischen Betriebszustand ausschließlich die Wärmestrahlung (Pfeile 16) des Speicherkerns (2) erfaßt.