DE3524933A1

DE3524933A1 - Schaltung zur regelung und zur sicherheitstemperaturbegrenzung bei einem wasserheizgeraet

Info

Publication number: DE3524933A1
Application number: DE19853524933
Authority: DE
Inventors: Bernd Gabriel
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 1985-07-12
Filing date: 1985-07-12
Publication date: 1987-01-15

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Regelung der Wassertemperatur in einem Behälter, in dem ein elektrischer Heizkörper angeordnet ist, um zur Sicherheitstemperaturbegrenzung bei einem Wasserheizgerät, wobei ein erster Temperaturfühler im Wasser und ein zweiter Temperaturfühler beim Heizkörper angeordnet ist und beide Temperaturfühler am Eingang einer gemeinsamen Schaltung liegen, deren Ausgangssignal den Heizkörper schaltet.

Bei elektrischen Haushalts-Wasserheizgeräten sind häufig Regelschaltungen zur Regelung der Wassertemperatur auf einen Sollwert vorgesehen. Weiterhin sind solche Geräte mit einem zusätzlichen thermomechanischen Sicherheitstemperaturbegrenzer ausgestattet. Der Sicherheitstemperaturbegrenzer schaltet den Laststrom. Er ist nur für eine begrenzte Anzahl von Schaltvorgängen ausgelegt. Hat er angesprochen, ist meist eine Wartung des Geräts nötig.

In der DE-OS 30 46 438 ist eine Schaltung der eingangs genannten Art beschrieben. Für die beiden Temperaturfühler sind Thermoelemente verwendet, die in Reihe geschaltet sind. Die Regelung der Wassertemperatur ist hier unbefriedigend, da die temperaturabhängige Steuerspannung sowohl von der Heizkörpertemperatur als auch von der Wassertemperatur abhängt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei der die Regelung im Regelbetrieb kaum von der Temperatur am zweiten Temperaturfühler abhängt.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einer Schaltung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der erste Temperaturfühler ein NTC-Widerstand ist, daß der zweite Temperaturfühler ein PTC-Widerstand ist, bei dem eine wesentliche Widerstandserhöhung erst ab einer bestimmten Bezugstemperatur auftritt, und daß im Regelbetrieb die Temperatur am zweiten Temperaturfühler unter der Bezugstemperatur liegt und zur Sicherheitstemperaturbegrenzung die Temperatur am zweiten Temperaturfühler über die Bezugstemperatur steigt.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, daß bei PTC-Widerständen der Widerstandswert erst ab der Bezugstemperatur steil ansteigt. Es wurde gefunden, daß bei Temperaturen unterhalb der Bezugstemperatur der Widerstand als für die Praxis konstant betrachtet werden kann. Durch die Erfindung ist erreicht, daß im Regelbetrieb, also bei Temperaturen, die wesentlich unterhalb der Temperatur liegen, bei der die Sicherheitstemperaturbegrenzung erfolgen soll, praktisch keine Abhängigkeit von dem zweiten Temperaturfühler besteht. Die Regelung ist damit im Endergebnis nur von der Wassertemperatur abhängig, die von dem NTC-Widerstand (Heißleiter) abhängt. Die Widerstandsabnahme eines NTC-Widerstands erfolgt im Gegensatz zum Widerstandsanstieg eines PTC-Widerstands (Kaltleiter) im interessierenden Temperaturbereich kontinuierlich. Sie läßt sich leicht linearisieren.

Durch die Erfindung ist erreicht, daß durch eine einzige Schaltung sowohl eine exakte Regelung als auch eine Sicherheitstemperaturbegrenzung erfolgen kann. Darüber hinaus ist auch nach der Sicherheitstemperaturabschaltung ein selbsttätiges erneutes Einschalten des Heizkörpers möglich. Die Erfindung kann bei zahlreichen Flüssigkeitsheizgeräten eingesetzt werden. Insbesondere kann sie auch bei einer Aquariumheizung zum Einsatz kommen, bei der eine exakte Temperaturregelung und eine rechtzeitige Sicherheitstemperaturbegrenzung, beispielsweise bei Wassermangel, von besonderer Bedeutung sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Wasserheizgerät schematisch,
Fig. 2 die elektrische Schaltung des Wasserheizgeräts,
Fig. 3 die Kennlinien eines NTC-Widerstandes und eines PTC-Widerstandes, schematisch und
Fig. 4 den Verlauf der temperaturabhängigen Spannung bei der Schaltung nach Fig. 2.

Ein Wasserheizgerät weist einen Behälter 1 mit Wasser 2 auf. In das Wasser 2 taucht ein elektrischer Heizkörper 3 ein.

Im Wasser 2 ist im Abstand vom Heizkörper 3 als erster Temperaturfühler ein NTC-Widerstand 4 angeordnet. Außen am Heizkörper 3 liegt außerhalb des Wassers 2 ein PTC- Widerstand 5 an. Der PTC-Widerstand 5 erfaßt die Heizkörpertemperatur in dessen beheizten Bereich. Der NTC- Widerstand 4 erfaßt die Wassertemperatur. Der NTC-Widerstand ist so angeordnet, daß er nicht allzu direkt von der Heizkörpertemperatur T 2 beaufschlagt ist. Der PTC-Widerstand 5 ist so angeordnet, daß er nicht allzu direkt von der Wassertemperatur T 1 beeinflußt ist (vgl. Fig. 1).

Der NTC-Widerstand 4 und der PTC-Widerstand 5 sind als Spannungsteiler elektrisch in Reihe geschaltet. Dabei ist zwischen einen Betriebsspannungsanschluß Ub und den PTC-Widerstand 5 ein einstellbarer Widerstand 6 gelegt, der durch ein Einstellglied des Wasserheizgerätes verstellbar ist, an dem die gewünschte Wassersolltemperatur T 1 s eingestellt wird.

Der Abgriff zwischen dem NTC-Widerstand 4 und dem PTC- Widerstand 5 ist an den Eingang einer Schaltung 7 gelegt, welche beispielsweise von einem Zweipunktregler mit einer Schaltschwelle Us gebildet ist. Das Ausgangssignal der Schaltung 7 steuert einen elektronischen Schalter 8, der dem Heizkörper 3 vorgeschaltet ist (vgl. Fig. 2).

In Fig. 3 sind die Kennlinien der Widerstände R 4 und R 5 des NTC-Widerstandes 4 und des PTC-Widerstandes 5 in Abhängigkeit von den Temperaturen T 1 bzw. T 2 dargestellt. Die Kennlinie des NTC-Widerstandes 4 ist linearisiert dargestellt. Sie fällt also im interessierenden Temperaturbereich, beispielsweise zwischen 10°C und 60°C bei steigender Wassertemperatur ab. Die Kennlinie des PTC- Widerstandes 5 weist bis zu einer Bezugstemperatur Tb von beispielsweise 40°C einen praktisch konstanten Widerstandswert auf. Bei weiter steigender Temperatur T 2 steigt der Widerstandswert steil an.

In Fig. 4 ist der Verlauf der temperaturabhängigen Steuerspannung UT am Abgriff zwischen dem NTC-Widerstand 4 und dem PTC-Widerstand 5 bezogen auf die Betriebsspannung Ub dargestellt. Die Gerade I zeigt den Spannungsverlauf im Regelbetrieb. Die Kurve II zeigt den Spannungsverlauf zur Sicherheitstemperaturbegrenzung.

Mit Tu ist die Umgebungstemperatur dargestellt.

Mit zunehmender Wassertemperatur T 1 fällt die temperaturabhängige Steuerspannung UT entsprechend dem Spannungsverlauf I im Regelbetrieb ab. Wird die Schaltpunktschwellspannung Us erreicht, dann schaltet der elektronische Schalter 8 den Heizkörper 3 bei einer eingestellten Solltemperatur T 1 s ab. Bei einer anschließenden Erniedrigung der Wassertemperatur T 1 schaltet die Schaltung 7 den Heizkörper 3 wieder ein. Die Wassersolltemperatur T 1 s ist zwischen der Bezugstemperatur Tb und einer Minimaltemperatur Tmin verstellbar.

Solange die Temperatur am PTC-Widerstand 5 unterhalb der Bezugstemperatur Tb bleibt, hat dieser einen im wesentlichen konstanten Widerstandswert, so daß er die Steuerspannung UT nicht in Abhängigkeit von der Temperatur beeinflußt.

Steigt die Heizkörpertemperatur T 2 über die Umgebungstemperatur Tu, dann ändert sich an dem Regelverhalten im Regelbetrieb zunächst nichts. Erst wenn die Heizkörpertemperatur T 2 die Bezugstemperatur Tb bis zur Temperatur T 2 s überstiegen hat, hat sich der Widerstandswert des PTC-Widerstands 5 soweit erhöht, daß die temperaturabhängige Steuerspannung UT die Schaltpunktschwellspannung Us unterschreitet (vgl. Spannungsverlauf II), so daß der elektronische Schalter 8 den Heizkörper 3 abschaltet. Sinkt danach die Heizkörpertemperatur T 2, dann kann das Gerät erneut einschalten.

Claims

1. Schaltung zur Regelung der Wassertemperatur in einem Behälter, in dem ein elektrischer Heizkörper angeordnet ist, und zur Sicherheitstemperaturbegrenzung bei einem Wasserheizgerät, wobei ein erster Temperaturfühler im Wasser und ein zweiter Temperaturfühler beim Heizkörper angeordnet ist und beide Temperaturfühler am Eingang einer gemeinsamen Schaltung liegen, deren Ausgangssignal den Heizkörper schaltet, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Temperaturfühler ein NTC-Widerstand ist, daß der zweite Temperaturfühler ein PTC-Widerstand (5) ist, bei dem eine wesentliche Widerstandserhöhung erst ab einer bestimmten Bezugstemperatur (Tb) auftritt und daß im Regelbetrieb (I) die Temperatur (T 2) am zweiten Temperaturfühler (5) unter der Bezugstemperatur (Tb) liegt und zur Sicherheitstemperaturbegrenzung die Temperatur (T 2) am zweiten Temperaturfühler (5) über die Bezugstemperatur (Tb) steigt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturen (Tmin bis Tb) des Regelbereichs unterhalb der Bezugstemperatur (Tb) liegen.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der PTC-Widerstand (5) außerhalb des Wassers (2) angeordnet ist.

4. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der NTC-Widerstand (4) und der PTC-Widerstand (5) als Spannungsteiler geschaltet sind.

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Reihe zum Spannungsteiler (4, 5) ein einstellbarer Widerstand (6) liegt.

6. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der NTC-Widerstand (4) und der PTC-Widerstand (5) an einen Zweipunktregler (7) mit Schaltpunktschwellspannung (Us) angeschlossen sind.