DE69708580T2 - Dampferzeuger - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet von Dampferzeugern für Elektro-Haushaltsgeräte, wie etwa Bügeleisen, Dampfreiniger oder jegliches Gerät, das mit Dampf arbeitet.
• Die Erfindung betrifft insbesondere die Regulierung und den Betrieb eines solchen Dampferzeugers. Es ist beispielsweise aus der EP-A-0 438 112 bereits bekannt, ein Dampfbügeleisen herzustellen, das an einen Kessel angeschlossen ist, der seinerseits mit einem Wasservorratsbehälter und einer Pumpe zur Versorgung des genannten Kessels verbunden ist, dem ein Rückschlagventil zugeordnet ist. Diese Patentschrift beschreibt einen Dampferzeuger, der einen Wasservorratsbehälter aufweist, der nicht unter Druck steht und somit beim Betrieb oder bei Verwendung des Bügeleisen jederzeit zugänglich ist. Der Dampferzeuger und insbesondere der Verdampfungskessel weisen Wasserstandsanzeigemittel auf, mit denen der Betrieb der Pumpe und folglich die in das Innere des genannten Verdampfungskessels eingeleitete Wassermenge kontrolliert werden kann.
• Der Wasserstandsanzeiger ist beispielsweise mit Hilfe eines Thermostats hergestellt, das einen Temperaturmeßwandler aufweist, der sich im Inneren des Verdampfungskessels in vorbestimmter Höhe erstreckt.
• Jedoch weist die in dieser Patentschrift beschriebene Vorrichtung eine Reihe von Nachteilen auf. Die Kontrolle der in den Verdampfungskessel eingeleiteten Wassermenge erfolgt nämlich insofern ungenau als die Mittel zum Kontrollieren des Wasserstands, nämlich der Temperaturmeßwandler und das Heizelement, die sich im Inneren des Kessels befinden, der Ablagerung von Kalk ausgesetzt sind. Dieser erschwert die Wasserstandserfassung und führt zu einer Erhöhung der Wärmeträgheit der gesamten Vorrichtung. Durch die Anordnung eines Heizelements und eines mit dem externen Thermostaten in Verbindung stehenden Temperaturmeßwandlers im Inneren des genannten Kessels wird ferner die Herstellung eines solchen Dampferzeugers aufwendig und somit kostspieliger.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile im Stand der Technik zu beseitigen und einen Verdampfungskessel zu schaffen, bei dem die Wasserversorgung in zuverlässiger Weise gesteuert wird.
• Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Dampferzeugungssystem zu schaffen, bei dem das Reaktionsvermögen nach einem mit einer Dampfentnahme verbundenen Wärme- oder Druckungleichgewicht verbessert ist.
• Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Dampferzeugungssystem zuverlässiger zu gestalten, indem auf die Anwendung von Wasserstandsfühlern verzichtet wird, deren Genauigkeit von allmählichen alterungsbedingten Kalkablagerungen beeinflußt wird.
• Eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine bessere Momentaufnahme des Betriebszustands des Dampferzeugers zu erhalten, um Korrekturmaßnahmen zu ergreifen.
• Eine Nebenaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Dampferzeuger zu schaffen, mit dem Dampf erzeugt werden kann, ohne dabei längere Verzögerungen in Kauf zu nehmen, die mit der auftretenden Wärmeträgheit einhergehen.
• Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben werden gelöst durch einen Dampferzeuger mit einem Verdampfungskessel, dem Heizelemente zugeordnet sind und der durch eine Pumpe mit Wasser versorgt wird, mit einem Elektroventil zum Ausstoßen von Dampf sowie mit Regulierungsmitteln, die einen Temperaturfühler oder Drucksensor enthalten, um die in den Kessel eingeleitete Wassermenge zu kontrollieren und um die Pumpe anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, daß den Regulierungsmitteln ein elektronisches System zugeordnet ist, um aufeinanderfolgende Messungen durchzuführen und um die Pumpe in Abhängigkeit von einem Steigungswert einer Kennlinie zu betätigen, welche den Temperatur- oder Druckverlauf darstellt, wobei die genannte Steigung vom elektronischen System analysiert wird.
• Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben werden auch gelöst mit einem Verfahren zum Regulieren eines Dampferzeugers, das darin besteht, eine Pumpe zur Versorgung mit Wasser ausgehend von der Festlegung einer in einen Verdampfungskessel eingeleiteten Wassermenge zu steuern und Informationen zu verwenden, die von einem Temperaturfühler oder Drucksensor stammen, der dem genannten Kessel zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß es aus folgenden Schritten besteht:
• - Steuern der Stromversorgung von Heizelementen durch den Fühler, um nach einer Dampfentnahme aus dem Kessel eine Temperaturregulierung um einen oberen Schwellenwert TC herum zu erhalten,
• - Durchführen von aufeinanderfolgenden Messungen mittels des Temperaturfühlers oder Drucksensors,
• - Errechnen eines Steigungswertes einer den Temperatur- oder Druckverlauf im Kessel darstellenden Kennlinie, und
• - Betätigen der Pumpe für eine in Abhängigkeit vom Steigungswert festgelegte Dauer.
• Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich näher beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen, die sich beispielhaft und nicht einschränkend verstehen, worin zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Dampferzeugers mit seiner Umgebung,
• - Fig. 2a eine Kennlinie, die schematisch den Betrieb des Geräts wiedergibt, das mit dem erfindungsgemäßen Dampferzeuger verbunden ist,
• - Fig. 2b eine Kennlinie des Temperaturverlaufs des erfindungsgemäßen Dampferzeugers im Verbindung mit der in Fig. 2a dargestellten Verwendung,
• - Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines Temperaturfühlers, der dem Dampferzeuger zugeordnet ist und der vorliegenden Erfindung entspricht,
• - Fig. 4a ein Funktionsorganigramm des erfindungsgemäßen Regulierungsverfahrens, das sich auf das Steuern der Stromversorgung der Heizelemente bezieht,
• - Fig. 4b ein Funktionsorganigramm des erfindungsgemäßen Regulierungsverfahrens, das sich auf das Einschalten einer Pumpe bezieht,
• - Fig. 4c ein Funktionsorganigramm des erfindungsgemäßen Regulierungsverfahrens, das sich auf eine erste Variante zum Unterbrechen des Betriebs einer Pumpe bezieht,
• - Fig. 4d ein Funktionsorganigramm des erfindungsgemäßen Regulierungsverfahrens, das sich auf eine zweite Variante zum Unterbrechen des Betriebs einer Pumpe bezieht, und
• - Fig. 4e ein Funktionsorganigramm des erfindungsgemäßen Regulierungsverfahrens, das sich auf eine dritte Variante zum Unterbrechen des Betriebs einer Pumpe bezieht.
• Der beispielsweise in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Dampferzeuger ist einem Bügeleisen 1 zugeordnet. Dieses ist durch ein Kabel 4 an eine Stromversorgung angeschlossen und enthält einen Knopf 3 zum Erregen eines Elektroventils 15, das zum Ausstoßen von Dampf 2 aus der Sohle des Bügeleisens 1 dient.
• Der erfindungsgemäße Dampferzeuger weist einen Vorratsbehälter 10, der Wasser bzw. das zur Verdampfung bestimmte Medium enthält, sowie eine Pumpe 11 auf, die durch eine erste Leitung 5 mit dem Vorratsbehälter 10 verbunden ist. Eine zweite Leitung 6 ermöglicht es, das Wasser mittels der Pumpe 11 zu einem Kessel 12 zu fördern. Die zweite Leitung 6 enthält vorteilhaft ein Rückschlagventil 7, um zu vermeiden, daß das im Kessel 12 unter Druck stehende Medium zur Pumpe 11 zurückfließt. Alternativ kann das Rückschlagventil 7 in der Pumpe 11 integriert sein. Der Kessel 12 enthält vorzugsweise eine metallische Wanne 12a, die durch Heizelemente 13 erhitzt wird. Diese sind durch jegliches Mittel an der Metallwanne 12a befestigt und ermöglichen es, die genannte Wanne zu erhitzen, um das aus dem Vorratsbehälter 10 stammende Wasser zu verdampfen.
• Vorteilhaft steht die Metallwanne 12a in enger Wärmeverbindung mit einem Temperaturfühler 14 vom Typ Thermistor 14b. Dieser besteht beispielsweise aus einem NTC-Widerstand.
• Fig. 3 zeigt dazu eine vergrößerte Ansicht des Temperaturfühlers 14. Der Thermistor 14b ist beispielsweise auf ein Keramiksubstrat 14a aufgebracht, das an der Metallwanne 12a aufgeklebt ist. Eine solche Verklebung kann mit jeglichem Kleber erfolgen, der hitzebeständig ist und einen guten Wärmetransfer gewährleistet. Das Keramiksubstrat 14a besteht beispielsweise aus einem elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Material vom Typ Aluminiumoxid, das eine Dicke von etwa 0,6 mm aufweist. Alternativ kann direkt auf das Keramiksubstrat 14a eine Schicht aus einem Material aufgebracht sein, dessen Widerstand sich mit der Temperatur ändert. Das Substrat 14a ist vorteilhaft an der Außenwand der Metallwanne 12a aufgeklebt.
• Der erfindungsgemäße Dampferzeuger enthält Regulierungsmittel, mit denen die Temperatur der Metallwanne 12a gesteuert werden kann. Diesen Regulierungsmitteln ist auch ein elektronisches System zugeordnet, das beispielsweise mit Hilfe eines Mikrocontrollers 20 realisiert ist. Dieser ist durch elektrische Leitungen 19a, 19b bzw. 19c elektrisch mit der Pumpe 11, dem Temperaturfühler 14 bzw. den Heizelementen 13 verbunden. Die Regulierungsmittel werden insbesondere zum Kontrollieren der in den Kessel 12 eingeleiteten Wassermenge und zum Ansteuern der Pumpe 11 verwendet.
• Beim erfindungsgemäßen Dampferzeuger wird also den Regulierungsmitteln der Mikrocontroller 20 zugeordnet, um aufeinanderfolgende Messungen durchzuführen und um die genannte Pumpe 11 in Abhängigkeit von einem Steigungswert einer Kennlinie zu betätigen, welche den Verlauf einer physikalischen Variablen, d. h. der Temperatur oder des Drucks darstellt. Gemäß einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Dampferzeugers kann der Temperaturfühler 14 auch durch einen Drucksensor ersetzt sein, der gegebenenfalls durch einen an die Leitung 19b angeschlossenen Analog-Digital- Umsetzer mit dem Mikrocontroller 20 verbunden ist. Die Metallwanne 12a ist also mit einem in den Figuren nicht dargestellten Temperaturregulierungsmittel und/oder mit einem Wärmebegrenzer versehen.
• Die Heizmittel 13 werden durch den Mikrocontroller 20 gesteuert und sind vorzugsweise außerhalb der Metallwanne 12a so angeordnet, daß einerseits Probleme durch Kalkablagerungen vermieden werden und andererseits der Montagevorgang vereinfacht wird.
• Der erfindungsgemäße Dampferzeuger ist insbesondere so ausgelegt, daß er bei einer Bügelstation mit einem Dampfbügeleisen Anwendung findet. Der Mikrocontroller 20 ermöglicht es somit, die aus dem Temperaturfühler 14 stammenden Informationen zu verarbeiten und den Betrieb der Pumpe 11 und der Heizmittel 13 zu steuern. Der Temperaturfühler 14 ist vorzugsweise an der Metallwanne 12a in einer Stellung nahe dem Boden der genannten Wanne angebracht, um eine optimale Regulierung beim Betrieb des erfindungsgemäßen Dampferzeugers zu erhalten.
• Der erfindungsgemäße Dampferzeuger arbeitet mit Hilfe eines Regulierungsverfahrens, das schematisch in Fig. 4a bis 4d dargestellt ist. Die Regulierung des Dampferzeugers besteht darin, die Pumpe 11 zur Versorgung mit Wasser ausgehend von der Festlegung einer in einen Verdampfungskessel 12 eingeleiteten Wassermenge zu steuern und Informationen zu verwenden, die von dem Temperaturfühler 14 oder dem Drucksensor stammen, der dem genannten Kessel 12 zugeordnet ist. Eine derartige Steuerung der Pumpe 11 wird durch das erfindungsgemäße Regulierungsverfahren noch verbessert und ergänzt. Mit diesem kann auch der Betrieb des erfindungsgemäßen Dampferzeugers dargestellt werden. Aus Gründen der Übersicht bei der Darstellung in Fig. 4a werden die Abkürzungen EV bzw. EC für das Elektroventil bzw. die Heizelemente verwendet.
• Das in Fig. 4a gezeigte erfindungsgemäße Regulierungsverfahren besteht darin, die Stromversorgung der Heizelemente 13 mittels des Fühlers 14 zu steuern, um nach einer ersten Dampfentnahme aus dem Kessel 12 eine Temperaturregulierung um einen oberen Schwellenwert TC herum zu erhalten. Eine solche Dampfentnahme entspricht der Betätigung eines Knopfes 3 zum Erregen des Elektroventils 15. Dabei schaltet der Benutzer die Heizmittel 13 mittels der Stromversorgung ein. Wenn die Temperatur der Metallwanne 12a unter einem unteren Schwellenwert TB liegt, werden die Heizmittel 13 nach dem Überschreiten eines ästen Wertes TA ausgeschaltet, der niedriger als der untere Schwellenwert TB ist. Die Heizelemente 13 werden wieder eingeschaltet, sobald die Temperatur wieder unter den Wert TA sinkt.
• Bei Ausbleiben einer Betätigung des Elektroventils 15 länger als to, erfolgt eine Rückkopplung der Stromversorgung der Heizelemente 13, um eine Wärmeregulierung um den unteren Schwellenwert TB herum zu erhalten. Der erfindungsgemäße Dampferzeuger wird dann direkt in diesen Betriebszustand gebracht, wenn die Ausgangstemperatur der Metallwanne 12a höher oder gleich dem unteren Schwellenwert TB ist.
• Nach einer ersten Betätigung des Elektroventils 15 länger als to ermöglicht es das erfindungsgemäße Regulierungsverfahren, die Heizelemente 13 solange ohne Unterbrechung einzuschalten, solange der Benutzer das Elektroventil 15 betätigt. Im Falle, daß das Elektroventil 15 losgelassen wird, werden die Heizelemente 13 erneut mit Strom gespeist, um eine Wärmeregulierung um den oberen Schwellenwert TC herum zu erhalten. Fig. 4a und 4b, auf die später Bezug genommen wird, enthalten die Abkürzungen EV bzw. EC, welche dem Elektroventil 15 bzw. den Heizelementen 13 entsprechen.
• Wie in Fig. 4a dargestellt ist, ist es vorteilhaft wünschenswert, eine Wärmeregulierung ausgehend von der Stromversorgung der Heizelemente 13 vor einer Dampfentnahme aus dem Kessel 12 vorzunehmen. Die Wärmeregulierung der Metallwanne 12a wird dann um einen unteren Schwellenwert TB herum erhalten, der über 100ºC und unter dem oberen Schwellenwert TC liegt. Ein derartiger Beobachtungs- bzw. Wartezustand vor einer ersten Betätigung des Knopfes 3 zum Erregen des Elektroventils 15 ermöglicht es, bei im Kessel 12 vorhandener Luft den Druckanstieg in der Metallwanne 12a zu begrenzen. Somit wird ein Überschreiten eines kritischen Drucks vermieden. Mit einer ersten Betätigung des Erregerknopfes 3 für eine gegebene Dauer, die länger als to ist, kann gewährleistet werden, daß die Luft zum Großteil abgeführt wird. Die Regulierung um den oberen Schwellenwert TC herum kann somit gefahrlos erfolgen.
• Das Verfahren besteht ferner darin, aufeinanderfolgende Messungen mittels des Temperaturfühlers 14 durchzuführen, die dazu dienen, einen Steigungswert D einer den Temperaturverlauf im Kessel 12 und insbesondere in der Metallwanne 12a darstellenden Kennlinie zu errechnen. Somit stellt die Betätigung der Pumpe 11 für eine in Abhängigkeit vom Steigungswert D festgelegte Dauer einen Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Sämtliche Schritte werden bevorzugt vom Mikrocontroller 20 gesteuert. Die durch den Fühler 14 durchgeführten Messungen sind vorzugsweise Temperaturmessungen. Jedoch können auch Druckmessungen vorgesehen sein, ohne dabei den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
• Vorteilhaft berücksichtigt der Mikrocontroller 20 keine Öffnungen des Elektroventils 15 für eine Dauer unter der kritischen Zeit to, die beispielsweise 1 s beträgt. Somit werden die aufeinanderfolgenden Temperatur- oder Druckmessungen dann durchgeführt, wenn die Dauer t des Austritts von Dampf 2 aus dem Kessel 12 die kritische Zeit to übersteigt. Fig. 2a und 2b zeigen einerseits Beispiele für die Öffnungsdauer t des Elektroventils 15 und andererseits Auswirkungen auf die Temperatur T der Metallwanne 12a. Die Messungen erfolgen vorzugsweise 1 s nach dem Öffnen des Elektroventils 15.
• Mit dem erfindungsgemäßen Regulierungsverfahren ist es auch möglich, den Betrieb der Pumpe 11 zu steuern. Ein Beispiel für das Einschalten der Pumpe 11 ist schematisch in Fig. 4b dargestellt. Das Verfahren besteht darin, nach einer Betätigung des Elektroventils 15 für eine Dauer länger als to Temperaturmessungen TI und TF mit Zeitverzögerungen t2 durchzuführen, die beispielsweise jeweils der Dauer von 1 s entsprechen. Der Mikrocontroller 20 macht dann eine Unterscheidung zwischen den Temperaturmeßwerten, d. h. die Unterscheidung zwischen der Ausgangstemperatur TI und einer Endtemperatur TF, die einer Steigung D = TI - TF entspricht, d. h. einem Temperaturunterschied pro Sekunde nach Errechnung der Steigung D, die durch jegliche Mittel gespeichert wird. Dann werden verfahrensgemäß Vergleichsschritte unternommen. Die Steigung D wird mit im Mikrocontroller 20 programmierten Werten verglichen, d. h. mit einer ersten Steigung D1, die beispielsweise einer Steigung von 4,5ºC/s entspricht, und einer zweiten Steigung D2, die beispielsweise einer Steigung von 2,25ºC/s entspricht.
• Wenn die Steigung D über dem Wert von D1 liegt, ignoriert der Mikrocontroller 20 die Messungen. Dies entspricht einem anormalen Betriebszustand. Wenn die Steigung D zwischen den Werten D1 und D2 liegt, wird die Pumpe 11 durch Einschalten der Stromversorgung der genannten Pumpe 11 betätigt. Wenn dagegen die Steigung D unter dem Wert D2 liegt, führt der Mikrocontroller 20 die Berechnung eines Mittelwerts D von mehreren aufeinanderfolgenden Werten der Steigung D durch und vergleicht den genannten Mittelwert D mit einem dritten Steigungswert D3, der beispielsweise 1,2ºC/s mißt. Wenn der Mittelwert D über D3 liegt, wird die Pumpe 11 mit Strom gespeist, wodurch Wasser in den Kessel 12 eingeleitet werden kann. Wenn der Mittelwert der Steigung D dagegen unter dem Wert D3 liegt, wird die Pumpe 11 nicht gespeist.
• Das erfindungsgemäße Regulierungsverfahren ermöglicht es somit, in die Betriebsparameter des Dampferzeugers Korrekturwerte einzubringen, indem die Pumpe 11 quasi unverzüglich betätigt wird, sogar noch bevor die Temperatur der Metallwanne 12a Grenzwerte erreicht. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist dies besonders vorteilhaft und innovativ. Somit wird eine Regulierung in dynamischer Weise gewährleistet.
• Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt auch Schritte, die eine Unterbrechung des Betriebs der Pumpe betreffen.
• Gemäß einer ersten Variante zur Programmierung des elektronischen Systems bzw. des Mikrocontrollers 20, die schematisch in Fig. 4c gezeigt ist, wird die Pumpe eingeschaltet und während einer Anfangszeit t3 betrieben, die beispielsweise 12 s beträgt. Ein nachfolgender Schritt besteht darin, die Temperatur T der Wanne 12a mit einem vorbestimmten Wert TE zu vergleichen. Wenn die Temperatur über dem Wert TE liegt, der beispielsweise 120ºC beträgt, besteht ein ergänzender Schritt darin, die Betriebszeit der Pumpe 11 ab ihrem Einschalten bzw. die Einschaltzeit zu messen. Dieser ergänzende Schritt läuft maximal innerhalb von einer Zusatzzeit t4 ab, die beispielsweise 20 s beträgt. Im Falle, daß die Temperatur über TE bleibt, wenn die Betriebszeit die Dauer t3 + t4 erreicht, wird der Betrieb der Pumpe 11 unterbrochen und dem Benutzer ein akustisches oder optisches Signal ausgegeben. Eine solche Situation entspricht einem leeren Vorratsbehälter 10. Im Falle, daß die Temperatur dagegen unter TE sinkt, bevor die Betriebszeit die Dauer t3 + t4 erreicht, wird die Pumpe 11 einfach ausgeschaltet, ohne ein zusätzliches Signal auszugeben.
• Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit mit einem Schritt ergänzt werden, der darin besteht, den Betrieb der Pumpe 11 von einer Messung der Temperatur des Kessels 12 und von einer Messung der Betriebszeit der genannten Pumpe 11 ausgehend zu unterbrechen.
• Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens, die schematisch in Fig. 4d dargestellt ist, wird die Unterbrechung der Pumpe 11 durch eine Aufeinanderfolge von Schritten hervorgerufen, die eine Analyse der Steigung D betreffen. Die Schritte bestehen darin, die Steigung D mit einem vorbestimmten Zusatzwert D4 zu vergleichen. Die Steigung D entspricht der Unterscheidung zwischen einer Ausgangstemperatur TI und einer Endtemperatur TF, die in einem Zeitintervall t5 gemessen werden. Wenn die Steigung D über dem Zusatzwert D4 liegt, wird der Betrieb der Pumpe 11 unterbrochen. Wenn die Steigung D einen Wert unter D4 annimmt, erfolgt die Analyse der Betriebszeit der Pumpe 11 für eine Dauer, die höchstens gleich einer Zusatzdauer t6 ist. Die Pumpe kann eingeschaltet bleiben, solange die Betriebszeit seit dem letzten Einschalten bzw. die Einschaltzeit nicht die Dauer t5 + t6 überschreitet. Es werden dann wiederholte Messungen der Temperaturen TI und TF durchgeführt. Die Häufigkeit dieser Messungen wird von der Programmierung des Mikrocontrollers 20 bestimmt. Im Falle, daß die Steigung D nach Ablauf der Zeit t5 + t6 unter dem Zusatzwert D4 bleibt, wird die Stromversorgung der Pumpe 11 unterbrochen, wobei dem Benutzer ein Warnsignal ausgegeben wird. Dieser kann dann den Vorratsbehälter 10 wieder auffüllen.
• Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit mit einem Schritt ergänzt werden, der darin besteht, den Betrieb der Pumpe 11 von einer Analyse der Steigung D und einer Messung der Betriebszeit der genannten Pumpe 11 ausgehend zu unterbrechen.
• Gemäß einer dritten Programmierungsvariante des elektronischen Systems bzw. des Mikrocontrollers 20, die schematisch in Fig. 4e dargestellt ist, wird die Unterbrechung der Pumpe 11 durch eine Aufeinanderfolge von Schritten hervorgerufen, die eine Analyse der Steigung D betreffen, welche der Unterscheidung zwischen einer Ausgangstemperatur TI und einer Endtemperatur TF entspricht, die in einem Zeitintervall t7 gemessen werden. Die Schritte bestehen im Messen von TI, Messen der Öffnungsdauer des Elektroventils 15 während der Zeit t7, Messen der Endtemperatur TF bei Ablauf der Zeit t7, Berechnen der Steigung D, die der Differenz zwischen der Ausgangstemperatur TI und der Endtemperatur TF entspricht, und schließlich Ausschalten der Pumpe 11 in Abhängigkeit von der Steigung D und vorzugsweise von der Ausgangstemperatur TI. Bei einem gegebenen Aufbau des Dampferzeugers ist es in Abhängigkeit von D und TI möglich, zu bestimmen, ob die eingeleitete Wassermenge ausreicht oder nicht und somit die Pumpe auszuschalten oder im Gegensatz dazu die Pumpe laufen zu lassen und einen Zyklus von Messungen bis zur gewünschten Menge zu bewirken. Wenn das elektronische System bzw. der Mikrocontroller den Betrieb der Pumpe 11 nicht unterbrochen hat, erfolgt eine Analyse der Betriebszeit der Pumpe für eine Dauer, die maximal gleich einer Zusatzdauer t8 ist. Die Pumpe kann eingeschaltet bleiben, solange die Betriebszeit seit dem letzten Einschalten bzw. die Einschaltzeit nicht die Dauer t7 + t8 überschreitet. Nach Ablauf einer Zeit t9 wird erneut TF gemessen. Mit Berechnung der neuen Steigung D kann die Pumpe ausgeschaltet werden, wenn die Voraussetzungen dafür erfüllt sind. Im Falle, daß die Voraussetzungen zum Ausschalten der Pumpe 11 nach Ablauf der Zeit t7 + t8 nicht erfüllt sind, wird die Stromversorgung der Pumpe 11 unterbrochen, wobei dem Benutzer ein Warnsignal ausgegeben wird. Dieser kann dann den Vorratsbehälter 10 wieder auffüllen.
• Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit mit einem Schritt ergänzt werden, der darin besteht, den Betrieb der Pumpe 11 von einer Analyse der Steigung D und der Ausgangstemperatur TI und einer Messung der Betriebszeit der genannten Pumpe 11 ausgehend zu unterbrechen.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Ausschalten der Pumpe 11 einen Schritt zum Berechnen eines Öffnungsgrads Tx des Eletroventils 15 seit Einschalten der Pumpe 11. Der Öffnungsgrad TX entspricht dem Verhältnis der Öffnungsdauer des Elektroventils 15 zur seit Einschalten der Pumpe 11 abgelaufenen Zeit. Wie in Fig. 4e dargestellt ist, erfolgt der Schritt zum Berechnen des Öffnungsgrads Tx nach dem Schritt zum Berechnen der Steigung D. Dieser Schritt könnte auch vor der Berechnung der Steigung D oder vor der Messung der Temperatur TF erfolgen. Dieser Schritt kann auch bei der zweiten Ausführungsvariante vorgesehen sein. Die Voraussetzung zum Ausschalten der Pumpe D < D4 wird dann durch eine Voraussetzung ersetzt, die von der Steigung D und vom Öffnungsgrad TX abhängt.
• Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit mit einem Schritt ergänzt werden, der darin besteht, den Betrieb der Pumpe 11 von einer Analyse der Steigung D, eines Öffnungsgrades TX des Elektroventils 15, gegebenenfalls der Ausgangstemperatur TI und einer Messung der Betriebszeit der genannten Pumpe 11 ausgehend zu unterbrechen.
• Mit dieser Anordnung kann die zum Füllen des Kessels verwendete Dampfmenge berücksichtigt werden.
• Die völlig unerwartete Effizienz eines solchen Regulierungsverfahrens ist damit verbunden, daß die Steigung einer Kennlinie über den Verlauf einer physikalischen Temperatur- bzw. Druckvariablen nach Öffnen des Elektroventils 15 nur vom Dampfdurchsatz abhängt, der mit dem Druck, den Druckverlusten und der in der Metallwanne 12a vorhandenen Wassermenge zusammenhängt. Solch eine Feststellung ist a priori nicht naheliegend.
• Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann somit auf eine direkte Kontrolle des Wasserstands in der Metallwanne 12a verzichtet werden.
• Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es auch vorteilhaft, aufeinanderfolgende Messungen der Temperatur oder des Drucks durchzuführen, wenn die Dauer des Austritts von Dampf 2 aus dem Kessel 12 die kritische Zeit to übersteigt. Der Mikrocontroller 20 kann nämlich so programmiert sein, daß er nur bei einer Betätigung des Elektroventils 15 reagiert, die länger als eine Sekunde dauert.
• Vorzugsweise besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, Steigungswerte von Temperatur- oder Druckabfällen zu analysieren. Die Nutzung eines Temperaturabfalls ermöglicht es nämlich, beispielsweise Steigungsberechnungen unabhängig von der Stromversorgung bzw. Unterbrechung der Heizmittel 13 durchzuführen. Die Messungen können somit durchgeführt werden, ohne dabei die Rückkopplung der Heizelemente 13 zu berücksichtigen bzw. zu ändern. Dies vereinfacht das erfindungsgemäße Regulierungsverfahren und die Programmierung des Mikrocontrollers 20 erheblich. Die Nutzung eines Temperaturanstiegs würde dazu führen, die Leistung der Heizelemente 13 einzubeziehen. Eine solche Leistung variiert jedoch von einem Dampferzeuger zum nächsten und kann Änderungen in Zusammenhang mit der Stromversorgung vom Netz unterliegen. Es würde sich bei den erfolgten Messungen ein deutlicher Mangel an Genauigkeit einstellen. Die Werte der Steigungen D können in ihren absoluten oder relativen Werten genommen werden. Der Mikrocontroller 20 kann leicht an die eine oder andere Möglichkeit angepaßt werden.
• Vorzugsweise besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, einen einzigen Temperaturfühler 14 vom Typ Thermistor 14b zu verwenden. Die gesamte Durchführung des Regulierungsverfahrens wird somit durch den Thermistor 14b in Verbindung mit dem Mikrocontroller 20 gesteuert. Eine derartige Vereinfachung eines Regulierungssystems trägt insbesondere dazu bei, optimale Zuverlässigkeit und Genauigkeit zu erzielen.
• Durch den Vorteil beim erfindungsgemäßen Regulierungsverfahren ist es möglich, daß die genannte Regulierung nicht durch die Leistung der Heizelement oder durch Schwankungen bei der Stromversorgung vom Netz beeinflußt wird.
• Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung wird durch Verwendung eines einzigen Temperaturfühlers 14 erhalten, um die Temperatur- und Druckregulierung zu bewirken, ohne dabei einen Druckregler zu verwenden.
• Ein zusätzlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung und insbesondere des Regulierungsverfahrens ergibt sich aus einer implizit durchgeführten Wasserstandskontrolle, bei der keine zusätzlichen Mittel vom Typ Pegelschalter oder weitere Mittel zum Kontrollieren des Wasserstands bzw. der in die Metallwanne 12a eingeleiteten Wassermenge erforderlich sind.
• Ein weiterer durch das erfindungsgemäße Regulierungsverfahren erhaltener Vorteil ist mit dem Erhalt eines quasi augenblicklichen Bildes über den Betriebszustand des genannten Dampferzeugers bzw. des Verlaufs dieses Zustands verbunden. Dadurch ist es möglich, durch die Regulierungsmittel daran angepaßte Korrekturmaßnahmen zu ergreifen, die nicht von Problemen, welche die Kalkablagerung oder Wärmeträgheit stellt, beeinträchtigt werden.
• Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mit Hilfe eines Vorratsbehälters 10 erhalten, der keine Schwimmer bzw. andere Mittel aufweist, um seinen Füllstand zu kontrollieren.
• Im Rahmen des erfindungsgemäßen Regulierungsverfahrens ist es auch möglich, die Stromversorgung der Heizmittel 13 automatisch durch Drücken auf den Erregerknopf 3 zu steuern. Eine derartige Vorwegnahme ermöglicht es in bestimmten Fällen, die Leistung des Dampferzeugers erheblich zu steigern. Ferner ist es möglich, eine Anpassung beim Dampfdurchsatz 2 zu erhalten, indem der obere Schwellenwert TC eingestellt wird. Dieser letztgenannte stellt somit einen Einflußfaktor dar, der als Durchsatzregler wirkt. Es ist somit überflüssig, spezifische mechanische Mittel zu verwenden, um den Dampfdurchsatz 2 zu vermindern bzw. zu erhöhen.
• Wenn der Dampferzeuger eine Druckregelung enthält, ist es durch Berücksichtigung der in der Wanne 12a herrschenden Ausgangstemperatur TI möglich, den in der genannten Wanne herrschenden Druck beim Ausschalten der Pumpe 11 zu berücksichtigen.
• Vorteilhaft kann durch Berücksichtigung des Öffnungsgrades TX des Elektroventils 15 zur Steuerung des Ausschaltens der Pumpe 11 die beim Füllen des Kessels verwendete Dampfmenge berücksichtigt werden.
• Ein erfindungsgemäßer Dampferzeuger kann somit einen weiten Aufgabenbereich erfüllen, wobei die Anzahl an Einzelteilen und Bauteilen des genannten Dampferzeugers reduziert wird.

Claims (15)

1. Dampferzeuger mit einem Verdampfungskessel (12), dem Heizelemente (13) zugeordnet sind und der durch eine Pumpe (11) mit Wasser versorgt wird, mit einem Elektroventil (15) zum Ausstossen von Dampf (2) sowie mit Regulierungsmitteln, die einen Temperaturfühler (14) oder Drucksensor enthalten, um die in den Kessel (12) eingeleitete Wassermenge zu kontrollieren und um die Pumpe (11) anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, daß den Regulierungsmitteln ein elektronisches System zugeordnet ist, um aufeinanderfolgende Messungen durchzuführen und um die Pumpe (11) in Abhängigkeit von einem Steigungswert einer Kennlinie zu betätigen, welche den Temperatur- oder Druckverlauf darstellt, wobei die genannte Steigung vom elektronischen System analysiert wird.

2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kessel eine Metallwanne (12a) enthält, die in enger Wärmeverbindung mit dem Temperaturfühler (14) steht, der einen elektrischen Widerstand vom Typ Thermistor (14b) aufweist.

3. Dampferzeuger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermistor auf ein Keramiksubstrat (14a) aufgebracht ist, das an der Metallwanne (12a) aufgeklebt ist.

4. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (13) vom elektronischen System gesteuert werden, das vom Temperaturfühler (14) oder Drucksensor Informationen erhält.

5. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallwanne (12a) mit einem Wärmebegrenzer versehen ist.

6. Bügelstation mit einem Dampfbügeleisen (1), dem ein Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zugeordnet ist.

7. Verfahren zum Regulieren eines Dampferzeugers, das darin besteht, eine Pumpe (11) zur Versorgung mit Wasser ausgehend von der Festlegung einer in einen Verdampfungskessel (12) eingeleiteten Wassermenge zu steuern und Informationen zu verwenden, die von einem Temperaturfühler (14) oder Drucksensor stammen, der dem genannten Kessel (12) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß es aus folgenden Schritten besteht:

- Steuern der Stromversorgung von Heizelementen (13) durch den Fühler (14), um nach einer Dampfentnahme aus dem Kessel (12) eine Temperaturregulierung um einen oberen Schwellenwert TC herum zu erhalten,

- Durchführen von aufeinanderfolgenden Messungen mittels des Temperaturfühlers (14) oder Drucksensors, Errechnen eines Steigungswertes D einer den Temperatur- oder Druckverlauf im Kessel (12) darstellenden Kennlinie, und

- Betätigen der Pumpe (11) für eine in Abhängigkeit vom Steigungswert D festgelegte Dauer.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, die Heizelemente (13) vor einer ersten Dampfentnahme aus dem Kessel (12) unter Spannung zu setzen, um eine Temperaturregulierung des Kessels (12) um einen unteren Schwellenwert TB herum zu erhalten, der über 100ºC und unter dem oberen Schwellenwert TC liegt.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, aufeinanderfolgende Temperatur- oder Druckmessungen nur dann durchzuführen, wenn die Dauer des Austritts von Dampf (2) aus dem Kessel (12) eine kritische Zeit to übersteigt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, Steigungswerte D von Temperatur- oder Druckabfällen zu analysieren.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, einen einzigen Temperaturfühler (14) vom Typ Thermistor zu verwenden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, ausgehend von einer Analyse der Steigung D und von einer Messung der Betriebszeit der genannten Pumpe (11) den Betrieb der Pumpe (11) zu unterbrechen.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, von einer Messung der Temperatur des Kessels (12) und von einer Messung der Betriebszeit der genannten Pumpe (11) ausgehend den Betrieb der Pumpe (11) zu unterbrechen.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet; daß zum Unterbrechen des Betriebs der genannten Pumpe beim Einschalten der Pumpe (11) auch eine Messung einer Ausgangstemperatur TI des Kessels (12) stattfindet.

15. Verfahren nach Anspruch 12 oder nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zum Unterbrechen des Betriebs der genannten Pumpe auch eine Messung eines Öffnungsgrades TX des Elektroventils (15) während des Betriebs der Pumpe (11) stattfindet.