CH669878A5

CH669878A5 -

Info

Publication number: CH669878A5
Application number: CH3183/85A
Authority: CH
Inventors: Frank Eggebrecht; Bernhard Frenzel; Karlheinz Eberl; Werner Basel; Michael Neubauer
Original assignee: Inter Control Koehler Hermann
Priority date: 1984-07-26
Filing date: 1985-07-22
Publication date: 1989-04-14
Also published as: DE3427523A1; DE3427523C2

Description

BESCHREIBUNG 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 Elektrospeicherofen 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 abgeschaltet. Der Betriebszustand, in dem das Gebläse zur Wärmeabfuhr aus dem Ofen läuft, wird dynamischer Zustand genannt, der Betriebszustand, in dem die Wär-meabstrahlung 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 Raumtemperaturmess5

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fühler vorbei zusätzlich durch das Gebläse unterstützt, so dass sich die Luftströmung im Bereich des Raumtemperaturmessfühlers in 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 Speicherkern eingestrahlte Wärme innerhalb eines relativ 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 dem Raumtemperaturmessfühler nachgeschaltete elektronische 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 3°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 Ofens 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 Behaglichkeitsschwelle problemlos möglich ist.

Eine weitere wesentliche Verbesserung des Regelverhaltens 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 Raumtemperaturmessfühlers) 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 wird. Als neue kennzeichnende Sachmerkmale kommt 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 Wärmeabstrahlung 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 un-korrigiertem 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 Tem-peratur-/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 langsam abnehmen (strichpunktierte Linie). Die am Temperaturmessfühler herrschende Temperatur wird — zumindest bei aufgeladenem Kern — im statischen Betriebszustand meist etwas höher sein

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als die mittlere Raumtemperatur, was in Fig. 1, statischer Betriebszustand 1, auch deutlich zu sehen ist.

Zum Zeitpunkt U 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 Wärmestrah-lungseinfluss auf der Oberfläche des Messfühlers zurückzuführen ist. Der vom Messfühler abgegebene Wert spiegelt somit einen tatsächlich nicht vorhandenen Raumtemperatursprung von —2°C wider, 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 wie-5 der so weit gesenkt haben, dass die Messfühlertemperatur wieder die Einschaltschwelle von beispielsweise 22,25°C überschreitet, werden die bei ti anlaufenden Instabilitätsvorgänge erneut ablaufen.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Temperatur-/Zeitdiagramm ist io 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 15 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 Kom-20 pensation 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 Elektrospeicherofen 1 mit einem Speicherkern 2, einem Gebläse 3, dessen Leistung über eine Elektronikschaltung (Regelelektronikschaltung 4) proportional je nach Wärmebedarf geregelt wird. Die Regelelektronikschaltung wirkt mit einem Temperaturmessfühler 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.

35 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 ei-40 ne Einstellvorrichtung 11 vorgebbaren Spannungs-/Kompensa-tionswert überlagert.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren, zur Raumtemperaturregelung eines mit einem Gebläse (3) versehenen Elektrospeicherofens (1), wobei die Raumtemperatur über einen im oder am Ofengehäuse (7) befestigten, mit einer den Gebläselauf steuernden Regelelektronikschaltung (4) zusammenwirkenden Temperaturmessfühler (5) erfasst wird, der im dynamischen Entladungszustand, d.h. Gebläse eingeschaltet, mit vom Gebläse (3) angesaugter Raumluft, im statischen Zustand, d.h. Gebläse ausgeschaltet, mit durch Konvektion oder einen gesonderten Hilfslüfter angesaugter Raumluft beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Temperaturmessfühler (5) erfasste Temperaturwert beim Übergang vom statischen zum dynamischen Betriebszustand elektronisch aktiv angehoben und beim Übergang vom dynamischen zum statischen Betriebszustand durch Abschaltung der Kompensation entsprechend wieder abgesenkt wird.

2. Verfahren, zur Raumtemperaturregelung eines mit einem Gebläse (3) versehenen Elektrospeicherofens (1), wobei die Raumtemperatur über einen im oder am Ofengehäuse (7) befestigten, mit einer den Gebläselauf steuernden Regelelektronikschaltung (4) zusammenwirkenden Temperaturmessfühler (5) erfasst wird, der im dynamischen Entladungszustand, d.h. Gebläse eingeschaltet, mit vom Gebläse (3) angesaugter Raumluft, im statischen Zustand, d.h. Gebläse ausgeschaltet, mit durch Konvektion oder einen gesonderten Hilfslüfter angesaugter Raumluft beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Temperaturmessfühler (5) erfasste Temperaturmesswert beim Übergang vom dynamischen zum statischen Zustand elektronisch aktiv abgesenkt und beim Übergang vom statischen zum dynamischen Zustand durch Abschalten der Kompensation entsprechend wieder angehoben wird.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren, zur Raumtemperaturregelung eines mit einem Gebläse (3) versehenen Elektrospeicherofens (1), wobei die Raumtemperatur über einen im oder am Ofengehäuse (7) befestigten, mit einer den Gebläselauf steuernden Regelelektronikschaltung (4) zusammenwirkenden Temperaturmessfühler (5) erfasst wird, der im dynamischen Entladungszustand, d.h. Gebläse eingeschaltet, mit vom Gebläse (3) angesaugter Raumluft, im statischen Zustand, d.h. Gebläse ausgeschaltet, mit durch Konvektion oder einen gesonderten Hilfslüfter angesaugter Raumluft beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Temperaturmessfühler (5) erfasste Temperaturmesswert im statischen Betriebszustand elektronisch aktiv abgesenkt und im dynamischen Betriebszustand elektronisch aktiv angehoben wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anhebung bzw. Absenkung gegenüber dem jeweiligen Zeitpunkt der Betriebszustandsänderungen, d.h. Übergänge vom dynamischen zum statischen Zustand und umgekehrt, zeitlich verzögert erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungszeit etwa der Zeit entspricht, die der Temperaturmessfühler (5) benötigt, um sich bei Einsetzen des gebläseinduzierten Luftstromes bei seinem neuen, erniedrigten Temperaturwert zu stabilisieren.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungszeit einstellbar ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der elektronischen Kompensation einstellbar ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationswert bei Einsetzen des dynamischen Zustandes stetig von 0 auf den maximalen Kompensationswert erhöht und beim Wiedereinsetzen des statischen Zustandes stetig auf 0 abgesenkt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anstiegszeit/Absenkzeit etwa der Zeit entspricht, die der Temperaturmessfühler (5) benötigt, um sich nach den Betriebszustandsänderungen auf die jeweiligen Temperaturwerte zustabilisieren.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anstiegszeit/Absenkzeit etwa 1,5 - 3 Minuten beträgt.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, in einem Elektrospeicherofen (1) mit einem Speicherkern (2) und einem Gebläse (3), welche Vorrichtung eine mit einem Temperaturmessfühler (5) zusammenwirkende Regelelektronikschaltung (4) zur Erfassung der Raumtemperatur aufweist, wobei der Temperaturmessfühler (5) im oder am Gehäuse des Ofens in einem oder in Wirkverbindung 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 1, 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 Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsschaltung (8) ein steuerbarer 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 Ansprüche 11 bis 13, 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 (16) des Speicherkerns (2) erfasst.