DE20007075U1 - Sicherheitsschaltung eines elektrischen Erhitzers - Google Patents

Description

12.04.2000

Sicherheitsschaltunq eines elektrischen Erhitzers

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsschaltung eines elektrischen Erhitzers einer Flüssigkeit in einem Behälter, insbesondere in einem Aquarium nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Sicherheitsschaltung kann als Sicherheitsapparat für den elektronischen Erhitzer eines Aquariums/Fischglases ausgebildet sein. Dann ist die Flüssigkeit Wasser, und zwar entweder Salz- oder Süßwasser.

Normalerweise hat ein Fischglas in einem Haus - insbesondere im Winter - einen Erhitzer, um eine den üblichen Lebensbedingungen der Fische entsprechende Temperatur des Wassers einzuhalten. Wenn die Temperatur des Wassers - beispielsweise im Winter - niedriger als eine beispielsweise voreingestellte Solltemperatur ist, soll der elektrische Erhitzer automatisch angeschaltet werden, um das Wasser zu erhitzen und um die Solltemperatur zu erreichen. Dadurch sind beispielsweise tropische Fische durch diesen Temperaturmeß- und Regelkreis vor Erfrierung geschützt.

Übliche Sicherheitsapparate/Sicherheitsschaltungen verwenden sogenannte Grenztemperatur-Sicherheitsschaltungen. Eine solche ist in der Druckschrift TW 3 61 075 offenbart; dar-

aus geht hervor, daß eine solche Sicherheitsschaltung nur einmal benutzt werden kann und dann ausgewechselt/gewartet werden muß. Das bedeutet, daß die Sicherheitsschaltung beim Ansprechen zerstört wird; Ansprechen heißt, daß der elektrisehe Erhitzer eingeschaltet sein soll, aber die Sicherheitsschaltung den elektrischen Erhitzer - zum Beispiel bei Wassermangel - deaktiviert.

Dies ist eine sehr unbefriedigende Lösung, da sie ungünstig und - falls die Sicherheitsschaltung einmal anspricht teuer ist und zusätzlichen Materialaufwand bedeutet. Es muß nach jedem Ansprechen eine neue Sicherheitsschaltung verwendet oder die vorhandene Sicherheitsschaltung gewartet/ausgetauscht werden. Darüber hinaus ist eine solche Sicherheitsschaltung auch unzuverlässig, da sie nach einmaligem Ansprechen nicht mehr funktioniert. Dies ist ungünstig einerseits im Hinblick darauf, daß die Sicherheitsschaltung keinesfalls sofort nach dem Ansprechen ersetzt werden kann. Andererseits ist es denkbar, daß die Sicherheitsschaltung einmal unbemerkt ansprechen könnte. Dann würde ebenso unbemerkt die Sicherheitsschaltung für eine unbestimmte Zeit außer Funktion gesetzt sein. Auf diese Weise resultieren Beschädigung und/oder Zerstörung der beteiligten, elektrischen Komponenten, wie beispielsweise des elektrischen Erhitzers. Darüber hinaus ist mit einer unzuverlässigen beziehungsweise nicht funktionierenden Sicherheitsschaltung stets ein beträchtliches Risiko der Brandgefahr verbunden.

Es gibt noch andere Arten von Sicherheitsschaltungen/Si-0 cherheitsapparaten, bei denen die Ein- und Ausschaltung beziehungsweise das Aktivieren und Deaktivieren auch von der Temperatur des Wassers abhängig ist. Solche Sicherheitsschaltungen sind sehr fehleranfällig. Auch die oben genannten Sicherheitsschaltungen können Schäden am elektrischen Erhitzer verursachen, wenn dieser nicht ausgeschaltet wird, während man das Wasser des Fischglases/Aquariums wechselt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Nachteile der oben genannten, üblichen elektrischen Erhitzer/Sicherheitsschaltungen zu vermeiden und insbesondere eine Sicherheitsschaltung der eingangs genannten Art anzugeben, die wartungsarm und zuverlässig arbeitet, und die ohne Einsatz von verlorenen Komponenten funktioniert.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des An-Spruchs 1.

Die Erfindung bietet den Vorteil, daß sie keine verlorenen, das heißt beim Ansprechen zerstörten Komponenten verwendet und somit auch nach ein- bis mehrmaligem Ansprechen noch zuverlässig arbeitet. Dieser Vorteil wird dadurch erreicht, daß der Unterschied des spezifischen Widerstands von Luft und Flüssigkeit/Wasser verwendet wird. Die Sicherheitsschaltung kann im Wasser den Erhitzer einschalten, um das Wasser zu erhitzen und in der Luft den Erhitzer ausschalten, um diesen vor Überlast beziehungsweise Überhitzung zu schützen.

Der Widerstandssensor ist bei gefülltem Behälter zumindest teilweise in die eingefüllte Flüssigkeit eingetaucht. Vorzugsweise ist der Widerstandssensor oberhalb des Erhitzers angeordnet. Dies bedeutet, daß der Widerstandssensor oberhalb des Mittelpunktes der beheizten Teile des elektrischen Erhitzers und besonders bevorzugt oberhalb aller beheizten Teile des elektrischen Erhitzers angeordnet ist. Dadurch ist gewährleistet, daß der Widerstandssensor erst dann von der eingefüllten Flüssigkeit umgeben beziehungsweise umhüllt ist, wenn alle beheizten Teile des elektrischen Erhitzers sich überwiegend bis vollständig unterhalb des Flüssigkeitsspiegels befinden, das heißt, von der Flüssigkeit bedeckt sind. Dabei ist stets von einem Mindestfüllstand des Behälters beziehungsweise von einem üblichen Füllstand des Behälters auszugehen .

Der Widerstandssensor erzeugt einen Widerstandsmeßwert; dieser Widerstandsmeßwert ist von dem Umgebungsmedium abhängig. Das bedeutet, daß der Widerstandsmeßwert von physikalischen Parametern des Umgebungsmediums beeinflußt ist. Das Umgebungsmedium ist - je nach Füllstand des Behälters - entweder die Flüssigkeit oder die Umgebungsluft.

Der Widerstandsmeßwert wird an eine Steuereinrichtung übermittelt, die den elektrischen Erhitzer deaktiviert, wenn der Widerstandsmeßwert außerhalb eines vorbestimmten Widerstandsmeßwert-Bereichs liegt. Der elektrische Erhitzer ist dann - beispielsweise durch Überbrückung oder Unterbrechung der Stromzufuhr etc. - nicht - auch nicht durch eine etwa vorhandene Temperaturregeleinrichtung - einzuschalten.

Der Widerstandssensor liefert beispielsweise ein Meßergebnis, welches abhängig ist vom spezifischen Widerstand des Umgebungsmediums. Bei gefülltem Behälter ist dies die Flüssigkeit. Ist der Behälter nicht gefüllt, ist der spezifische Widerstand des Umgebungsmediums - Luft - in der Regel um viele Größenordnungen höher als der der Flüssigkeit - beispielsweise Wasser -. Daher ist sehr genau und zuverlässig zu bestimmen, ob Flüssigkeit den Widerstandssensor umgibt oder nicht.

Der Widerstandssensor kann beispielsweise zwei offene, voneinander beabstandete Elektroden aufweisen, die an einen Widerstandsmeßkreis angeschlossen sind. Der Widerstand zwisehen den Elektroden ist dann abhängig vom spezifischen Widerstand des Umgebungsmediums.

Der Widerstandssensor kann aber auch den Widerstand eines Bauteils bestimmen, dessen Widerstand abhängig ist vom Umgebungsmedium. Hierzu sind beispielsweise Glühdräte bekannt, die ständig stromdurchflossen sind und die - abhängig

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von der Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit des Umgebungsmediums - ihre Temperatur und somit ihren Widerstand ändern.

Die Erfindung ermöglicht es, mit hoher Zuverlässigkeit und Genauigkeit zu detektieren, ob Wassermangel im Behälter herrscht. Der Widerstand ist eine gängige, elektrische Meßgröße, die mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit zu messen ist. Ihre Messung ist darüber hinaus sehr einfach und es gibt eine Vielzahl von Standardteilen, die diesen Zweck erfüllen.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Üblicherweise ist noch eine Temperaturregelungseinrichtung nach Anspruch 3 vorhanden. Dann kann die Sicherheitsschaltung vorhandene Bauteile der Temperaturregelungseinrichtung mitnutzen. Hierdurch werden Bauteile gespart und die Sicherheitsschaltung nebst Temperaturregelung kann kompakt und relativ klein sein.

Eine solche Temperaturregelung kann von derselben Stromversorgung gespeist sein wie die Sicherheitsschaltung und/ oder der elektrische Erhitzer.

Der Widerstandsmeßbereich der Sicherheitsschaltung ist vorzugsweise einstellbar. Er kann automatisch eingestellt werden, oder ab Werk voreingestellt sein. Er ist insbesondere auch von Hand einstellbar. Dadurch kann die Sicherheitsschaltung den Eigenschaften verschiedener Flüssigkeiten angepaßt werden. Beispielsweise hat Salzwasser einen wesentlich geringeren spezifischen Widerstand als etwa Süßwasser.

Bevorzugt ist, wenn der Widerstandsmeßwert-Bereich durch ein Intervall zwischen einem Mindest-Widerstandsmeßwert und einem Höchst-Widerstandmeßwert gebildet ist. Der Mindest-Wi-

derstandsmeßwert kann auch Null sein. Dann ist sichergestellt, daß auch eine Flüssigkeit mit geringstem spezifischen Widerstand, wie beispielsweise Salzwasser, nicht aus dem vorbestimmten Widerstandsmeßwert-Bereich herausfällt.
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Zuverlässiges Ansprechen der Sicherheitsschaltung bei Wassermangel oder bei Abwesenheit von Wasser - das heißt Deaktivieren des elektrischen Erhitzers - ist dadurch gewährleistet, daß der Widerstandsmeßwert-Bereich unter Berücksichtigung des spezifischen Widerstandes der Flüssigkeit und des Widerstandssensors derart eingestellt ist, daß der Widerstandsmeßwert innerhalb des vorbestimmten Widerstandsmeßwert-Bereichs liegt, wenn der Widerstandssensor zumindest teilweise in die Flüssigkeit eingetaucht ist.

Die elektrischen Komponenten, die zum Beheizen, zur Regelung der Temperatur eines Aquariums und für eine Sicherheitsschaltung sowie für sonstige elektrische Komponenten rund um ein Aquarium/Behälter erforderlich sind, können eine oder mehrere gemeinsame Stromversorgungen aufweisen.

Wird zur Messung des Widerstands das Wasser in einem Aquarium von einem Strom durchflossen, so ist dieser derart bemessen/abgeschirmt, daß eine Schädigung von Lebewesen im Aquarium ausgeschlossen ist.

Zusammenfassend handelt es sich um eine Sicherungsschaltung für einen elektrischen Erhitzer im Aquarium. Aus der Wechselspannung entsteht durch den Spannungsabfall des Gleichrichterkreises und das Gleichrichten die Gleichspannung, welche in den Spannungsstabilisationskreis eingeführt und stabilisiert wird. Diese stabilisierte Spannung kann nachher von dem Systemmikroprozessor und von dem Temperatursensor benutzt werden. Der oben genannte Systemmikroprozessor hat einen eingestellten Temperaturbereich des Wassers/der Flüssigkeit in dem Behälter. Wenn der Temperatursensor mißt,

daß die Temperatur des Wassers/der Flüssigkeit niedriger oder höher als die eingestellte Temperatur des Systemmikroprozessor ist, gibt der Sensor ein Kontrollsignal, durch das der elektrische Heizleistungskreis den elektrischen Erhitzer kontrolliert.

Die Merkmale der Erfindung sind: Zwischen den oben genannten Spannunsstabilisationskreis und den Systemmikroprozessor ist ein weiterer Mikroprozessor geschaltet, der an einen Widerstandssensor angeschlossen ist. Der Mikroprozessor hat einen voreingestellten Bereich von Widerstandszahlen des Wassers/der Flüssigkeit. Wenn der Widerstandssensor mißt, daß die gemessene Widerstandszahl in diesem Bereich ist, wird der Mikroprozessor starten, wenn die Widerstandszahl außerhalb dieses Bereichs ist, wird der Mikroprozessor nicht starten anzuschalten.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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Fig.l ein schematisches Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung mit weiteren elektrischen Komponenten,

Fig. 2 die Vorrichtung gemäß Fig.l mit weiteren Einzelheiten, insbesondere mit einzelnen elektrischen Bauteilen.

Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Fig.l und Fig.2. In dem Gleichrichterkreis 1 entsteht die Gleichspannung durch den Spannungsabfall der Gleichrichterschaltung und durch das Gleichrichten. Die Wechselspannung ist mit AC bezeichnet. Die Gleichspannung wird in einen Spannungsstabilisationskreis 2 eingespeist und dort stabilisiert. Diese stabilisierte Spannung wird von einem Mikroprozessor 3 und einem Widerstandssensor 4 benutzt. Im Mikroprozessor 3 ist bei-■■ spielsweise ein Bereich von Widerstandszahlen des Wassers eingestellt. Wenn der Widerstanssensor 4 detektiert, daß ein

Signal vorliegt, welches dem Widerstand des Wassers entspricht, aktiviert der Mikroprozessor den elektrischen Erhitzer 8. Dies bedeutet, daß der elektrische Erhitzer dann eingeschaltet werden kann, beispielsweise von Hand oder von einer Temperaturregeleinrichtung.

Wenn das Signal dem Widerstand in Luft entspricht deaktiviert der Mikroprozessor 3 den elektrischen Erhitzer 8. So kann sichergestellt werden, daß der elektrische Erhitzer 8 stets abgeschaltet bzw. nicht einzuschalten ist, wenn Wassermangel herrscht oder wenn es kein Wasser in dem Behälter gibt.

Ein Systemmikroprozessor 5 hat einen Temperaturbereich des Wassers/der Flüssigkeit eingestellt. Wenn ein Temperatursensor 6 mißt, daß die Temperatur des Wassers niedriger als die eingestellte Temperatur ist, gibt der Systemmikroprozessor 5 ein Kontrollsignal, durch welches der elektrische Erhitzer 8 über den elektrischen Heizleistungskreis 7 angeschaltet beziehungsweise ausgeschaltet wird. So wird die Temperatur des Wassers kontrolliert und geregelt.

Statt der Mikroprozessoren 3,5 können auch Mikrokontroller verwendet werden.

Die Sicherheitsschaltung für den elektrischen Erhitzer 8 des Behälters funktioniert wie folgt: Zwischen Spannungsstabilisationskreis 2 und Systemmikroprozessor 5 ist in dem Kontrolleitungsnetz des Erhitzers 8 des Behälters ein Mikroprozessor 3 vorhanden, der an einen Widerstandssensor 4 angeschlossen ist. Der Widerstandssensor 4 kann den Widerstand in der Luft und im Wasser unterscheiden und danach automatisch kontrollieren beziehungsweise regeln, daß der Erhitzer 8 nicht funktioniert, wenn in dem Behälter kein Wasser ist beziehungsweise Wassermangel vorliegt.

12.04.2000

Bezugszeichenliste

1 Gleichrichterkreis

2 Spannungsstabilisationskreis

3 Mikroprozessor

4 Widerstandssensor

5 Systenimikroprozessor

6 Temperatursensor

7 elektrischer Heizleistungskreis

8 elektrischer Erhitzer

Claims (9)

1. Sicherheitsschaltung eines elektrischen Erhitzers (8) einer Flüssigkeit in einem Behälter, insbesondere in einem Aquarium, mit einem bei gefülltem Behälter zumindest teilweise in die Flüssigkeit eingetauchten Sensor, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein Widerstandssensor (4) ist, der in Abhängigkeit von seinem Umgebungsmedium einen Widerstandsmeßwert erzeugt und an eine Steuereinrichtung übermittelt, die den elektrischen Erhitzer (8) deaktiviert, wenn der Widerstandsmeßwert außerhalb eines vorbestimmten Widerstandsmeßwert-Bereichs liegt.

2. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandssensor (4) nach Maßgabe des spezifischen Widerstandes des Umgebungsmediums einen Widerstandsmeßwert erzeugt.

3. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Flüssigkeit in dem Behälter mittels Temperaturregeleinrichtung geregelt ist, die die Temperatur der Flüssigkeit mittels Steuerung der Leistung des elektrischen Erhitzers (8) nach Maßgabe eines Vergleichs des Temperaturmeßwertes (Ist-Wert) eines Temperatursensors (6) mit einem vorbestimmten Sollwert einregelt.

4. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsmeßwert-Bereich einstellbar ist.

5. Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsmeßwert- Bereich durch ein Intervall zwischen einem Mindest-Widerstandsmeßwert und einem Höchst-Widerstandsmeßwert gebildet ist.

6. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mindest-Widerstandsmeßwert praktisch gleich Null ist.

7. Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsmeßwert- Bereich unter Berücksichtigung des spezifischen Widerstandes der Flüssigkeit und des Widerstandssensors (4) derart eingestellt ist, daß der Widerstandsmeßwert im Bereich des vorbestimmten Widerstandsmeßwert-Bereichs liegt, wenn der Widerstandssensor (4) zumindest teilweise in die Flüssigkeit eingetaucht ist.

8. Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stromversorgung (1, 2) vorhanden ist, die die Sicherheitsschaltung undl oder den elektrischen Erhitzer (8) mit Strom versorgt.

9. Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung durch einen Mikroprozessor (3)/Mikrokontroller realisiert ist.