DE1046289B - Selbsttaetige, elektronische Regeleinrichtung fuer Warmwasserheizungsanlagen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine selbsttätige elektronische Regeleinrichtung für Warmwasser-Sammelheizungsanlagen mit einer aus temperaturabhängigen Widerständen von positivem und negativem Temperaturkoeffizienten gebildeten, über einen Transformator mit Niederspannung gespeisten Meßbrücke, die an den Eingang eines Wechselspannungsverstärkers angeschlossen ist.

Es sind bereits Regeleinrichtungen bekannt, bei welchen mittels einer mechanisch verstellbaren Brückenschaltung eine Größe in Abhängigkeit von einer anderen geregelt wird. Bei diesen bekannten Ausführungen war vor allem eine Anpassung der konstruktiven Ausbildung des Gebers an das Steuerverfahren erforderlich, die sich auf das allgemeine Aussehen desselben nachteilig auswirkte. Außerdem gab die mögliche Verschmutzung der Schleifkontakte bei diesen mit Ausdehnungsrohr, Ubertragungsstab, elektrischem Widerstand und Kontaktarm versehenen Gebern Anlaß zu Störungen.

Als Temperaturfühler sind auch Brückenschaltungen mit Widerständen von positivem und negativem Temperaturkoeffizienten bekannt, die über einen Transformator mit Niederspannung gespeist und an einen Wechselspannungsverstärker angeschlossen sind. Es ist weiterhin bekannt, die Brückenwiderstände so auszubilden und anzuordnen, daß je zwei diagonal einander gegenüberliegende Zweige von gleicher Art in bezug auf den Temperaturkoeffizienten sind. Zur Vergrößerung der Empfindlichkeit der Regelung können auch elektronische und magnetische Verstärker Verwendung finden. Es ist weiterhin bekannt, daß der in der Spule eines empfindlichen in Reihe mit einem als Temperaturfühler dienenden, temperaturabhängigen Widerstand geschalteten Anspreohinstrumentes fließende Strom von einem anderen temperaturabhängigen Widerstand günstig beeinflußt werden kann.

Schließlich sind auch Regeleinrichtungen für Klimaanlagen bekannt, bei denen sich die Meßgrößen in einem einstellbaren Bereich ändern können, ohne daß die Einrichtung anspricht. Die Einstellung der Grenzen erfolgt über die Gitterspannung von Gasentladungsröhren. Bei Auswanderung der Meßgröße über die eingestellten Bereichsgrenzen wird ein Motor in Tätigkeit gesetzt, der ein geeignetes Stellglied um einen konstanten Betrag verstellt. Ist nach der Verstellung die Meßgröße noch außerhalb des Sollwertbereiches, erfolgt eine neuerliche Verstellung des Stellgliedes.

Durch die konstanten Verstellschritte eignet sich die bekannte Einrichtung nicht gut für Heizungsanlagen mit stark voneinander abweichenden Leistungen.

Zur progressiven Regelung von Heizungsanlagen Selbsttätige,

elektronische Regeleinrichtung
für Warmwasserheizungsanlagen

Anmelder:

Fr. Sauter A. G.

Fabrik für elektr. Apparate,

Basel (Schweiz)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 13. September 1955

Dipl.-Ing. Hugo von Tolnai, Basel (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

wird üblicherweise eine starre oder eine elastische Rückführung benötigt, welche dazu dient, den Regelkreis stabil zu halten. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine möglichst betriebssichere Regeleinrichtung zu schaffen, die auf einfachste Weise die Regelung einer Warmwasser-Sammelheizungsanlage den örtlichen Verhältnissen anpaßt.

Es soll also eine selbsttätige, elektronische Regeleinrichtung für Warmwasser-Sammelheizungen geschaffen werden, die ohne große Abänderungen für Heizungsanlagen verschiedener Größe Verwendung finden kann. Die Einrichtung soll dabei betriebssicher arbeiten und keine Neigung zum Pendeln haben.

Gemäß der Erfindung ist eine selbsttätige, elektronische Regeleinrichtung für Warmwasser-Sammelheizungsanlagen sonst nach der eingangs angeführten Gattung gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale und Maßnahmen:

a) ein Vorlauf- und ein Außentemperaturfühler mit positivem Temperaturkoeffizienten sind in zwei parallelen Zweigen der Brücke angeordnet;

b) ein Raumtemperaturfühler mit negativem Temperaturkoeffizienten ist in dem zum Vorlauftemperatur·' fühler anliegenden Brückenzweig angeordnet;

c) an den Ausgang des Verstärkers sind zwei Pentoden geschaltet, die unmittelbar mit Wechselspannung gespeist werden, deren Phasenlage an beiden Röhren um 180° gegeneinander verschoben ist;

809 698/111

d) durch das Fehlen einer festen Gittervorspannung sowie eines Kathodenwiderstandes bei den Pentoden wird erreicht, daß der volle Anodenstrom durch beide Röhren fließt und zwei in den Anodenkreisen liegende Relais angezogen werden, sofern kein Eingangssignal an die Steuergitter gelegt wird;

e) bei gestörtem Brückengleichgewicht durch die auftretende Wechselspannung wird eine der beiden Pentoden gesperrt, so daß das zugehörige Relais abfällt und durch einen Schrittregler ein Impuls einstellbarer Länge erzeugt wird, der das Verstellen des Regelgliedes um einen der Impulslänge entsprechenden Betrag bewirkt;

f) gleichzeitig wird der Verstärker für eine einstellbare Zeit blockiert, so daß beide Relais angezogen bleiben und ein weiterer Impuls des Schrittrelais und damit eine neuerliche Verstellung des Regelgliedes erst nach Ablauf einer eingestellten Zeit möglich ist.

In der Zeichnung ist ein Alisführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes für die Regelung einer Heizungsanlage in schematischer Darstellung veranschaulicht. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltschema einer erfindungsgemäßen progressiven Regeleinrichtung und

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines elektronischen Verstärkers mit Vorstufe.

In der Fig. 1 sind ein Vorlauftemperaturfühler 3 und ein Außentemperaturfühler 4 in zwei parallelen Zweigen einer Meßbrücke angeordnet. Diese Fühler bestehen aus je einer Spule Reinnickel draht mit positivem Temperaturkoeffizienten. Um die Brückenschaltung mit größter Empfindlichkeit arbeiten zu lassen, ist ein Raumtemperaturfühler 5 in dem zum Vorlauftemperaturfühler 3 anliegenden Brückenzweig angeordnet. Diese Maßnahme bedingt aber, daß für den Raumtemperaturfühler 5 Thermistoren mit negativem Temperaturkoeffizienten verwendet werden.

Der Ausgang der Brücke besteht aus den Abgriffen von zwei vorzugsweise auf einer Achse parallel laufenden Potentiometern 6 und 7, deren Einstellung demzufolge eine annähernd lineare Beziehung zwischen Außen- und Vorlauftemperatur festlegt. Diese Anordnung ist nicht aus dem Schaltschema ersichtlich. Zwei veränderliche Widerstandes und 9, welche beispielsweise tagsüber selbsttätig kurzgeschlossen sind, dienen dazu, nachtsüber eine wählbare Absenkung der Temperatur vorzunehmen oder während einer Anheizzeit däe Wassertemperatur zu erhöhen. Außerdem sind noch ein Abgleichwiderstand 10 und ein Korrekturwiderstand 11 vorgesehen. Dieser Korrekturwiderstand 11 ermöglicht eine Parallelverschiebung der Heizplankurven im Bereich von !beispielsweise + 10° C.

Die Brücke wird über einen Transformator 12 mit Niederspannung gespeist, wobei durch die Dreileiteranordnung dafür gesorgt wird, daß die Leitungswiderstände bei dem Vorlauftemperaturfühler 3 und dem Außentemperaturfühler 4 keine Rolle spielen.

Im Schaltschema der Fig. 1 sind ferner ein Verstärker 13 mit nachgeschaltetem Relais für Schrittregelung 14, eine Schaltuhr 15 mit Stufenschalter 16 und ein Regelglied 17 mit dazugehörendem Motorantrieb 18 dargestellt. Durch den Stufenschalter 16 sind mehrere Heizpläne möglich, die von der Schaltuhr gesteuert oder eingehalten werden. Außerdem wird ein Schütz

19 planmäßig geschaltet, welches eine Umwälzpumpe

20 für den Wärmeträger der Heizungsanlage in Betrieb setzt. Hierzu ist ein Dreiphasennetz 21 vorgesehen. Der Motorantrieb 18 zum Regelglied 17 und die Schaltuhr 15 sind nur an eine Phase angeschlossen. Nach dem durch den Stufenschalter jeweils eingestellten Heizplan werden ferner zwei Kontakte 22 und 23 gesteuert, welche beispielsweise tagsüber die beiden veränderlichen Widerstände 8 und 9 selbsttätig kurzschließen.

An Stelle einer Rückführvorrichtung ist das nicht näher dargestellte Relais für Schrittregelung 14 vorgesehen. Dieses kann sowohl mechanisch als auch elektronisch arbeiten. Die mechanisch arbeitenden Schrittrelais mit zwei voneinander unabhängig einstellbaren

ίο Zeiten für die Impulsdauer und den Schaltvorgang bestehen üblicherweise aus zwei Hilfsrelais, die zwei Kleinmotoren nach Erhalt eines Steuerimpulses in Betriöb setzen, welche ihrerseits durch besondere Schaltmittel die beiden eingestellten Zeiten einhalten und dafür sorgen, daß kein zweiter Regelimpuls während der Schaltdauer des vorhergehenden durchgegeben wird.

Zur Durchführung des gleichen oben beschriebenen Schaltplanes können ebenfalls elektronische Impulsgeber verwendet werden, die normalerweise mit zwei Schaltröhren, beispielsweise Thyratrons oder Glimmtrioden, arbeiten.

Die Länge der Impulszeit wählt man nach der Laufzeit des Regelgliedes, und zwar derart, daß während der Dauer eines Impulses das Regelglied um etwa 1 % des gesamten Bereiches verstellt wird.

Der. Schaltvorgang oder die Dauer des einzelnen Vorganges hingegen richtet sich mach der Trägheit der Regelstrecke. Der Schaltvorgang sollte so groß sein, daß die Meßbrücke die Änderung, welche zu Beginn des Schältvorganges, und zwar während der Impulsdauer in der Heizungsanlage, vorgenommen wird, wenigstens teilweise erfassen kann, bevor ein neuer Befehl an das Regelglied erfolgt. Damit wird das Pendein der Regeleinrichtung verhindert.

Der in der Fig. 2 dargestellte elektronische Verstärker besteht aus einem zweistufigen Spannungsverstärker. Die Meßbrücke ist an den Punkten 24 und 25 an die Vorstufe angeschlossen. Ein Kondensator 26 dient als integrierendes Glied nach der Brücke, und ein Spannungsteiler 27 ist zum Verändern der Empfindlichkeit vorgesehen. Die Verstärkerröhre ist beispielsweise eine Doppeltriode mit den beiden Systemen 28 und 29, die von einem Netzteil 30 mit Gleichspannung gespeist werden. Dieser Netzteil besteht aus einem Gleichrichter 31 und einer Siebkette 32, die ihrerseits aus den Kondensatoren 33 und 34 und den Widerständen 35 und 36 besteht.

Mit 37 und 38 sind die Widerstände zur selbsttätigen Gittervorspannungfoezeichnet. Der Kondensator 39 dient der Kopplung der Anode 40 des ersten Systems 28 mit dem Gitter 41 des zweiten Systems 29. Für das zweite System 29 sind außerdem ein Gitterableitwiderstand 42 und ein Kondensator 43 zwecks Unterdrükkung von Schwingungen hoher Frequenz vorgesehen. 44 und 45 sind Anodenwiderstände.

Die zweite Verstärkerstufe ist mit der ersten über den Koppelkondensator 46 verbunden. Am Ausgang dieser Verstärkerstufe sind zwei Pentoden 47 und 48 geschaltet, in deren Anodenkreis sich je ein Gleichstromrelais 49, 50 befindet. Damit sich die Röhren bei Ankunft eines Signals von genügender Amplitude und geeigneter Phasenlage gegenseitig nicht beeinflussen, sind die Widerstände 51 und 52 zur Entkopplung der Gitter 53 und 54 vorgesehen. Die Kathoden 55 und 56 liegen an Erde. Der Mittelpunkt 61 der Transformatorwicklung 62 und die Bremsgitter 63 und 64 befinden sich ebenfalls auf Erdpotential. Die Heizung der Kathoden 55 und 56 und diejenige der Kathode der Doppeitriode liegen in Reihe an der Sekundärwicklung 57

eines die Primärwicklung 58 besitzenden Transformators mit den Wechselstromnetzklemmen 59 und 60. Zur Glättung des durch die Relais 49 und 50 fließenden Gleichstromes sind zwei Kondensatoren 65 und 66 vorhanden.

Die beiden Anoden der Pentoden 47 und 48 werden mit Wechselspannung aus der Transformatorwicklung 62 gespeist, wobei die Phasenlage der Spannung an beiden Röhren um 180° gegeneinander verschoben ist.

Durch das Fehlen eines Kathodenwiderstandes sowie einer festen Gittervorspannung wird nun erreicht, daß die Röhren leiten, sofern kein Signal von genügender Amplitude und geeigneter Phasenlage an die Steuergitter 53 und 54 gelegt wird, um den Anodenstrom zu sperren. Bei abgeglichenem Regelkreis sind folglich die beiden Gleichstromrelais 49 und 50 angezogen. Diese Schaltweise hat folgende Vorteile:

a) Einsparung von Elementen, die eine feste oder selbsttätige Gittervorspannung im Anodenkreis erzeugen ; ao

b) die Steuerleitungen, die über die Relaiskontakte führen, können derart geschaltet werden, daß der Abfall beider Relais sämtliche Ausgangsspannungen unterbricht und gleichzeitig ein Störsignal betätigt. Schaltet man sämtliche Röhrenheizungen in Serie, so besitzt man hiermit eine einfache Sicherheitsschaltung, welche jeden Heizfadenbruch ohne zusätzliche Schaltelemente signalisiert.

Die Arbeitsweise des elektronischen Verstärkers mit dem Relais für Schrittregelung ist folgende:

Bei abgeglichenem Regelkreis beträgt die Ausgangsspannung der Meßbrücke Null. Die beiden Gleichstromrelais 49 und 50 am Ausgang des Verstärkers sind angezogen, und das Relais für Schrittregelung steht in der Ausgangslage still.

Beim Auftreten einer Störung wird das Gleichgewicht der Brückenschaltung verschoben. Die jetzt am Eingang des Verstärkers auftretende Spannung bewirkt, daß eines der beiden Gleichstromrelais am Ausgang abfällt und einen der Störung entgegengesetzten Befehl an das Regelglied erteilt. Gleichzeitig beginnt das Schrittrelais zu laufen, welches über einen Haltekontakt während einer Schaltdauer an Spannung gelassen wird. Nach Ablauf der einstellbaren Impulszeit wird der Verstärker künstlich in die Mittelstellung übergeführt, so daß beide Gleichstromrelais angezogen bleiben und die Durchgabe eines neuen Regelimpulses während der Schaltdauer des vorhergehenden verhindert wird. Dieser Zustand wird aufrechterhalten, bis der Schaltvorgang des ersten Regelimpulses abgelaufen ist. Danach wird die Blockierung des Verstärkers aufgehoben.

Durch die Einführung des sogenannten Schaltvorganges, der nach der Trägheit der Regelstrecke eingestellt werden sollte, kann die Meßbrücke die Änderung, welche zu Beginn des Vorganges, und zwar während der Impulsdauer in der Heizungsanlage vorgenommen wird, wenigstens teilweise erfassen, bevor ein neuer Steuerbefehl an das Regelglied ergeht.

Claims (1)

1. PATENTANSPBUCH:

   Selbsttätige, elektronische Regeleinrichtung für Warmwasser-Sammelheizungsanlagen mit einer aus temperaturabhängigen Widerständen von positivem und negativem Temperaturkoeffizienten gebildeten, über einen Transformator mit Niederspannung gespeisten Meßbrücke, die an den Eingang eines Wechselspannungsverstärkers angeschlossen ist, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale und Maßnahmen:

   a) ein Vorlauf- (3) und ein Außentemperaturfühler (4) mit positivem Temperaturkoeffizienten sind in zwei parallelen Zweigen der Brücke angeordnet ;

   b) ein Raumtemperaturfühler (5) mit negativem Temperaturkoeffizienten ist in dem zum Vorlauftemperaturfühler anliegenden Brückenzweig angeordnet ;

   c) an den Ausgang des Verstärkers (13) sind zwei Pentoden (47, 48) geschaltet, die unmittelbar mit Wechselspannung gespeist werden, deren Phasenlage an beiden Röhren um 180° gegeneinander verschoben ist;

   d) durch das Fehlen einer festen Gittervorspannung sowie eines Kathodenwiderstandes bei den Pentoden wird erreicht, daß der volle Anodenstrom durch beide Röhren fließt und zwei in den Anodenkreisen liegende Relais (49, 50) angezogen werden, sofern kein Eingangssignal an die Steuergitter gelegt wird;

   e) bei gestörtem Brückengleichgewicht durch die auftretende Wechselspannung wird eine der beiden Pentoden gesperrt, so daß das zugehörige Relais abfällt und durch einen Schrittregler (14) ein Impuls einstellbarer Länge erzeugt wird, der das Verstellen des Regelgliedes (17) um einen der Impulslänge entsprechenden Betrag bewirkt;

   f) gleichzeitig wird der Verstärker für eine einstellbare Zeit blockiert, so daß beide Relais angezogen bleiben und ein weiterer Impuls des Schrittrelais und damit eine neuerliche Verstellung des Regelgliedes erst nach Ablauf einer eingestellten Zeit möglich ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 915 366;
   deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 691 276;
   schweizerische Patentschrift Nr. 261 750.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   809 698/111 12.58