CiFox® Technik
Bei der Konzeption der technischen Umsetzung wurde sowohl auf erhöte Präzision bei allen Systemkomponenten als auch auf eine möglichst einfache Bedienbarkeit der Geräte geachtet. Während des gesamten Entwicklungsprozesses von CiFox® wurden folgende Richtlinien und Normen stets beachtet:
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Niederspannungsrichtlinie 2006/95/EG vom 12. Dezember 2006
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DIN EN 60730–1 (VDE 0631–1) in der Fassung November 2010
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EMV–Richtlinie (2004/108/EG) vom 16. Februar 2008
Entsprechende EG–Konformitätserklärungen sind in den Installations– und Bedienungsanleitungen, welche den Geräten beigelegt sind, abgedruckt. Außerdem stehen alle EG–Konformitätserklärungen im Download–Bereich dieser Webpräsenz im PDF–Format zur Verfügung.
Sämtliche Gerätevarianten von CiFox® sind mit Gehäusen der Schutzart IP65 (nach VDE 0470 / DIN 40050 / EN 60529) ausgestattet. Daher ist der Einsatz von CiFox® in nahezu allen Umgebungen, welche i.A. in Heizungsräumen vorherrschen, ohne Bedenken möglich.
Im Folgenden werden die wichtigsten Systemkomponenten von CiFox® vorgestellt:
Temperatursensorik
Die Temperatursensoren von CiFox® werden bei der Fertigung der Geräte kalibriert. Alle Temperatursensoren sind mit Präzisionsverstärkern ausgestattet, welche ein besonders niedriges Triftverhalten auch über längere Zeiträume hinweg aufweisen. Der Einsatz dieser Verstärker macht ein Nachkalibrieren auch nach mehreren Einsatzjahren überflüssig.
Die externen Temperatursensoren sind mit Präzisionstemperaturwandlern ausgestattet, welche bereits bei der Fertigung der Halbleiter durch hochpräzise Lasertechnologie abgeglichen wurden. Ihr Einsatz garantiert die exakte Erfassung der jeweiligen Temperaturen über einen sehr langen Zeitraum hinweg. Die externen Temperatursensoren werden durch Hülsen aus Edelstahl (rostfrei) geschützt und sind mit Epoxydharz vergossen. Auf diese Weise widerstehen die externen Temperatursensoren von CiFox® auch widrigsten Einsatzumgebungen. Darüber hinaus sind die Anschlüsse der Präzisionstemperaturwandler einzeln mit einer hochelastischen Isolationsschicht versehen. Auf diese Weise ist im Falle eines Gerätedefektes ein Durchschlagen der Niederspannung an die Hülse aus Edelstahl (rostfrei) eines Temperatursensors so gut wie ausgeschlossen.
Der Wärmefluß von der Rohrleitung über die Edelstahlhülse zu einem Präzisionstemperaturwandler wird durch eine dicke Schicht aus industrieller Wärmeleitpaste zwischen Edelstahlhülse und Präzisionstemperaturwandler begünstigt. Dies wirkt sich positiv auf das Ansprechverhalten der Sensorik aus und sorgt so für ein äußerst präzises Regelverhalten der Geräte.
Um CiFox® unempfindlich gegen elektromagnetische Einflüsse zu machen, wurden sämtliche Temperatursensoren mit zahlreichen elektronischen Filtern ausgestattet. Diese Filtertechnik sorgt dafür, dass CiFox® ausschließlich die Temperaturen in der Warmwasserverteilungsanlage misst und gegen alle übrigen Umwelteinflüsse gem. den oben genannten Richtlinien und Normen immun ist.
Die externen Temperatursensoren können einfach mittels Kabelbinder an dem Rohrleitungssystem befestigt werden. Bei der Montage ist lediglich darauf zu achten, dass die externen Temperatursensoren unter der Isolation des Rohrleitungssystems montiert werden. Im Bedarfsfall kann zwischen Rohrleitung und Temperatursensor Wärmeleitpaste angebracht werden, um die Ansprechzeiten der Sensoren weiter zu senken. Außerdem ist bei der Montage darauf zu achten, dass die Kabel der externen Temperatursensoren nicht an den umliegenden Komponenten des Rohrleitungssystems der Warmwasserverteilungsanlage anliegen. Hierbei bestünde die Gefahr, dass die Kabelisolation beschädigt würde. Ein Kurzschluß im Kabel eines Temperatursensors wäre die Folge, was zu Beschädigungen von CiFox® führen könnte.
Eingabe der Parameter
Wie bereits im Kapitel „Patentiertes Verfahren“ beschrieben, erfolgt die Anpassung von CiFox® an eine beliebige Warmwassererzeugungs–/–verteilungsanlage lediglich über die beiden Parameter „Abweichung“ und „Sperrzeit“. Beide Parameter werden über sog. dreistellige DIP–Switches eingestellt. Sämtliche DIP–Switches sind nach Öffnen des Gerätes einfach zu erreichen.
| Doch Vorsicht! |
Arbeiten am Niederspannungsnetz (> 35 V) dürfen nur von einem Fachmann und unter Einhaltung der VDE–Bestimmungen durchgeführt werden. Ein geöffnetes Gerät, welches mit einem stromführenden Niederspannungsnetz verbunden ist, birgt Lebensgefahr. Vor Öffnen des Gerätes ist daher unbedingt darauf zu achten, dass der entsprechende Stromkreis abgeschaltet wurde (Sicherung herausdrehen oder Sicherungsautomat abschalten). |
Die drei binären Stellen der DIP–Switches sind numeriert. Alle möglichen Werte für beide Parameter sowie deren Einstellung am jeweiligen DIP–Switch sind in der folgenden Tabelle aufgelistet.
| DIP–Switch | Einstellung | „Abweichung“ | „Sperrzeit“ | ||
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1: off
2: off
3: off
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5 % |
2 min |
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1: on
2: off
3: off
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10 % |
4 min |
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1: off
2: on
3: off
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15 % |
6 min |
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1: on
2: on
3: off
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20 % |
8 min |
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1: off
2: off
3: on
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25 % |
10 min |
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1: on
2: off
3: on
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30 % |
12 min |
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1: off
2: on
3: on
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35 % |
14 min |
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1: on
2: on
3: on
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40 % |
16 min |
Aufnahme eines Niederspannungsignals
| Hinweis: |
Im folgenden ist mehrfach die Rede von Niederspannungssignalen. Unter einem Niederspannungssignal versteht man im Zusammenhang mit CiFox® eine Niederspannungsquelle, welche aus einer Phase und einem Neutralleiter besteht. Diese Spannungsquelle kann ein– oder ausgeschaltet werden. Diese beiden Zustände stellen das Niederspannungssignal dar. Die anliegende Spannung bei eingeschalteter Spannungsquelle ergibt sich unmittelbar aus dem Niederspannungsnetz; i.A. sind dies 230 V≈. |
Der patentierte Regelalgorithmus wird bei allen Varianten von CiFox® über ein Freigabesignal aktiviert bzw. deaktiviert. Das Freigabesignal ergibt sich bei CiFox®–basic aus einem Eingangskanal, an welchem ein Niederspannungssignal angeschlossen werden kann. Niederspannungssignale werden bei allen Varianten von CiFox® mittels spezieller Optokoppler in logische Kleinspannungssignale transferiert, welche unmittelbar von einem Microcontroller weiterverarbeitet werden können. Diese Optokoppler werden gem. den äußerst strengen nordamerikanischen Richtlinien gefertigt und sind mit einer maximalen Isolationsspannung von 3.750 V≈ über einen Zeitraum von einer Minute hinweg kurzschlußfest (UL 1577 USA). Damit ist ein Durchschlagen der Niederspannung auf die Sekundärseite so gut wie ausgeschlossen.
Während CiFox®–basic mit einem Eingangskanal ausgestattet ist, verfügen die Gerätevarianten CiFox®–classic und CiFox®–large display über zwei Eingangskanäle. Bei den beiden letztgenannten Gerätevarianten können die beiden Niederspannungssignale intern auf zwei unterschiedliche Arten logisch verknüpft werden. Somit läßt sich das Freigabesignal für den patentierten Regelalgorithmus bei den beiden Gerätevarianten CiFox®–classic und CiFox®–large display sehr flexibel an die Bedürfnisse des Betreibers der Warmwasserverteilungsanlage anpassen. Es ist bspw. möglich, das Freigabesignal aus einer Kombination aus zeitgesteuerter und situationsbezogener Freigabe (z.B. Abwesenheitssignal von einer Alarmanlage) abzuleiten. Dies würde bedeuten, dass grundsätzlich zu bestimmten Tageszeiten eine Zirkulation des warmen Brauchwassers stattfindet, diese Zirkulation jedoch unterbunden würde, wenn die Alarmanlage des Anwesen aktiviert ist.
Ansteuerung der Zirkulationspumpe
Alle Gerätevarianten von CiFox® sind mit einem elektronischen Lastrelais zur Ansteuerung der Zirkulationspumpe ausgestattet. Diese Lastrelais sind bis 600 V≈ schaltsicher, so dass kurze Überspannungsspitzen im Niederspannungsnetz CiFox® nichts anhaben können. Die eingesetzten Lastrelais schalten ausschließlich im Nulldurchgang, wodurch eine stets korrekte Ansteuerung der Zirkulationspumpe gewährleistet wird, was wiederum zur Verlängerung der Lebenszeit der angeschlossenen Zirkulationspumpe beiträgt.
Die Lastrelais sind intern mit sog. Snubber–Schaltungen versehen. Diese speziellen Filterschaltungen verhindern, dass induzierte Spannungsspitzen, welche vorwiegend beim Abschalten der Zirkulationspumpe auftreten können, in das Niederspannungsnetz gelangen und andere Geräte beschädigen.
Die Lastrelais sind mit internen Optokoppler ausgestattet. Diese Optokoppler sind mit einer maximalen Isolationsspannung von 2.500 V≈ dauerhaft kurzschlußfest, womit ein Durchschlagen der Niederspannung auf die Sekundärseite so gut wie ausgeschlossen ist.
Die Lastrelais, welche bei allen Varianten von CiFox® zum Einsatz kommen, weisen eine maximale Schaltlast von 1,5 A auf. Diese maximale Schaltlast ist bei allen Gerätevarianten auf 1,0 A durch eine Schmelzsicherung begrenzt. Ein übermäßiges Ansteigen der Gehäuseinnentemperatur wird so wirksam verhindert. Immerhin können alle Gerätevarianten von CiFox® Zirkulationspumpen mit einer Gesamtleistung von bis zu 220 Watt ansteuern. Bedenkt man, dass eine moderne Zirkulationspumpe eine Stromaufnahme zwischen 4,5 Watt und 35 Watt aufweist, so ist es durchaus möglich, dass mehrere Zirkulationspumpen in einem weit verzweigten Rohrleitungsnetz einer großen Warmwasserverteilungsanlage durch einen einzigen CiFox® angesteuert werden.
Die Displays
In der Basisvariante signalisiert CiFox®–basic die jeweiligen Betriebszustände über drei LEDs. Eine grüne LED signalisiert die Betriebsbereitschaft von CiFox®–basic, eine gelbe LED signalisiert die Freigabe des patentierten Regelalgorithmus und eine rote LED leuchtet immer dann, wenn die Zirkulationspumpe eingeschaltet ist.
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Die Variante CiFox®–classic ist mit einer Kombination aus zwei LEDs (eine gelbe LED und eine rote LED) und einer vierstelligen 7–Segment–Anzeige ausgestattet. Auf der vierstelligen 7–Segment–Anzeige werden im Normalbetrieb abwechselnd die Temperaturwerte der beiden externen Sensoren (siehe Kapitel „Temperatursensorik“) dargestellt. In einem erweiterten Funktionsmodus wird die 7–Segment–Anzeige dazu genutzt, um interne Daten darzustellen. Die rote LED leuchtet immer dann, wenn die Zirkulationspumpe eingeschaltet ist. Ist die Dauerbetriebsfunktion aktiv (ab Version 1.5), so blinkt die rote LED. Die gelbe LED blinkt oder leuchtet dauerhaft (je nach Konfiguration der Eingangslogik) und signalisiert so die jeweiligen Betriebszustände der beiden Eingangskanäle. |
Display beim CiFox®–classic
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Netzteiltechnik
Ab März 2012 (Version 1.5) sind beide Varianten der CiFox®–Vorschaltgeräte mit trafogebundenen Netzteilen ausgestattet, welche über einen schaltgetakteten Abwärtswandler die Stromversorgung der Geräte sicherstellen. Diese Netzteile haben sich bereits in den Vorgängerversionen der Varianten CiFox®–classic und CiFox®–large display bewährt. In der Variante CiFox®–basic ersetzen sie nun die trafolosen Netzteile der Vorgängerversionen, da CiFox®–basic ab April 2012 als Bausatz angeboten wird. Messungen an den elektronischen Komponenten von CiFox®–basic sind durch den Einsatz der trafogebundenen Netzteile auch für ambitionierte Hobbyelektroniker, die nicht über eine entsprechend aufwändige Laborausrüstung verfügen, gefahrenlos möglich.
Der „Rechenknecht“
Auch bei der Wahl der geeigneten Microcontroller wurde bei CiFox® besonders auf Zuverlässigkeit, Robustheit, energetische Verträglichkeit und einfaches Handling geachtet. Um CiFox® möglichst universell einsetzen zu können und gleichzeitig die Fertigung der Geräte in einem angemessenen Zeitraum garantieren zu können, haben wir uns nicht auf einen einzigen Microcontrollertyp festgelegt. Bei CiFox® kommen daher unterschiedliche Microcontroller der Hersteller Freescale (vormals Motorola) und ATMEL zum Einsatz.
Alle Microcontroller weisen eine Taktfrequenz von durchschnittlich 10 MHz auf, was eine sichere Steuerung in allen Betriebssituationen garantiert. Integrierte Taktgeneratoren machen externe Taktquellen (wie bspw. quarzgesteuerte Taktgeneratoren) überflüssig. Außerdem tragen die eingesetzten Microcontroller in erheblichem Maß zur Betriebssicherheit von CiFox® bei, da sie weitestgehend unempfindlich gegen hochfrequente Störeinstrahlungen sind. Alle eingesetzten Microcontroller zeichnen sich durch extrem niedrigen Strombedarf aus und stellen den aktuellen Stand der Technik dar.
Auf diese Weise ist es besonders einfach, auf zukünftige Inovationen in der Microcontrollertechnik reagieren zu können.
