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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur elektronischen Erzeugung eines lastabhängigen Einschaltverhältnisses eines Schaltgliedes (4,5) unter Einhaltung einer minimal geforderten Zyklus-, Ein- und Ausschaltdauer in einer Zweipunkt-Regeleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit einer Frequenz von einigen kHz schwingende elektrische Grösse (U) in ihrer Kurvenform und damit in ihrer Frequenz vom Ausgang einer Sollwert und Istwert vergleichenden Messbrücke (24) beeinflusst wird und dass deren beeinflusste Form durch Auszählung der Anzahl Schwingungen der elektrischen Grösse mittels einer logischen Schaltung (44,49,50,55,56) in ein dem momentanen Zustand der von der Regeleinrichtung überwachten Anlage entsprechendes Einschaltverhältnis des Schaltgliedes (4,5) umgeformt wird, dessen minimale Ein- bzw.
Ausschaltdauer und dessen minimale Zyklusdauer einige Minuten beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine batteriebetriebene Quarzuhr (1) zur zeitabhängigen Steuerung des Sollwertes der Regeleinrichtung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die gleiche, zum Antrieb der Quarzuhr (1) dienende Batterie (2) auch als Spannungsquelle für die Regeleinrichtung verwendet wird und dass die den Uhrenantrieb betätigenden, periodisch auftretenden elektrischen Impulse gleichzeitig einem ersten Zählwerk (6) zugeführt werden, mit dessen Hilfe die Messbrücke (24) und die Regeleinrichtung zwecks Überprüfung und allfälliger Veränderung der momentanen Stellung des als bistabiles Relais (4) ausgebildeten Schaltgliedes nur impulsweise mit einem Impuls/Pause-Verhältnis von mindestens 1 :1000 an Spannung gelegt werden.
3. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, in einem elektronischen programmierbaren Raumtemperaturregler, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der schwingenden elektrischen Grösse ein Komparator (35) dient, dessen Speiseanschluss (37) mit einer die impulsweise auftretende Spannung führenden Zuleitung (22) verbunden ist, und ein erster Eingang (33) des Komparators (35) über einen Kondensator (36) an Null geschaltet und gleichzeitig über einen Widerstand (38) mit einem Ausgang (39) des Komparators (35) verbunden ist, während zwischen dem ersten und einem zweiten Eingang (33 bzw.
34) des Komparators (35) ein der Raumtemperatur-Abweichung entsprechendes Signal der Messbrücke (24) anliegt und ein Rückführwiderstand (40) den Ausgang (39) mit dem zweiten Eingang (34) verbindet, dass ferner der Ausgang (39) mit dem Eingang (41) eines zwei ikus- gänge (42,43) aufweisenden zweiten Zählwerkes (44) verbunden ist, von denen der erste Ausgang (42) seinen logischen Zustand bei 2n und der zweite Ausgang (43) bei 2("-', Impulsen am Eingang (41) ändert und beide Ausgänge (42,43) den Schaltzustand des Relais (4) beeinflussen, und dass ausserdem zwischen dem Ausgang (39) des Komparators (35) und seinem ersten Eingang (33) eine Wirkverbindung über zwei einander parallel geschaltete, doch entgegengesetzt gepolte Dioden (66, 67) besteht und ein Schaltelement (68;
69, 70) vorhanden ist, das in Abhängigkeit von der Schaltstellung des Relais (4), und vom Ausgang (39) beeinflusst, immer die eine der beiden Dioden (66, 67) wirksam werden lässt.
4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eingang (7) des ersten 2n-Zählwerkes (6) mit dem Uhrenantrieb der Quarzuhr (1) verbunden ist und wenigstens einen Ausgang (9) aufweist, der über einen Kondensator (10) auf ein Schaltelement (13) einwirkt, wobei der schaltelementseitige Anschluss des Kondensators (10) über einen Widerstand (11) an das Null-Potential der Schaltung gelegt ist und beide ein RC-Glied (10,11) bilden, wobei nach 2x Eingangsimpulsen der Ausgang (9) des Zählwerkes (6) ein das Schaltelement (13) beeinflussendes Ausgangssignal liefert, dessen Dauer durch das RC-Glied (10, 11) bestimmt ist, und dass das Schaltelement (13) in eine Speisespannungs-Zuleitung (14) der Regeleinrichtung geschaltet ist.
5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste 2n-Zählwerk (6) einen zweiten Ausgang (15) aufweist, der nach 2(X+1) Eingangsimpulsen eine das nachgeschaltete Schaltelement (13) aussteuernde Zustandsänderung durchführt und der über eine Trennverbindung (16) an den einen Eingang (17) eines NAND-Tores (12) angeschlossen und dieser Eingang (17) ferner mit einem Widerstand (21) gegen den positiven Pol der Spannungsquelle (2) vorgespannt ist, während ein zweiter Eingang (18) unter Zwischenschaltung des Kondensators (10) mit dem ersten Ausgang (9) des 2n-Zählwerkes (6) verbunden und über den Widerstand (11) gegen den negativen Pol der Batterie (2) vorgespannt ist,
wobei ein Ausgang (19) des NAND-Tores (12) auf die Basis eines Transistors (13) einwirkt, der mit seiner Emitter-Kollektorstrecke in die Speisespannungs-Zuleitung (14) geschaltet ist.
6. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgänge (42,43) des zweiten Zählwerkes (44) zur Betätigung des Relais (4) mit je einem Eingang (47,48; 45,46) zweier NOR-Tore (49 bzw. 50) verbunden sind, wobei der eine Ausgang (43) unter Zwischenschaltung eines Kondensators (51) an je einen Eingang (47 und 48) der NOR-Tore (49 bzw.
50) angeschlossen ist, während der andere Ausgang (42) in direkter
Verbindung mit dem anderen Eingang (45) des NOR-Tores (49) steht und über einen Inverter (52) an den anderen Eingang (46) des ODER-Tores (50) angeschlossen ist, dass ferner die Aus gänge (53,54) beider NOR-Tore (49,50) je mit der Basis eines
Schalttransistors (55,56) verbunden sind, von denen der eine
Schalttransistor (56) mit seinem Strompfad in Reihe mit einer
Erregerspule (57) des Relais (4) an die Batterie (2) angeschlos sen ist, während der Strompfad des anderen Schalttransistors (55) in einem die Erregerspule (57) enthaltenden Entladestrom kreis eines Kondensators (60) liegt.
7. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement in der Wirkverbindung zwischen dem
Ausgang (39) und dem zweiten Eingang (33) des Komparators (35) aus einem NAND- und einem NOR-Tor (69 bzw. 70) besteht, die mit ihren Ausgängen (71,72) mit den Dioden (66 bzw. 67) verbunden sind, während je ein erster Eingang (73,74) beider Tore (69,70) vom Ausgang (39) des Komparators (35) her beeinflusst sind, und je ein zweiter Eingang (75,76) mit dem zweiten Ausgang (42) des zweiten Zählwerkes (44) verbunden sind.
8. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zählwerk (6) einen weiteren Ausgang (23) auf weist, der über einen Impulsformer (78,79) auf die Verbindung zwischen dem Kondensator (51) und den beiden Eingängen (47,
48) der NOR-Tore (49 bzw. 50) einwirkt.
9. Schaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zählwerke (6,44) einschliesslich eines
Zählwerkes einer Quarzuhr (1) mit allen Logikelementen (12, 13,20,21,49,50,51,52, 66,67,69,70,77,80) in einem CMOS
Schaltkreis zusammengefasst und dabei die RC-Glieder (10, 11;
51,87; 78,79) als digitale Schaltkreise ausgebildet sind.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur elektroni schen Erzeugung eines lastabhängigen Einschaltverhältnisses eines Schaltgliedes unter Einschaltung einer minimal geforder ten Zyklus-, Ein- und Ausschaltdauer in einer Zweipunkt-Regel einrichtung, insbesondere einer Regeleinrichtung, deren Soll wert von einer batteriebetriebenen Quarzuhr zeitabhängig gesteuert wird. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Schal tung zur Durchführung des Verfahrens in einem elektronischen programmierbaren Raumtemperaturregler.
Viele öl- oder gas-befeuerte Heizungsanlagen besitzen zur
Regelung der Temperatur eine einfachen Ein/Aus-Raumtemperaturregler. Dieser befindet sich in einem Wohnraum und ist mit wenigstens zwei Drähten, bei Vorhandensein einer thermischen Rückführung mit drei Drähten, mit der meist im Keller angeordneten Heizungsanlage verbunden.
Durch die Bestrebungen zur besseren Energienutzung besteht ein steigender Bedarf an programmgesteuerten Regelungen, bei denen die Heizung nachts von einer Schaltuhr gesteuert reduziert oder abgestellt werden kann. Solche Raumtemperaturregler mit einem Bimetalltemperaturfühler, einer thermischen Rückführung und einer Schaltuhr sind weit verbreitet. Sie weisen den Nachteil auf, dass sie zur Speisung eines Uhren-Antriebes zusätzliche Zuleitungen benötigen, denn der Raumtemperaturregler ist meist in die Steuerschlaufe eines Feuerungsautomaten geschaltet. Im Sommer oder bei Revisionen, wenn der Feuerungsautomat abgeschaltet wird, ist keine Spannung mehr vorhanden. Bei Anzapfung der Steuerschlaufe für die Speisung eines Uhrenantriebes bleibt die Uhr dann stehen, was unerwünscht ist. Auch kann eine Steuerschlaufe so hochohmig sein, dass daraus kein zusätzlicher Strom abzweigbar ist.
Ein solcher Raumthermostat kann daher nicht nachträglich durch eine Ausführung mit einer Schaltuhr ersetzt werden, ohne dass neue Drähte eingezogen werden, was vielfach kaum möglich ist. Es sind zwar Temperaturregeleinrichtungen mit einer Schaltuhr bekannt, die samt der Schaltuhrspeisung über nur zwei Drähte betrieben werden, doch sind diese Zuleitungen nicht potentialfrei und können nur in einer bestimmten Weise, zum Beispiel zur Betätigung eines Ventiles verwendet werden (DE-OS 26 55 521).
Ferner ist es aus der DE-AS 27 07 591 bekannt, das Puls Pause-Verhältnis der Betriebszustände einer Wärmequelle in Abhängigkeit von Messwerten durch eine elektronische Schaltung dem Wärmebedarf anzupassen, und zwar so, dass auch die in einer Heizungsanlage geforderte minimale Einschaltdauer nie unterschritten wird. Die bekannte Schaltung erzeugt jedoch ein über den ganzen Lastbereich konstante Zyklusdauer, das heisst, dass die Summe der Zeiten, in denen sich das betätigte Schaltglied in seiner Stellung Ein bzw. Aus befindet, immer gleich ist. Eine genaue Regelung wird dadurch insbesondere bei kleinem Wärmebedarf verunmöglicht, denn in diesem Bereich ist es dann immer entweder zu warm oder zu kalt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mit einer batteriebetriebenen Schaltuhr versehenen und daher zeitlich programmierbaren Raumtemperaturregler zu schaffen, dessen Ausgang ein potentialfreier Schaltkontakt ist, der nur zwei Zuleitungsdrähte benötigt und bei dem die Zyklusdauer lastabhängig ist.
Die erfindungsgemässe Lösung ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 und 3.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltschema eines Raumgerätes mit einer Schaltuhr und einem elektronischen Temperaturregler,
Fig. 2 eine Ersatzschaltung eines Teiles der Fig. 1 und die
Fig. 3 bis 5 drei Spannungs-Zeit-Diagramme.
In der Fig. 1 bedeutet 1 eine von einer Batterie 2 betriebene Quarzuhr, die in irgendeiner Form, beispielsweise mit einer Zeitscheibe mit einem 24-Stunden- oder Wochenprogramm, auf einen Schaltkontakt 3 einwirkt. Der Schaltkontakt befindet sich im Sollwertstromkreis einer Messbrücke 24 einer nachfolgend beschriebenen Regeleinrichtung, wobei die Batterie 2 auch der Regeleinrichtung als Spannungsquelle dient.
Bedingt durch die einerseits geforderte Lebensdauer der Batterie 2 von einigen Jahren und der andererseits doch sehr beschränkten Energiereserve der Batterie, ist es von entscheidender Bedeutung, wenn deren Belastung möglichst klein gehalten werden kann. Weil es sich bei einer Raumtemperatur Regelung um thermisch relativ langsam ablaufende Vorgänge handelt, ist es möglich, die Regeleinrichtung und die Messbrücke 24 zwecks Überprüfung und allfälliger Veränderung der momentanen Stellung eines Schaltgliedes nur impulsweise an Spannung zu legen. Es kann dabei ein Impuls/Pause-Verhältnis von mindestens 1 :1000 angewandt werden. Im vorliegenden Beispiel wird die Regeleinrichtung alle 16 oder 32 Sekunden während nur 16 ms an Spannung gelegt, wie dies später noch beschrieben ist.
Das Schaltglied am Ausgang der Regeleinrichtung ist ein bistabiles Relais 4 mit mindestens einem Schaltkontakt 5, das auf entsprechende Impulse seine Stellung ändert und anschliessend bis zum nächsten Impuls beibehält. Ausser im Moment des Umschaltens benötigt das Relais 4 keine Energie und erfüllt damit die Forderung nach möglichst energiearmer Betätigung.
Das Impuls/Pause-Verhältnis wird erzeugt, indem der den Uhrenantrieb der Quarzuhr 1 alle 2 Sekunden betätigende elektrische Impuls gleichzeitig einem ersten 2n-Zählwerk 6 zugeführt wird. Zu diesem Zweck ist ein Eingang 7 des Zählwerkes 6 über eine Leitung 8 mit dem Uhrenantrieb der Quarzuhr 1 verbunden und weist wenigstens einen Ausgang 9 auf, der über einen Kondensator 10 an ein nachfolgend beschriebenes Schaltelement angeschlossen ist, wobei der schaltelement-seitige Anschluss des Kondensators 10 über einen Widerstand 11 an das Null-Potential, fortan Null genannt, der Schaltung gelegt ist, und beide ein RC-Glied 10, 11 bilden.
Der Ausgang 9 liefert nach 2x, im vorliegenden Beispiel nach 2) Eingangsimpulsen, das heisst alle 16 Sekunden ein das Schaltelement beeinflussendes Ausgangssignal, wobei die Dauer dieses Ausgangssignals durch das RC-Glied 10, 11 bestimmt ist. Die 16 Sekunden umfassen einen ganzen Schaltzyklus, das heisst alle 8 Sekunden erfolgt ein Zustandwechsel am Ausgang 9. Das Schaltelement spricht nur beim Wechsel von Null auf einen positiven Spannungswert, fortan Plus genannt, an.
Die im Beispiel mit 16 Sekunden angegebene Pause im Impuls/Pause-Verhältnis ist massgebend für die Grösse der minimalen Einschaltdauer einer angeschlossenen Heizung, wie dies weiter unten dargelegt ist, da für Öl- bzw. Gasfeuerungen verschiedene Zeiten gefordert sind. Um diese Zeiten der verwendeten Heizung anpassen zu können, schliesst das erwähnte Schaltelement im beschriebenen Beispiel noch ein Logik-Element in sich ein und besteht aus einem NAND-Tor 12 und einem Transistor 13, der eine Speisespannungs-Zuleitung 14 der Regeleinrichtung geschaltet ist. Ferner besitzt das Zählwerk 6 einen weiteren Ausgang 15, der nach 2(X+1), das heisst im vorliegenden Beispiel nach 24 Eingangsimpulsen, also alle 32 Sekunden einen ganze Schaltzyklus durchführt und dann jeweils das nachgeschaltete Schaltelement aussteuert.
Der Ausgang 15 ist über eine Trennverbindung 16 an den einen Eingang 17 des NAND-Tores 12 angeschlossen, dessen zweiter Eingang 18 unter Zwischenschaltung des Kondensators 10 mit dem Ausgang 9 verbunden ist. Ein Ausgang 19 des NAND Tores 12 ist über einen Widerstand 20 an die Basis des Transistors 13 angeschlossen, während die Emitter-Kollektorstrecke des Transistors 13 in die Speisespannungs-Zuleitung 14 geschaltet ist. Der Eingang 17 des NAND-Tores 12 ist mit einem weiteren Widerstand 21 mit der Speiseleitung 14 verbunden und damit gegen den positiven Pol der Batterie 2 vorgespannt, während der zweite Eingang 18 mit dem Widerstand 11 gegen den negativen Pol der Batterie 1, also gegen Null, vorgespannt ist.
Solange die Trennverbindung 16 offen ist, bewirkt der Widerstand 21, das der Eingang 17 des NAND-Tores 12 dauernd an Plus liegt, während an dessen zweitem Eingang 18 durch den Widerstand 11 der Zustand Null vorliegt. Der Ausgang 19 ist daher Plus und der Transistor 13 sperrt. An einer vom Transistor 13 weggehenden Zuleitung 22 ist dann keine Spannung vorhanden. Sobald am Ausgang 9 eine Zustandsän derung von Null nach Plus stattfindet, was alle 16 Sekunden der Fall ist, entsteht am Eingang 18 ein positiver Impuls, der den Ausgang 19 des NAND-Tores 12 von Plus nach Null ändert und den Transistor 13 leitend macht Die Dauer dieses Impulses ergibt sich aus der Kapazität des Kondensators 10 und der Grösse des Widerstandes 11 und beträgt im vorliegenden Beispiel etwa 16 ms.
Bei geschlossener Trennverbindung 16 liegt der Eingang 17 abwechselnd an Null und an Plus, was bei einer Zyklusdauer von 32 Sekunden alle 16 Sekunden wechselt. Dies bewirkt zusammen mit dem NAND-Tor 12, dass bei geschlossener Trennverbindung 16 der Transistor 13 nur alle 32 Sekunden einen Impuls an die Zuleitung 22 abgibt.
Das 2n-Zählwerk 6 weist noch einen dritten Ausgang 23 zur Synchronisierung auf, dessen Zweck weiter unten erläutert ist.
Die Zuleitung 22 dient der impulsweisen Speisung der Regeleinrichtung, die nachfolgend beschrieben ist:
Die den Soll- und den Istwert vergleichende Messbrücke 24 besteht aus zwei Brückenzweigen, die beide zwischen die Zuleitung 22 und Null geschaltet sind. Der erste Brückenzweig besteht, beginnend bei der Zuleitung 22, aus der Reihenschaltung eines Widerstandes 25, eines Raumtemperatur-Fühlers 26 als Istwertgeber und eines Schiebewiderstandes 27, im vorliegenden Beispiel mit zwei Abgriffen 28 und 29, von denen der eine direkt an Null und der andere je nach Stellung eines Programm-Schalters 30 über den Schaltkontakt 3 an Null angeschlossen ist. Der zweite Brückenzweig setzt sich aus der Reihenschaltung zweier Widerstände 31 und 32 zusammen.
Um zwischen einem ersten und einem zweiten Eingang 33 bzw. 34 eines Komparators 35 ein der Raumtemperatur-Abweichung entsprechendes Signal abgreifen zu können, sind diese Eingänge an die Diagonale der Messbrücke 24 angeschlossen.
Der erste Eingang 33 ist an die Verbindung zwischen den beiden Widerständen 31 und 32 angeschlossen und der zweite Eingang 34 ist zwischen dem Widerstand 25 und dem Temperaturfühler 26 abgegriffen.
Der Komparator 35 dient zusammen mit einem Kondensator 36 zur Erzeugung einer mit einer Frequenz von einigen kHz schwingenden elektrischen Grösse. Dazu ist der Kondensator 36 zwischen den ersten Eingang 33 des Komparators 35 und Null geschaltet, während der Eingang 33 gleichzeitig über einen Widerstand 38 mit einem Ausgang 39 des Komparators 35 verbunden ist. Ein erster Speiseanschluss 37 des Komparators 35 ist mit der Zuleitung 22, ein zweiter mit Null verbunden.
Ferner verbindet ein Rückführwiderstand 40 den Ausgang 39 mit dem zweiten Eingang 34.
Über dem Komparator 35 bilden sich Schwingungen einer elektrischen Grösse, deren Entstehung später beschrieben ist, und die in ihrer Kurvenform und Frequenz von der Messbrücke 24 beeinflusst werden. Die Auszählung der Anzahl Schwingungen erfolgt in einer nachfolgend beschriebenen logischen Schaltung, deren Aufgabe es ist, die kurzzeitig, das heisst alle 16 oder 32 Sekunden, während nur 16 ms auftretenden Schwingungen auszuwerten und deren Form und Frequenz in ein dem momentanen Zustand der von der Regeleinrichtung überwachten Anlage entsprechendes Einschaltverhältnis des Relais 4 umzuformen. Zu diesem Zweck ist der Ausgang 39 des Komparators 35 mit einem Eingang 41 eines zwei Ausgänge 42 und 43 aufweisenden zweiten Zählwerkes 44 verbunden.
Der erste Ausgang 42 ändert bei 2n Zustandswechseln am Komparator Ausgang 39 seinen logischen Zustand, während dies der zweite Ausgang 43 bei 2(n-') Zustandswechseln tut. Beiden Ausgängen 42 und 43 obliegt es, den Schaltzustand des Schaltkontaktes 5 des Relais 4 zu beeinflussen. Zu diesem Zweck sind die Ausgänge 42, 43 mit je einem Eingang 45, 46, 47, 48 zweier NOR Tore 49 bzw. 50 verbunden, und zwar ist der eine Ausgang 43 unter Zwischenschaltung eines Kondensators 51 an den Eingang 47 des Tores 49 und den Eingang 48 des Tores 50 angeschlossen. Der andere Ausgang 42 steht in direkter Verbindung mit dem anderen Eingang 45 des Tores 49 und ist ferner über einen Inverter 52 an den anderen Eingang 46 des Tores 50 angeschlosen.
Je ein Ausgang 53 und 54 der Tore 49 bzw. 50 ist mit der Basis je eines Schalttransistors 55 bzw. 56 verbunden. Der Strompfad des einen Schalttransistors 56 ist in Reihe mit einer Erregerspule 57 des Relais 4 an die Batterie 2 angeschlossen. In diesem Stromkreis befindet sich in einer Leitung 58 zum Null Potential noch ein Widerstand 59, der für einen Notbetrieb bei absinkender Batteriespannung überbrückt werden kann, was weiter unten beschrieben ist. Der Strompfad des anderen Schalttransistors 55 liegt in einem die Erregerspule 57 enthaltenden Entladestromkreis eines Kondensators 60. Dazu besteht eine Reihenschaltung aus der Kollektor-Emitterstrecke des Schalttransistors 55, einem Widerstand 61 und dem Kondensator 60, die der Erregerspule 57 parallel geschaltet ist Von der Verbindung zwischen dem Emitter und dem Widerstand 61 ist ein Ladewiderstand 62 gegen Null geschaltet.
Dieser bildet in den Schaltpausen ausgehend vom Plus der Batterie 2, zusammen mit der Erregerspule 57, dem Kondensator 60 und den Widerständen 61 und 62 einen Stromkreis zur Aufladung des Kondensators 60, dessen geringe Stromstärke das Relais 4 jedoch nicht zu erregen vermag.
In der in der Fig. 1 gezeichneten Schaltstellung des Programm-Schalters 30 erfolgt die Programm-Umschaltung zeitabhängig entsprechend der Stellung des Schaltkontaktes 3. Sie ist die wohl am meisten verwendete Einstellung. In dieser ist der Widerstand 59 durch die Leitung 58 in den Erregungsstromkreis des Relais 4 für den Befehl Ein geschaltet. Bei zunehmender Entladung der Batterie 2 sinkt deren Spannung soweit ab, bis das Relais 4 nicht mehr zum Einschalten kommt.
In einem solchen Fall kann durch Verstellen des Programm Schalters 30 in seine Stellung Dauernd Tag , die in der Fig. 1 durch eine symbolische Sonne markiert ist, ein Notbetrieb erfolgen: Eine zwischen dem Schalttransistor 56 und dem Widerstand 59 abgegriffene Leitung 63 bildet einen Abgriff am Programm-Schalter 30, der in der besagten Stellung den Widerstand 59 überbrückt. Die Spannung über dem Relais 4 wird dann wieder etwas grösser, was für kurze Zeit einen Notbetrieb erlaubt, bis die Batterie ersetzt ist.
Zwischen dem Ausgang 39 des Komparators 35 und seinem ersten Eingang 33 besteht eine Wirkverbindung über zwei einander parallel geschaltene und entgegengesetzt gepolte Dioden 66, 67, die mit einem gemeinsamen Widerstand 65 an den ersten Eingang 33 angeschlossen sind. Ein vom Ausgang 39 beeinflusstes Schaltelement lässt in Abhängigkeit von der Stellung des Relais 4 immer nur die eine der beiden Dioden 66,67 wirksam werden.
Im Beispiel der Fig.2 dient als Schaltelement ein vom Relais 4 betätigter Umschalter 68, während in der Schaltung nach der Fig. 1 das Schaltelement aus einem NAND- und einen NOR-Tor 69 bzw. 70 besteht. Die eine Diode 66 ist mit einem Ausgang 71 des NAND-Tores 69 und die andere Diode 67 mit einem Ausgang 72 des NOR-Tores 70 verbunden. Je ein erster Eingang 73,74 beider Tore 69,70 wird vom Ausgang 39 des Komparators 35 beeinflusst, und die Eingänge 73,74 sind zu diesem Zweck mit einem Inverter 77 an den Ausgang 39 angeschlossen. Je ein zweiter Eingang 75,76 beider Tore 69,70 ist mit dem Ausgang 42 des Zählwerkes 44 verbunden.
Zur Sicherstellung des logisch richtigen Zustandes der Tore 69 und 70 zum momentanen Schaltzustand des Relais 4 dient der schon früher erwähnte dritte Ausgang 23 des Zählwerkes 6.
Am 2Ausgang 23 erscheint im vorliegenden Beispiel alle 29 Eingangsimpulse ein voller Schaltzyklus Null/Plus und demnach etwa alle 17 Minuten ein Wechsel von Null auf Plus. Der Ausgang 23 ist über die Reihenschaltung eines Kondensators 78 und eines Widerstandes 79 an Null angeschlossen. Beide wir ken als Impulsformer auf die Verbindung zwischen dem Kondensator 51 und den beiden Eingängen 47 und 48 der NOR Tore 49 bzw. 50. Die Kopplung der Verbindung zwischen dem Kondensator 78 und dem Widerstand 79 mit den Eingängen 47 und 48 erfolgt über einen Inverter 80 und einen Widerstand 87.
Bevor auf den stattfindenden Synchronisierungsvorgang wei ter eingegangen wird, ist nachfolgend die Wirkungsweise der ganzen Schaltung nach der Fig. 1 anhand der Fig. 1 bis 5 näher erläutert:
Mit Hilfe der Impulse von der Schaltuhr 1 wird über das erste Zählwerk 6 in der Zuleitung 22 je nach Stellung der Trennverbindung 16 alle 16 oder 32 Sekunden ein Spannungs impuls erzeugt, wie dies bereits eingangs erläutert wurde. Im folgenden wird vorerst anhand der Fig. 3 nur die Zeitspanne während dieses Spannungsimpulses betrachtet. In diesem Zustand liegen die Messbrücke 24 und der Komparator 35 an Spannung. Ferner wird angenommen, dass die Verbindung über die Dioden 66,67 vorerst nicht vorhanden und die Messbrücke 24 abgeglichen, das heisst der Sollwert gleich dem Istwert sei. Der Komparator 35 kann als Schalter betrachtet werden, dessen Ausgang 39 entweder an Null oder an Plus liegt.
Sobald an der Zuleitung 22 eine Spannung erscheint, lädt sich der Kondensator 36 entsprechend einer Kurve 81 der Fig.
3 auf, bis die Spannung U am Eingang 33 den Wert U, erreicht.
Dann kippt der Komparator 35 und sein Ausgang 39 wird Null.
Der Kondensator 36 entlädt sich über den Widerstand 38 gemäss einer Kurve 82 der Fig. 3, bis am Eingang 33 die Spannung U auf den Wert U2 abgesunken ist, dann kippt der Kompa rator 35 wieder zurück und das Spiel beginnt von neuem. Dabei ist für die Grösse von A U = Ul - Uz der Rückführwiderstand 40 massgebend. Die Zeiten t, für das Aufladen und t2 für das Entladen des Kondensators 36 sind etwa gleich.
Sobald an der Messbrücke 24 eine Verstimmung eintritt, werden die Spannungen U, und U2 gemäss der Fig. 3 nach unten oder oben verschoben. Im Diagramm rechts ist dies in der Fig. 3 für den Fall dargestellt, dass der Istwert zu klein sei.
Die Schaltpunkte Ul' und U2' sind nach oben verschoben.
Durch den flacheren bzw. steileren Verlauf der Kurven 81' bzw. 82' ergeben sich andere Zeiten tl und tz. Wird die Verstimmung der Messbrücke 24 noch grösser, das heisst über- oder unterschreitet sie Werte von U, die im Diagramm der Fig. 3 über bzw. unter einer Linie 83 bzw. 84 liegen, dann behält der Komparator 35 seinen momentanen Zustand bei, bis sich die Verstimmung der Messbrücke wieder zurückgebildet hat. Die Werte von U für die beiden Linien 83 und 84, das heisst deren Abstand zueinander, ist durch die Grösse des Widerstandes 38 beeinflussbar.
Aus den Darlegungen ist ersichtlich, dass sich die Zeiten t, und t2 je nach Verstimmung der Messbrücke 24 und damit je nach
Grösse des Mittelwertes zwischen den Spannungen U und U2 verändern, wie dies aus den Kurven 81 und 82 ersichtlich ist, was zur Erzeugung eines variablen Einschaltverhältnisses am Schaltkontakt 5 ausgenutzt wird. Es geschieht dies unter Zuhilfenahme der Verbindung über die beiden Dioden 66,67, deren Einfluss nachfolgend beschrieben ist.
Der von der momentanen Stellung des Relais 4 abhängige Umschalter 68 der Fig. 2 bewirkt in seiner Stellung E (Relais 4 = Ein ), dass der Kondensator 36 nach seiner durch das Kippen des Komparators 35 beendigten Ladung entsprechend einem Kurvenabschnitt 85 der Fig. 4 sehr rasch über den Widerstand 65 und die Diode 66 wieder entladen wird. In ähnlicher Weise wird in der Stellung A des Umschalters 68 (Relais 4 = Aus) der Kondensator 36 entsprechend einem Kurvenabschnitt 86 der Fig. 5 über die Diode 67 sehr rasch geladen, während die Entladung entlang der Kurve 82 erfolgt. Dabei ist in beiden Figuren 4 und 5 der entstehende Kurvenverlauf bei Halblast aufgezeichnet. Dies entspricht dem Zustand, bei dem der Schaltkontakt 5 gleich lange ein- wie ausgeschaltet ist, und bei dem die Zyklusdauer am kleinsten ist.
Im Beispiel der Fig. list der Umschalter 68 durch die Tore 69 und 70 ersetzt, welche die gleiche Aufgabe wie der Umschalter 68 erfüllen. Unter der Annahme, dass sich das Relais 4 in der Stellung Ein befindet, hat der Ausgang 42 des Zählwerkes 44, wie später noch gezeigt ist, den Zustand Plus. Damit liegt auch am Eingang 75 des NAND-Tores 69 Plus. Sobald am Komparator-Eingang 33 die Spannung U, erreicht wird, kippt dessen Ausgang 39 auf Null. Zufolge des Inverters 77 erscheint dann am Eingang 73 des NAND-Tores 69 Plus und dessen Ausgang 71 wird Null. Der Kondensator 36 entlädt sich sehr rasch über die Diode 66 und der Komparator 35 schaltet seinen Ausgang 39 wieder auf Plus. Am Eingang 41 des Zählwerkes 44 entstehen daher Impulse, deren jeweiliger Übergang von Null auf Plus das Zählwerk um einen Schritt weiterschaltet.
In gleicher Weise erfolgt in der Relais-Stellung Aus eine vom NOR-Tor 70 über die Diode 67 gesteuerte sehr rasche Aufladung des Kondensators 36.
Der Zustand Plus am Zählwerk-Ausgang 42 bleibt solange erhalten, bis am Eingang 41 2in-'), im beschriebenen Beispiel 210 Impulse erschienen sind. Dann ändern beide Ausgänge 43 und 42 ihren Zustand von Plus auf Null und verbleiben in diesen Zuständen. Am Eingang 45 des Tores 49 liegt dann Null, während zufolge des Inverters 52 am Eingang 46 des Tores 50 Plus anliegt. Durch den Übergang von Plus auf Null am Ausgang 43 lädt sich der Kondensator 51 auf. An den Eingängen 47 und 48 sinkt kurzfristig die Spannung gegen Null, so dass am Tor 49 beide Eingänge kurzzeitig auf Null sind und daher der Ausgang 53 eine Plus-Impuls abgibt. Der Schalttransistor 55 wird leitend und entlädt den Kondensator 60 über die Erregerspule 57. Das Relais 4 wird impulsweise erregt und schaltet dabei in seine Stellung Aus .
In gleicher Weise wird nach weiteren 2in-') Impulsen am Eingang 41 das Relais 4 wieder in Stellung Ein geschaltet, wobei dann der Schalttransistor 56 einen Impuls im Relaisstromkreis auslöst. Dazu ändert der Ausgang 42 seinen Zustand und beeinflusst durch die feste Verbindung zu den Eingängen 75 und 76 die beiden Tore 69 und 70, wie dies vorangehend beschrieben ist.
Der Zustand des Ausganges 42 und damit die Vorwahl der entsprechenden Diode 66 und 67 ist mit der Stellung des.Relais 4 nicht zwangsweise gesichert. Das Relais 4 könnte aus irgendeinem Grund, beispielsweise bei der Inbetriebsetzung oder beim Batteriewechsel, eine falsche Stellung einnehmen, was durch die bereits vorangehend erwähnte Synchronisierung korrigiert wird.
Der Kondensator 78 liefert vom Zählwerk 6 her alle 17 Minuten eine Plus-Impuls, wie dies bereits weiter vorne erläutert ist, den der Inverter 80 in einen Null-Impuls umformt.
Liegt am Ausgang 42 zu diesem Zeitpunkt Plus, was die Relais ,tellung Ein bedeutet, befindet sich aber das Relais 4 fälsch licherweise in der Stellung Aus , dann wird das Relais 4 umgeschaltet, denn an beiden Eingängen 46 und 48 des NOR Tores 50 erscheint Null und der Schalttransistor 56 schaltet durch. In gleicher Weise erfolgt eine Korrektur, wenn sich das Relais 4 fälschlicherweise in der Ein -Stellung befindet.
Wie aus dem Beschriebenen hervorgeht, wird in der Schaltstellung Ein infolge einer Verstimmung der Spannung U durch die Messbrücke 24 nur die Zeit tl für das Durchlaufen der Schaltdifferenz A U am Komparator 35 verändert. Die Zeit t2 (Fig. 4) ist sehr klein, immer gleich und daher vernachlässigbar.
Entsprechendes gilt in der Schaltstellung aus , wobei in dieser nur die Zeit t2 beeinflusst wird, während tl vernachlässigbar ist.
Je nach Verstimmung der Messbrücke ändert sich demnach die Frequenz der vom Komparator 35 abgegebenen Impulse und das nachgeschaltete Zählwerk 44 benötigt mehr oder weniger Zeit, bis die zum Umschalten des Relais 4 nötigen Impulse eingetroffen sind.
Die beschriebene Schaltung erlaubt es, die Messbrücke 24 und den Komparator 35 zur Schonung der Batterie 2 nur mit einem Impuls/Pause-Verhältnis von etwa 1 :1000 bis 1:2000 zu betreiben und die mit einer Frequenz von einigen kHz geschalteten und in ihrer Frequenz von der Messbrücke 24 beeinflussten Kippungen des Komparators 35 in ein von der Verstimmung der Messbrücke abhängiges Einschaltverhältnis mit Schaltzeiten von einigen Minuten umzuformen, wie diese an einem bimetall-betriebenen Raumtemperaturregler mit thermischer Rückführung auftreten.
Die aus verbrennungstechnischen Gründen geforderte minimale Zyklusdauer ist auf einfache Weise beeinflussbar, und zwar entweder durch eine Veränderung der Zeitkonstante des RC-Gliedes 10, 11 und damit der Einschaltdauer der Batteriespannung, oder durch eine Änderung der vom Zählwerk 6 gegebenen Pausendauer, indem dort andere 2X-Abgriffe verwendet werden. Letzteres wird beim beschriebenen Anwendungsbeispiel durch die Trennverbindung 16 ausgenutzt. Der Kunde kann diese entfernen oder belassen und erhält dann bei Halblast einen Ein/Aus-Zyklus von 12 oder 24 Minuten.
Eine ebenfalls verbrennungstechnisch geforderte minimale ein- bzw. Ausschaltdauer ergibt sich aus der gewählten Zeitkonstante der Lade- und Entladekurve 81 bzw. 82 des Kondensators 36 (Fig. 3) sowie der Wahl der Grenzen 83 und 84, bei deren Über- bzw. Unterschreitung der Spannung U keine Impulse mehr abgegeben werden.
Der Aufwand für die beschriebene Schaltung ist gering und lässt sich mit handelsüblichen, unkritischen Bauteilen aufbauen.
Zweckmässig ist es, wenn die Zählwerke 6,44 einschliesslich eines Zählwerkes der Quarzuhr 1 mit allen Logikelementen 12, 13,20,21,49,50,51,52, 66,67,69,70,77 und 80 in einem CMOS Schaltkreis zusammengefasst und dabei die RC-Glieder 10, 11; 51,87; 78,79 als digitale Schaltkreise ausgebildet sind.
Der beschriebene programmierbare Raumtemperaturregler ermöglicht es, dank seinem potentialfreien Schaltkontakt 5, der auch ein Umschalter sein kann, jeden bestehenden Raumthermostaten durch einen solchen mit einer Schaltuhr zu ersetzen.