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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.
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PATENT CLAIMS
1. A method for the electronic generation of a load-dependent switch-on ratio of a switching element (4, 5) while observing a minimum required cycle, switch-on and switch-off duration in a two-point control device, characterized in that an electrical variable oscillating at a frequency of a few kHz (U ) is influenced in its curve shape and thus in its frequency by the output of a measuring bridge (24) comparing setpoint and actual value and that its influenced shape by counting the number of vibrations of the electrical quantity by means of a logic circuit (44,49,50,55,56) is converted into a switch-on ratio of the switching element (4, 5) corresponding to the current state of the system monitored by the control device, the minimum switch-on or switch-on
Switch-off time and its minimum cycle time is a few minutes.
2. The method according to claim 1, in which a battery-operated quartz clock (1) is used for time-dependent control of the setpoint of the control device, characterized in that the same battery (2) serving to drive the quartz clock (1) also serves as a voltage source for the control device is used and that the periodically occurring electrical pulses actuating the clock drive are simultaneously fed to a first counter (6), with the help of which the measuring bridge (24) and the control device for checking and possibly changing the current position of the bistable relay (4) Switching element only be applied in pulses with a pulse / pause ratio of at least 1: 1000 in voltage.
3. Circuit for carrying out the method according to claim 2, in an electronic programmable room temperature controller, characterized in that a comparator (35) is used to generate the oscillating electrical variable, the feed connection (37) thereof having a supply line (22) carrying the voltage which occurs in pulses. is connected, and a first input (33) of the comparator (35) is switched to zero via a capacitor (36) and at the same time is connected via a resistor (38) to an output (39) of the comparator (35), while between the first and a second input (33 or
34) of the comparator (35) there is a signal from the measuring bridge (24) corresponding to the room temperature deviation and a feedback resistor (40) connects the output (39) to the second input (34), that furthermore the output (39) to the input (41) of a second counter (44) having two icus gears (42, 43) is connected, of which the first output (42) has its logic state at 2n and the second output (43) at 2 ("- ', pulses changes at the input (41) and both outputs (42, 43) influence the switching state of the relay (4), and that, moreover, there is an active connection between the output (39) of the comparator (35) and its first input (33) via two in parallel switched, but oppositely polarized diodes (66, 67) and a switching element (68;
69, 70) is present which, depending on the switching position of the relay (4) and on the output (39), always influences one of the two diodes (66, 67).
4. A circuit according to claim 3, characterized in that an input (7) of the first 2n counter (6) is connected to the clock drive of the quartz clock (1) and has at least one output (9), which has a capacitor (10). acts on a switching element (13), the connection of the capacitor (10) on the switching element side being connected to the zero potential of the circuit via a resistor (11) and both forming an RC element (10, 11), with the 2x input pulses following the Output (9) of the counter (6) provides an output signal influencing the switching element (13), the duration of which is determined by the RC element (10, 11), and that the switching element (13) is connected to a supply voltage supply line (14) Control device is switched.
5. A circuit according to claim 4, characterized in that the first 2n counter (6) has a second output (15) which, after 2 (X + 1) input pulses, performs a state change which controls the downstream switching element (13) and which via a Separating connection (16) is connected to one input (17) of a NAND gate (12) and this input (17) is also biased with a resistor (21) against the positive pole of the voltage source (2), while a second input (18 ) with the interposition of the capacitor (10) connected to the first output (9) of the 2n counter (6) and biased via the resistor (11) against the negative pole of the battery (2),
An output (19) of the NAND gate (12) acts on the base of a transistor (13) which is connected with its emitter-collector path into the supply voltage feed line (14).
6. Circuit according to claim 3, characterized in that the outputs (42, 43) of the second counter (44) for actuating the relay (4), each with an input (47, 48; 45, 46) of two NOR gates (49 or 50) are connected, one output (43) with the interposition of a capacitor (51) to each input (47 and 48) of the NOR gates (49 or
50) is connected, while the other output (42) is in direct
Connection to the other input (45) of the NOR gate (49) is established and connected via an inverter (52) to the other input (46) of the OR gate (50), that the outputs (53, 54) both NOR gates (49.50) each with the base of one
Switching transistor (55,56) are connected, one of which
Switching transistor (56) with its current path in series with one
Excitation coil (57) of the relay (4) to the battery (2) is ruled out, while the current path of the other switching transistor (55) in a discharge coil (57) containing discharge current circuit of a capacitor (60).
7. Circuit according to claim 3, characterized in that the switching element in the operative connection between the
Output (39) and the second input (33) of the comparator (35) consists of a NAND and a NOR gate (69 and 70), which with their outputs (71, 72) with the diodes (66 and 67 ) are connected, while a first input (73, 74) of both gates (69, 70) are influenced by the output (39) of the comparator (35), and a second input (75, 76) each with the second output ( 42) of the second counter (44) are connected.
8. The circuit according to claim 6, characterized in that the first counter (6) has a further output (23) which, via a pulse shaper (78, 79), connects to the capacitor (51) and the two inputs (47 ,
48) of the NOR gates (49 or 50).
9. Circuit according to one of claims 3 to 8, characterized in that the counters (6.44) including one
Counter of a quartz clock (1) with all logic elements (12, 13,20,21,49,50,51,52, 66,67,69,70,77,80) in a CMOS
Circuit summarized and the RC elements (10, 11;
51.87; 78,79) are designed as digital circuits.
The invention relates to a method for electronically generating a load-dependent switch-on ratio of a switching element by switching on a minimum required cycle, switch-on and switch-off duration in a two-point control device, in particular a control device, the desired value of which is controlled in a time-dependent manner by a battery-operated quartz clock . Furthermore, the invention relates to a circuit device for performing the method in an electronic programmable room temperature controller.
Many oil or gas-fired heating systems have
Control the temperature using a simple on / off room temperature controller. This is located in a living room and is connected to the heating system, which is usually located in the basement, with at least two wires, or with three wires if there is a thermal return.
The endeavors to make better use of energy mean that there is an increasing need for program-controlled regulations in which the heating can be reduced or switched off at night by a timer. Such room temperature controllers with a bimetal temperature sensor, a thermal feedback and a timer are widely used. They have the disadvantage that they require additional supply lines to supply a clock drive, because the room temperature controller is usually connected to the control loop of an automatic burner control. In summer or during revisions when the burner control is switched off, there is no voltage. When the control loop is tapped for feeding a clock drive, the clock stops, which is undesirable. A control loop can also be so high-resistance that no additional current can be tapped from it.
Such a room thermostat can therefore not be replaced by a version with a time switch without new wires being pulled in, which is often hardly possible. Although temperature control devices with a time switch are known, which, together with the time switch supply, are operated via only two wires, these supply lines are not potential-free and can only be used in a certain way, for example for actuating a valve (DE-OS 26 55 521) .
Furthermore, it is known from DE-AS 27 07 591 to adapt the pulse-pause ratio of the operating states of a heat source as a function of measured values to the heat requirement by means of an electronic circuit, in such a way that the minimum duty cycle required in a heating system is never undercut . However, the known circuit generates a cycle duration that is constant over the entire load range, that is to say that the sum of the times in which the actuated switching element is in its on or off position is always the same. This makes precise regulation impossible, particularly when there is a small heat requirement, because in this area it is always either too warm or too cold.
The invention has for its object to provide a battery-operated timer and therefore time programmable room temperature controller, the output of which is a potential-free switching contact that only requires two supply wires and in which the cycle time is load-dependent.
The solution according to the invention results from the characterizing features of claims 1 and 3.
An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawings. Show it:
1 is a circuit diagram of a room unit with a timer and an electronic temperature controller,
Fig. 2 shows an equivalent circuit of part of Fig. 1 and
3 to 5 three voltage-time diagrams.
In FIG. 1, 1 means a quartz clock operated by a battery 2, which acts in some form, for example with a time slice with a 24-hour or weekly program, on a switch contact 3. The switch contact is located in the setpoint circuit of a measuring bridge 24 of a control device described below, the battery 2 also serving the control device as a voltage source.
Due to the required lifetime of the battery 2 of a few years and the very limited energy reserve of the battery, it is of crucial importance if its load can be kept as small as possible. Because a room temperature control is a thermally relatively slow process, it is possible to apply voltage to the control device and the measuring bridge 24 for the purpose of checking and possibly changing the current position of a switching element. A pulse / pause ratio of at least 1: 1000 can be used. In the present example, the control device is energized every 16 or 32 seconds for only 16 ms, as will be described later.
The switching element at the output of the control device is a bistable relay 4 with at least one switching contact 5, which changes its position on corresponding pulses and then maintains it until the next pulse. Except at the moment of switching, the relay 4 does not require any energy and thus fulfills the requirement for low-energy actuation.
The pulse / pause ratio is generated by simultaneously supplying the electrical pulse which actuates the clock drive of the quartz clock 1 every 2 seconds to a first 2n counter 6. For this purpose, an input 7 of the counter 6 is connected via a line 8 to the clock drive of the quartz clock 1 and has at least one output 9 which is connected via a capacitor 10 to a switching element described below, the connection of the capacitor on the switching element side 10 via a resistor 11 to the zero potential, henceforth called zero, of the circuit, and both form an RC element 10, 11.
The output 9 delivers after 2x, in the present example after 2) input pulses, that is every 16 seconds an output signal influencing the switching element, the duration of this output signal being determined by the RC element 10, 11. The 16 seconds comprise an entire switching cycle, that is to say a change of state at output 9 every 8 seconds. The switching element responds only when changing from zero to a positive voltage value, henceforth called plus.
The pause in the pulse / pause ratio given in the example with 16 seconds is decisive for the size of the minimum duty cycle of a connected heating system, as explained below, since different times are required for oil or gas firing. In order to be able to adapt these times to the heating used, the switching element mentioned in the example described also includes a logic element and consists of a NAND gate 12 and a transistor 13 which is connected to a supply voltage feed line 14 of the control device. Furthermore, the counter 6 has a further output 15 which, after 2 (X + 1), that is to say in the present example, after 24 input pulses, that is to say every 32 seconds, performs an entire switching cycle and then controls the switching element connected downstream.
The output 15 is connected via a isolating connection 16 to the one input 17 of the NAND gate 12, the second input 18 of which is connected to the output 9 with the interposition of the capacitor 10. An output 19 of the NAND gate 12 is connected via a resistor 20 to the base of the transistor 13, while the emitter-collector path of the transistor 13 is connected to the supply voltage supply line 14. The input 17 of the NAND gate 12 is connected to the feed line 14 by a further resistor 21 and is thus biased against the positive pole of the battery 2, while the second input 18 is connected to the resistor 11 against the negative pole of the battery 1, that is to say towards zero , is biased.
As long as the isolating connection 16 is open, the resistor 21 has the effect that the input 17 of the NAND gate 12 is continuously at positive, while at its second input 18 the resistor 11 has the state zero. The output 19 is therefore positive and the transistor 13 blocks. No voltage is then present on a supply line 22 going away from transistor 13. As soon as a change in state from zero to plus takes place at output 9, which is the case every 16 seconds, a positive pulse arises at input 18, which changes output 19 of NAND gate 12 from plus to zero and makes transistor 13 conductive The duration of this pulse results from the capacitance of the capacitor 10 and the size of the resistor 11 and is approximately 16 ms in the present example.
When the isolating connection 16 is closed, the input 17 is alternately at zero and at plus, which changes every 16 seconds with a cycle time of 32 seconds. Together with the NAND gate 12, this causes the transistor 13 to emit a pulse to the supply line 22 only every 32 seconds when the isolating connection 16 is closed.
The 2n counter 6 also has a third output 23 for synchronization, the purpose of which is explained below.
The supply line 22 is used for pulsed supply of the control device, which is described below:
The measuring bridge 24, which compares the setpoint and the actual value, consists of two bridge branches, both of which are connected between the feed line 22 and zero. The first bridge branch, beginning with the supply line 22, consists of the series connection of a resistor 25, a room temperature sensor 26 as an actual value transmitter and a sliding resistor 27, in the present example with two taps 28 and 29, one of which is directly to zero and the other depending on the position of a program switch 30 is connected via the switch contact 3 to zero. The second bridge branch is composed of the series connection of two resistors 31 and 32.
In order to be able to tap a signal corresponding to the room temperature deviation between a first and a second input 33 or 34 of a comparator 35, these inputs are connected to the diagonal of the measuring bridge 24.
The first input 33 is connected to the connection between the two resistors 31 and 32 and the second input 34 is tapped between the resistor 25 and the temperature sensor 26.
The comparator 35, together with a capacitor 36, serves to generate an electrical variable which oscillates at a frequency of a few kHz. For this purpose, the capacitor 36 is connected between the first input 33 of the comparator 35 and zero, while the input 33 is simultaneously connected to an output 39 of the comparator 35 via a resistor 38. A first supply connection 37 of the comparator 35 is connected to the supply line 22, a second to zero.
Furthermore, a feedback resistor 40 connects the output 39 to the second input 34.
Vibrations of an electrical variable form, the formation of which is described later, and whose curve shape and frequency are influenced by the measuring bridge 24 form above the comparator 35. The number of vibrations is counted in a logic circuit described below, the task of which is to evaluate the vibrations that occur briefly, i.e. every 16 or 32 seconds, during only 16 ms, and to shape and frequency the current state of the control device monitored system to transform the corresponding duty cycle of relay 4. For this purpose, the output 39 of the comparator 35 is connected to an input 41 of a second counter 44 having two outputs 42 and 43.
The first output 42 changes its logic state at the comparator output 39 when there are 2n state changes, while the second output 43 does so when the state changes 2 (n- '). Both outputs 42 and 43 are responsible for influencing the switching state of the switching contact 5 of the relay 4. For this purpose, the outputs 42, 43 are each connected to an input 45, 46, 47, 48 of two NOR gates 49 and 50, namely the one output 43 with the interposition of a capacitor 51 at the input 47 of the gate 49 and the Input 48 of gate 50 connected. The other output 42 is in direct connection with the other input 45 of the gate 49 and is also connected via an inverter 52 to the other input 46 of the gate 50.
One output 53 and 54 of the gates 49 and 50 is connected to the base of a switching transistor 55 and 56, respectively. The current path of a switching transistor 56 is connected in series with an excitation coil 57 of the relay 4 to the battery 2. In this circuit there is also a resistor 59 in a line 58 to the zero potential, which can be bridged for emergency operation when the battery voltage drops, which is described further below. The current path of the other switching transistor 55 lies in a discharge circuit of a capacitor 60 containing the excitation coil 57. For this purpose, there is a series connection of the collector-emitter path of the switching transistor 55, a resistor 61 and the capacitor 60, which is connected in parallel with the excitation coil 57. From the connection between the emitter and the resistor 61, a charging resistor 62 is switched to zero.
In the switching pauses, starting from the plus of the battery 2, together with the excitation coil 57, the capacitor 60 and the resistors 61 and 62, it forms a circuit for charging the capacitor 60, the low current intensity of which, however, cannot excite the relay 4.
In the switch position of the program switch 30 shown in FIG. 1, the program changeover takes place in a time-dependent manner in accordance with the position of the switch contact 3. It is probably the most frequently used setting. In this, the resistor 59 is connected through the line 58 in the excitation circuit of the relay 4 for the command on. With increasing discharge of the battery 2, its voltage drops until the relay 4 no longer comes on.
In such a case, an emergency operation can be carried out by moving the program switch 30 into its permanent day position, which is marked by a symbolic sun in FIG. 1: A line 63 tapped between the switching transistor 56 and the resistor 59 forms a tap on Program switch 30 which bridges resistor 59 in said position. The voltage across relay 4 then becomes somewhat higher again, which allows emergency operation for a short time until the battery is replaced.
Between the output 39 of the comparator 35 and its first input 33 there is an active connection via two diodes 66, 67 connected in parallel and oppositely polarized, which are connected to the first input 33 with a common resistor 65. A switching element influenced by the output 39 only allows one of the two diodes 66, 67 to be effective, depending on the position of the relay 4.
In the example in FIG. 2, a switch 68 operated by the relay 4 serves as the switching element, while in the circuit according to FIG. 1 the switching element consists of a NAND and a NOR gate 69 and 70, respectively. One diode 66 is connected to an output 71 of the NAND gate 69 and the other diode 67 to an output 72 of the NOR gate 70. A first input 73, 74 of both gates 69, 70 is influenced by output 39 of comparator 35, and inputs 73, 74 are connected to output 39 by an inverter 77 for this purpose. A second input 75, 76 of both gates 69, 70 is connected to the output 42 of the counter 44.
To ensure the logically correct state of the gates 69 and 70 for the current switching state of the relay 4, the third output 23 of the counter 6, which was mentioned earlier, is used.
In the present example, a complete switching cycle of zero / plus appears at the 2 output 23 in the present example and accordingly a change from zero to plus every 17 minutes. The output 23 is connected to zero via the series connection of a capacitor 78 and a resistor 79. We both act as pulse formers on the connection between the capacitor 51 and the two inputs 47 and 48 of the NOR gates 49 and 50, respectively. The connection between the capacitor 78 and the resistor 79 with the inputs 47 and 48 is coupled via an inverter 80 and a resistor 87.
Before the synchronization process taking place is discussed further, the mode of operation of the entire circuit according to FIG. 1 is explained in more detail with reference to FIGS. 1 to 5:
With the help of the pulses from the timer 1, a voltage pulse is generated every 16 or 32 seconds via the first counter 6 in the feed line 22, depending on the position of the isolating connection 16, as has already been explained at the beginning. In the following, only the time period during this voltage pulse will be considered with reference to FIG. 3. In this state, the measuring bridge 24 and the comparator 35 are live. Furthermore, it is assumed that the connection via the diodes 66, 67 does not exist for the time being and the measuring bridge 24 is adjusted, that is to say the setpoint is equal to the actual value. The comparator 35 can be regarded as a switch, the output 39 of which is either at zero or at plus.
As soon as a voltage appears on the supply line 22, the capacitor 36 charges in accordance with a curve 81 in FIG.
3 until the voltage U at input 33 reaches the value U.
Then the comparator 35 tilts and its output 39 becomes zero.
The capacitor 36 discharges through the resistor 38 according to a curve 82 in FIG. 3 until the voltage U at the input 33 has dropped to the value U2, then the comparator 35 tilts back again and the game begins again. The feedback resistor 40 is decisive for the size of A U = Ul - Uz. The times t, for charging and t2 for discharging the capacitor 36 are approximately the same.
As soon as a detuning occurs at the measuring bridge 24, the voltages U and U2 are shifted up or down according to FIG. 3. This is shown in the diagram on the right in FIG. 3 in the event that the actual value is too small.
The switching points Ul 'and U2' are shifted upwards.
The flatter or steeper course of curves 81 'and 82' results in different times tl and tz. If the detuning of the measuring bridge 24 is even greater, that is to say it exceeds or falls below values of U which are above or below a line 83 or 84 in the diagram in FIG. 3, the comparator 35 maintains its current state until the detuning of the measuring bridge has disappeared again. The values of U for the two lines 83 and 84, that is to say their distance from one another, can be influenced by the size of the resistor 38.
From the explanations it can be seen that the times t and t2 vary depending on the detuning of the measuring bridge 24 and thus depending on
Change the size of the mean value between the voltages U and U2, as can be seen from the curves 81 and 82, which is used to generate a variable switch-on ratio at the switch contact 5. This is done with the aid of the connection via the two diodes 66, 67, the influence of which is described below.
In its position E (relay 4 = on), the changeover switch 68 of FIG. 2, which is dependent on the current position of the relay 4, causes the capacitor 36 to move very much in accordance with a curve section 85 in FIG is quickly discharged through resistor 65 and diode 66. Similarly, in position A of the switch 68 (relay 4 = off), the capacitor 36 is charged very quickly via the diode 67 in accordance with a curve section 86 in FIG. 5, while the discharge takes place along the curve 82. In this case, the curve curve that is formed is recorded at half load in both FIGS. 4 and 5. This corresponds to the state in which the switch contact 5 is switched on and off for the same length of time and in which the cycle duration is the smallest.
In the example in FIG. 1, the switch 68 is replaced by the gates 69 and 70, which perform the same task as the switch 68. Assuming that the relay 4 is in the on position, the output 42 of the counter 44, as will be shown later, has the plus state. This means that 69 Plus is also located at entrance 75 of the NAND gate. As soon as the voltage U 1 is reached at the comparator input 33, its output 39 tilts to zero. As a result of the inverter 77, plus appears at the input 73 of the NAND gate 69 and its output 71 becomes zero. The capacitor 36 discharges very quickly via the diode 66 and the comparator 35 switches its output 39 back to positive. At the input 41 of the counter 44, therefore, there are pulses whose respective transition from zero to plus switches the counter by one step.
In the same way, in the relay position Off, the capacitor 36 is charged very quickly by the NOR gate 70 via the diode 67.
The plus state at the counter output 42 is maintained until 210 pulses have appeared at the input 41 2in '), in the example described. Then both outputs 43 and 42 change their state from plus to zero and remain in these states. Zero is then at the input 45 of the gate 49, while, according to the inverter 52, 50 plus is present at the input 46 of the gate. The capacitor 51 is charged by the transition from plus to zero at the output 43. At inputs 47 and 48, the voltage drops briefly to zero, so that both inputs at gate 49 are briefly at zero and output 53 therefore emits a plus pulse. The switching transistor 55 becomes conductive and discharges the capacitor 60 via the excitation coil 57. The relay 4 is excited in pulses and thereby switches to its off position.
In the same way, after further 2 '') pulses at input 41, relay 4 is switched back to the on position, switching transistor 56 then triggering a pulse in the relay circuit. For this purpose, the output 42 changes its state and influences the two gates 69 and 70 through the fixed connection to the inputs 75 and 76, as described above.
The state of the output 42 and thus the preselection of the corresponding diode 66 and 67 is not necessarily secured with the position of the relay 4. The relay 4 could assume an incorrect position for some reason, for example when starting up or when changing the battery, which is corrected by the synchronization already mentioned above.
The capacitor 78 delivers a plus pulse every 17 minutes from the counter 6, as already explained above, which the inverter 80 converts into a zero pulse.
If there is a plus at output 42 at this point in time, which means the relay position on, but if relay 4 is incorrectly in the off position, then relay 4 is switched over, because zero appears at both inputs 46 and 48 of NOR gate 50 and the switching transistor 56 turns on. In the same way, a correction is made if the relay 4 is incorrectly in the on position.
As can be seen from what has been described, only the time t1 for the switching difference A U to pass through the comparator 35 is changed in the switch position on due to a detuning of the voltage U by the measuring bridge 24. The time t2 (FIG. 4) is very short, always the same and therefore negligible.
The same applies in the switch position, in which only the time t2 is influenced, while tl is negligible.
Depending on the detuning of the measuring bridge, the frequency of the pulses emitted by the comparator 35 changes and the downstream counter 44 takes more or less time until the pulses necessary for switching the relay 4 have arrived.
The circuit described allows the measuring bridge 24 and the comparator 35 to operate the battery 2 only with a pulse / pause ratio of about 1: 1000 to 1: 2000 and the switched with a frequency of a few kHz and in their frequency tilting of the comparator 35, which is influenced by the measuring bridge 24, into a duty ratio dependent on the detuning of the measuring bridge with switching times of a few minutes, as occurs on a bimetal-operated room temperature controller with thermal feedback.
The minimum cycle time required for combustion reasons can be influenced in a simple manner, either by changing the time constant of the RC element 10, 11 and thus the on-time of the battery voltage, or by changing the pause duration given by the counter 6 by adding other 2X there -Taps are used. The latter is used in the application example described by the separating connection 16. The customer can remove or leave it and then receives an on / off cycle of 12 or 24 minutes at half load.
A minimum switch-on or switch-off duration also required in terms of combustion technology results from the selected time constant of the charging and discharging curve 81 or 82 of the capacitor 36 (FIG. 3) and the choice of the limits 83 and 84, when they are exceeded or fallen below the Voltage U no more pulses are given.
The effort for the circuit described is low and can be built with commercially available, non-critical components.
It is expedient if the counters 6.44 including a counter of the quartz clock 1 with all logic elements 12, 13, 20, 21, 49, 50, 51, 52, 66, 67, 69, 70, 77 and 80 in a CMOS circuit summarized and the RC elements 10, 11; 51.87; 78.79 are designed as digital circuits.
The programmable room temperature controller described makes it possible, thanks to its potential-free switching contact 5, which can also be a changeover switch, to replace any existing room thermostat with one with a timer.