-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Temperatursensor zum
Abgeben elektrischer Signale und mit zumindest einem elektronischen Bauelement
zum Auswerten der elektronischen Signale des Temperatursensors.
Ein typisches Beispiel für
eine solche Vorrichtung ist ein Raumtemperaturregler.
-
Naturgemäß soll der
Temperatursensor die Umgebungstemperatur messen. Elektronische Bauelemente
hingegen heizen sich im Betrieb regelmäßig auf. Insbesondere bei einer
kompakten Bauweise der Vorrichtung, wenn Temperatursensor und elektronische
Bauelemente in einem Gehäuse
untergebracht sind, kommt es zu einem Wärmestau, und die Temperatur
am Temperatursensor ist nicht mehr gleich der Umgebungstemperatur.
Auf diese Weise wird die Messgenauigkeit beeinträchtigt.
-
Ausgestaltungen
insbesondere von Raumtemperaturreglern, bei denen eine bestimmte
Art der Luftzufuhr zur Kühlung
der elektronischen Bauelemente durch die Konstruktionsweise gefördert werden
soll, haben sich als nicht erfolgreich erwiesen.
-
Es
ist Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart
weiterzubilden, dass der Temperatursensor zuverlässig die Umgebungstemperatur
misst.
-
Die
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die
dadurch gekennzeichnet ist, dass sie aktive Mittel zum Kühlen des zumindest
einen elektronischen Bauelements umfasst. Aktive Mittel sind hierbei
Mittel, denen Energie zuführbar
ist, um einen Kühleffekt
zu bewirken. Die Erfindung geht somit von passiven Kühlmitteln
ab, deren Funktionsweise durch die Konstruktion der Vorrichtung
festgelegt ist und im Betrieb nicht mehr beeinflusst werden kann.
Die aktiven Mittel können präzise angesteuert
werden, so dass gezielt verhindert werden kann, dass die elektronischen
Bauelemente durch ihr Aufheizen die Temperatur beeinflussen, welche
von dem Temperatursensor gemessen wird.
-
Die
aktiven Mittel können
die Verwendung eines Kühlkreislaufes
umfassen. Besonders kompakt sind die aktiven Mittel zum Kühlen, wenn
sie Peltier-Elemente umfassen. Diese können sehr effektiv das elektronische
Bauelement kühlen.
-
Zur
besonders effektiven Kühlung
kann eine thermische Kopplung mithilfe von Wärmeleitmitteln, wie beispielsweise
eines geeigneten thermisch leitenden Füllstoffs, eines Wärmeleitgummis
oder auch einer Wärmeleitpaste
erfolgen. Das elektronische Bauelement kann mithilfe dieser Wärmeleitmittel thermisch
besonders gut mit den aktiven Mitteln zum Kühlen gekoppelt werden. Besonders
effektiv ist die thermische Kopplung einsetzbar, wenn mehrere elektronische
Bauelemente bereitgestellt sind, die sämtlich über Wärmeleitmittel miteinander und
mit den aktiven Mitteln zum Kühlen
thermisch gekoppelt sind.
-
Zur
Steuerung der aktiven Mittel sind verschiedene Verfahren einsetzbar.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
erfolgt sogar eine Regelung der Temperatur des zumindest einen elektronischen Bauelements.
Hierzu wird ein weiterer Temperatursensor zum Abgeben von elektrischen
Signalen bereitgestellt, und dieser wird über Wärmeleitmittel mit dem zumindest
einen elektronischen Bauelement thermisch gekoppelt. Eine Auswerteeinheit
in der Vorrichtung ist bereitgestellt, die dazu ausgelegt ist, die
elektrischen Signale beider Temperatursensoren zu empfangen. Sie
aktiviert die aktiven Mittel damit diese kühlend wirken, sobald die Differenz
der von beiden Temperatursensoren gemessenen Temperaturen einen
vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
Es wird somit anhand der Differenz der beiden Temperaturen erkannt,
wann sich das eine elektronische Bauelement aufheizt und somit eine
höhere Temperatur
hat, als sie der thermisch nicht mit ihm gekoppelte Tempera tursensor
misst. Diese höhere Temperatur
misst der thermisch mit dem elektrischen Bauelement gekoppelte Temperatursensor.
-
Diese
Art der Regelung ist nicht nur besonders präzise, sondern auch kostengünstig, weil
ein überflüssiges Kühlen vermieden
wird, sondern genau dann gekühlt
wird, wenn es notwendig ist.
-
Die
Vorrichtung wird oder ist bei einer bevorzugten Ausführungsform
an einem Bus in einem Gebäude
angeschlossen. Die Vorrichtung kann als Unterputzgerät ausgebildet
sein. Bei einer solchen Vorrichtung ist der Wärmestau an den elektrischen
Bauelementen besonders groß und
die Verwendung der aktiven Mittel zum Kühlen des zumindest einen elektronischen
Bauelements besonders lohnend.
-
Es
ist von Vorteil, wenn bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine thermische
Kopplung jedweder Art zwischen dem elektronischen Bauelement und
dem Temperatursensor, der die Umgebungstemperatur messen soll, verhindert
wird. Naturgemäß ist daher
keine thermische Verbindung über
Wärmeleitmittel
vorgesehen. Um aber auch eine möglichst
geringe thermische Kopplung durch Wärmestrahlung und Konvektion
zu erreichen oder diese gar zu verhindern, ist es von Vorteil, wenn
der Temperatursensor in der Vorrichtung bei deren Anbringung an
einer Gebäudewand
in einer vorbestimmten Orientierung unterhalb der aktiven Mittel
angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Temperatursensor in der Vorrichtung – bezogen
auf eine vorbestimmte Orientierung – unten angeordnet und die
elektronischen Bauelemente und insbesondere auch die aktiven Mittel
sind oben angeordnet. Bevorzugt ist ganz oben an der Vorrichtung (bei
vorbestimmter Orientierung) ein Kühlkörper angeordnet, der mit den
aktiven Mitteln zum Kühlen thermisch
gekoppelt ist. Die aktiven Mittel wie beispielsweise Peltier-Elemente transportieren
Wärme von
einem Pol, der als Kaltpol definiert ist, zu einem anderen Pol,
der als Warmpol definiert ist. Der Kühlkörper sollte dann mit dem Warmpol
thermisch gekoppelt sein, um diesen zu kühlen. Der Kühlkörper kann Kühlrippen umweisen, aber auch
als so genannter „heatpipe" ausgebildet sein,
d. h. als Röhre, in
dem ein Kühlmittel
befindlich ist, das an einem Ende der Röhre verdampft und am anderen
Ende der Röhre
kondensiert.
-
Als
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann jede Vorrichtung ausgebildet sein, bei der es auf eine hohe
Genauigkeit einer Temperaturmessung ankommt. Es kann sich um ein
herkömmliches
Temperaturmessgerät
handeln. Bevorzugt ist die Vorrichtung als Raumtemperaturregler
ausgebildet, d. h. sie misst die Temperatur und gibt Steuerbefehle
zur Beeinflussung der Temperatur ab, beispielsweise an eine Zentralheizung.
-
Nachfolgend
wird eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der
-
1 schematisch
die Bauteile eines erfindungsgemäßen Raumtemperaturreglers
darstellt und
-
2 einen
seitlichen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Raumtemperaturregler mit
Darstellung der baulichen Einzelheiten darstellt.
-
In
einem im Ganzen mit 10 bezeichneten Raumtemperaturregler
soll ein Temperatursensor 12 die Umgebungstemperatur messen.
Dem Temperatursensor 12 ist ein elektronisches Bauelement 14 zur
Auswertung zugeordnet, das Signale an einen Prozessor 16 weiterleitet,
der die eigentliche Regelung übernimmt.
Der Prozessor 16 kommuniziert über eine Datenleitung 18 mit
einem außerhalb
des Raumtemperaturreglers 10 befindlichen System, beispielsweise
einer Zentralheizung. Misst der Temperatursensor 12 eine
Temperatur, die unterhalb einer Soll-Temperatur liegt, steuert der
Prozessor 16 eine externe Heizung an. Sollte die Ist-Temperatur
die Soll-Temperatur überschreiten,
sorgt der Prozessor 16 für ein Ausschalten der Heizanlage,
gegebenenfalls auch für
eine zusätzliche
Belüftung
mit frischer Luft.
-
Das
elektronische Bauelement 14 wie auch der Prozessor 16 als
weiteres elektronisches Bauelement können im Betrieb warm werden.
Es soll nun verhindert werden, dass die so entstandene Wärme die
von dem Temperatursensor 12 gemessene Temperatur beeinflusst.
Hierzu wird das elektronische Bauelement 14 mit dem Prozessor 16 zunächst einmal über ein
Wärmeleitmittel 20 thermisch
gekoppelt. Das Wärmeleitmittel 20,
das beispielsweise eine Kupferplatte umfassen kann, ist nun seinerseits
mit einer Peltieranordnung gekoppelt. Eine Mehrzahl von Peltier-Elementen 22 sind
so angeordnet, dass beim Betrieb der Peltier-Elemente in an sich
bekannter Weise einem Pol 24, der mit den Wärmeleitmitteln 20 gekoppelt
ist, Wärme
entzogen wird und die Wärme einem
Pol 26 zugeführt
wird. Der Warmpol 26 ist mit einem Kühlkörper 28 gekoppelt,
der dazu dient, die entstandene Wärme abzuleiten. Der Prozessor 16 steuert
entsprechend dem Symbolpfeil 30 die Peltier-Elemente 22 an.
Hierbei benutzt er Informationen eines weiteren Temperatursensors 32.
Der zweite Temperatursensor 32 ist ebenfalls mit den Wärmemitteln 20 thermisch
gekoppelt und misst somit die Temperatur, die die Wärmeleitmittel 20 und
somit das elektronische Bauelement 14 und der Prozessor 16 haben.
Die Messwerte werden über
das elektronische Bauelement 14 dem Prozessor 16 zugeführt. Der
Prozessor 16 vergleicht nun die Messwerte von dem Temperatursensor 12 mit
den Messwerten von dem Temperatursensor 32. Überschreitet
die Differenz der gemessenen Temperaturen einen vorbestimmten Grenzwert,
bedeutet dies, dass das elektronische Bauelement 14 und
der Prozessor 16 relativ zur Umgebung zu warm geworden
sind. Entsprechend steuert der Prozessor 16 die Peltier-Elemente 22 gemäß dem Symbolpfeil 30 so
an, dass die Peltier-Elemente 22 eine Kühlwirkung haben.
-
2 zeigt
den Raumtemperaturregler 10 nun in konkreter Ausführungsform
im Schnitt. Trotz Ähnlichkeit
der Darstellung mit der von 1 stellt die 1 keine
Draufsicht dar, sondern die einzelnen Bauelemente sind symbolisch
angeordnet. 2 hingegen stellt eine konkrete
Anordnung dar.
-
Der
Raumtemperaturregler 10 soll an einem Busankoppler 34 befestigt
werden und weist hierzu einen Hängebügel 36 auf.
Zum Anschluss mit dem Busankoppler 34 ist eine Steckverbindung 38 vorgesehen.
Die meisten Bauelemente des Raumtemperaturreglers 10 sind
in einem Gehäuse 40 angeordnet. Das
Gehäuse 40 wird
in seinem Inneren durch eine Platte 42 (Flachbaugruppe)
in zwei Abschnitte getrennt. Der erste Sensor 12 sitzt
unten auf der im Einbauzustand der Vorrichtung, also beim Anschluss
an den Busankoppler 34 vorne liegenden Seite. Ebenfalls
vorne befindet sich ein für
den Betrachter sichtbares Display 44.
-
Bei
dem Display handelt es sich beispielsweise um eine Flüssigkristallanzeige.
-
Auf
der der Platte 42 abgewandten, also hinteren Seite, befinden
sich nun die elektronischen Bauelemente 14, 16 und
gegebenenfalls ein weiteres elektronisches Bauelement 14' sowie der zweite Temperatursensor 32.
Diese Bauelemente sind in einen thermisch leitenden Füllstoff 46 eingebunden, der
sie komplett umschließt
und die Temperatur gut leitet. Eine Kupferplatte 48 bewirkt
eine besonders gute thermische Leitung. Die Kupferplatte 48 ist
auf der Rückseite
von einem Wärmeleitgummi 50 abgeschlossen,
der die thermische Verbindung zum Busankoppler schafft, um auch
von dort besonders effektiv Wärme
abzuleiten. Die Peltier-Elemente 22 sind nun mit der Kupferplatte 48 verbunden,
welche den Kaltpol 24 aus 1 bildet.
Der Kühlköper 28 erstreckt
sich am oberen Ende des Gehäuses 40.
Er wird besonders effektiv dadurch gekühlt, dass im unteren Bereich
des Gehäuses 40 eine Öffnung 52 ausgebildet
ist. Erwärmt
sich der Kühlkörper 28,
wird kalte Luft an dem Temperatursensor 12 vorbei zu dem Kühlkörper 28 nach
oben gezogen.
-
Die
Erfindung stellt einen Raumtemperaturregler bereit, bei dem mithilfe
der Peltier-Elemente 22 die elektronischen Bauelemente 14 und 16 aktiv
gekühlt
werden, und zwar unter Zuhilfenahme einer Regelung aufgrund der
Messwerte des zweiten Temperatursensors 32 zusammen mit
den Messwerten des eigentlichen Temperatursensors 12.
-
- 10
- Raumtemperaturregler
- 12,
32
- Temperatursensor
- 14
- elektronisches
Bauelement
- 16
- Prozessor
- 18
- Datenleitung
- 20
- Wärmeleitmittel
- 22
- Peltier-Element
- 24,
26
- Pole
- 28
- Kühlkörper
- 30
- Symbolpfeil
- 34
- Busankoppler
- 36
- Hängebügel
- 38
- Steckverbindung
- 40
- Gehäuse
- 42
- Platte
- 44
- Display
- 46
- Füllstoff
- 48
- Kupferplatte
- 50
- Wärmeleitgummi
- 52
- Öffnung