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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Heizvorrichtung mit einer in einem
flexiblen Heizkörper
integrierten und über
ein Anschlusskabel an eine Versorgungsspannung anschließbaren elektrischen
Heizleiteranordnung, einem mit dieser und weiteren Elementen einschließlich einem
Steuerglied für
einen Heizstrom gebildeten Heizkreis und mit einer zum Variieren
des Heizstroms und Regeln der Temperatur an das Steuerglied angeschlossenen
Ansteuerschaltung mit Regelkreis, wobei die Ansteuerung des Steuerglieds
in Abhängigkeit
einer Abweichung zwischen einem Istwert und einem Sollwert erfolgt,
wobei die Ansteuerschaltung des weiteren zum Abgreifen einer von
der Temperatur der Heizleiteranordnung abhängigen elektrischen Messgröße – Strom oder
Spannung – über einen
Koppelzweig an den Heizkreis gekoppelt ist und einen Regelkreis
mit einer Digitalisierstufe einer digitalen Schaltungsanordnung
aufweist und wobei die Ansteuerschaltung derart ausgebildet ist,
dass die Ansteuerung des Steuerglieds zum Einregeln einer eingestellten
Temperatur des Heizkörpers
auf der Grundlage von in der Digitalisierstufe gebildeten digitalen
Daten erfolgt.
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Eine
derartige Heizvorrichtung ist in der
DE 41 24 187 C1 angegeben. Bei dieser bekannten Heizvorrichtung
wird zur Temperaturregelung z.B. eines schmiegsamen Wärmegerätes in einem
Heizkreis eine von der Temperatur einer Heizleiteranordnung abhängige elektrische
Spannung abgegriffen und einem Komparator zum Vergleich mit einem
einstellbaren Sollwert zugeführt.
In Abhängigkeit
von dem Soll-/Istwertvergleich wird dann über ein Speicherglied in Form
eines Flip-Flops auf ein ebenfalls in dem Heizkreis liegendes Schaltglied
zur Temperaturregelung eingewirkt. Bei diesem Schaltungsaufbau können Störungen z.B.
am Eingang des Komparators leicht zu einer ungenauen Temperaturregelung führen.
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Bei
einer in der
US 5,120,936
A gezeigten weiteren Heizvorrichtung, beispielsweise einem Haartrockner
oder anderen Heizgerät
des Heimbereichs, wobei ein flexibler Heizkörper nicht angegeben ist, wird
die Temperatur mehrerer Heizelemente ebenfalls über eine Regelschaltung mit
Soll-/Istwertvergleich und einem Digital/Analog-Wandler im Istwert-Rückführzweig
einem vorgegebenen Sollwert nachgeregelt. Der Analog/Digital-Wandler
stellt eine Digitalisierstufe für
ein analoges Widerstandssignal einer Brücke dar.
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Die
DE 196 40 009 A1 zeigt
eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines Heizwiderstandes für einen
Luftgütesensor
oder dgl. Der Heizwiderstand ist in einem Spannungsteiler an einem
Eingang eines Komparators angeordnet, und die Heizspannung wird
mit einer konstanten Einschaltdauer und einer variablen Ausschaltdauer
geregelt. Der Spannungsteiler ist Teil einer Messbrücke mit
einem weiteren Spannungsteiler, von dem eine Sollspannung abgegriffen
und an einen weiteren Eingang des Komparators angelegt wird. Die
konstante Einschaltdauer wird beispielsweise mit einem diskreten
Zeitglied mit einem Widerstand und einem Kondensator erzeugt. Alternativ
kann das Zeitglied mit einem Mikrorechner gebildet sein, der mit
einem Anschluss an den Ausgang des Komparators und mit einem zweiten
Anschluss an den Widerstand einer Endstufe angeschlossen ist, um
eine konstante Einschaltdauer der Heizspannung zu erzeugen.
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Gemäß der
US 4,829,458 A ist
bei einer Thermostatregelung an Ausgängen eines Mikroprozessors
eine Zeitschaltung mit einem oder mehreren temperaturabhängigen Widerständen, sogenannten Thermistoren,
sowie einem Kondensator angeschlossen. In dem Mikroprozessor wird
eine von der Temperatur des Thermistors abhängige Zeitkonstante ermittelt
und in einen Zeitwert umgesetzt. Der Thermistor bildet dabei einen
Sensor direkt für
die Umgebungstemperatur. Es erfolgt ein Vergleich mit dem Zeitwert
eines aus einem Referenzwiderstand und dem Kondensator gebildeten
Zeitglieds.
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Aus
der
JP 60157337 A geht
ein mit einem RC-Zeitglied aufgebauter Analog/Digital-Konverter hervor.
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Eine
weitere Heizvorrichtung ist in der
EP 0 562 850 A2 angegeben, wobei es insbesondere
um eine Schaltung zum Schutz der in dem flexiblen Heizkörper integrierten
elektrischen Heizleiteranordnung vor einer Übertemperatur geht. Desweiteren
weist die dabei vorgesehene Ansteuerschaltung auch eine Temperaturregelschaltung
auf, mit der für
die Aufrechterhaltung einer gewünschten Temperatur
ein Heizstrom über
ein Steuerglied in Form eines Thyristors z.B. mittels Phasenanschnittsteuerung
variiert wird. Auch andere Ausführungsarten
des Steuerglieds, beispielsweise ein mechanischer, thermischer oder
anderer elektronischer Schalter sind genannt. Nähere Angaben zum Aufbau einer
Regelschaltung an sich sind jedoch nicht gemacht.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizvorrichtung mit einem
flexiblen Heizkörper zur
Verfügung
zu stellen, die einen für
eine einfache, zuverlässige
Temperaturregelung günstigen
Aufbau bietet.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Hiernach
ist vorgesehen, dass die Messgröße einem
der Digitalisierstufe vorgeschalteten, in dem Koppelzweig angeordneten
analogen Zeitglied mit einer Ladewiderstands-/Kondensatorschaltung zugeführt ist,
dass die Digitalisierstufe zum Bilden des digitalen Istwertes ein
Zeitmessglied aufweist und der digitale Istwert einem Istzeitwert
bis zum Erreichen einer vorgegebenen oder vorgebbaren Ladespannung
des Kondensators entspricht, dass in der Digitalisierstufe als Sollwert
ein Sollzeitwert vorgegeben oder vorgebbar ist, und dass zum Heizen
die Ansteuerung des Steuerglieds in Abhängigkeit von einer Abweichung
des Istzeitwertes von dem Sollzeitwert erfolgt.
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Auf
diese Weise ergibt sich ein zuverlässiger, störungsfreier Abgriff des Istwerts
im Heizkreis. Der dabei im Wesentlichen störungsfrei erhaltene digitale Istzeitwert
ermöglicht
in der digitalen Schaltungsanordnung durch Vergleich mit dem Sollzeitwert
eine eindeutige Bewertung einer Soll-/Istwert-Abweichung und eine
darauf basierende genaue Regelung in vorprogrammierbarer Weise.
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Die
Temperaturregelung kann auch nach unterschiedlichen Anforderungen,
beispielsweise nach Art und Geschwindigkeit der Einregelung der
Temperatur oder in Abhängigkeit
von der Art des flexiblen Heizkörpers
(z.B. Decke oder Kissen oder Wärmeunterbett)
ohne Schwierigkeit geeignet ausgelegt werden kann. Die digitale
Schaltungsanordnung ist dabei vorzugsweise ein Mikrocontroller,
kann beispielsweise aber auch eine speziell aufgebaute digitale
Schaltungsanordnung sein, wie etwa ein ASIC, ein CMOS-Gatter oder
dgl.
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Zum
Bilden des Istwertes ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Messgröße mittels
eines im Heizkreis gebildeten Spannungsteilers abgegriffen ist,
der einerseits mit der einen temperaturabhängigen Widerstand bildenden
Heizleiteranordnung und andererseits mit mindestens einem Widerstandselement gebildet
ist. Die ohnehin vorhandene Heizleiteranordnung wird dabei auch
als Temperatursensor genutzt.
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Dabei
bestehen weitere vorteilhafte Maßnahmen darin, dass der Kondensator
mit seinem einen Anschluss über
einen Ladewiderstand an einen Pol der Versorgungsspannung und mit
seinem anderen Anschluss über
den Koppelzweig an den Heizkreis gekoppelt ist.
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Ist
vorgesehen, dass der Kondensator über einen Gleichrichter an
die Versorgungsspannung angeschlossen ist, so können beispielsweise bei einer Netz-Versorgungsspannung
Halbwellen für
eine Triggerung und Bildung der Istwerte und/oder Sollwerte günstig genutzt
werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung für den Aufbau und die Durchführung der
Regelung besteht darin, dass zum Bilden des Sollwertes das Steuerglied
in seinen den Heizkreis unterbrechenden nicht angesteuerten Zustand
gebracht ist und der andere Anschluss des Kondensators zum Abgreifen
einer entsprechend einer gewünschten
Temperatur einstellbaren Teilspannung und zum Bilden des Sollwertes
aus dieser an einen weiteren Spannungsteiler angeschlossen ist.
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Dabei
lassen sich einzelne Zeitabschnitte der Steuerung eindeutig dadurch
untergliedern, dass der Abgriff der Teilspannung mittels eines zeitweilig über die
digitale Schaltungsanordnung angesteuerten Schaltglieds erfolgt.
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Eine
vorteilhafte Maßnahme
besteht auch darin, dass der gebildete Sollwert und/oder der gebildete
Istwert zum Durchführen
eines Soll-/Istwertvergleichs in der digitalen Schaltungsanordnung
abgespeichert wird/werden.
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Die
Zuverlässigkeit
und Genauigkeit der Temperaturregelung wird dadurch unterstützt, dass die
digitale Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines Referenzwertes als
gemeinsame Bezugsgröße für den Sollwert
und den Istwert ausgebildet ist. Mit dieser Maßnahme lassen sich beispielsweise
mittels entsprechender Programme in der digitalen Schaltungsanordnung,
insbesondere einem Mikrocontroller oder einem Mikrorechner, auch
Fehler nach Art und/oder Ort erkennen, bzw. auch geeignete Korrekturwerte
einrechnen.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung für
einen einfachen, sicher funktionierenden Aufbau besteht dabei darin,
dass zum Bilden des Referenzwertes das Steuerglied und das Schaltglied
in ihren Unterbrechungszustand gebracht sind und der über den
einen und anderen Anschluss mit der digitalen Schaltungsanordnung
verbundene Kondensator mittels dieser zur Durchführung der Referenzmessung entladbar
ist und anschließend über den
Ladezweig, den Koppelzweig und das Widerstandselement des Heizkreises geladen
wird und dabei die bis zum Erreichen der Ladespannung des Kondensators
mit dem Zeitmessglied der digitalen Schaltungsanordnung gemessene Zeit
als Referenzwert gespeichert wird. Hierbei wird das Zeitglied aus
der Widerstands-/Kondensatorschaltung nicht nur für die Bildung
des Istwertes und des Sollwertes, sondern auch für die Bildung des Referenzwertes
genutzt, wodurch sich eine erhöhte
Zuverlässigkeit
ergibt.
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Ein
für die
Durchführung
der Temperaturregelung vorteilhafter Aufbau besteht darin, dass
die digitale Schaltungsanordnung derart ausgebildet ist, dass zur
Temperaturregelung zunächst
der Referenzwert während
einer Versorgungshalbwelle ermittelt und anschließend während jeweils
weiterer Halbwellen der Sollwert und der Istwert bestimmt und aufgrund
des Vergleichs von Sollwert und Istwert die Temperatur eingeregelt
wird und nach einer Pausenzeit, in der die Ansteuerung des Steuerglieds
unterbrochen ist, die genannten Schritte von der Referenzwertbildung
bis zur Pausenzeit zyklisch wiederholt werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung
einer elektrischen Schaltung einer Heizvorrichtung und
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2 Spannungsverläufe eines
Zeitglieds, aufgetragen über
der Zeit zum Herleiten eines Istwertes, Sollwertes und Referenzwertes.
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In 1 ist eine Heizvorrichtung
mit einem flexiblen Heizkörper 1 gezeigt,
z.B. in Form einer Heizdecke, eines Heizkissens oder Wärmeunterbetts,
in dem eine Heizleiteranordnung integriert und eine Schmelzsicherung
F1 untergebracht sind, und mit einer auf einen Heizkreis 3 einwirkenden
Ansteuerschaltung 2, mit der ein durch den Heizkreis 3 mit der
Heizleiteranordnung 1.1 fließender Heizstrom iH zum Einregeln
einer gewünschten
Temperatur variierbar ist.
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Der
an eine Versorgungsspannung UV, beispielsweise eine Netzspannung,
eine andere transformierte Spannung oder eine Gleichspannung, angeschlossene
und mittels Schalter S1, S2 von dieser trennbare Heizkreis 3 weist
im Anschluss an die Heizleiteranordnung 1.1 und die Schmelzsicherung F1
eine für
eine positive Halbwelle in Durchlassrichtung angeschlossene Diode,
ein Steuerglied THY1 in Form eines Thyristors oder Triacs oder anderen Halbleiterschalters
oder elektronisch betätigbaren mechanischen
Kontakts sowie einen Spannungsteilerwiderstand R21 auf, der mit
seinem von dem Steuerglied THY1 abgelegenen Anschluss an Masse liegt und
mit der Heizleiteranordnung 1.1 einen Spannungsteiler bildet.
Die Heizleiter Rhz1, Rhz2 der Heizleiteranordnung 1.1 sind
vorzugsweise mittels eines bei einer geeigneten Temperatur schmelzenden
Isolators voneinander isoliert und als Innenleiter und Außenleiter
einer Heizkordel miteinander verbunden, wie an sich bekannt, wodurch
auch eine Kompensation des elektromagnetischen Feldes erreicht wird.
Die Heizleiteranordnung 1.1 ist an z.B. zwei Anschlusspunkten
A, B im Randbereich des flexiblen Heizkörpers 1 oder an einem
kurzen Kabelstück
mit einer Stecker-/Kupplungseinheit in dem Heizkreis 3 lösbar gekoppelt
oder aber über
diese mit festen Anschlusskabeln verbunden. Die Schmelzsicherung
F1 kann auch außerhalb
des flexiblen Heizkörpers 1 in
dem Heizkreis 3, beispielsweise der Stecker-/Kupplungseinheit
angeordnet sein. Die Heizleiter Rhz1, Rhz2 besitzen einen temperaturabhängigen Widerstand,
beispielsweise mit einem positiven Temperaturkoeffizienten (PTC-Effekt) oder negativen Temperaturkoeffizienten
(NTC-Effekt), so dass der zusammen mit dem Spannungsteilerwiderstand
R21 gebil-dete Spannungsteiler temperaturabhängig ist. Mehrere Heizkreise 3 können parallel
oder in Serie vorgesehen sein, wobei in dem Heizkörper 1 entsprechend
mehrere Heizkordeln angeordnet sind.
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Die
Ansteuerschaltung 2 ist über einen Koppelzweig 5 zum
Abgriff der mittels des Spannungsteilers aus dem Spannungsteilerwiderstand
R21 und der Heizleiteranordnung 1.1 gebildeten Teilspannung sowie über einen
Ansteuerzweig 9 an einen Steuereingang des Steuerglieds
THY1 angeschlossen und weist eine über eine Energieversorgung 4 versorgte digitale
Schaltungsanordnung 2.1, die beispielsweise als Mikrorechner,
Mikrocontroller, spezielle integrierte Schaltungsanordnung (ASIC),
CMOS-Gatter oder dgl. ausgebildet ist, sowie ferner ein in einem
Ladezweig 7 und Sollwertzweig 6 eingebundenes
Zeitglied aus einer Widerstand-/Kondensatorschaltung R7, C6 und
einen an der Versorgungsspannung UV liegenden weiteren Spannungsteiler 8 mit
festen Widerständen
R12, R15 und einem einstellbaren Widerstand P1 auf, wobei in dem
positiven Potentialanschluss zu der Versorgungsspannung UV eine
weitere Diode D2 in Durchlassrichtung eingefügt ist. Dabei ist die weitere
Diode D2 so angeordnet, dass die gesamte Ansteuerschaltung 2 über diese
an die Versorgungsspannung UV angeschlossen ist.
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An
dem weiteren Spannungsteiler 8 ist zwischen den beiden
festen Widerständen
R12, R15 zum Bilden des Sollwertzweiges 6 eine mit dem
einstellbaren Widerstand in Form des Potentiometers P1 einstellbare
Teilspannung abgegriffen, die entsprechend einer gewünschten
Temperatur des Heizkörpers 1 wählbar ist.
Das Potentiometer P1 liegt dabei zwischen dem masseseitigen festen
Widerstand R15 und Masse Gnd. Die an dem weiteren Spannungsteiler 8 abgegriffene
Teilspannung wird über
einen an die digitale Schaltungsanordnung 2.1 zum Öffnen und
Schließen
an einen Anschluss Switch angeschlossenen steuerbaren Schalter S3
an den Kondensator C6 angelegt. Der Kondensator C6 ist damit mit
seinem einen Anschluss über
den Lade-Widerstand R7 zum Aufladen an den positiven Pol der Versorgungsspannung
UV und mit seinem anderen Anschluss über den steuerbaren Schalter
S3 und den festen Widerstand R15 und das Potentiometer P1 zum Bilden
des Sollwertzweiges 6 an Masse angeschlossen, wobei der
Sollwertzweig 6 zum Bilden eines Sollwerts zeitweilig mittels
des steuerbaren Schalters S3 entsprechend einem in der digitalen Schaltungsanordnung 2.1 festgelegten
Ansteueralgorithmus geschlossen werden kann. Der mit dem Lade-Widerstand
R7 verbundene Anschluss des Kondensators C6 ist zudem mit einem
Eingangsanschluss der digitalen Schaltungsanordnung 2.1 zum Erfassen
der Ladespannung und Zuführen
zu einer Digitalisierstufe 2.11 verbunden, während der
andere Anschluss des Kondensators C6 vorzugsweise an einen Entladeanschluss
(Discharge) der digitalen Schaltungsanordnung 2.1 angeschlossen
ist, um eine gesteuerte vollständige
Entladung des Kondensators C6 vorzunehmen. Zudem ist dieser andere Anschluss
des Kondensators C6 über
den Koppelzweig 5 mit einem Widerstand R14 zum Abgreifen
der Teilspannung an dem Widerstand R21 des Heizkreises 3,
d.h. einer aktuellen Messgröße in Abhängigkeit
der Temperatur der Heizleiteranordnung 1.1 und damit des
Heizkörpers 1 angeschlossen,
wobei der Anschlusspunkt in dem Heizkreis 3 zwi schen dem Steuerglied
THY1 und dem Spannungsteilerwiderstand R21 liegt. Der Ansteuerzweig 9 enthält einen Widerstand
R11 und ist an einen Steueranschluss Trig 1 der digitalen
Schaltungsanordnung 2.1 angeschlossen, um eine Temperaturregelung
des Heizkörpers 1 in
Abhängigkeit
von einem Sollwert-/Istwertvergleich
vorzunehmen, wobei mittels der digitalen Schaltungsanordnung 2.1 geeignete
Regelalgorithmen vorgegeben bzw. programmiert werden können.
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Alternativ
kann der Entladeanschluss Discharge auch entfallen. Anstelle Teilspannungen über die
Widerstände
R7 und R12 zu erzeugen, können
auch entsprechende vom Lastkreis (Heizung) getrennte Gleichspannungen
angelegt werden, so dass die Widerstände R7 und R12 eingespart werden.
Weiterhin können
verschiedene Sollwerte auch in der digitalen Schaltungsanordnung
vorgegeben und über
zugeordnete Anschlüsse
abgegriffen werden, die mittels Umschalter geeignet kontaktiert
werden können.
Dadurch lassen sich die Widerstände R12,
R15, P1 und der Schalter S3 ersetzen. Die Vorgabe des Sollwertes
erfolgt dann nicht über
den veränderten
Widerstand P1, sondern mittels Umschalter. Beispielsweise kann dafür ein temperaturstabilierter
Zeittakt oder eine Referenzzeit in der digitalen Schaltungsanordnung 2.1 vorgesehen
werden.
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Die
digitale Schaltungsanordnung 2.1 ist andererseits über einen
Anschluss Vcc an die Energieversorgung 4 und mittels eines
Masseanschlusses Gnd an Massepotential gelegt. Zudem bestehen über einen
Synchronisieranschluss Sync, einen Anzeigeanschluss Anz sowie einen
Rücksetzanschluss Reset
weitere Verbindungen der digitalen Schaltungsanordnung 2.1 mit
der Energieversorgung 4, wobei an dem Synchronisieranschluss
Sync ein Widerstand R2 und an den Anzeigeanschluss Anz eine Anzeige,
beispielhaft in Form einer Leuchtdioden anzeige LED sowie eine Widerstandsanordnung
R3 angeschlossen sind. Die Energieversorgung 4 ihrerseits
liegt einerseits an Masse und andererseits über einen Widerstand R1 und
die weitere Diode D2 an der Versorgungsspannung UV.
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Im
Folgenden wird die Vorgehensweise bei der Temperaturregelung anhand
der in 1 gezeigten Heizvorrichtung
und von in 2 gezeigten
Ladekurven des Kondensators C6 näher
erläutert,
aus denen ein Referenzwert, der Istwert bei verschiedenen Temperaturen
der Heizleiteranordnung 1.1 und der Sollwert hergeleitet
werden. Der Referenzwert, der Sollwert und der Istwert werden jeweils
aus den Ladekurven des Kondensators C6 bei unterschiedlichen Beschattungen
bestimmt, die mittels der digitalen Schaltungsanordnung 2.1 gesteuert
werden, wobei die Ladezeiten des Kondensators C6 auf eine bestimmte
Ladespannung mittels einer in der digitalen Schaltungsanordnung 2.1 vorgesehenen
Digitalisierstufe 2.11 bestimmt werden. In der digitalen
Schaltungsanordnung 2.1 ist ein digitales Zeitmessglied mit
einem festen Zeittakt und einem Zähler vorgesehen. Durch den
Vergleich des Istwertes in Form eines Istzeitwertes und des Sollwertes
in Form eines Sollzeitwertes wird über die Zuführung des Heizstromes iH mittels
des Steuergliedes THY1, d.h. über
Heizen oder Nichtheizen entschieden.
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Für die Ermittlung
des Referenzwertes wird vorliegend beispielsweise während einer
negativen Halbwelle der Versorgungsspannung UV, die beispielsweise
die Netzspannung ist, der Kondensator C6 über die Anschlüsse Istw/Ref
und Discharge vollständig
entladen. Während
der Referenzmessung sind der steuerbare Schalter S3 und der Lastschalter in
Form des Steuerglieds THY1 nicht angesteuert, d.h. offen. Über den
Synchronisieranschluss Sync wird ein Null spannungsdurchgang jeder
positiven Halbwelle erfasst und nach dem Nulldurchgang beginnt der
Aufladevorgang des Kondensators C6 in Abhängigkeit von den Widerständen R7,
R14, R21 und der weiteren Diode D2, bis ein digitaler Schaltpegel
an dem Referenzeingang der digitalen Schaltungsanordnung 2.1 erreicht
ist. Bei 50 Hz Netzfrequenz beträgt
die Ladezeit nach 2 z.B.
5,8 ms, die den Referenzwert bildet.
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Zum
Bilden des Istwertes wird der gesteuerte Schalter S3 nicht angesteuert,
bleibt also offen, wogegen das Steuerglied THY1 angesteuert, d.h.
der Heizkreis 3 geschlossen ist. Bedingt durch den Stromfluss über die
von den Heizleitern gebildeten Heizwiderstände Rhz1 und Rhz2, die Schmelzsicherung
F1, die Diode D01, das Steuerglied THY1 und den Spannungsteilerwiderstand
R21 entsteht ein temperaturproportionaler Spannungsabfall U21 an dem
Spannungsteilerwiderstand R21. Beispielsweise beträgt die Teilspannung
in Form des Spannungsabfalls U21 bei 20° C Heizleitertemperatur ca.
1 V (Spitze der positiven Sinushalbwelle) und bei maximaler Temperatur
(80° C)
ca. 0,7 V. Bedingt durch den parallelen Anstieg der positiven Ladespannung an
dem Ladewiderstand R7 und die Anhebung mittels der Teilspannung
U21 verkürzt
sich der Ladevorgang an dem Kondensator C6 bis zum Erreichen des Schaltpegels
auf eine Ladezeit bzw. einen Istzeitwert von ca. 4,7 ms bei 20° C. Ändert sich
durch die Erwärmung
der Heizleiteranordnung 1.1 auf 70° C infolge des PTC-Effektes
die Teilspannung U21 auf ca. 0,75 V im Maximum der Sinushalbwelle,
so erfolgt der Ladevorgang des Kondensators C6 in ca. 5,0 ms.
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Zur
Bildung des Sollwertes in Form des Sollzeitwertes wird bei nicht
angesteuertem Steuerglied, d.h. bei offenem Heizkreis 3 und
eingeschaltetem, d.h. geschlossenem steuerbaren Schalter S3 die
Ladespannung des Kondensators C6 bei maximaler Temperatureinstellung
(80° C)
durch das Potentiometer P1 um ca. 0,7 V (Maximum der positiven Sinushalbwelle)
angehoben. Dies entspricht der Teilspannung U21 bei maximaler Temperatur.
Das ergibt an dem Kondensator C6 eine Ladezeit bis zum Schaltpegel
von 5,1 ms (Sollzeitwert bei 80° C).
Der Sollwertzweig 6 ergibt sich dabei durch die Bauteile weitere
Diode D2, Widerstand R7, Kondensator C6, steuerbarer Schalter S3,
Widerstand R15 und einstellbarer Widerstand P1 in Verbindung mit
dem Widerstand R12 des weiteren Spannungsteilers 8, wobei
der steuerbare Schalter S3 mittels der digitalen Schaltungsanordnung 2.1 über den
Anschluss Switch angesteuert ist.
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Beim
Ablauf der Temperaturregelung wird zunächst der Referenzwert ermittelt,
danach werden der Sollwert und der Istwert als Sollzeitwert und
Istzeitwert bestimmt. Durch den Vergleich der Ladezeiten an dem
Kondensator C6, der aufgrund der hergeleiteten digitalen Daten des
Istzeitwertes und des Sollzeitwertes durchgeführt wird, wird dann über Heizen
oder Nichtheizen entschieden. Bei Erreichen der Maximaltemperatur
ergeben sich gleiche Ladezeiten an dem Kondensator C6 (wobei die
Teilspannung U21 0,7 V beträgt),
d.h. vorliegend 5,1 ms. Daraufhin wird die Ansteuerung des Steuergliedes
THY1 unterbrochen und eine Pausenzeit von ca. 1 s eingefügt. Danach
werden jeweils der Referenz-, Soll- und Istwert innerhalb von 3
Netzhalbwellen ermittelt. Durch einen weiteren Vergleich wird wieder über Heizen oder
Nichtheizen entschieden. Bei Nichtheizen wird wiederum eine Pause
von 1 s eingefügt.
Dieser Ablauf wiederholt sich.
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Im
Einzelnen kann der Vergleich von Sollwert und Istwert in der digitalen
Schaltungsanordnung 2.1 auch anderen Regelalgorithmen zugeführt werden, um
den Heizstrom iH in dem Heizkreis 3 über das Steuerglied THY1 in
Ab hängigkeit
von einem gewünschten
zeitlichen Temperaturverhalten und/oder in Abhängigkeit von der Art des flexiblen
Heizkörpers 1,
beispielsweise einer Wärmedecke,
einem Heizkissen oder Wärmeunterbett
durchzuführen.
Mit einem Mikrorechner oder Mikrocontroller kann ein geeigneter
Regelalgorithmus leicht programmiert werden, wobei insbesondere
auch Sicherheitsbestimmungen Rechnung getragen werden kann.
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Eine
Möglichkeit
der Temperaturregelung besteht darin, eine Sollwertüberhöhung und
eine geführte
Sollwertreduzierung auf einen Nennwert zu verwirklichen. Bedingt
durch die thermische Verzögerung
des Anstiegs der Oberflächentemperatur
des Heizkörpers 1 auf
die Heizleitertemperatur infolge schlechter Wärmeleitung der Materialien
des flexiblen Heizkörpers 1 ist
es z.B. wünschenswert,
den Temperaturanstieg zu verbessern. Eine Lösung hierzu bietet die Festlegung
einer nach dem Einschalten der Heizvorrichtung zeitbedingten Erhöhung einer Sollwert-Temperatur.
Um bei einem bereits vorgewärmten
Heizkörper
eine Überhöhung der
Oberflächentemperatur
zu erreichen, wird der Sollwert für die Regelung durch ein optimiertes
Verfahren vorgegeben. Dies kann durch die Ermittlung der Differenz zwischen
Sollwert und Istwert und einem davon abhängigen errechneten zeitweiligen
Nachheizen nach Erreichen der Sollwert-Temperatur führen. Alternativ kann
auch ein errechneter höherer
Sollwert für
die Regelung z.B. aus einem Soll- und Istwert-Temperaturvergleich
festgesetzt werden. Ist also die Sollwert-/Istwert-Differenz beim
Einschalten groß,
so wird eine große
Sollwertüberhöhung festgelegt.
Die Überhöhung wird
dann z.B. solange konstant oder verändert beibehalten, bis der
Istwert mit dem überhöhten Sollwert übereinstimmt.
Danach beginnt dann eine aus der Sollwertüberhöhung abgeleitete Temperaturabstufung.
Auf diese Weise ergibt sich der Vorteil, dass die Oberflächentemperatur
keinen Einbruch zeigt. Ist hingegen die Sollwert-/Istwert-Differenz beim
Einschalten gleich wie bei einem laufenden Betrieb, so werden keine
Sollwertüberhöhung und
keine geführte
Sollwertreduzierung auf Nennwert durchgeführt. Entsprechende Parameter
für die
Beurteilung der Sollwert-/Istwert-Differenz können in der digitalen Schaltungsanordnung 2.1 gespeichert
werden. Je nach Art des flexiblen Heizkörpers 1, z.B. Heizkissen, Wärmeunterbetten
oder Wärmedecken,
kann dabei auch eine unterschiedliche Berechnungsmethode für die Sollwertüberhöhung vorgesehen
werden. Dies kann z.B. durch Auswertung einer gespeicherten Software
oder mittels programmierter Digitaleingänge oder aber durch zeitgesteuerte
Zuschaltung oder Umschaltung auf eine andere Sollwertstufe realisiert werden.
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Die
bereits beschriebene Referenzmessung kann vorteilhaft zur Erkennung
von Fehlern genutzt werden. Dazu kann der gemessene Referenzwert der
Ladezeit mit dem Sollwert und/oder dem Istwert verglichen werden
und anhand des Vergleichsergebnisses aufgrund vorbekannter bzw.
gespeicherter oder eingegebener Werte ein Fehler der Elektronik, z.B.
Kurzschluss in dem Steuerglied THY1 oder im Zusammenhang mit dem
steuerbaren Schalter S3 erkannt werden. Aufgrund von Plausibilitätsvergleichen können die
Fehler genau lokalisiert und zur Anzeige gebracht werden. Die Anzeige
kann von einer einfachen Leuchtanzeige bis zu einer variablen Displayanzeige
ausgelegt werden, wobei die Ansteuerung mittels der digitalen Schaltungsanordnung 2.1 unterschiedlich,
z.B. als blinkende Warnanzeige oder auch akustisch ausgebildet sein
kann.
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Die
Abschaltung der Heizvorrichtung kann mittels einfacher oder mehrfacher
Zeitschaltung erfolgen, wobei Abschaltzeiten fest oder separat schaltbar
integriert sein können.
Bei längerem
Betrieb kann eine Temperaturabsenkung durch entsprechende Programmierung
der digitalen Schaltungsanordnung 2.1 vorgesehen sein,
um Hautverbrennungen durch dauernd hohe Oberflächentemperaturen des Heizkörpers zu
vermeiden. Hierzu kann ab einer bestimmten Sollwert-Temperatur eine
zeitabhängige Sollwertabstufung
oder sogar Abschaltung der Heizung vorgesehen sein.
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Mittels
der Anzeigevorrichtung, vorliegend beispielsweise als Anzeigeeinheit
LED angegeben, können
die verschiedenen Betriebszustände
der Heizvorrichtungen, z.B. Sollwertreduzierung, Zeitabschaltung
oder dgl. einem Benutzer auf vielfältige Weise, z.B. mittels Farbe,
Ziffern, Symbolen, Texten oder dgl. angezeigt werden. Dabei können Blinkbetrieb,
wechselnde Farben, Flash-Anzeige oder ähnliches vorgesehen sein und
auch eine Ton-, Sprach- oder Vibrationsanzeige realisiert werden.
Ein Vibrationsalarm kann beispielsweise im Heizkörper oder einem Schnurschalter
bis zum Absenken der Sollwert-Temperatur vorgesehen sein, um z.B.
durch wiederkehrenden Betrieb ein Einschlafen des Benutzers während kritischer
Phasen zu vermeiden.