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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heizkontrollsystem für robotische Weltraumanwendungen sowie ein entsprechendes Robotersystem.
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Bei Systemen für Weltraumanwendungen sind Heizsysteme notwendig, um die elektronischen und mechanischen Komponenten dieser Systeme vor zu niedrigen Temperaturen zu schützen. Ein Heizsystem weist im einfachsten Fall pro Heizkreis einen Temperaturschalter und einen oder mehrere Heizelemente auf. Eine weitere Möglichkeit der Temperaturkontrolle bei Systemen für Weltraumanwendungen ist der Einsatz eines zentralen oder verteilten Temperaturkontrollsystems mit Temperatursensoren und Heizelementen, die an den benötigten Stellen angebracht werden. Für den Transport und den Betrieb werden üblicherweise zwei unterschiedliche Mindesttemperaturen vorausgesetzt. Diese werden auch als Betriebstemperatur und als Bereitschaftstemperatur (bzw. als Transport- oder Standby-Temperatur) bezeichnet.
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Bei der vorstehend vorgestellten Methode direkt schaltender Temperaturschalter gemäß dem Stand der Technik werden mindestens drei Stromversorgungsleitungen für das gesamte System bei zwei Zieltemperaturen (Transport und Betrieb) benötigt. Ausgehend von der zentralen Heizungssteuerung werden zwei Kabel für jedes Heizelement benötigt. Bei robotischen Anwendungen müssen diese Kabel im Kabelbaum des Roboters vorgesehen werden. Diese werden durch die Bewegung der einzelnen Achsen mechanisch belastet. Aus diesem Grund ist ein Kabelbaum mit einem geringen Querschnitt und einer geringen Kabelanzahl wünschenswert, um einen fehlerfreien Betrieb zu gewährleisten. Zudem werden für das Schalten der Heizelemente aufgrund ihrer Leistungsaufnahme Thermalschalter benötigt, die für die Anwendung in robotischen Komponenten aufgrund ihrer physikalischen Abmessungen zu groß sind. Bei einem verteilten Temperaturkontrollsystem wird eine Recheneinheit aufgrund des notwendigen Kommunikationsbusses und der Auswertung der Temperatursensoren vorausgesetzt. Dies erfordert zusätzlichen Bauraum, welcher in robotischen Raumfahrtanwendungen sehr begrenzt ist und elektronische Komponenten, die im Vergleich zu den terrestrischen Bauelementen bei gleicher Funktion mit Weltraumtauglichkeit deutlich hochpreisiger sind.
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Um die Nachteile des Standes der Technik zu beheben oder zumindest zu reduzieren, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Heizkontrollsystem für einzelne thermische Zonen vorgeschlagen, die nachfolgend beschrieben ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Heizkontrollsystem für robotische Weltraumanwendungen vorgeschlagen, mit
- - einem Heizelement;
- - einem mit dem Heizelement verbundenen ersten Transistor, wobei der erste Transistor dazu ausgelegt ist, das Heizelement ein- und auszuschalten;
- - einem ersten Temperaturschalter mit einer ersten Schalttemperatur;
- - einem zweiten Temperaturschalter mit einer zweiten Schalttemperatur, wobei die zweite Schalttemperatur niedriger ist als die erste Schalttemperatur, und wobei der erste Temperaturschalter und der zweite Temperaturschalter in Serie verbunden und dazu ausgelegt sind, den ersten Transistor zwischen einem Sperrbetrieb und einem Durchlassbetrieb zu schalten;
- - einem zweiten Transistor, der mit einem Knotenpunkt zwischen dem ersten Temperaturschalter und dem zweiten Temperaturschalter verbunden ist und der dazu ausgelegt ist, zwischen einem ersten Zustand, in dem der zweite Temperaturschalter überbrückt ist, und einem zweiten Zustand, in dem der zweite Temperaturschalter nicht überbrückt ist, zu schalten;
- - einer Kontrolleinheit, die mit dem zweiten Transistor verbunden ist und dazu ausgelegt ist, den zweiten Transistor zwischen einem Sperrbetrieb und einem Durchlassbetrieb zu schalten; und
- - einer Versorgungsspannungsquelle zum Bereitstellen der notwendigen Energie zum Betreiben des Heizelements.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung kann ein besonders kompaktes Heizkontrollsystem mit einer geringen Kabelanzahl bereitgestellt werden.
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Das Heizelement kann insbesondere als ein elektrisches Heizelement mit einem stromdurchflossenen Heizwiderstand ausgeführt sein. Der erste Transistor kann insbesondere als ein MOSFET-Transistor ausgeführt sein, der für hohe Leistungen ausgelegt ist. Beispielsweise kann der erste Transistor als PMOS-Transistor ausgeführt sein, bei dem der Drain-Anschluss mit dem Heizelement und der Source-Anschluss mit einer Spannungsquelle verbunden ist. Durch die Ansteuerung der Gate-Eingangsspannung des ersten Transistors kann dieser ein- und ausgeschaltet werden, wodurch das Heizelement angesteuert werden kann.
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Durch die Verwendung des ersten Temperaturschalters und des zweiten Temperaturschalters wird erreicht, dass das Heizelement in verschiedenen Temperaturbereichen angesteuert werden kann. Die Temperaturschalter können insbesondere so ausgelegt sein, dass diese bei Erreichen jeweils einer Grenztemperatur (vorliegend auch als Bereitschaftstemperatur und Betriebstemperatur bezeichnet) öffnen. Insbesondere können die Temperaturschalter am Eingang des ersten Transistors angeordnet sein und dadurch die Spannung an dem Transistoreingang steuern.
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Der zweite Transistor dient dazu, den zweiten Temperaturschalter bei Bedarf zu überbrücken. Sofern der zweite Temperaturschalter überbrückt ist, wird das Betriebsverhalten des Heizelements ausschließlich durch den ersten Temperaturschalter bestimmt. So wird der Heizvorgang beendet, sobald die erste Schalttemperatur (= Betriebstemperatur) erreicht ist. Ist hingegen der zweite Temperaturschalter nicht überbrückt, so bestimmt der zweite Temperaturschalter, der eine niedrigere Schalttemperatur (= Bereitschaftstemperatur) aufweist, das Betriebsverhalten des Heizelements. In diesem Fall wird der Heizvorgang beendet, sobald die zweite Schalttemperatur erreicht ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der erste Transistor als MOSFET-Transistor und insbesondere als NMOS-Transistor ausgeführt ist. Die Verwendung eines NMOS-Transistors hat den Vorteil, dass diese Transistoren ein besseres Schaltverhalten aufweisen und zudem kompakter ausgeführt sind. Dies ist insbesondere bei Anwendungen im Weltraum von Vorteil.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der zweite Transistor als Bipolartransistor ausgestaltet ist.
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Auch kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass der zweite Transistor als NPN-Transistor ausgeführt ist und dass der Kollektor des zweiten Transistors über einen ohmschen Widerstand mit dem Knotenpunkt zwischen dem ersten Temperaturschalter und dem zweiten Temperaturschalter verbunden ist. Der ohmsche Widerstand kann dazu beitragen, dass etwaige Kurzschlussströme reduziert werden und dass dadurch der zweite Transistor vor erhöhten Strömen geschützt wird. Zudem kann der Emitter-Anschluss des zweiten Transistors mit einem Masseanschluss verbunden sein. Durch die Steuerung des Basisstroms des zweiten Transistors kann dieser dazu verwendet werden, den zweiten Temperaturschalter zu überbrücken. Der zweite Transistor wird über eine Kontrolleinheit angesteuert. Die Kontrolleinheit kann beispielsweise eine Stromquelle oder eine Spannungsquelle mit einem Innenwiderstand aufweisen. Auch kann vorgesehen sein, dass die Kontrolleinheit keine separate Spannungsquelle aufweist, sondern die von der Versorgungsspannungsquelle erzeugte Spannung zur Ansteuerung des zweiten Transistors verwendet. Dadurch kann das Heizkontrollsystem besonders kompakt ausgeführt werden. In diesem Fall dient die Versorgungsspannungsquelle einerseits zum Bereitstellen der notwendigen Energie zum Betreiben des Heizelements und andererseits zum Bereitstellen eines Spannungssignals für die Ansteuerung des zweiten Transistors.
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Ferner kann gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizkontrollsystems vorgesehen sein, dass der zweite Transistor als Bipolartransistor ausgeführt ist und dass die Kontrolleinheit dazu ausgelegt ist, ein Spannungssignal an der Basis des zweiten Transistors bereitzustellen, wobei das bereitgestellte Spannungssignal zwischen einem niedrigen Pegel und einem hohen Pegel geschaltet werden kann. Beispielsweise kann die Kontrolleinheit einen elektrischen Schalter aufweisen, der zwischen der negativen Anschlussklemme der Versorgungsspannungsquelle und einem Knotenpunkt zwischen zwei seriell verbundenen ohmschen Widerständen angeordnet ist, wobei einer der Widerstände mit dem Basisanschluss des zweiten Transistors und der andere Widerstand mit der positiven Anschlussklemme der Versorgungsspannung verbunden ist.
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Auch kann gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizkontrollsystems vorgesehen sein, dass die Kontrolleinheit als eine Spannungsquelle ausgeführt ist, die dazu ausgelegt ist, mindestens zwei unterschiedliche Ausgangsspannungen auszugeben. Durch die Spannungsquelle kann je nach Bedarf vorgegeben werden, ob das Heizelement auf eine definierte Betriebstemperatur oder auf eine Bereitschaftstemperatur aufgeheizt werden soll.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der erste Temperaturschalter und/oder der zweite Temperaturschalter als Bimetallschalter ausgeführt sind. Die Verwendung von Bimetallschaltern ist besonders vorteilhaft, da diese einen einfachen Aufbau aufweisen und zudem kostengünstig verfügbar sind.
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Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die erste Schalttemperatur gemäß einer vorgegebenen Betriebstemperatur und die zweite Schalttemperatur gemäß einer vorgegebenen Bereitschaftstemperatur ausgewählt ist. Dabei ist die vorgegebene Betriebstemperatur größer als die vorgegebene Bereitschaftstemperatur.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizkontrollsystems kann zusätzlich eine Diode vorgesehen sein, die mit einem Knotenpunkt zwischen dem ersten Transistor und dem Heizelement verbunden ist, wobei die Anode der Diode mit diesem Knotenpunkt verbunden ist und an der Kathode der Diode ein Kontrollsignal abgreifbar ist, aus dem ermittelt werden kann, ob zum aktuellen Zeitpunkt ein Strom durch das Heizelement fließt. Dadurch wird es ermöglicht, auf einfache Art und Weise ein Rückkoppelsignal zu erhalten, das eine Überprüfung der Aktivität des Heizelements ermöglicht. Dieses Rückkoppelsignal kann beispielsweise dazu verwendet werden, dass ein Robotersystem nur dann eingeschaltet wird, wenn auch tatsächlich die Betriebstemperatur erreicht ist. Dies kann bei Anwendungen im Weltraum besonders vorteilhaft sein, da der Betrieb eines Robotersystems bei zu niedrigen Temperaturen zur Verschlechterung der Funktionsfähigkeit oder sogar zur Zerstörung des Robotersystems führen kann. Durch diese Maßnahme kann also ein einfacher und kostengünstiger Schutzmechanismus für das gesamte Robotersystem bereitgestellt werden.
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Bevorzugterweise kann vorgesehen sein, dass die Diode als Schottky-Diode ausgeführt ist.
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Ferner wird zur Lösung der vorstehend beschriebenen Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung ein Robotersystem mit mehreren Gelenken und zwischen den Gelenken befindliche thermische Zonen vorgeschlagen, umfassend
- - eine Versorgungsspannungsquelle,
- - eine Kontrolleinheit, und
- - mehrere zwischen den Gelenken angeordnete Heizsysteme, wobei jedes Heizsystem Folgendes aufweist:
- - ein Heizelement;
- - einen mit dem Heizelement verbundenen ersten Transistor, wobei der erste Transistor dazu ausgelegt ist, das Heizelement ein- und auszuschalten;
- - einen ersten Temperaturschalter mit einer ersten Schalttemperatur;
- - einen zweiten Temperaturschalter mit einer zweiten Schalttemperatur, wobei die zweite Schalttemperatur niedriger ist als die erste Schalttemperatur, und wobei der erste Temperaturschalter und der zweite Temperaturschalter in Serie verbunden und dazu ausgelegt sind, den ersten Transistor zwischen einem Sperrbetrieb und einem Durchlassbetrieb zu schalten;
- - einen zweiten Transistor, der mit einem Knotenpunkt zwischen dem ersten Temperaturschalter und dem zweiten Temperaturschalter verbunden ist und der dazu ausgelegt ist, zwischen einem ersten Zustand, in dem der zweite Temperaturschalter überbrückt ist, und einem zweiten Zustand, in dem der zweite Temperaturschalter nicht überbrückt ist, zu schalten.
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Das erfindungsgemäße Robotersystem hat den Vorteil, dass eine einzige Versorgungsspannungsquelle notwendig ist, um mehrere thermische Zonen zu beheizen. Zudem wird die Anzahl der notwendigen Kabel im Robotersystem reduziert.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Im Einzelnen zeigen dabei:
- 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizkontrollsystems mit einem PMOS-Transistor,
- 2 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizkontrollsystems mit einer Diode zur Erzeugung eines Rückkoppelsignals,
- 3 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizkontrollsystems mit einem NMOS-Transistor und
- 4 eine Ausführungsform der Erfindung für eine kaskadierte Ansteuerung mehrerer Heizkreise innerhalb eines Robotersystems.
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In der 1 ist eine erste Ausführungsform des Heizkontrollsystems 10 abgebildet. Das Heizkontrollsystem 10 weist ein Heizelement 12 und einen mit dem Heizelement 12 verbundenen ersten Transistor 14 auf. Der erste Transistor 14 dient dazu, das Heizelement 12 ein- und auszuschalten. In dem ersten Ausführungsbeispiel ist der erste Transistor 14 als PMOS-Transistor ausgeführt. Dabei ist der Source-Anschluss des Transistors 14 mit der positiven Anschlussklemme einer Versorgungsspannungsquelle 24 verbunden, während der Drain-Anschluss des Transistors 14 mit dem Heizelement 12 verbunden ist. Am Gate-Anschluss des Transistors 14 sind ein erster Temperaturschalter 16 und ein zweiter Temperaturschalter 18 angeordnet. Die beiden Temperaturschalter 16, 18 sind in Reihe geschaltet, wobei die Reihenschaltung der Temperaturschalter 16, 18 einerseits über einen ohmschen Widerstand R4 mit dem Gate-Anschluss des ersten Transistors 14 und andererseits über den ohmschen Widerstand R3 mit Masse verbunden sind. Zudem ist der Gate-Anschluss des Transistors 14 über den Widerstand R5 mit der positiven Anschlussklemme der Versorgungsspannungsquelle 24 verbunden.
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Zudem weist das Heizkontrollsystem 10 einen zweiten Transistor 20 auf, der in dem ersten Ausführungsbeispiel als NPN-Transistor ausgebildet ist. Dabei ist in diesem Ausführungsbeispiel der Kollektor des zweiten Transistors 20 über den ohmschen Widerstand R7 mit dem Knotenpunkt zwischen dem ersten Temperaturschalter 16 und dem zweiten Temperaturschalter 18 verbunden. Der zweite Transistor 20 dient dazu, den zweiten Temperaturschalter 18 bei Bedarf kurzzuschließen. Der zweite Transistor 20 wird über eine Kontrolleinheit 22 angesteuert. Dabei ist die Basis des zweiten Transistors 20 über die Widerstände R1 und R2 mit der positiven Anschlussklemme der Versorgungsspannungsquelle 24 verbunden. Die Kontrolleinheit 22 ist in dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als ein Schalter ausgeführt, der zwischen der negativen Anschlussklemme der Versorgungsspannungsquelle 24 und dem Knotenpunkt zwischen den Widerständen R1 und R2 angeordnet ist.
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Die in der 1 dargestellte Anordnung besitzt zwei Leistungseingänge (HEATER_VCC und HEATER_RETURN), sowie einen Signaleingang (OP_\SUR_SIGNAL) zur Auswahl der gewünschten Zieltemperatur. Durch das Schalten des Heizelements 12 mittels des ersten Transistors 14 können für die Temperaturschalter 16, 18 vergleichsweise kleine Schalter verwendet werden, da diese nur einen sehr geringen Strom (ca. 1 mA) schalten müssen. Aufgrund der reduzierten Baugröße der Temperaturschalter 16, 18 können diese flexibel an den gewünschten Temperaturfühlstellen im robotischen System montiert werden. Diese Temperaturfühlstellen können unter verschiedenen Bedingungen der konkreten Anwendung unterschiedlich sein.
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Wird durch eine externe Kontrolleinheit 22 das Signal OP_\SUR_SIGNAL gegen HEATER_RETURN kurzgeschlossen, so wird die Bereitschaftstemperatur als Zieltemperatur ausgewählt. Damit ist der zweite Transistor 20 nicht leitend. Ist die gemessene Temperatur unterhalb der vorgegebenen Bereitschaftstemperatur, so sind beide Temperaturschalter 16, 18 leitend und schalten den ersten Transistor 14 durch den Spannungsteiler bestehend aus R3, R4 und R5 leitend. Das Heizelement 12 ist somit aktiv. Wird die vorgegebene Bereitschaftstemperatur erreicht und überschritten, so öffnet der zweite Temperaturschalter 18 und es fließt kein Strom mehr durch den genannten Spannungsteiler. Folglich ist die Schwellspannung von Gate zu Source beim ersten Transistor 14 überschritten, sodass der erste Transistor 14 sperrt, wodurch das Heizelement 12 deaktiviert wird.
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Ist das Aufheizen des Heizelements 12 auf eine vorgegebene Betriebstemperatur gewünscht, so wird das Signal OP_\SUR_SIGNAL nicht mehr gegen HEATER_RETURN kurzgeschlossen und es stellt sich eine Spannung auf dem Signal OP_\SUR_SIGNAL ein, die durch die Basis-Emitter-Diode des zweiten Transistors 20 und den Widerständen R1 und R2 bestimmt wird. Aufgrund des Stromflusses durch die Basis-Emitter-Dioden Strecke des zweiten Transistors 20 wird die Kollektor-Emitter Strecke des zweiten Transistors 20 leitfähig und bildet mit R7 einen zum zweiten Temperaturschalter 18 und R3 parallel geschalteten Schalter, der kurzgeschlossen ist. Folglich ist der zweite Temperaturschalter 18 nicht mehr funktional und das Schalten des ersten Transistors 14 ist ausschließlich von dem ersten Schalter 16, der bei Erreichen oder Überschreiten der vorgegebenen Betriebstemperatur öffnet, abhängig. Ein Vorteil der gezeigten Schaltanordnung besteht darin, dass bei einer nicht mehr funktionsfähigen Signalleitung OP_\SUR_SIGNAL das System noch auf die vorgegebene Betriebstemperatur aufgeheizt wird und dadurch betriebsfähig bleibt. Zudem sind die Signalleitungen OP_\SUR_SIGNAL und die Zuleitungen zu dem ersten Temperaturschalter 16 und dem zweiten Temperaturschalter 18 durch die Widerstände R1 bis R4 und R7 gegen einen übermäßigen Kurzschlussstrom gegenüber der Potentiale HEATER_VCC und HEATER_RETURN im Fehlerfall geschützt, um einen ordnungsgemäßen und zerstörungsfreien Betrieb der zusätzlich angeschlossenen Heizungselektroniken zu gewährleisten.
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Die elektrische Größe der Widerstände und die Spannungsfestigkeiten der einzelnen Transistoren können entsprechend der Potentialdifferenzen von HEATER_VCC zu HEATER_RETURN ausgelegt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die von der Versorgungsspannungsquelle 24 bereitgestellte Spannung 28 V beträgt, der durch den Widerstand R5 fließende Strom zu 1,4 mA festgesetzt wird, während die Spannung OP_\SUR_SIGNAL auf maximal 5 V und der Basis-Emitter-Strom am zweiten Transistor auf 1 mA festgesetzt wird. In diesem Fall können die Widerstände R3 und R7 zur Kurzschlussstrombegrenzung ca. 10 Ohm bis ca. 500 Ohm betragen. Ferner kann der Widerstand R5 zur Begrenzung der Gate-Source-Spannung des ersten Transistors 14 ca. 10 kOhm betragen. Darüber hinaus können R4 = 10 kOhm, R1 = 4,3 kOhm und R2 = 23 kOhm betragen. Die vorstehend genannten Werte verstehen sich als rein beispielhaft und dienen dazu, eine konkrete Implementierungsvariante der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen. Die vorliegende Erfindung ist selbstredend nicht auf die spezifischen Werte der einzelnen Komponenten begrenzt ist.
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In der 2 ist eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizkontrollsystems 10 abgebildet. Die in der 2 abgebildete Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der in der 1 dargestellten Ausführungsform. Zusätzlich zu den in der 1 gezeigten Komponenten weist das Heizkontrollsystem 10 gemäß der zweiten Ausführungsform eine zusätzliche Diode 26 auf, die als pn-Diode oder als Schottky-Diode ausgeführt sein kann. Wie in der 2 dargestellt, kann die Anode der Diode 26 mit einem Knotenpunkt zwischen dem ersten Transistor 14 und dem Heizelement 12 verbunden sein. Ist der erste Transistor 14 in einem leitenden Zustand, so fließt ein Strom durch die Diode 26, sodass an der Katode der Diode 26 ein Rückkoppelsignal (HEATER_ACTIVE) abgegriffen werden kann. Das Rückkoppelsignal kann dazu dienen, den Zustand des Heizelements 12 zu bestimmen. Wenn kein Strom durch die Diode 26 fließt, kann daraus geschlossen werden, dass das Heizelement 12 nicht mehr aktiv beheizt wird, sondern bereits die gewünschte Temperatur erreicht hat. Ist die Kontrolleinheit 22 so eingestellt, dass das Heizelement 12 auf eine Betriebstemperatur zu heizen ist, kann also ermittelt werden, ob das Heizelement 12 und damit die einzelnen Komponenten des Robotersystems die gewünschte Betriebstemperatur erreicht haben. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Robotersystem nur dann eingeschaltet werden kann, wenn die gewünschte Betriebstemperatur erreicht ist. Auf diese Weise kann ein effizienter Schutzmechanismus für das Robotersystem bereitgestellt werden, da vermieden werden kann, dass das Robotersystem in einem unzulässigen Temperaturbereich betrieben wird.
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In der 3 ist eine dritte Ausführungsform des Heizkontrollsystems 10 dargestellt. Bei der in der 3 dargestellten Schaltanordnung ist das externe Signal zum Setzen der Zieltemperatur (SUR_\OP_SIGNAL) auf HEATER_VCC referenziert. Zudem ist in diesem Ausführungsbeispiel für den ersten Transistor 14 des Heizkontrollsystems 10 ein n-Kanal Feldeffekttransistor (FET) verwendet, der unter raumfahrtqualifizierten Bauelementen einen geringeren Bauraum benötigt als p-Kanal Typen mit vergleichbaren Parametern. Des Weiteren ist die Marktverfügbarkeit von raumfahrtqualifizierten n-Kanal FETs höher als die der p-Kanal Typen. Die einzelnen Komponenten des Heizsystems 10 sind bei dem in der 3 dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechend des hier verwendeten NMOS-Transistors angepasst. Auch bei der in der 3 dargestellten Ausführungsform kann (analog zu der in der 2 dargestellten Ausführungsform) eine Diode 26 zur Bereitstellung eines Rückkoppelsignals vorgesehen sein. In diesem Fall kann die Diode 26 ebenfalls an dem Knotenpunkt zwischen dem ersten Transistor 14 und dem Heizelement 12 angeordnet sein, wobei in diesem Fall die Kathode der Diode 26 mit dem Knotenpunkt zwischen dem ersten Transistor 14 und dem Heizelement 12 verbunden ist und das Rückkoppelsignal an der Anode der Diode 26 abgegriffen werden kann.
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In der 4 ist eine Ausführungsform für eine kaskadierte Ansteuerung mehrerer Heizkreise innerhalb eines Robotersystems 28 abgebildet. Robotische Systeme bestehen in der Regel aus mehreren Gelenken. Diese Gelenke werden mittels Antriebseinheiten bewegt und bilden über die verbauten mechanischen Komponenten einen erhöhten thermischen Widerstand. Daraus entstehen zwischen den Antriebseinheiten thermische Zonen, die einzeln thermisch zu regeln sind. Aus diesem Grund ist es wichtig, die in den bis gezeigten Schaltanordnungen in jeder thermischen Zone vorzusehen, um eine homogene Erwärmung des gesamten robotischen Systems zu gewährleisten. Eine mögliche Kaskadierung mehrerer Heizungselektroniken ist daher in der 4 abgebildet. Die in der 4 gezeigte Anordnung weist eine einzige Versorgungsspannungsqelle 24 auf. Zudem wird ein einziges Kontroll- bzw. Steuersignal OP_\SUR_SIGNAL bereitgestellt. Das in der 4 dargestellte System 28 weist mehrere Heizsysteme 30, 32 auf, die dazu ausgelegt sind, einzelne Gelenke des Systems 28 zu beheizen. Jedes der Heizsysteme 30, 32 weist ein Heizelement, einen ersten Transistor, einen ersten Temperaturschalter, einen zweiten Temperaturschalter und einen zweiten Transistor auf (in der 4 nicht abgebildet). Die in diesem Ausführungsbeispiel verwendeten Heizungselektroniken teilen sich hierbei die Versorgungspfade HEATER_VCC und HEATER_RETURN. Zudem ist das Steuersignal OP_\SUR_SIGNAL für alle Heizungselektroniken und somit die Zieltemperatur für alle thermischen Zonen im robotischen System 28 gleich. Folglich sind für das gezeigte System 28 nur zwei Stromversorgungskabel und ein Signalkabel notwendig. Bevorzugt kann in der Ausführungsform gemäß 4 entsprechend der in der 2 dargestellten Ausführungsform ein Steuersignal HEATER_ACTIVE vorgesehen sein, wobei in diesem Fall ein einziges Steuersignal HEATER_ACTIVE für die Ansteuerung aller Heizsysteme 30, 32 verwendet werden kann.
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Im Falle der Notwendigkeit von einzelnen kommandierten thermischen Zonen ist es möglich, die Steuerleitungen OP_\SUR_SIGNAL der einzelnen Heizungselektroniken zu der externen zentralen Kontrolleinheit zu führen. Damit erhöht sich die Anzahl der notwendigen Signalleitungen um die Anzahl der zusätzlich unabhängig schaltbaren Heizungselektroniken.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 10
- Heizkontrollsystem
- 12
- Heizelement
- 14
- erster Transistor
- 16
- erster Temperaturschalter
- 18
- zweiter Temperaturschalter
- 20
- zweiter Transistor
- 22
- Kontrolleinheit
- 24
- Versorgungsspannungsquelle
- 26
- Diode
- 28
- Robotersystem
- 30
- erstes Heizsystem
- 32
- zweites Heizsystem
