DE1523311B2 - Thermostat mit einem Heißleiter - Google Patents

Description

für den Thermostat um Größenordnungen geringer sein müssen als für den Thermostat einer Heizanlage.

In vielen Anwendungsfällen wird bei der Verwendung von Thermostaten gefordert, daß nicht nur ein gewisser Temperaturbereich stufenlos bei möglichst guter Proportionalität zwischen Stellweg und Temperatur eingestellt werden kann, sondern es sollen häufig noch zusätzlich Festtemperaturen angewählt werden können. Seither war es hierzu erforderlich, zwei verschiedene Thermostate zu verwenden, soweit nicht noch aufwendigere Schaltungen benutzt wurden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zu schaffen, bei der der zur Verwirklichung zweier Thermostate erforderliche Aufwand erheblich vermindert ist.

Gelöst wird diese Aufgabe, ausgehend von einem Thermostat der eingangs genannten Art, erfindungsgemäß dadurch, daß den beiden das Potentiometer enthaltenden Brückenzweigen mindestens ein weiteres Brückenzweigpaar bildende Widerstände parallel geschaltet sind und die Speisespannung vom Abgriff des Potentiometers auf den Verbindungspunkt zwischen den weiteren Brückenzweigen umschaltbar ist.

Ein Vorteil eines erfindungsgemäßen Thermostaten liegt darin, daß sowohl wahlweise Festtemperaturen als auch innerhalb vorgegebener Temperaturgrenzen stufenlos einstellbare Temperaturen wählbar sind, ohne daß hierzu, wie seither, zwei vollständige Brukkenschaltungen erforderlich sind. Besonders vorteilhaft ist es, daß bei abgeglichener Brücke Kontaktwiderstände und deren unkontrollierbare Änderungen keinerlei die Solltemperaturen verfälschenden Einfluß haben. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß gegenüber seitherigen Anordnungen mit zwei vollständigen Brückenschaltungen der nachgeschaltete Nullzweigverstärker fest angeschlossen sein kann und in seinem Eingangskreis keine Schaltkontakte erforderlich sind, da die Speisespannung vom Abgriff des Potentiometers auf den Verbindungspunkt zwischen den weiteren Brückenzweigen umschaltbar ist. Es lassen sich hierdurch häufig zu Störungen Anlaß gebende Kontaktstellen im Nullzweig der Brücke vermeiden. Dabei ist der Aufwand, den der erfindungsgemäße Doppelthermostat erfordert, wesentlich geringer als der seither erforderliche Aufwand zur Herstellung zweier Thermostate, die zusammen den gleichen Leistungsanforderungen genügen. Dabei ist es in vorteilhafter Weise möglich, durch Verstellen des Potentiometers eine Änderung der durch das Briickengleichgewicht bestimmten Solltemperatur vorzunehmen, die der Potentiometerverstellung in guter Annäherung proportional ist. Eine besonders gute Linearisierung der Temperatureinstellung ist dann möglich, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dem Potentiometer wenigstens ein Festwiderstand in Serie geschaltet wird. Vorzugsweise werden zu beiden Seiten des Potentiometers derartige Festwiderstände vorgesehen. Die Anwendung solcher Widerstände hat darüber hinaus noch den besonderen Vorteil, daß sie eine Temperaturbegrenzung ergeben, die verhindert, daß Solltemperaturen eingestellt werden können, die unerwünscht oder für die zu überwachende Anlage sogar schädlich sind. So kann beispielsweise bei der Anwendung solcher Thermostaten in Waschmaschinen die niedrigste Temperatur auf eine für Feinwäsche geeignete Temperatur von beispielsweise 30° C und die höchste Temperatur auf eine dicht unter dem Siedepunkt liegende Temperatur von beispielsweise 95° C eingestellt werden. Auf diese Weise wird einerseits verhindert, daß unbeabsichtigt Temperaturen eingestellt werden können, die über dem Siedepunkt liegen, oder das andererseits bei Temperaturen gewaschen werden kann, die von vornherein einen zufriedenstellenden Erfolg ausschließen.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat ferner noch den Vorteil, daß sich der von der Brücke im Gleichgewichtszustand gebildete Gesamtwiderstand bei

ίο einer Veränderung der Solltemperatur relativ wenig ändert, so daß zur Speisung der erfindungsgemäßen Brücke hochohmige und billige Spannungsquellen Anwendung finden können, die gegenüber Laständerungen relativ empfindlich sind. Dieses verbesserte Widerstandsverhalten ist darauf zurückzuführen, daß der Gesamtwiderstand der beiden Brückenzweige, die das Potentiometer enthalten, konstant ist und bei einer Verstellung des Potentiometerabgriffs die Abnahme des einen Teilwiderstandes durch die Zu-

ao nähme des anderen Teilwiderstandes weitgehend kompensiert wird. Diese Kompensation ist dann besonders ausgeprägt, wenn an den Abgriff des Potentiometers ein Pol der Speisespannung angelegt ist, wie es bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist.

Die Erfindung ermöglicht es, mit dem gleichen --Thermostaten verschiedene Temperaturen zu steuern, · um beispielsweise eine feste Temperatur für das' Vorwäschen, Vortrocknen, für Wartezeiten oder als Mindestwert bzw. Maximalwert vorzusehen, wogegen dazwischenliegende Werte der Betriebstemperaturen mit Hilfe des Potentiometrs eingestellt werden können. An Stelle mehrerer vollständiger Thermostate genügt gemäß der Erfindung ein einfacher Wahlschalter.

In der folgenden Beschreibung ist die Erfindung an Hand des in der Zeichnung dargestellten Schaltbildes näher beschrieben und erläutert.

Der in der Zeichnung dargestellte Thermostat umfaßt eine Brückenschaltung, die in einem Zweig den von einem Heißleiter gebildeten temperaturabhängigen Widerstand RT, in einem angrenzenden Zweig den Festwiderstand R1 sowie in den beiden restlichen Zweigen die Widerstände R 2 und /23 sowie das Potentiometer P aufweist. Das Potentiometer P ist den Brückenzweigen mit den Widerständen R 2 und R 3 gemeinsam. Bei der in der Zeichnung wiedergegebenen Stellung des Abgriffs 1 des Potentiometers P gehört zum Brückenzweig mit dem· Widerstand R 2 der Teil des Potentiometers P mit dem WertaP, während zu dem Zweig mit dem Widerstand R 3 der Teil des Potentiometers P mit dem Wert (1 — a)P gehört. Das Brückengleichgewicht stellt sich ein, wenn

RT R2+(l-a)P

Rl

R3 + xP

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Batteriespannung U an dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen/?T und Rl und an den Abgriff 1 des Potentiometers P zugeführt, während die Ausgangsspannung der Brücke an den äußeren Enden der Widerstände R 2 und R 3 abgenommen und über die Leitungen 2 und 3 dem Verstärker 4 zugeführt wird, der die Signale verstärkt und zur Steuerung von Schaltelementen verwendet, um beispielsweise bei Erreichen einer bestimmten Temperatur eine Heizung auszuschalten.

Die beschriebene Anordnung hat den Vorteil, daß

die eingestellte Solltemperatur des Thermostaten eine lineare Funktion der Verstellung 'des Abgriffs 1 des Potentiometers P ist. Aus Gleichung (1) ergibt sich unter Vernachlässigung von R 2 und R 3

Andererseits ergibt sich aus der Charakteristik des Heißleiters RT in erster Näherung

RT = R_oeT₌

JLS. (3)

Daraus folgt

-(A-τ

1*0

Es ergeben sich also für die Verschiebung α und die Temperatur T analoge Ausdrücke, die den linearen Zusammenhang zwischen α und T aufzeigen.

Zur Ermittlung der Werte der Widerstände R 2 und R 3 können die folgenden Beziehungen herangezogen werden:

R₃ = (P + R₂)

RT_min

Rl

RT_mnr

(6)

worin RT_min der Wert von RT für die Mindesttemperatur und RT_max der Wert von RT für die Mäximaltemperatur bedeutet.

Der zwei Brückenzweige bildenden Serienschaltung der WiderständeJ? 2, P und R 3 sind zwei weitere Widerstände R 4 und R 5 parallel geschaltet, die ein Brückenzweigpaar mit einer fest eingestellten Temperatur bilden und an Stelle der zuerst genannten Widerstandskombination in die Brücke einschaltbar sind,

ίο indem die Speisespannung U nicht an den Abgriff 1 des Potentiometers P, sondern mit Hilfe des Schalters 51 an die Verbindung zwischen den Widerständen R 4 und R 5 angelegt wird. Da im abgeglichenen Zustand der Brücke, der für die Konstanthaltung der Temperatur allein wesentlich ist, zwischen den Leitungen 2 und 3 keinerlei Spannung steht, ist das zusätzliche Einschalten der Widerstände R 4 und R 5 parallel zu dem zuerst genannten Brückenzweigpaar und umgekehrt nicht schädlich. Die Tatsache, daß bei abgeglichener Brücke gearbeitet wird, ermöglicht es auch, einen Verstärker 4 mit relativ niedrigem Eingangswiderstand zu werwenden, der mit einfachen Mitteln erstellbar ist. Das Widerstandspaar R 4 und R 5 ermöglicht das Einstellen und Überwachen von Festtemperaturen, die für, bestimmte Betriebsvorgänge benötigt werden, ohne daß hierfür ein besonderer Thermostat oder sonstige, aufwendige Schaltungen erforderlich sind. Es genügt vielmejir^die Batteriespannung von dem einen Brückenzweigpaar auf das andere umzuschalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

abgewandten Ende des Heißleiterwiderstandes. Eine Patentansprüche: derartige Brückenanordnung hat den Vorteil, daß trotz der nichtlinearen Kennlinie des Heißleiterwider-

1. Thermostat, insbesondere für Waschmaschi- Standes bei einem linearen Potentiometer die Potentionen, mit einem von einem Heißleiter gebildeten 5 meterteilung annähernd proportional zur Temperatur Temperaturfühler, der in einem Zweig einer Brük- ist, bei der der Abgleich erzielt wird,
kenschaltung angeordnet ist, deren Gleichge- Es ist ferner ein Programm-Temperaturregler bewichtszustand die Solltemperatur bestimmt, wo- kannt (ATM-Blatt J 062-4, Dezember 1933), der als bei die Brücke ein zwei benachbarten Brücken- Temperaturfühler ein Widerstandsthermometer verzweigen gemeinsames lineares Potentiometer ent- io wendet, das einen Zweig einer Brückenschaltung bilhält, dessen Abgriff den Verbindungspunkt zwi- det. Das Widerstandsthermometer umfaßt eine Platinschen diesen beiden Brückenzweigen bildet und oder Nickelwicklung als Fühler. Die drei anderen die Werte der Brückenelemente so gewählt sind, Brückenzweige sind als Festwiderstände ausgebildet, daß die Stellung des Potentiometerabgriffes eine Zwischen jeweils zwei dieser Festwiderstände ist ein wenigstens annähernd lineare Funktion der dem 15 Potentiometer eingeschaltet, wobei der Abgriff des Gleichgewichtszustand der Brücke entsprechen- einen Potentiometers mit der Speisespannungsquelle den Solltemperatur ist, dadurch gekenn- verbunden ist und der Abgriff des anderen Potentiozeichnet, daß den beiden das Potentiometer meters im Nullzweig der Brücke liegt. Bei Verwen-(P) enthaltenden Brückenzweigen mindestens ein dung eines linearen Potentiometers ist kein zur Potenweiteres Brückenzweigpaar bildende Widerstände 20 tiometerteilung proportionaler Verlauf derTemperatur (R 4 und R S) parallel geschaltet sind und die bei Brückenabgleich erzielbar, weil die Widerstands-Speisespannung vom Abgriff (1) des Potentio- Temperaturkurve eines Metallwiderstandsthermometers (P) auf den Verbindungspunkt zwischen meters der Gleichung

den weiteren Brückenzweigen umschaltbar ist. ~ R — R (1 +' At)

2. Thermostat nach Anspruch 1, dadurch ge- 25 ov ;
kennzeichnet, daß zu dem Potentiometer (P) we- gehorcht, wogegen die 'Widerstandsgleichung- eines nigstens ein Festwiderstand (R 2; R3)^a SSffe Heißleiters annähernd der Gleichung , .-

geschaltet ist. R = R (1 + BIT) <^y ' "~

3. Thermostat nach Anspruch 1 oder 2, da- i-i'

durch gekennzeichnet, daß an den Abgriff (1) 3° gehorcht. Da die beiden Widerstands-Temperatur-

des Potentiometers (P) ein Pol der Speisespan- Kennlinien somit völlig unterschiedlich verlaufen,

nung (U) angelegt ist. kann bei dieser Schaltung kein linearer Zusammenhang erreicht werden, wie es auch die nichtlineare Ordinatenteilung von Bild 4 dieser Veröffentlichung

35 andeutet. Ein linearer Zusammenhang spielt bei die-

ser bekannten Anordnung auch keine Rolle, weil

die Temperaturwahl mittels einer Kurvenscheibe erfolgt, die den Abgriff des Potentiometers im Nullzweig verschiebt. Alle Nichtlinearitäten können durch

40 entsprechende Gestaltung des Kurvenverlaufes der

Die Erfindung betrifft einen Thermostat, insbeson- Kurvenscheibe berücksichtigt werden,
dere für Waschmaschinen, mit einem von einem Schließlich ist auch die Schaltung eines Thermosta-Heißleiter gebildeten Temperaturfühler, der in einem ten bekannt (Philips Kontakte, Nr.

4, Januar 1966, Zweig einer Brückenschaltung angeordnet ist, deren S. 90 bis 92), der eine Brückenschaltung umfaßt, in Gleichgewichtszustand die Solltemperatur bestimmt, 45 deren Nullzweig die Basis-Emitter-Strecke eines npnwobei die Brücke ein zwei benachbarten Brücken- Transistors geschaltet ist, in dessen Kollektorkreis ein zweigen gemeinsames lineares Potentiometer enthält, Schaltrelais gelegt ist. Die Basis des Transistors liegt dessen Abgriff den Verbindungspunkt zwischen die- am Abgriff eines Brückenzweiges, in dessen einem sen beiden Brückenzweigen bildet, und die Werte der Zweig ein Heißleiter geschaltet ist und in dessen Brückenelemente so gewählt sind, daß die Stellung 50 anderem Zweig mehrere umschaltbare Widerstände des Potentiometerabgriffes eine wenigstens annähernd liegen, die zur Wahl verschiedener Schaltpunkte dielineare Funktion der dem Gleichgewichtszustand der nen. Die Serienschaltung dieser beiden Brücken-Brücke entsprechenden Solltemperatur ist. zweige liegt an der Speisespannung. Parallel zu diesen Eine derartige Schaltung ist bekannt (The Review beiden Brückenzweigen liegen zwei weitere Brückenof Scientific Instruments, Bd. 28, Nr.

5, Mai 1957, 55 zweige, an deren Verbindungspunkt der Emitter des S. 326 bis 328). Die dort beschriebene Brückenschal- Schalttransistors angeschlossen ist. Da nur bestimmte, tung eignet sich für Anzeige- und Regelungszwecke. fest einstellbare Temperaturen anzuwählen sind, Es liegt dabei in einem Zweig der Brücke ein Heiß- kommt es auf eine Proportionalität zwischen den umleiter sowie in dem hinsichtlich der Speisespannung in schaltbaren oder einstellbaren Widerständen und der Serie liegenden Zweig ein Fest- und ein Stellwider- 60 Temperatur bei Brückenabgleich nicht an.
stand. Zwei weitere Brückenzweige, die zu den eben Es sind ferner auch Schaltungen bekannt (SW-PS genannten Brückenzweigen parallel liegen, sind durch 1 90 357), die mehrere Brücken umfassen, um die ein Potentiometer gebildet, dessen Abgriff den Ver- unterschiedlichen Anforderungen an das Regelverhalbindungspunkt dieser zwei Zweige bildet. An die ten in Abhängigkeit von der Außentemperatur zu Potentiometerenden sind jeweils zur Speisespannungs- 65 erzielen. Diese Anordnungen sind jedoch relativ aufquelle geführte Stellwiderstände angeschlossen. Der wendig, so daß sie zwar für Heizanlagen in Frage Nullzweig der Brückenanordnung liegt zwischen dem kommen, nicht jedoch für Haushaltsmaschinen, wie Potentiometerabgriff und dem der Speisespannung beispielsweise Waschmaschinen, bei denen die Kosten