DE1523324C - Elektrische Schaltungsanordnung zur Regelung der Temperatur eines durch zu große Warmestoße zerstörbaren Korpers - Google Patents

Description

wird. Im Regelbereich wird die Temperatur der Scheibe mittels eines Temperaturfühlers und einer nachgeschalteten Widerstandsbrücke, deren Ausgangsspannung die Stellung des Schleifers am Stelltransformator und damit die an der Scheibe wirksame Heizleistung beeinflußt, konstant gehalten. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß die Geschwindigkeit des Stellmotors im Aufheizbereich konstant und mit Rücksicht auf die tiefste Außentemperatur relativ langsam ist, was eine entsprechend langsame Aufheizung immer auch dann zur Folge hat, wenn man der Scheibe bei höherer Außentemperatur eine viel höhere Heizleistung zuführen könnte, ohne daß Bruchgefahr besteht.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zu schaffen, die es ermöglicht, einen durch Wärmestöße zerstörbaren Körper mit auf einen sicheren Wert begrenzter Heizleistung von jeder Ausgangstemperatur aus möglichst schnell auf eine bestimmte Temperatur aufzuheizen, ohne den Körper dabei zu zerstören.

Hierzu ist die elektrische Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß der Regler mit dem Stellglied zusammen eine derartige Kennlinie aufweist, daß die Heizleistung der Heizeinrichtung unterhalb der vorgegebenen Temperatur in Abhängigkeit von der Isjr tmperatur umgekehrt proportional zur Regelabweichung in bezug auf die vorgegebene Temperatur gesteuert wird.

Vorzugsweise besteht der Regler aus einer ersten magnetischen Gegentaktverstärkerstufe mit einer einen Gleichrichter enthaltenden Gegenkopplung, die den Verstärkungsgrad nur für negative Regelabweichungen unterhalb der vorbestimmten Temperatur herabsetzt, und aus einer nachgeschalteten zweiten magnetischen Verstärkerstufe, deren beide parallelgeschaltete Eingangssteuerwicklungen mit je einem Gleichrichter in Reihe derart an die Gegentaktverstärkerstufe angeschlossen sind, daß die zweite Verstärkerstufe eine von der Polarität der Regelabweichung in bezug auf die vorbestimmte Temperatur unabhängige Ausgangsspannung an das Stellglied abgibt und dementsprechend die Heizleistung der Heizeinrichtung mit abnehmendem Absolutwert der Regelabweichung in bezug auf die vorbestimmte Temperatur bis zu einer dieser Temperatur zugeordneten vorgegebenen größten Heizleistung erhöht.

Ferner kann eine Zeitverzögerungseinrichtung vorgesehen sein, um das Ansteigen und/oder Absinken der Heizleistung zu verzögern. Hierfür kann ein Tiefpaßfilter vorgesehen sein, das mit einer weiteren Steuerwicklung der zweiten magnetischen Verstärkerstufe verbunden ist und über einen Schalter an eine Gleichspannung einer Stromversorgungsquelle anschließbar ist, so daß der über die Steuerwicklung fließende Lade- bzw. Entladestrom die Zu- bzw. Abnahme der Heizleistung der Heizeinrichtung verzögert.

Eine starke Verzögerung des Absinkens der Heizleistung kann dadurch erreicht werden, daß ein weiteres Tiefpaßfilter mit einer Zeitkonstante in der Größenordnung von 10 Minuten über einen Verstärker mit einer weiteren Steuerwicklung der zweiten Verstärkerstufe verbunden ist und über einen Schalter an eine Gleichspannung der Stromversorgungs-. quelle anschließbar ist.

Das Stellglied besteht aus gesteuerten Gleichrichtern, ζ. B. gesteuerten Siliziumgleichrichtern, und die zweite Verstärkerstufe steuert die Phase des Triggersignals für die Gleichrichter. Hierbei sind die Triggerkreise der gesteuerten Siliziumgleichrichter über Ausgangswicklungen der zweiten Verstärkerstufe mit einer Rechteckschwingungen liefernden Stromquelle verbunden. Diese Stromquelle enthält Doppelzenerdioden, die über Widerstände und Gleichrichter an Wechselstromquellen angeschaltet sind.

ίο Der Vorteil der Anordnung nach der Erfindung besteht darin, daß dem Körper beim Aufheizen immer die größtmögliche Heizleistung zugeführt wird, die er gefahrlos aufnehmen kann, wodurch eine möglichst schnelle Aufheizung erzielbar ist.

Die Regelung besteht aus zwei getrennten Arbeitsvorgängen; nämlich dem Aufheizvorgang und der eigentlichen Regelung. Beim Aufheizvorgang erfolgt eine proportionale Regelung derart, daß die Heizleistung proportional zur Temperatur der Windschutzscheibe ansteigt. Die Heizleistung als Funktion der Scheibentemperatur ist konstant unabhängig von der umgebenden Temperatur zu Beginn des Heizvorganges. Die Heizleistung wird also so gesteuert, daß sie jeweils mit dem maximal zulässigen Wert allmählich ansteigt, bis die Temperatur den Regelbereich er->reicht hat. Um auch weiterhin sicherzustellen, daß das Glas keinen WärmescTiock erfährt, ist der Zejt- · konstantenkreis in dem Regelgerät vorgesehen,-· der verhindert, daß dem Glas augenblickHctf^beim Einschaltvorgang eine große Heizleistung zugeführt wird. Dieser Zeitkonstantenstromkreis läßt die Heizleistung während einer Zeitspanne von vielen Sekunden allmählich ansteigen, bis sie den Wert erreicht hat, der durch die Temperatur der Scheibe bestimmt wird. Der Effekt dieser Zeitkonstantensteuerung und der Anstiegsfunktion läßt sich ändern, um verschiedene Scheibentemperaturen bei den verschiedensten Zeitverhältnissen zu erreichen. Während des eigentlichen Regelabschnittes wird die zwischen 100% und Null sich ändernde Heizleistung der Scheibe in einem Maße zugeführt, das umgekehrt proportional zu der Temperatur zwischen zwei den Regelbereich definierenden Grenzen ist.
Außerdem ist die Anordnung derart ausgebildet, daß eine Regelung einmal bei einer Temperatur erfolgt, bei der das Beschlagen der Scheibe beseitigt wird, und dann bei einer anderen Temperatur, an welcher eine Enteisung stattfindet; die Wahl zwischen diesen beiden Ar6eitsweisen erfolgt mittels eines Schalters.

In der nachstehenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels ist die Erfindung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 in Diagrammform die Beziehung zwischen der Temperatur des zu beheizenden Gegenstandes und der maximalen für die Beheizung aufzuwendenden elektrischen Leistung in Prozentwerten,

Fig.2 ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung,

F i g. 3 eine praktische Ausführungsform der Schaltungsanordnung,

Fig.4 das Schaltbild einer etwas anderen Ausführungsform der Schaltungsanordnung, Fig. 5 in Diagrammform die Beziehung zwischen

Strom und Fühlertemperatur bei einem üblichen Magnetverstärker erster Stufe,

F i g. 6 in ähnlicher Diagrammform die Verhältnisse bei der ersten Stufe eines magnetischen Ver-

stärkers, bei welcher — gemäß der Erfindung — einseitige Gegenkopplung stattfindet,

Fig.7 in Diagrammform die Beziehung zwischen der abgegebenen Leistung und der Fühlertemperatur bei der zweiten Stufe des magnetischen Verstärkers.

In Fig. 1 sind auf der Abszisse die Temperaturen des zu beheizenden Gegenstandes, z. B. der erwähnten Windschutzscheibe od. dgl. aufgetragen, wie sie von dem temperaturempfindlichen Fühlwiderstand aufgenommen worden sind. Bei dem einen Beispiel wird von einer minimalen Außentemperatur von minus 54° C (~ minus 65° F) und einer maximalen Erwärmungstemperatur von 43° C (~ 110° F) ausgegangen. Selbstverständlich kann dieser Temperaturbereich bei verschiedenen Ausführungsformen geändert werden, indem andere Steuer- und Heizleistungswerte zur Anwendung gelangen.

Auf der Ordinate ist in Prozentwerten die volle Leistung aufgetragen, die benötigt wird, um bei einer bestimmten Außentemperatur eine vorgeschriebene Temperatur der zu beheizenden Scheibe aufrechtzuerhalten.

Der Kurvenzug 1 in F i g. 1 zeigt die Beziehung der Heizleistung zur ausgeglichenen Scheibentemperatur bei einer Außentemperatur von minus 54° C (~ minus 65° F). Kurve 2 veranschaulicht die entsprechen: den Verhältnisse bei einer Außentemperatur vor 7° C (~ 20° F). ^

Bei der Ermittlung dieser Beziehungen wurde von einer Außentemperatur von minus 54° C (~ minus 65° F) und einem äußeren turbulenten Luftstrom ausgegangen; hierbei sollte eine Scheibentemperatur von 38° C (100° F) erzielt werden, und zwar gemessen am Wärmefühler bei 100°/oiger Abgabe der Heizleistung. Auf diese Weise wurde der Punkt B der Kurve 1 ermittelt. Ist die Heizleistung gleich Null, so bleibt die Windschutzscheibe auf der Außentemperatur, wobei die Absorption äußerer, z. B. von der Sonne ausgehender Strahlung außer Betracht bleibt. Auf diese Weise bestimmt sich der Punkt A der Kurve 1. Die Kurve 1 der Beziehung zwischen der Heizleistung und der Scheibentemperatur ist eine Gerade, die durch beide Punkte A und B hindurchgeht. Geringfügige Nichtlinearitäten, wie sie durch Abstrahlung von Wärme von der Scheibe aus bedingt sein können, sind außer Betracht gelassen. Auf diese Weise ist ein Sicherheitskoeffizient eingeführt, d. h., die ungünstigsten Arbeitsbedingungen sind in dem Diagramm aufgezeichnet.

Es leuchtet ein, daß die Kurven 1 und 2 nur die Auswahl aus einer ganzen Kurvenschar darstellen; d. h., für jede in Betracht kommende Außentemperatur ist eine gesonderte Kurve denkbar.

Die Leistungskurve 3 veranschaulicht das Verhältnis zwischen der Heizleistung und der Scheibentemperatur, wie es durch die Steuervorrichtung erzielt bzw. vorgeschrieben wird. Diese Kurve liegt etwas oberhalb der die ungünstigsten Bedingungen berücksichtigenden Kurve 1, derart, daß die Bedingung dieser Kurve 1 mit Sicherheit erfüllt wird; bei jeder Temperatur wird also die aufgewendete Leistung etwas größer sein, als es notwendig ist, um auch bei sehr niedrigen Außentemperaturen die Temperatur des Gegenstandes konstant zu halten; infolgedessen wird die Temperatur etwas angehoben.

Bei minus 54° C (minus 65" F) wird demnach eine Heizleistung von etwa 10% der maximalen IfeizleisUing zugeführt. Die Heizleistung wird entsprechend der Kurve 3 mit zunehmender Erwärmung der Scheibe bis kurz vor jener Temperatur, bei welcher die Aufwärmung aufhört und die kontinuierliche Regelung einsetzt, erhöht. Bei 38° C (100⁰F) werden somit die vollen 100% der Heizleistung zur Einwirkung gebracht. Hatte die Scheibe ursprünglich eine Ausgangstemperatur von 7° C (20° F), so ist der anfängliche Prozentwert der maximalen Heizleistung viel größer, d. h. etwa 65%.

ίο Dieser Anwärmvorgang spielt sich links von dem Punkt 4 ab. Rechts von diesem Punkt 4 setzt die eigentliche Regelung ein. Die Beziehung zwischen Scheibentemperatur und aufgewendeter Heizleistung ist durch die steile Kurve 5 dargestellt, die eine Gerade darstellt, die von 100%iger Heizleistung bei 38⁰C (100⁰F) auf Null am Punkt C bei 43° C (11O⁰F) abnimmt. Sinkt die Scheibentemperatur von einem höheren Wert auf 38° C (100⁰F) ab, so bewirkt die Regeleinrichtung, daß die Temperatur wieder erhöht wird, indem die volle Leistung der Heizvorrichtung zur Einwirkung gebracht wird. Hat die Scheibentemperatur 43° C (110⁰F) erreicht, so ist die Heizleistung auf Null abgesunken; sie verbleibt auch bei Null, wenn die Temperaturen weiter ansteigen. Die Einrichtung kann natürlich so eingestellt sein, daß sie bei jeder gewünschten Arbeitstempera^

■- tür wirksam wird. ^ .,·

Wie das Blockschaltbild nach F i g.j^-erkgnnen läßt, wird Wechselstrom von der Stromquelle 8 und über einen Rundfunkentstörfilter 9 dem Gerät zugeführt.

Die verhältnismäßig große elektrische Heizleistung wird über eine Leitung 10 abgenommen und mittels Gleichrichtern 11 und 12 gesteuert. Eine Zweigleitung 13 führt den Strom zu einem Netzgerät 14, das eine Meßbrücke 15, einen magnetischen Gegentaktverstärker 17 sowie über einen Schalter 20 einen Zeitkonstantenstromkreis 19 mit Gleichstrom und den Gegentaktverstärker 17 sowie eine Amplitudenbegrenzerschaltung 18 mit Wechselstrom speist.

In wärmeleitender Berührung mit dem Gegenstand, dessen Temperatur zu regeln ist, befindet sich ein Temperaturfühler 16 mit temperaturabhängigem Widerstand. Bei der vorbestimmten Solltemperatur ist die Brücke 15 im Gleichgewicht. Bei anderen Temperaturen ist die Brücke verstimmt, und ein von ihr ausgehendes Gleichstromsignal fließt durch die Steuerwicklungen des magnetischen Gegentaktverstärkers 17. Diese erste Verstärkerstufe ist mit einer in einer Richtung wirksamen Gegenkopplungseinrichtung 21 versehen, um den Verstärkungsgrad so lange auf «inem niedrigen Wert zu halten, wie die vom Fühler 16 ermittelte Temperatur unterhalb der vorgewählten Solltemperatur liegt.

Eine von dem Gegentaktverstärker 17 über die Leitung 24 angesteuerte magnetische Verstärkerstufe 22 dient dazu, die gesteuerten Gleichrichter 11 und 12 an einer Stelle in jeder Halbschwingung zu zünden, so daß Heizstrom zu der Heizeinrichtung 23 durchgelassen wird, um die erforderliche Temperatur zu erzeugen.

Die magnetische Verstärkerstufe 22 weist mehrere Stcuerwicklungen auf, um die Steuerung mit der Anpassungsfähigkeit durchführen zu können, die "bei Wärmeregelung der hier vorliegenden Art benötigt wird.

Ferner ist eine Möglichkeit vorgesehen, nach dem Einschalten des Gerätes allmählich Heizleistungen

zuzuführen und diese Heizleistung allmählich wieder zu reduzieren, wenn das Gerät abgeschaltet wird. Dies wird mit Hilfe der Verzögerungsschaltung 19, des Schalters 20 und des Netzgerätes 14 erreicht. Letzteres liefert einen Gleichstrom, der zu Beginn und am Ende des Heizvorganges durch Schließen bzw. öffnen des Schalters 20 der Verzögerungsschaltung 19 zugeführt wird. Diese Schaltung 19 besteht im wesentlichen aus einem Tiefpaßfilter mit großer Zeitkonstante, der über eine etwa eine Minute betragende Zeitspanne den magnetischen Verstärker ein- bzw. abschaltet.

Weiter ist eine Begrenzerschaltung vorgesehen, die die maximale Heizleistung begrenzt. Diese Steuerung wird mittels einer Vorrichtung 25 bewirkt, die die magnetische Verstärkerstufe 22 steuert, sobald die elektrische Leistung in der Leitung 10 ein vorbestimmtes Maximum überschreitet. Die Spannungskomponente der Heizleistung wird über die Leitung 26 und die Stromkomponente über eine Wicklung 27 abgenommen. Überschreitet die Leistung einen bestimmten Schwellwert, so werden die von der magnetischen Verstärkerstufe 22 den Steuergleichrichtern 11 und 12 zugeführten Steuerimpulse herabgesetzt, so daß die Gleichrichter weniger Heizleistung durchlassen.

In der Amplitudenbegrenzerschaltung 18 wird aus besonderen Transformatoren des Netzgeräts W" stammender Wechselstrom in Rechteckschwingungen der gleichen Frequenz umgewandelt, wie sie in dem übrigen Teil des Regelgerätes benötigt werden. Auf diese Weise kann ein größerer Bereich der Phasensteuerung der Steuergleichrichter erzielt werden, als dies bei Verwendung sinusförmiger Wechselstromschwingungen möglich wäre.

Der durch die Gleichrichter 11 und 12 gesteuerte Heizstrom wird über ein weiteres Rundfunk-Entstörungsfilter 28 und einen Ausgangstransformator 29 der Heizeinrichtung 23 zugeführt.

Das Schaltbild nach F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbcispiel der Schaltung nach dem Blockschaltbild in Fig.2. Die zu den einzelnen Blöcken gehörenden Teile sind durch die neben diesen Teilen eingetragenen auf die Blöcke hinweisenden Bezugsziffern gekennzeichnet.

In dem Blockschaltbild sind Verbindungsleitungen jeweils nur durch eine einzige Linie veranschaulicht, während in dem genauen Schaltbild bei der tatsächlichen Ausführung zwei Linien zur Abbildung der Leitungen dienen. Demgemäß hat die Wechselstromquelle 8 zwei Anschlußkontakte mit der gleichen Bezeichnung in Fig. 3. Als Stromquelle kann eine solche bekannter Art mit einer Frequenz von 60, 400 oder mehr Hertz und einer Spannung von 115 Volt Verwendung finden.

Das Entstörungsfilter 9 ist mit der Stromquelle 8 verbunden. Die Ausgangsklemmen des Filters 9 sind mit der Primärwicklung 31 eines Netztransformators 32 verbunden. Dieser Transformator versorgt mehrere Stromkreise des Regelgerätcs. Der Heizstrom, der vielfach mehrere Kilowatt beträgt, geht nicht durch den Transformator 32, sondern wird von der Wechselstromquelle 8 aus durch die Leitung 10 geführt.

Eine Sekundärwicklung 33 des Transformators 32 hat eine mittlere geerdete Anzapfung und dient zur Stromversorgung eines Vollwegglcichrichter-Strom- \ rciscs, der eine Ausgangsgleichspannung in der Größenordnung von 10 Volt liefert. Die beiderseitigen Enden der Sekundärwicklung 33 sind über Halbleiter-Gleichrichter 34 und 35 mit einem Anschlußpunkt 30 verbunden. Ein Filterkondensator 36 mit einer Kapazität von etwa 15 Mikrofarad liegt zwischen dem Punkt 30 und Erde.

Der erzeugte Gleichstrom dient dazu, die Brücke 15 mit Strom zu versorgen, und zwar über einen Widerstand 37 (in der Größenordnung von 500 0hm). Widerstände 38 und 39 (von je 125 Ohm) bilden den einen Brückenzweig von dem Widerstand 37 zur Erde. Der andere Brückenzweig wird von je einem der beiden Widerstände 40 und 41, einem Wählschalter 42 und einem Temperaturfühler 16 gebildet. Bei der praktischen Ausführung werden zweckmäßig variable Widerstände 40 und 41 verwendet, die mit etwas unterschiedlichen Widerstandswerten eingestellt werden, so daß die Wärmeregelung bei jeweils einer von zwei Arbeitstemperaturen stattfindet. Der Widerstand 40 kann beispielsweise auf 3200hm eingestellt sein, so daß er den gleichen Widerstandswert wie der Fühler 16 bei 27° C (80° F) hat. Demgegenüber ist der Widerstand 41 beispielsweise auf 340 0hm eingestellt, so daß er den gleichen Widerstandswert wie der Fühler 16 bei. 43°C (HO⁰F) erreicht. Diese Temperaturwerte sind z. B. einzuhalten, wenn ein Beschlagen der Scheibe,, beseitigt oder eihe Enteisung vorgenommen ,werden soll. _, S ^r-"~"

Die übrigen Endpunkte der Brücke 15 sind mit Steuerwicklungen 43 und 44 der magnetischen Gegentaktverstärkerstufe 17 verbunden. Jede dieser Wicklungen 43 und 44 besteht aus etwa 2000 Windungen auf getrennten Ringkernen. Die kleinen Punkte neben den Wicklungen 43 und 44 an deren einem Ende bezeichnen die Wicklungsrichtung entsprechend der üblichen Nomenklatur.

Die magnetische Gegentaktverstärkerstufe 17 hat gleichfalls Steuerwicklungen 45 und 46. Diese Wicklungen haben weniger Windungen, und zwar etwa nur je 150 Windungen, die entgegengesetzt in Serie geschaltet sind. Jede Wicklung liegt in Serie mit einem Widerstand 47 bzw. 48 (zu je 25 000 Ohm), die zwischen dem Zuführungskontakt 30 und Erde liegen.

Entsprechend symmetrisch angeordnet sind Gegenkopplungswicklungen 49 und 50 vorgesehen, die miteinander verbunden sind und in Serie mit einer Halbleiterdiode 51 sowie einem Widerstand 52 liegen. - -

Die Verstärkerstufe 17 weist Ausgangswicklungen 53 und 54 auf, die in Reihe mit einer mittleren Anzapfung 68 für die eine Hälfte der Gegentaktstufe geschaltet sind und Ausgangswicklungen 55 und 56, die in gleicher Weise mit einer mittleren Anzapfung 69 für die andere Hälfte der Stufe in Verbindung stehen. Die Erregung für den Magnetverstärker erfolgt mittels einer Sekundärwicklung 57 des Transformators 32, deren eines Ende über Dioden 58 und 59 mit den einander gegenüberliegenden Enden der Ausgangswicklung 53 und 54 verbunden ist, während das andere Ende über Dioden 60 und 61 an die einander gegenüberliegenden Enden der Wicklungen 55 und 56 angeschlossen ist. Alle diese Dioden sind mit der gleichen Polarität angeschlossen.

Die mittleren Anzapfungen 68 und 69 der Ausgangswicklungcn 53, 54, 55 und 56 bilden die Ausgangsklemmen der Verstärkerstufc 17. Widerstände 62 und 63 liegen in Serienschaltung zwischen den

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Anschlußstellen 68 und 69. Die Verbindungsstelle zwischen den beiden Widerständen ist mit der mittleren Anzapfung der Sekundärwicklung 57 verbunden.

Eine Kapazität 70 (von etwa 5 Mikrofarad) überbrückt die Ausgangsklemmen 68 und 69, um hochfrequente Spannungen unschädlich zu machen, die am Eingang der zweiten Verstärkerstufe an deren Steuerwicklungen auftreten können, so daß eine einwandfreie Arbeitsweise gewährleistet ist.

Der Gegenkopplungskreis 21, bestehend aus den Gegenkopplungswicklungen 49 und 50, der Diode 51 und dem Widerstand 52, wirkt nur in einer Richtung infolge der Anordnung der Diode 51.

In F i g. 5 ist dargestellt, wie sich die Ausgangsleistung der magnetischen Verstärkerstufe 17 im Verhältnis zur Temperatur des Fühlers 16 verhält, wenn keine einseitige Gegenkopplung erfolgen würde. Die Kurve 65 verläuft symmetrisch zur Ausgangsleistung oberhalb und unterhalb der Solltemperatur von 43° C (110° F), d. h. der Temperatur, bei welcher die Brücke 15 mit dem Schalter 42 in der rechten Endstellung ausgeglichen ist.

In F i g. 6 ist die Ausgangsleistung der Verstärkerstufe 17 unter den gleichen Bedingungen, jedoch bei einseitig wirksamer Gegenkopplung dargestellt. Der obere Abschnitt der Kurve 66 ist der gleiche wie der obere Abschnitt der Kurve 65 in F i g. 5. Der unteFe~- Kurvenabschnitt 67 jedoch fällt sehr allmählich ab, was auf die Gegenkopplung zurückzuführen ist, die den Verstärkungsfaktor dieser Stufe auf einen verhältnismäßig niedrigen Wert herabgesetzt hat.

Die als Zündkreis vorgesehene magnetische Verstärkerstufe 22 arbeitet mit Wechselstrom und Selbstsättigung. Die Einrichtung besteht aus zwei Steuerwicklungen, die parallel zueinander und quer über die Ausgangsklemmen 68 und 69 angeordnet sind. Mit der Steuerwicklung 73 ist eine Diode 71 und ein einstellbarer Widerstand 72 in Reihe geschaltet. Mit der Steuerwicklung 76 ist eine Diode 74 (mit entgegengesetzter Anschlußpolarität wie Diode 71) und ein einstellbarer Widerstand 75 in Reihe geschaltet. Der Wicklungssinn der Steuerwicklungen 73 und 76 ist einander entgegengesetzt gerichtet.

Die Steuerwicklung, durch die der von der Gegentaktverstärkerstufe 17 stammende Strom hindurchfließt, hängt also bezüglich ihrer Wirkung von der Polarität dieses Ausgangsstromes ab. Die Werte der Teile eines jeden Serienkreises stimmen bis auf die Widerstandswerte überein.

Jede Polarität der Ausgangsleistung der Verstärkerstufe 17 hat das Bestreben, die Verstärkerstufe 22 zu· sperren. Diese Verhältnisse sind in Fig.7 veranschaulicht, in der die von der Verstärkerstufe gesteuerte Ausgangsleistung als Funktion der Temperatur des Fühlers 16 aufgezeichnet ist. Bei 43° C (110° F) als Solltemperatur wird die Ausgangsleistung verhältnismäßig allmählich nach der linearen Kurve 78 bis auf Null bei minus 54° C (minus 65° F) absinken; die Leistung fällt andererseits längs der Geraden 79 sehr rasch auf Null bei plus 49° C (plus 120° F) ab.

Der Verstärker 22 hat eine Steuerwicklung 81 mit sehr wenigen, z. B. 30 Windungen, die in Reihe mit einem Widerstand 82 (von etwa 1300 Ohm) geschaltet ist und zwischen der Klemme 30 und Erde liegt. Der Widerstand 82 dient dazu, den Stromfluß durch die Wicklung 81 auf den Arbeitspunkt zu begrenzen.

Auf den Kernen des magnetischen Verstärkers 22 ist ferner eine Steuerwicklung 83 vorgesehen, die zwischen der Verzögerungsleitung 19 und Erde liegt.

Die Verzögerungsschaltung 19 besteht aus einem elektrischen Tiefpaßfilter, der aus drei in Reihe geschalteten Widerständen 84, 85 und 86 und aus zwei Kondensatoren 87 und 88 besteht. Der erste Widerstand 84 ist über den Schalter 20 mit dem Anschlußkontakt 30 und der letzte Widerstand 86 mit der Wicklung 83 verbunden.

Die Zeitkonstante dieses Filters beträgt etwa 30 Sekunden. Dies ist die Zeitspanne, in der der Stromfluß durch das Filter 63% seines endgültigen maximalen Wertes hat. Eine fünfmal so lange Zeitspanne ist notwendig, um im wesentlichen 100% des maximalen Stromwertes zu erreichen; das allmähliche Anwachsen des Stromes von 0 bis auf den vollen Wert erfordert also eine Zeitspanne in der Größenordnung von zwei und einer halben Minute. Dies entspricht den gewünschten Anforderungen bei den üblichen Anwendungsfällen des Regelgerätes.

Wird der Schalter 20 zusammen mit der Stromeinschaltung für die ganze Regeleinrichtung geschlossen, so wird die Verstärkerstufe 22 sofort durch den durch die Wicklung 81 und den Widerstand 82 fließenden Strom gesperrt. Nimmt die Wicklung 83 all-" mählich Strom auf, so wird die Verstärkerstufe 22 in , den Wirkungsbereich überführt. Soll die Heizwrr^ kung unterbrochen werden, so wird der S,chälte'r 20 geöffnet. In der gleichen Zeitspanne,*- "die benötigt wurde, um den Strom durch den "Filter 19 aufzubauen, sinkt auch dtr Strom. Auf diese Weise wird der Verstärker 22 wieder gesperrt, obwohl sowohl der Regelstromkreis als auch der Heizleistungsstromkreis noch eingeschaltet sind.

Der Verstärker 22 weist ferner eine Wicklung 97 für die Leistungsbegrenzung auf, die mit der Begrenzerschaltung 25 verbunden ist.

Die Spannung des Heizstromkreises wird einem geerdeten Spannungsteiler 89 und 90 zugeleitet. An der Verbindungsstelle zwischen den beiden Widerständen herrscht also eine Spannung, die proportional der Heizspannung ist.

Der Transformator 27 hat eine Primärwicklung 91 von verhältnismäßig wenig Windungen, die in der Heizstromleitung 10 vor den gesteuerten Gleichrichtern 11 und 12 liegen.

Eine Sekundärwicklung 92 des Transformators 27 hat verhältnismäßig viele-Windungen und erzeugt eine Spannung über einen Shunt-Widerstand 93, die so groß ist wie die Spannung an der Verbindungsstelle zwischen den Widerständen 89 und 90. Das eine Ende des Widerstandes 93 ist an die Verbindungsstelle zwischen den Widerständen 89 und 90 angeschlossen. Am anderen Ende des Widerstandes

93 herrscht eine Spannung gegen Erde, die der Summe der Spannungen an der erwähnten Verbindungsstelle und quer über den Widerstand 93 entspricht; d. h. also eine Spannung, die proportional zur Spannung in der Leitung 10 ist und eine etwa gleiche Komponente proportional zum Strom in der Leitung 10. Es ist leicht zu erkennen, daß eine Änderung der Summe dieser beiden Komponenten etwa proportional der Änderung ihres Produktes ist.

Diese Spannung wird dann über einen Widerstand

94 und die Anschlüsse eines Brückengleichrichters

95 an Erde geführt;

Wenigstens eine und, wie dargestellt, zweckmäßig drei Zenerdioden 96 liegen in Reihe mit der Wick-

lung 97 an den Gleichstromanschlüssen der Gleichrichterbrücke.

In der Gruppe der Widerstände 89, 90 und 93 entsteht eine Wechselspannung, die durch den Brükkengleichrichter 95 in Gleichstrom verwandelt wird. Wird die Durchbruchsparinung der .Zenerdioden 96 überschritten, so fließt ein Strom durch die Wicklung 97. Oberhalb der durch die Zenerdioden gebildeten Schwelle ist dieser Strom proportional zu dem in der Leitung 10 fließenden Strom. Die Wicklung 97 ist so gewunden, daß eine Zunahme der Ausgangsleistung der Magnetverstärkerstufe 22 über den zulässigen Wert hinaus verhindert wird. Auf diese Weise wird der Strom in der Leitung 10 begrenzt. Eine typische Schwellenspannung für die drei in Serie geschalteten Zenerdioden 96 beträgt etwa 30 Volt.

Die Verstärkerstufe 22 steuert den Phasenwinkel der Trigger-Zündimpulse, die den SteuerelektrodenlOO und 101 der Gleichrichtern und 12 zugeführt werden.

Die Verstärkerstufe 22 wird durch Wechselstrom mit Rechteckschwingungen gespeist. Dieser Wechselstrom wird von einer Sekundärwicklung 102 des Transformators 32 geliefert, die über die Kathode und Steuerelektrode des gesteuerten Gleichrichters 12 in Reihe mit einer" Leitung 104, einer Diode 105, einem Widerstand 106, einer Leitung 103, der Wicklung 98 und einem Widerstand 114 (1500 Ohm) geschaltet ist. ·<*-

Die Diode 105 ist die bei jedem in Selbstgesättigung betriebenen magnetischen Verstärker erforderliche Rückstelldiode. Zwischen den Leitungen 103 und 104 liegt eine Doppelzenerdiode 107, die aus zwei einzelnen gegenläufig geschalteten Zenerdioden besteht. Die Doppelzenerdiode bildet aus den Halbschwingungen des Wechselstroms, der durch, die Diode 105 hindurchgeht und aus der Sekundärwicklung 102 entsteht, die Rechteckschwirigungen.

Eine entsprechende Schalteinrichtung für die Wicklung 99 wird aus einer weiteren Sekundärwicklung 108 des Transformators 32, einer Diode 109, einem Widerstand 110, einer Doppelzenerdiode 111, einer Leitung 112, einer Leitung 113 und einem Widerstand 115 gebildet.

Die Widerstände 114 und 115 schützen die gesteuerten Gleichrichter 11, 12 und gewährleisten gleich_r zeitig ihre einwandfreie Zündung.

Die gesteuerten Gleichrichter Il und 12 sind bekannte gesteuerte Siliziumgleichrichter, die in den verschiedensten Ausführungen und Kilowattleistungen zur Verfügung stehen.

Die Ausgänge der Gleichrichter 11 und 12 sind über einen Leiter 116 und den Rundfunkentstörfilter 28 mit dem Transformator 29 verbunden. Der Ausgang des Transformators 29 und die Heizeinrichtung 23 weisen die bereits im Zusammenhang mit Fig.2 beschriebene Ausführung auf. Das Impedanzverhältnis des Transformators 29 kann entweder stufenförmig nach oben oder stufenförmig nach unten gehen, um die Heizleistung richtig anzupassen.

In Fi g. 4 ist eine weitere Verzögerungsschaltung

. dargestellt, bei der die Zeitspannen für das Ein- und Ausschalten der Heizleistung unterschiedlich lang eingestellt sind.

Der Vollweggleichrichter 34 zusammen mit der Sekundärwicklung 33 des Transformators 32, dem Filterkondensator 36 und dem Schaltpunkt 30 entsprechen dem beschriebenen Teil aus Fig. 3. Desgleichen ist auch das Tiefpaßfilter 19 mit den Widerständen 84 bis 86 und den Kondensatoren 87 und 88, die an die Wicklung 83 der magnetischen Verstärkerstufe 22 angeschlossen sind, vorgesehen.

An Stelle des Schalters 20 ist bei der Schaltung nach F i g. 4 ein Schalter 120 vorgesehen, der im Unterschied zu dem Schalter 20 während des Betriebes der Anlage geöffnet und bei ausgeschalteter Anlage geschlossen wird. Der Schalter 120 verbindet den Anschlußpunkt 30 mit einem Stromkreis sehr großer Zeitkonstante, der aus einem Widerstand 121 (von 1 Megohm) und einem Kondensator 122 (von 1000 Mikrofarad) besteht, die zwischen dem Schalter 120 und Erde in Reihe geschaltet sind.

Ein Widerstand 123 (von 5000 0hm) verbindet den Schalter 120 mit dem Kollektor 124 eines Transistors 125. Die Basis 126 des Transistors ist an die Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand 121 und

^ dem Kondensator 122 über', einen Widerstand 127_ (von 100000 Ohm) angeschlossen. Der Emitter 128 des Transistors 125 ist mit einer WicklungdT29^der

magnetischen Verstärkerstufe 22 verbunden und das andere Ende dieser Wicklung an Erde gelegt.

In der beschriebenen Schaltung würde der zur Anwendung kommende große Widerstand zur Erzielung der langen Zeitkonstante nicht hinreichend Strom durch die Wicklung 129 hindurchlassen, um den Verstärker auszusteuern, wenn der Widerstand und die Wicklung miteinander in Verbindung stehen würden. Der Transistor 125 bildet aber eine sehr viel kleinere Impedanz für die Wicklung, und diese Impedanz wird durch die Spannung verändert, die der Basiselektrode 126 aus dem Stromkreis 121, 122 der Langzeitkonstante zugeführt wird. Die Wirkung des weiter oben beschriebenen, nur einseitig wirksamen Gegenkopplungskreises 21 hat zur Folge, daß die abgegebene Heizleistung gemäß einer Hyperbel-Funktion nach der Zeit abnimmt, wenn der Schalter 120 geschlossen wird. Mit dieser Schaltung wird erreicht, daß die Heizleistung nach Abschalten der Anlage über eine Zeitspanne von et\va 10 Minuten allmäh-Hch abnimmt.

Beim Vergleich der F i g. 3 und 4 ist zu erkennen, daß die Steuerwicklung 81 mit dem Widerstand 82 bei der Anordnung nach Fig. 4 fehlt. Eine einwandfreie Steuerung der magnetischen Verstärkerstufe 22 kann dennoch dadurch erreicht werden, daß die Amplitude der die Wicklungen 98 und 99 speisenden Rechteckschwingungen bei der Schaltung nach F i g. 4 im Vergleich zu den in F i g. 3 verwendeten Werten herabgesetzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 bunden ist und über einen Schalter (12) an eine Patentansprüche: Gleichspannung der Stromversorgungsquelle (14) anschließbar ist, so daß der Ladestrom die Ab-

1. Elektrische Schaltanordnung zur Regelung nähme der Heizleistung der Heizeinrichtung (23)

der Temperatur eines durch zu große Wärme- 5 verzögert.

stoße zerstörbaren Körpers, wie z.B. die Wind- 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 bis schutzscheibe eines Fahrzeugs, mit einem auf die 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied Temperatur des Körpers ansprechenden elektri- (11, 12) aus gesteuerten Gleichrichtern, z.B. gesehen Temperaturfühler und mit einer von dem steuerten Silizium-Gleichrichtern, besteht und Temperaturfühler über einen Regler mit Stell- io daß die zweite Verstärkerstufe (22) die Phase des glied gesteuerten Heizeinrichtung für den Körper, Triggersignals für die Gleichrichter steuert,
deren elektrische Heizleistung im Bereich ober- 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dahalb einer vorbestimmten Temperatur (Regelbe- durch gekennzeichnet, daß die Triggerkreise der reich) mit steigender Temperatur entsprechend gesteuerten Silizium-Gleichrichter über Ausverringert wird und deren Heizleistung im Be- 15 gangswicklungen (98, 99) der zweiten Verstärkerreich unterhalb dieser vorbestimmten Temperatur stufe (22) mit einer Rechteckschwingungen zwecks Vermeidung eines Wärmeschocks beim liefernden Stromquelle (18) verbunden sind.
Aufheizen oder Abkühlen des Körpers auf eine 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dawesentlich kleinere Änderungsgeschwindigkeit als durch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (18) im Regelbereich automatisch durch den Tempe- 20 Doppelzenerdioden (107, 111) enthält, die über raturfühler umschaltbar ist, dadurch ge- Widerstände (106, 110) und Gleichrichter (105, kennzeichnet, daß der Regler mit dem 109) an Wechselstromquellen (102, 108) ange- (h Stellglied zusammen eine derartige Kennlinie auf- schaltet sind,
weist, daß die Heizleistung der Heizeinrichtung
unterhalb der vorgegebenen Temperatur in Ab- 25

hängigkeit von der Isttemperatur umgekehrt pro- -—

portional zur Regelabweichung in bezug auf dia— ' , -~~ vorgegebene Temperatur gesteuert wird. ^ .,<.^r·»-'
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2. Elektrische Schaltanordnung nach An- Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungsspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reg- 30 anordnung zur Regelung der Temperatur eines durch Ier aus einer eisten magnetischen Gegentaktver- zu große Wärmestöße zerstörbaren Körpers, wie z. B. stärkerstufe (17) mit einer einen Gleichrichter die Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, mit einem enthaltenden Gegenkopplung (21), die den Ver- auf die Temperatur des Körpers ansprechenden clekstärkungsgrad nur für negative Regelabweichun- frischen Temperaturfühler und mit einer von dem gen unterhalb der vorbestimmten Temperatur 35 Temperaturfühler über einen Regler mit Stellglied herabsetzt, und aus einer nachgeschalteten zwei- gesteuerten Heizeinrichtung für den Körper, deren ten magnetischen Verstärkerstufe (22) besteht, elektrische Heizleistung im Bereich oberhalb einer deren beide parallelgeschaltete Eingangssteuer- vorbestimmten Temperatur (Regelbereich) mit steiwicklungen (73, 76) mit je einem Gleichrichter gender Temperatur entsprechend verringert wird und (71, 74) in Reihe derart an die Gegentaktver- 40 deren Heizleistung im Bereich unterhalb dieser vorstärkerstufe (17) angeschlossen sind, daß die bestimmten Temperatur zwecks Vermeidung eines zweite Verstärkerstufe (22) eine von der Polarität Wärmeschocks beim Aufheizen oder Abkühlen des der Regelabweichung in bezug auf die vorbe- Körpers auf eine wesentlich kleinere Änderungsge- //1 stimmte Temperatur unabhängige Ausgangsspan- schwindigkeit als im Regelbereich automatisch durch ^ nung an das Stellglied (11, 12) abgibt und dem- 45 den Temperaturfühler umschaltbar ist.
entsprechend die Heizleistung der Heizeinrich- Bei der Beheizung der Windschutzscheibe eines tung (23) mit abnehmendem Absolutwert der Re- Flugzeugs zwecks Enteisung und Freihalten von Eis gelabweichung in bezug auf die vorbestimmte oder Beschlagen kann nicht bei jeder Ausgangstem-Temperatur bis zu einer dieser Temperatur zu- peratur der Glasscheibe sogleich die volle Heizleigeordneten vorgegebenen größten Heizleistung 50 stung angelegt werden. Es besteht sonst die Gefahr, erhöht. daß die Glasscheibe bei niedrigen Außentemperatu-

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, ge- ren diesen großen Wärmestoß nicht aushält und zerkennzeichnet durch eine Zeitverzögerungseinrich- stört wird. Entsprechend darf auch die Abkühlung tung (19), bestehend aus einem Tiefpaßfilter (84 nicht zu schnell erfolgen.

bis 88), das mit einer weiteren Steuerwicklung 55 Aus der USA.-Patentschrift 2 616018 ist bereits

(83) der zweiten magnetischen Verstärkerstufe eine Anordnung zur Beheizung der Windschutz-

(22) verbunden ist und über einen Schalter (20) scheibe eines Flugzeugs bekannt, bei der diese Ge-

an eine Gleichspannung einer Stromversorgungs- fahr vermieden wird. Beim Einschalten der Anord-

quelle (14) anschließbar ist, so daß der über die nung wird ein Motor betätigt, der den Schleifer eines

Steuerwicklung (83) fließende Lade- bzw. Entla- 60 Stelltransformators mit konstanter Geschwindigkeit

destrom die Zu- bzw. Abnahme der Heizleistung aus seiner Anfangsstellung bei niedriger Ausgangs-

der Heizeinrichtung (23) verzögert. spannung langsam in eine Zwischcnstellung mit ho-

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 und her Ausgangsspannung verschiebt. Nach Erreichen 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Tief- der Zwischenstellung, die der unteren Grenze des paßfilter (121, 122) mit einer Zeitkonstante in 65 Regelbereichs der Scheibentemperatur entspricht, der Größenordnung von 10 Minuten über einen wird das Getriebe des Motors automatisch umge-Verstärker (125) mit einer weiteren Steuerwick- schaltet, derart, daß der Schleifer innerhalb des Relung (129) der zweiten Verstärkerstufe (22) ver- gelbereichs mit lOfacher Geschwindigkeit verschoben