DE1638151B2 - Elektrothermische folgeschaltungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrothern:ischc Fnlgeschaltungsanordnung mit einer Vielzahl von elektrisch miteinander verbundenen Thermistoren, die an eine elektrische Energiequelle angeschlossen ist.

Es ist bekannt, Thermistoren für Zeitsteuerzwecke zu verwenden und eine Vielzahl von elektrisch miteinander verbundenen Thermistoren zu benutzen, um Schwingungs- oder Folgefunktionen zu erreichen. Bei diesen bekannten Anordnungen wird jedoch die von den Thermistoren abgegebene Wärme in typischer Weise lediglich als ein Energie- oder Leistungsverlust betrachtet. Während die Wärmeverluste insofern in Betracht gezogen werden, als sie die elektrischen Merkmale und Kennlinien der Thermistoren bestimmen, werden doch die Verluste selbst zu keinem brauchbaren Zweck verwendet. Bei vielen der bekannten Folgeschaltungen, bei denen eine Vielzahl von Thermistoren miteinander verbunden ist, wird jede Stufe in typischer Weise mit einer niedrigeren Leistung als die vorhergehende betrieben, da jede einzelne Stufe ihre elektrische Leistung von

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jer vorhergehenden Stufe erhielt (Druckschrift »Non-Linear Resistors« der Amperex Elektronic Corporation, 1965, S. 57).

Der Krfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neuartige elektrothermische Folgeschaltungsanordnung zu schallen, hei der sich selbst erwärmende Thermistoren zum Erreichen einer Zeitverzögerung verwundet werden. Diese Aufgabe wird mit einer Folgeschaltungsanordnung der eingangs genannten Art orfmdungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Vielzahl von Paaren von Thermistoren vorgesehen ist, die jeweils einen ersten Thermistor mit einem ersten Teniperaturkoeffizienten und einen zweiten Thermistor mit einem zweiten zu dem ersten entgegengesetzten Temperalurkoeffizienten aufweisen, daß die Thermistorpaare elektrisch so miteinander gekoppelt lind an die elektrische Energiequelle angeschlossen lind, daß ein Erwärmen eines ersten Thermistors eines Thermistorpaares einen elektrothermischen Zyklus anlaufen läßt, bei dem erst ütr erste und dann der zweite Thermistor des betreffenden Paares nacheinander durch Selbsterwärmungsphasen hindurchgehen, und daß ein Thermistor der einen Art eines Thermistorpaares thermisch mit dem Thermistor der anderen Art des nachfolgenden Paares verbunden ist, um in diesem einen elektrothermischen Zyklus anlaufen zu lassen. Dabei wird die als Widerslandswärme abgegebene Wärme in mindestens einigen der Thermistoren ausgenützt, um eine Signal-Kopplung zwischen aufeinanderfolgenden Zeitsteuerstufen zu erreichen. Ferner werden die verschiedenen Stufen vorzugsweise auf ähnlichen oder gleichen Leistungsniveau betrieben. Die aufeinanderfolgenden Stufen sind vorzugsweise elektrisch gegeneinander isoliert. Außerdem kann die erfindungsgemäße Folgcsclrltungsanordnung als Zeitsteuereinrichtung zur Bestimmung verhältnismäßig langer Zeiten herangezogen werden. Die aufeinanderfolgenden Stufen können mit erheblich ungleichen Zeitintervallen betätigt werden. Außerdem kann die erfindungsgemäße Folgcschaltung zeitgesteuerte Programmierfunktionen übernehmen. Außerdem ist die ganze Einrichtung im Aufbau einfach und billig und in ihrem Arbeiten zuverlässig.

Weiter Merkmale, die Gegenstand von Unteransprüchen sind, und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, die Ausführungsbeispicle der Erfindung enthält. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine elektrothermische Folgeschaltungsanordnung unter Verwendung einer Vielzahl von Paaren von Thermistoren, die jeweils einen PTC- und einen NTC-Thermistor aufweisen,

F i ι/.. 2 eine graphische Darstellung, um die Änderung des Widerstands der PTC-Thermistoren in bezug auf die Änderungen der Temperatur zu veranschaulichen,

F i g. 3 eine graphische Darstellung, die in ähnlicher Weise wie die Fi g. 2 die Widerstandsänderungen der NTC-Thermistorcn in bezug auf Temperaturänderungen veranschaulicht,

F i g. 4 eine graphische Darstellung, um die Stromspannungsfunktion bei PTC-Thermistoren zu veranschaulichen,

F i g. 5 eine graphische Darstellung, um die Spannungsstromfunktion bei NTC-Thcrmistoren zu veranschaulichen.

Fig, (ι eine andere elektrothermische Folgeschaltungsanordnung,

F i g. 7 eine Seitenansicht einer Thermistorpaaranordnung, wie sie zur Verwendung bei der Schultungsanordnung gemäß F i g. 6 geeignet ist,
F i g, 8 eine Draufsicht gemäß F i g. 7,
F i g, 9 eine weitere elektrothermische Folgeschaltungsanordnung.
In der Schaltung gemäß Fig. 1 hat die Zeit-

steuereinrichtung eine Vielzahl von Thermistorpaaren Il bis 18. Jedes Paar weist einen bistabilen Schaltzustand auf und hat je einen ersten Thermistor mit einem positiven Widerstands-Temperatur-Koeffizienten (PTC), nämlich Pll bis P18, und ferner

je einen zweiten Thermistor mit einem negativen Widerstands-Temperatur-Koeffizienten (NTC), nämlich /VIl bis NlH. Alle Thermistoren können beispielsweise in einen gemeinsamen Träger eingelagert sein, was durch bekannte \ erfahren im Zusammenhang mit einer Folienbildung größerer Stärke bekannt ist. Die jeweils ein Paar bildenden PTC- und NTC-Thermistoren sind in Reihe geschaltet und an ein· Paar von Anschlußleitungen Ll und L 2 angeschlossen, durch die der Einrichtung elektrische Energie mit im wesentlichen konstanter Spannung zugeführt wird. Da das thermische Verhalten der verschiedenen Thermistoren im wesentlichen durch ihre abgegebene Leistung bestimmt wird, kann ein Gleichstrom irgendeiner Polarität den Anschlußleitungen Ll und Ll oder auch ein Wechselstrom mit entsprechender Wirkspannung zugeführt werden.

An die Anschlußleitungen Ll und Ll ist ein PTC-Trigger-Thermistor PTl über einen Stromkreis angeschlossen, der einen Strombegrenzungswiderstand Λ1 und einen normalerweise oPenen Druckknopfschalter PB1 aufweist. Wenn der Druckknopfschalter PB1 geschlossen ist, so erwärmt sich der Thermistor PTl auf seine Übergangstemperatur. Der Thermistor PTl funktioniert als Außenerhitzer und ist thermisch mit dem NTC-Ther.nistor NIl gekoppelt, wie dies durch die gestrichelten Verbindungslinien der beiden Thermistoren angedeutet ist. Durch Schließen des Schalters Pol wird also der Thermistor ΛΊ1 durch den Thermistor PTl erwärmt.

Die PTC-Thermistoren P11 bis P17 der Thermistorpaare 11 bis 17 sind thermisch mit den NTC-Thermistoren ΛΊ2 bis /V18 in den Thermistorpaaren 12 bis 18 gekoppelt, wie dies durch die gestrichelten Linien angedeutet ist, die entsprechend gekoppelte Thermistoren umschließen. Diese Kopplung kann beispiHsweisc durch elektrisch isolierte Metallstreifen bewirkt werden. Wenn daher der PT-ThermistorPil sich selbst erwärmt, so wird Wärme an den NTC -Thermistor N12 durch Wärmeleitung über die thermische Kopplung weitergegeben.

Vorzugsweise haben die PTC-Thcrmistorcn Pll bis P18 eine scharf definierte Übergangstemperatur, oberhalb der der Thermistormateriaiwidersrand steil ansteigt. Als Beispiel für ein Material, das eine

solche Wicerstandskennlinie besitzt, sei dotiertes Bariumtitanat (BaTiO_n) genannt. Das Widerstandsverhalten dieses Materials ist als Funktion der Temperaturänderungen in Fig. 2 dargestellt, wobei die Übergangstemperatur auf der Temperaturkoordinate bei TR angedeutet ist.

Aus diesem Material hergestellte Thermistoun haben eine Strom-Spannungs-Gleichgewichtskp.nnlinie entsprechend Fig. 4 die einen ausgesprochen

negativen VViderstandsbereich, wie bei NRP angedeutet, hat, d. h., der durch den Thermistor hindurchgehende Gleichgewichtsstrom nimmt mit zunehmender Spannung oberhalb eines bestimmten Schwellenwertes ab. Wie bekannt, können Vorrichtungen mit negativer Widerstandskennlinie so angeschlossen werden, daß sich eine bistabile Schaltung ergibt. Die Kurven der F i g. 4 und 5 zeigen das Verhalten des betreffenden Thermistorelements, wenn es genügend Zeit hatte, unter bestimmten äußeren Bedingungen to einen Gleichgewichtszustand anzunehmen. Sie zeigen ferner, daß die Größe und die Form der Kurve durch Veränderung der äußeren Bedingungen verändert werden kann, beispielsweise indem dem Thermistorelement Wärme zugeführt wird.

Die Widerstandskennlinien der NTC-Thermistoren /VIl bis N18 sind in Fig. 3 dargestellt, die zeigt, wie der Widerstand nach einer schwach geneigten Kurve bei ansteigender Temperatur abnimmt. Die Spannungs-Strom-Kennlinie der NTC-Thermistoren ao /VIl bis N18 ist in Fig. 5 dargestellt. Es ergibt sich hieraus, daß die NTC-Thermistoren NIl bis M8 ebenfalls einen negativen Widerstandsbereich, wie bei NRN angedeutet haben, in dem die Spannung an den Thermistoren bei zunehmendem Strom oberhalb eines vorbestimmten Schwellenwertes abfällt. Dieser negative Widerstandsbereich ist jedoch in typischer Weise nicht so groß und auch nicht so steil wie bei den PTC-Thermistoren. und die Spannungs- und Stromkoordinaten der F i g. 5 sind im Vergleich zu F i g. 4 vertauscht. Es ergibt sich hieraus, daß die NTC-Thermistoren in bestimmter Hinsicht Stromanaloge der Spannungskennlinien der PTC-Thermistoren sind.

Während hier NTC-Thermistoren mit einer sanft geneigten Widerstandskennlinie und PTC-Thermistoren mit einer steilen Kennlinie beispielsweise dargestellt sind, sei doch darauf hingewiesen, daß bei verschiedenen Bedingungen auch steile NTC- und schwach geneigte PTC-Thermistoren verwendet werden können.

Wenn Thermistoren mit entgegengesetzten Widerstands-Temperatur-Koeffizienten in Reihe an eine im wesentlichen konstante Spannungsquelle angeschlossen werden, so wird ein elektrisches Zusammenwirken /wischen den beiden Thermistoren erzielt. Derartige in Reihe verbundene Thermistoren sind im wesentlichen spannungsgekoppelt, insofern als bei einer Spannungsänderung an dem einen eine Spanminasänderung in komplementärer Form am anderen auftreten muß. In der Einrichtung gemäß F i g. 1 wird die den Anschlußleitungen Ll. L 2 aufgedrückte Spannung relativ zu den Kennlinien der betreffenden Thermistoren so ausgewählt, daß ein bistabiler Zustand erreicht wird, bei dem erst der eine und dann der andere der Thermistoren eines Paares durch Selbsterwärmungsphasen hindurchgehen, wenn das betreffende Paar gctriggert wird.

Die Funktion sei zunächst an Hand des Thermistorpaares 11 beschrieben. Anfänglich sind beide. nämlich der PTC-Thermistor Pll und der NTC-Thermisior N11 verhältnismäßig kühl. Der PTC-Thermistor P11 hat damit einen relativ niedrigen Widerstand, während der NTC-Thermistor JV11 einen relativ hohen Widerstand hat. Damit liegt nur ein verhältnismäßig kleiner Teil der Anschlußspannuns; am PTC-Thermistor Pll. Obgleich nun ein verhältnismäßig großer Teil der Anschlußspannung am NTC-Thermistor/VIl auftritt, fließt infolge des verhältnismäßig hohen Widerstands des NTC-Thermistors nur ein verhältnismäßig kleiner Strom durch das in Reihe verbundene Paar. In diesem Zustand sind beide Thermistoren außerhalb ihrer negativen Widerstandsbereiche, und das Paar ist in diesem anfänglichen Gleichgewichtszustand stabil.

Wenn jedoch Wärme von einer äußeren Wärmequelle dem NTC-Thermistor /VIl zugeführt wird, beispielsweise mit Hilfe des Trigger-Thermistors PT 1, so wird durch diese Erwärmung die Spitze der NTC-Spannungs-Strom-Kurve abgesenkt, und der NTC-Thermistor/VIl geht damit in seinen negativen Widerstandsbereich bei der aufgedrückten Spannung über. Wenn der NTC-Thermistor /VIl auf diese Weise getriggert wird, erwärmt er sich selbst und sucht ein neues Gleichgewicht bei höherer Temperatur, wie dies durch die in Reihe mit ihm liegende elektrische Last bestimmt wird. Während sich jedoch der NTC-Thermistor /VIl selbst in Richtung auf ein neues Gleichgewicht erwärmt (das er annehmen würde, wenn seine in Reihe liegende Last konstant bliebe), wird durch diese Selbsterwärmung der Widerstand des NTC-Thermistors /VIl herabgesetzt, so daß nun ein höherer Anteil der aufgedrückten Spannung an dem in Reihe angeschlossenen PTC-Thermistor Pll liegt. Diese höhere, dem PTC-Thermistor Pll aufgedrückte Spannung läßt diesen in den negativen Widerstandsbereich übergehen, worauf auch dort eine Selbsterwärmungsphase beginnt. Die in Reihe mit dem NTC-Thermistor /VIl liegende Last bleibt daher nicht konstant.

Die durch die Selbsterwärmung des PTC-Thermistors P11 erzeugte Wärme beaufschlagt den NTC-Thermistor N12 des benachbarten Thermistorpaars 12. so daß dort ebenfalls eine Erwärmung auftritt. Zusätzlich zum Beginn eines bistabilen Schaltvorgangs im Thermistorpaar 12 ist die von dem NTC-Thermistor N12 erzeugte Selbstenvärmung auf den PTC-Thermistor P11 zurückgekoppelt. Die sich ergebende Gesämtwärme erhöht den Widerstand des PTC-Thermistors Pll in einem solchen Umfang, daß deT durch das Thermistorpaar 11 fließende Strom stark reduziert wird.

Dieser Stromabfall stoppt den Selbstenvärmungsvorgang des NTC-Thermistors ,VIl und brii'gt diesen auf seinen ursprünglichen, relativ kühlen Gleichgewichtszustand zurück, in dem er einen relativ liob.cn Widerstand aufweist. Der erhöhte Widerstand des NTC-Thermistors .VIl reduziert den Strom durch das Thermistorpaar 11 noch mehr, so daß der PTC-Thermistor Pll ebenfalls den negativen Widerstandsbereich verläßt und in seinen ursprünclichen. relativ kühlen Gleichgewichtszustand zurückkehrt. Wenn beide Thermistoren in ihrem stabilen Zustand sind, so ist damit das Thermistorpaar 11 zurückgestellt und bleibt nun so lange ruhend, bis der NTC-Thermistor ,V11 wiederum entweder durch die Anwendung einer äußeren Erwärmung, wie oben beschrieben, oder durch ein anderes Verfahren getrissert wird. Tn der Zwischenzeit wurde ein bistabiler elektrothermischer Umschaltvorgang im Thermistorpaar 12 eingeleitet. Während des Schaltvorganges des Thermistorpaares 12 wird durch die Selbstenvärmungsphase des PTC-Thermistors P12 ein bistabiler Schaltvorgang im Thermistorpaar 13 eingeleitet, das seinerseits einen ähnlichen im Thermistorpaar 14 zum Anlaufen bringt usf. Damit ergibt sich, daß eine

ganze Reihe von bistabilen Schaltvorgängen durch eine Vielzahl von Thermistorpaaren oder stufen weitergegeben wird, wobei jeder nachfolgende Schaltvorgang gegenüber dem vorhergehenden verzögert ist. Die für eine vollständige Durchführung der einzelnen bistabilen Schaltvorgänge erforderliche Zeit wird durch die thermische Trägheit und die Wärmeabgabe der ein Paar bildenden Thermistoren bestimmt. Im allgemeinen kann jedoch gesagt werden, daß die erforderlichen Zeiten in typischer Weise viel langer sind als solche, die allein bei Verwendung von elektronischen Bauteilen ähnlicher Größe erreicht werden können. Außerdem können sich diese von Stufe zu Stufe vorhandenen Zeiten innerhalb eines großen Bereiches in der gleichen Einrichtung ändern.

Da die Triggerung der einzelnen, aufeinanderfolgenden Stufen durch die vorhergehende Stufe über eine thermische Kopplung zwischen den Stufen erreicht wird, so ergibt sich, daß all diese Stufen im wesentlichen mit der gleichen Leistungshöhe arbeiten können und daß eine niedrige Leistungsstufe auch eine etwas höhere Leistungsstufe schalten kann. Die thermisch gekoppelten Stufen können ferner elektrisch gegeneinander isoliert sein und Energie von getrennten Quellen erhalten.

Di sich durch die Einrichtung der Fig. 1 ergebende Folge der Vorgänge wiederholt sich ständig, wenn die Stufen zu einer Schleife gekoppelt Mnd. in der jeweils eine Stufe der Schleife die folgende Stufe triggert. In der Einrichtung nach Fig. 1 ist ein NTC-Thermistor ΛΊ1 A thermisch mit dem PTC-Thermistor PlB gekoppelt und kann elektrisch parallel zu dom NTC-Thermistor Ni1 durch einen Schalter SW 1 geschaltet werden. Wenn der NTC-Thermistor N11A in dieser Weise in den Stromkreis eingefügt wird, kann er an die Stelle des Thermistors/VIl in der bistabilen Schaltung mit dem PTC-ThermistorPll treten. Der PTC-Thermistor Pll kann damit in seiner Schaltart mit einem von den beiden NTC-Thermistoren.Vll oder NiIA entsprechend zusammenwirken, und ein Triggern dieser Schaltungen kann dadurch eingeleitet werden, daß von außen her Wärme entweder dem Thermistor NIi oder dem Thermistor /VIl A zugeführt wird. Da der ruhende oder stabile Zustand der Thermistoren/V11 und NWA der kühle oder der Zustand mit hohem Wider stand ist. so belastet und beeinfluß; derjenige der beiden NTC-Thermisioren. der in dem Schnitzyklus dem

PTC-Thermisior P ί 1 unwirksam

Seha'ivorgang des andern nicht wesentlich. Fine Fo!;:e- von Schaltungen, die durch Schließen des Druckknopfschalter PB 1 eingeleitet wird, -ei/t sich daher beliebig lange fort, wenn der Schalter.SITl erschlossen ist. Wenn die Schahiolge das Thermistorpaart8 erreicht, so v:\-d durch die Erwärmung des PTC-Thermistor- P18 dem NTC-Thermistor .VIl A Wärme zugeführt, wodurch dann eine weitere \ol!-?änd^;ge Schaltfolge ausgelöst wird. Dieser wiederholbare Schahzvkhis setzt sich so lange unbegrenzt fort, bis er dann durch Öffnen des Schalters SWi angehalten wird, wodurch die Schleife dadurch unterbrochen wird, daß die Verbindung zwischen dem NTC-Thermistor N WA und PTC-Thermistor Pll üetrennt wird.

Da die verschiedenen Taermisiorpaare 11 bis 18 in zeitlicher Folge arbeiten, so ergibt sich, daß die Einrichtung ermaß Fig. 1 zur Steuerung vor, Vorgängen geeignet ist, die in einer bestimmten Folge ablaufen sollen. Das Auftreten der Schaltung in irgendeiner oder allen aufeinanderfolgenden Stufen innerhalb der gesamten Schaltfolge eines elektrothermischen Kreisprozesses kann in verschiedener Weise zur Steuerung oder zur Signalisierung abgefühlt werden. Da sich der durch die einzelnen, in Reihe verbundenen Thermistorpaare fließende Strom während der Schaltfolge ändert, kann das Auftreten

ίο eines solchen Schaltvorgangs durch eine Stromfühlvorrichtung festgestellt werden, die in Reihe mit den Thermistoren angeschlossen ist. Besonders einfache Stromfühler sind einen niedrigen Widerstand aufweisende Glühlampen 21 und 23, die zu den Thermi- storpaaren 14 und IR in Reihe geschaltet sind. Die Glühlampen 21 und 23 mit ihrem niedrigen Widerstand beeinflussen den Schaltablauf der in Reihe geschalteten Paare nur unerheblich.

Da sich auch die Spannung an irgendeinem der

Thermistoren der Thermistorpaare ändert, wenn das Paar einen Schaltzyklus durchläuft, kann dieser Zyklus auch dadurch festgestellt werden, daß die Spannung an einem der ThermUtoren abgefühlt wird. Eine besonders einfache Spannungsfühlvorrichtung

ist eine einen hohen Widerstand aufweisende Glühlampe 25. die parallel zum NTC-Thermistor N16 des Thermisiorpaares lfi angeschlossen ist. Da die Glühlampe 25 einen hohen Widerstand aufweist, ergibt sie keine betrachtliche Belastung und beeinflußt auch die Wirkungsweise des Thermistnrpaares 16 nicht. Joch ändert sich ihre Helligkeit, wenn die Schaltung weiter fortschreitet. O'c I ampen 21. 23, 25 können für eine visuelle Anzeige einer Folgeschaltung verwendet werden, oder sie können durch Betätigen von photo-

sensitiver. Vorrichtungen dazu verwendet werden, irgendwelche äußeren Vorgänge /u steuern, die in einer bestimmten Folge ablaufen sollen.

Das Auftreten eines elektrothermischen Scrrltz\klus innerhalb irgendeiner der Stufen kann auch dadurch festgestellt werden, daß die von den Thermistoren dieser Stufen abgegebene Wärme abgefühlt wird. In F i g. 1 ist beispielsweise ein Fiihlthermistor THi thermisch mit dem PTC-Thermistor P18 de* Paares 18 gekoppelt, um das Auftreten eines elektro thermischen Schaltzyklus in diesem Paar zu erfühlen. Die Änderung des Widerstands des Thermistors THl kann in an sich bekannter Weise dazu verwendet •λ erden. verschiedene Programmierung--, orgänce durchzuführen. Da der Fiihlthermistor 7"//I nicht

5- elektrisch mit der e'ektrothermischen Ze:;-' ■ ;er- -chaliung \erblinden ist. vielmehr lediglich mit d:eser thermisch gekoppelt ist. so ergibt sich, daß eine elekiri-.'he Isolierung zwischen dem S'euerstromkreis und dem gesteuerter! S'romkreis vorhanden sein kann.

— Ferner kann auch beispielsweise eine thermochromische Farbe verwendet werden, um eine auf Temperatur ansprechende, sichtbare Anzeige des Ablaufs der Schaltfolge zu erreichen.

Da zwischen dem Ablauf der einzelnen aufein-

5c anderioicenden Stufen eine Zeitverzögerung vorhanden, ist. die von den thermischen Kennwerten der betreffenden Thermistoren abhängt, so ergibt sich. daß die Einrichtung gemäß F i g. Ϊ zu: Verwendung bei Zeitsteuerungen, Folgeabläufen ur.ii Programmierungen. geeignet ist. besonders bei solchen, bei denen große Zeitinten,alle auftreten.

In der Einrichtung gemäß Fig. 1 haben die miteinander thermisch gekoppelten Thermistoren keinen

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gemeinsamen Anschluß. Daher muß die thermische Kopplung so angeordnet werden, daß zwischen den thermisch gekoppelten Thermistoren eine elektrische Isolierung vorhanden ist. Wie oben erwähnt, können die einzelnen Thermistorpaare mit Gleichstrom beliebiger PoIa ität oder Wechselstrom betrieben werden.

Die in Fig.fi dargestellte Einrichtung ist ähnlich tier Einrichtung nach F i g. 1 und hat eine Vielzahl ton Thermistorpaaren 31 bis 38, die jeweils einen I'TC-Thermistor, nämlich P31 bis P38, und jeweils einen NTC-Thermistor, nämlich N 31 bis /V38, aufweisen. Hier ist jedoch jedes zweite Paar umgekehrt Im die Anschlußleitungen Ll, Ll angeschlossen. Dafnit haben die thermisch miteinander gekoppelten Thermistoren mit entgegengesetzter Kennlinie nunmehr einen gemeinsamen elektrischen Anschluß. Beitpielsweise sind der PTC-Thermistor P 31 und der NTC-Thermistor N 32, die thermisch miteinander gekoppelt sind, gemeinsam mit der Anschlußleitung L 2 Verbunden. Bei dieser gemeinsamen elektrischen Verbindung braucht die thermische Kopplung zwischen den Thermistoren keine elektrische Isolierung nach tich zu ziehen, und diese kann verhältnismäßig einfach dadurch geschaffen werden, daß die beiden Thermistoren in ihrem gemeinsamen elektrischen Anschluß miteinander in Berührung gebracht werden, wie dies in der Konstruktion gemäß F i g. 7 und 8 dargestellt ist.

In den F ι g. 7 und 8 sind die Thermistoren als Baueinheit auf einem Träger 41 angeordnet, wie dies üblicherweise bei der Montage von Transistoren geschieht. Drei Leitungen 43, 45 und 47 erstrecken sich durch hermetisch isolierende Abdichtungen im Träger. Ferner ist ein kleiner Block 49 eines PTC-Thermistormaterials mit einem etwas größeren Block 51 eines NTC-Materials, wie bei 53 angedeutet, verlötet, wobei noch die Leitung 43 an die Zwischenfläche angelötet ist. Die Leitung 45 ist mit der Außenfläche des Blockes 51 verlötet, während die Leitung 47 mit der Außenfläche des PTC-Blockes 49 verlötet ist. Wie sich aus der Zeichnung ergibt, hat diese Konstruktion alle erforderlichen elektrischen Verbindungen, wobei zugleich eine gute thermische Kopplung zwischen den beiden Blöcken aus Thermistormaterial vorhanden ist Es sei jedoch darauf hin^ gewiesen, daß die beiden Thermistoren, die als Baueinheit zusammengebaut sind, keine einzelne elektro-■Jtiermische Schaltstufe bilden, vielmehr sind die bei-Ikn Thermistoren Bestandteile zweier benachbarter Schaltstufen in der Folgeschaltung gemäß Fig. 6.

Wie bereits erwähnt, ist das Verhalten eines NTC-Thermistors in bezug auf Stromänderungen in vieler hinsieht analog dem Verhalten eines PTC-Thermifctors in bezug auf Spannungsänderungen. Infolgedessen können die Rollen dieser Thermistoren in der Jfteitsteuereinrichtung gemäß der Erfindung gewissermaßen vertauscht werden, wenn Parallel- und Reihen-Verbindungen in ähnlicher W^:eise vertauscht werden Önd wenn die sich so ergebenden Paare mit im wesentlichen konstantem Strom und nicht mit im Wesentlichen konstanter Spannung betrieben werden. Ähnliche Änderungen sind dann auch bei den Anordnungen für den Anlauf der Folgeschaltung und für die Rückkopplung zu machen.

Eine Folgeschaltung gemäß dieser Analogie ist in lF i g. 9 dargestellt. Diese Einrichtung hat vier Thertriistorpaare 61 bis 64. Jedes Paar oder jede Stufe weist jeweils einen PTC-Thermistor P61 bis P64 auf, die jeweils elektrisch parallel mit einem NTC-Thermistor /V61 bis iV64 verbunden sind. Die Parallelverbindung des PTC-Thermistors P61 mit dem NTC-Thermistor N61 wird über die eine Seite eines einpoligen Umschalters SW 3 hergestellt, worauf weiter unten noch näher eingegangen wird. Die NTC-Thermistoren/V61 bis N63 der Paare 61 bis 63 sind thermisch mit den PTC-Thermistoren P 62 bis P 64

ίο gekoppelt, wie dies durch die gestrichelten Linien angedeutet ist, die die thermisch gekoppelten Thermistoren umfassen. Der PTC-Thermistor P61 des ersten Paares 61 ist thermisch mit einem NTC-Trigger-Thermistor NT gekoppelt, der parallel zu einem Spannungsbegrenzungswiderstand Ri und einem normalerweise geschlossenen Druckknopfschalter PB 3 liegt, um so einen Triggerkreis 65 zu bilden Der NTC-Thermistor N64 im letzten Paar 64 ist thermisch mit einem PTC-Rückkopplungsther-

»o mistorP61/! gekoppelt. Der Rückkopplungsthermistor P 61A kann gegebenenfalls in Reihe mit dem PTC-Thermistor P61 des ersten Paares 61 durch Umstellen des Umschalters SW3 angeschlossen werden.

»5 Die Thermistorpaare 61 bis 64 und der Triggerkreis 65 sind in Reihe mit einem Paar von Anschlußleitungen L 5 und L 6 verbunden, um einen im wesentlichen konstanten Strom für diese Paare zu erhalten. Die Anschlußleitungen L 5 und L 6 können an eine übliche, einen konstanten Strom liefernde Stromquelle angeschlossen werden, obgleich es ohne weiteres klar ist. daß eine Reihenverbindung einer größeren Anzahl von Einheiten, wie beispielsweise der Paare M bis 64 notwendigerweise zur Folge hat, daß die einzelnen Einheiten im wesentlichen von einem konstanten Strom trotz der nominellen Änderungen des Widerstandes der betreffenden Einheiten durchflossen werden. Die parallel angeschlossenen Thermistoren mit entgegengesetzten Temperaturkoeffizienten sind in wesentlichen insofern stromgekoppelt, als bei einer aus irgendeinem Grund auftretenden Stromänderung in dem einen Thermistor der Strom durch den anderen Thermistor sich komplementär ändern muß, um so den Gesamtstrom auf einer vorbestimmten konstanten Höhe zu halten.

Gemäß der oben beschriebenen Funktion ist der elektrothennische Schaltvorgang jedes einzelnen Paares 61 bis 64 im wesentlichen wie folgt: Das Paar 61 wird als Beispiel gewählt, und es sei angenommen.

daß der Schalter SW2· in der dargestellten Lage ist. Unter der Annahme, daß die Stromhöhe in der richtigen Weise eingestellt ist. bleibt das Paar normalerweise in seinem Ruhezustand, in dem beide Thermistoren verhältnismäßig kalt sind. In diesem Zustand hat der PTC-Thermistor P 61 einen verhältnismäßig niedrigen Widerstand, so daß er den Großteil des im wesentlichen konstanten Stromes führt, der von der Stromquelle ausgeht.

Wenn der PTC-Thermistor P 61 durch eine relativ

^o zu diesem Paar äußere Wärmequelle erwärmt wird, beispielsweise durch Betätigung des Schalters PB 3. um so eine Erwärmung über den Triggerthermistor NT zu erreichen, so hat diese Erwärmung die Wirkung, die Spitze der in Fi g. 4 dargestellten Kurve so abzusenken, daß der im PTC-Thermistor Pol fließende Strom ausreicht, um ihn in den negativen Widerstandsbereich zu Ireiben und eine regenerative Selbsterwänuüng zu erzeugen. Der PTC-Thermistor

P 61 erwärmt sich selbst in Richtung auf die Übergangstemperatur, bei der der Widerstand scharf ansteigt. Wenn der Widerstand des PTC-Thermistors ansteigt, so erhöht sich die an dem parallel angeschlossenen Paar liegende Spannung derart, daß die Spannung am NTC-Thermistor die Spitzenspannung der Spannungs-Strom-Kennlinie übersteigt, so daß sich auch dieser regenerativ selbst erwärmt. Die in lern NTC-Thermistor N 61 erzeugte Wärme ist mit iem PTC-Thermistor P 62 der nächsten Stufe geloppelt und bringt einen elektrothermischen Schalttyklus in diesem Paar zum Anlaufen, die mit dor telbsterwärmung des PTC-Thermistors P 62 beginnt. Die durch den PTC-Thermistor P 62 erzeugte Wärme Ist auf den auslösenden NTC-Thermistor N 61 zutückgekoppelt, und die gesamte innerhalb des NTC-iThermistors /V61 erzeugte und ihm zugeführte Wärme ergibt em Absinken des Widerstands, auf einen niedfigen Wert. Durch das Absinken des Widerstandes des Thermistors N 61 wird Strom vom PTC-Thermi-Btor abgeleitet, so daß nun die regenerative Sslbsterwärmung des PTC-Thermistors abgestoppt wird und dieser in seinen ursprünglichen stabilen Zustand zurückkehrt. Wenn dies für den PTC-Thermistor der Fall ist, so reduziert sein abfallender Widerstand die Spannung am NTC-Thermistor, so daß sich der NTC-Thermistor ebenfalls nicht mehr regenerativ selbst erwärmen kann und damit ebenfalls in seinen ursprünglichen stabilen Zustand zurückkehrt. Der Ruhezustand dieses Paares dauert dann so lange, bis das Paar wiederum dadurch getriggert wird, daß eine äußere Erwärmung auf den PTC-Thermistor einwirkt.

Die thermische Kopplung zwischen den NTC-Thermistoren der Paare 61 und 63 und den PTC-Thermistoren der Paare 62 und 64 verursacht das Auftreten einer Selbsterwärmung in einem dieser NTC-Thermistoren, um so einen elektrothermischen Schaltzyklus in der nächsten Stufe einzuleiten. Wenn daher eine Folge von elektrothermischen Vorgängen durch die Erwärmung des Thermistors N T getriggert wird, so läuft diese Folge durch die ganze Reihenanordnung der Thermistorpaare hindurch.

Die Schaltfolge der Einrichtung nach F i g. 9 kann sich unbegrenzt dadurch wiederholen, daß der Umschalter SWTi umgestellt wird, wodurch der Rückkopplungsthermistor P 61/4 in Reihe mit dem PTC-Thermistor P 61 des ersten Paares 61 verbunden wird. Da beide Thermistoren P 61 unu P 61/1 in kaltem Zustand einen kleinen Widerstand haben, so muß der Hauptteil des konstanten zugeführten Stromes immer noch durch diesen Zweig der Parallelar-vdnung fließen, wenn die Stufe in ihrem Ruhezustand ist. Daher wird der Thermistor N 61 erst dann selbsterwärmend, wenn diese Stufe getriggert wird. Eine Erhöhung des Widerstandes sowohl des Thermistors P 61 als auch des Thermistors P 61A, wie sie durch eine äußere Erwärmung erzeugt werden kann, leitet jedoch, wie oben beschrieben, einen elektrothermischen Schaltzyklus ein. Der nicht getriggerte der beiden PTC-ThermistorenPöl oder P 61A beeinflußt den Schaltvorgang des anderen Thermistors nicht wesentlich, da der nicht getriggerte Thermistor ständig eine niedrige Impedanz aufweist. Es ergibt

ao sich damit, daß, wenn das letzte Paar 64 durch seinen elektrothermischen Schaltablauf hindurchgeht, die Selbsterwärmungsphase des NTC-Thermistors N 64 einen elektrothermischen Schaltablauf in der ersten Stufe 61 dadurch triggert, daß Wärme dem PTC-

s5 Rückkopplungsthermistor P 61A zugeführt wird. Damit funktioniert die Schaltanordnung nach F i g. 9 wie ein Ringzähler. Für die Steuerung, für Programmierung oder eine Anzeige kann die in einem bestimmten Augenblick arbeitende Stufe auf verschiedene Weise festgestellt oder abgefühlt werden, wie dies weiter oben im Zusammenhang mit F i g. 1 beschrieben ist. Beispielsweise kann der Strom in einem Thermistor, die Spannung an einem Thermistorpaar oder die von einem der Thermistoren abgegebene

Wärme erfühlt werden, um so eine elektrisch getrennte Signalankopplung zu erzielen.

Zwar wurde die Wirkungsweise der verschiedenen Ausführungsbeispiele an Hand einer Theorie erläutert, bei der angenommen wird, daß ein bistabiles Verhalten vorliegt, doch sei darauf iiingewiesen, daß Paare von Thermistoren gemäß dieser Erfindung auch so gebaut sein können, daß sie monostabil arbeiten, wobei nach der Triggerung die Stufe aus sich selbst in ihren ursprünglichen Zustand nach einem vorbestimmten Zeitintervall zurückkehrt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

1. Patentansprüche:

   l.ElektrothermischeFolgeschaltungsanordming mit einer Vielzahl von elektrisch miteinander verbundenen Thermistoren, die an eine elektrische Energiequelle angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Paaren von Thermistoren (Pll, Nil bis P18, ΛΊ8) vorgesehen ist, die jeweils einen ersten Thermistor (N 11;...; N IS) mit einem ersten Temperaturkoeffizieuten und einen zweiten Thermistor (PU; ...; P18) mit einem zweiten, zu dem ersten entgegengesetzten Temperaturkoeffizienten aufweisen, daß die Thermistorpaare (Nil, PU bis NlS, P18) elektrisch so miteinander gekoppelt und an die elektrische Energiequelle angeschlossen sind, daß ein Erwärmen eines ersten Thermistors (NH; ...-,NlS) eines Thermislorpaares einen elektrothermischen Zyklus anlaufen läßt, bei dem erst der erste (N il;...; N18) und dann der zweite Thermistor (Pll; ...; P18) des betreffenden Paares nacheinander durch Selbslerwärmungsphasen hindurchgehen, und daß ein Thermistor (Pll) der einen Art eines Thcimistorpaares (Pll, /VIl) thermisch mit dem Thermistor (N12) der anderen Art des nächstfolgenden Thermistorpaares (P 12, Nl2) verbunden ist, um in diesem einen elcktrc'bermischen Zyklus anlaufen zu lassen.
2. 2. Folgeschaltungsarsordnuiig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß d".i zweite Thermistor (P 11) eines Therniistorpaares mit dem ersten Thermistor (Nil) des nachfolgenden Thermistorpaares thermisch verbunden ist (Fig. 1).
3. 3. Folgeschaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines einmaligen Folgeablaufs in allen Thermistorpaaren alle Thermistoren (Pll bis P17) der einen Art bis auf einen (P 18) thermisch mit einem Thermistor (ΛΊ2;...; N18) der anderen Ar! des jeweils nächstfolgenden Thermistorpaares verbunden siiid.
4. 4. Folgeschallungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines wiederholten Folgeablaufs in allen Thermistorpaaren alle Thermistoren (P31 bis P38) der einen Art thermisch mit einem Thermistor (/V32, N31 A) der anderen Art des jeweils nächstfolgenden Thermistorpaares verbunden sind.
5. 5. Folgeschaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Thermistor ein PTC- (Pll: ...;P18) und der andere ein NTC-Thcrmistor (.VII;...;/V18) ist.
6. 6. Folgeschaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der PTC-Thermi-StOr(PIl;...; P18) eine Widerstandslinie aufweist, die bei einer bestimmten Temperatur (TR) steil ansteigt.
7. 7. Folgeschaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermistoren eines Paares {NU, Pil; NU, PU;...) zueinander in Reihe geschaltet sind (Fig. 1).
8. H. Folgeschaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermistorpaare (NU, PH bis , PiS) parallel zueinander an eine Energiequelle von im wesentlichen konstanter Spannung angeschlossen sind (Fig. 1).
9. 9. Folgeschaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Thermistoren (NIl bis ΛΊ8) der einen Art an der einen Anschiußleitung (L 2) und aüe Thermistoren der anderen Art (Pll bis P18) an der anderen Anschlußleitung (Ll) der Energiequelle anges;hlossen sind (Fig. 1).
10. 10. Folgeschaltungsanordnung nach einen der Ansprüche 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten (N31, N32,...) und zweiten (P31, P32,...) Thermistoren abwechselnd an die eine (Ll) bzw. andere (L 2) Anschlußleitung der Energiequelle angeschlossen sind (Fig. 6).
11. 11. Folgeschaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Konstantspannungsschaltung der NTC-Thermistor(/V11;...;N18) eines Paares den eiektrothermischen Zyklus des PTC-Thermistors (Pll;...; P18) dieses Paares einleitet (Fig. 1).
12. 12. Folgeschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermistoren (N61, P61) eines Paares zueinander parallel geschaltet sind (Fig. 9).
13. 13. holgeschaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermistorpaare (N 61, P61 bis N64, P64) in Reihe geschaltet sind (Fig. 9).
14. 14. Folgeschaltungsanordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei Konstanistromschaltung ein NTC-Thermistor (N61;...; N 63) des einen Paares thermisch mit einem PTC-Thermislor (FSl; ...; P64) des nächstfolgenden Paares gekoppelt ist (F i g. 9).
15. 15. Folgeschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei Konstantstromschaltung der PTC-Thermistor (P61;...; P64) eines Paares den eiektrothermischen Zyklus des NTC-Thermistors (N61;.. .;N64) dieses Paares einleitet (Fig. 9).