DE2014397A1 - Überwachungseinrichtung für ein Kühlmittel - Google Patents

Description

On.-INQ. OIPL.-ΙΝβ. M. *C. DIPL.-PHY·. OR. ' PIPL.-PHVS.

HÖGER-STELLRECHT-GRIESSBACH-HAECKER

* , PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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20. März 1970 · ^{L u} ' ^⁰³ '

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Ser.No. 811 869

Texas Instruments Incorporated Dallas, Texas, USA

Überwachungseinrichtung für ein Kühlmittel.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überv/achungseinrichtung für Veränderungen des Wärmeaüstauschvermögens eines Kühlmit tels mit mindestens einem thermisch in Verbindung mit dem Kühlmittel setabaren und an eine elektrische Energiequelle angeschlossenen Thermistorfühler, dessen elektrische Kennlinie sich abhängig von vorbestimmten Veränderungen des Wärmeaustauschvermögens des Kühlmittels verändert.

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In neuester Zeit haben mit Fliessmedien arbeitende Kühlsysteme für wärmeempfindliche Bauteile immer mehr an Bedeutung gewonnen. Solche Kühlsysteme werden vor allem für Bauteile benötigt, die mit elektrischen Bauelementen, insbesondere mit Halbleiterelementen arbeiten, welche für gewöhnlich zwar relativ unempfindlich gegen mechanische Erschütterungen, aber in höchstem !,lasse empfindlich gegen Erhöhungen der Umgebungstemperatur sind. Weiterhin sind solche Kühlsysteme erforderlich, wenn in Baueinheiten, wie beispielsweise in Rechnern, eine relativ grosse Anzahl solcher Bauelemente oder anderer wärmeempfindlicher bzw. wärmeerzeugender Teile in einem abgeschlossenen Raum unterge-P bracht sind.

In vielen Fällen kann bereits dadurch eine ausreichende Kühlung erzielt werden, dass eine geeignete Luftströmung erzeugt und das V/ärmeübertragungsvernögen dieser Umgebungsluft ausgenützt wird. In anderen Fällen ist es wünschenswert, die zu kühlenden Bauteile mit anderen gasförmigen Medien oder mit Flüssigkeiten in Verbindung zu bringen. In allen Fällen kann dem Kühlmittel dadurch ein gewünschtes Wärraeübertragungsvermögen gegeben werden, dass Mittel vorgesehen werden, um die Temperatur des Kühlmittels auf einem gewünschten wert zu halten, oder dass ein Kühlmittel ausfe gewählt wird, welches das gewünschte V/ärmeübertragungsvermögen aufweist, wenn eine vorbestimmte Strömungsgeschwindigkeit gegenüber dem zu kühlenden Bauteil aufrecht erhalten wird.

Um Jedoch sicherzustellen, dass die zu kühlenden Bauteile ständig und wirksam dem Kühlmittel ausgesetzt sind, ist es

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wünschenswert, eine Einrichtung zum Peststellen des Vorhandenseins einer ausreichenden Strömungesgeschwindigkeit oder einer zulässigen Temperatur vorzusehen. Palis ein solches Kühlsystem auch für einen relativ kurzen Zeitraum ausfallen sollte, besteht schon die Gefahr einer schädlichen Überhitzung, welche verschiedenen wärmeempfindlichen Bauelementen des Bauteiles einen irreparablen Schaden zufügen kann. Deshalb ist es häufig notwendig, die Temperaturanwesenheit oder Strömungsgeschwindigkeit eines Kühlmittels fortlaufend zu Überwachen und bei einem Ausfallen des Kühlsystemes eine geeignete Anzeige zu geben oder aber den zu kühlenden Bauteil automatisch abzuschalten.

Pur die überwachung des Kühlvermögens von Kühlmitteln sind eine Reihe von elektromechanischen Einrichtungen entwickelt worden. Diese Überwachungseinrichtungen weisen jedoch häufig eine Reihe von Unzulänglichkeiten auf. So haben sie häufig relativ lange Ansprechzeiten und nur geringe Empfindlichkeit, so dass sie räativ kleine Veränderungen nicht feststellen kör nen. Weiterhin sind sie, besonders wenn sie relativ gross sind, gegen Fehlauslcsungen infolge von kurzzeitigen Tesperatursprüngen in den Kühlmittel, Schwingungen des zu kühlenden Bauteiles oder Veränderungen von dessen räumlicher Ausrichtung oder unter der Einwirkung der Schwerkraft und mechanischer Spannungen oder Vibrationen empfänglich. Weiterhin tritt bei elektromechanischen Überwachungseinrichtungen-bedingt durch die zwangsläufige Abnützung der mechanischen Teile ein Problem bezüglich der Zuverlässigkeit der Überwachungseinrichtung auf. _:

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungseinrichtung für Veränderungen des vrär^eaustausch—

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Vermögens eines Kühlmittels zu schaffen, welche die Nachteile der bekannten derartigen Einrichtungen nicht mehr aufweist und schnell anspricht, sehr empfindlich und dennoch sicher gegen Fehlauslösungen ist, die eine hohe Lebensdauer aufweist und ausserordentlich anpassungsfähig und vielseitig verwendbar ist.

Dies wird bei einer Überwachungseinrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der Thermistorfühler elektrisch mit einer auf Veränderungen seiner Kennlinie ansprechenden und dabei ein elektrisches Signal abgebenden Abxühlvorrichtung verbunden ist, und dass an die Abfüllvorrichtung eine Schaltvorrichtung zum wahlweisen Speisen einer Last angeschlossen ist.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der elektrische Widerstand des Thermistorfühlers mit zunehmender Temperatur ansteigt und die Abführvorrichtung auf Veränderungen des Widerstandes des Thernistorfühlers anspricht und derart ausgebildet ist, dass sie die Schaltvorrichtung bei einem vorbestimmten Anstieg des Widerstandes des Thermistorfühlers betätigt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Überwachungseinrichtung derart beschaffen, dass mit dem Thermistorfühler eine.Abgleichvorrichtung verbunden ist, dass die Energiequelle, der Thernistorfühler und die Abgleichvorrichtung so dimensioniert sind,· dass an einer Verbindungsstelle zwischen der Abgleichvorrichtung und dem Thennistorfühler bein Vorliegen eines ersten vorbestimmten Zustandes des V/ärmeaustauschverncgens des Kühlmittels, vorzugsweise dessen Strömungsgeschwindigkeit, Temperatur An- bzw. abwesen-

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heit, eine vorgegebene erste Spannung und "beim Vorliegen eines zweiten vort>e stimmt en Zustand es schlechteren Wärme- *' austauschvermögens eine davon wesentlich verschiedene vorgegebene zweite Spannung entsteht, und dass die Abführvorrichtung ein an die Verbindungsstelle angeschlossenes spannungsabhängiges Bauelement aufweist, das beim Vorliegen der zweiten Spannung anspricht*

Vorteilhafterweise weist die Abgleichvorrichtung einen ohm' sehen Widerstand auf, der mit dem Thermistorfühler einen Spannungsteiler mit der Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand und dem Thermistorfühler als Abgriff bildet. Das spannungsabhängige Bauelement vermag dabei die Schaltvorrich- t tung entweder direkt, unter Zwischenschaltung eines Verstär- ^: kers oder mittels eines von ihm gesteuerten zweiten spannungsabhängigen Bauelementes zu betätigen.

Bei einer weiteren Ausgestaltung" der Erfindung ist das spannungsabhängige Bauelement beim Vorliegen der ersten Spannung an der Verbindungsstelle im wesentlichen nichtleitend und beim Vorliegen der zweiten Spannung an der Verbindungsstelle derart leitend, dass es die Schaltvorrichtung zu betätigen vermag. Das spannungsabhängige Bauelement kann; dabei ein Transistor, ein Thyristor, vorzugsweise ein steuerbarer Siliciumgleichrichter oder ein Spannungsstabilisator, vorzugsweise eine Zenerdiode* sein. In letzterem Falle ist I es günstig, wenn das spannungsabhängige Bauelement mit dem Eingang eines Transistorverstärkers bzw. der Steuerelektrode eines Thyristors, vorzugsweise eines steuerbaren Siliciumgleichrichters, verbunden ist und dieses Bauelement in den leitenden Zustand zu setzen vermag.

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Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist mit dem Thermistorfühler ein an die elektrische Energiequelle angeschlossene Heizvorrichtung thermisch gekoppelt, mit deren Hilfe dieser auf eine vorbestinmte Temperatur unterhalb seines Anomaliepunktes aufheizbar ist. Vorteilhafterweise ist dabei die Heiavorrichtung ein weiterer Thermistorfühler, dessen Anomaliepunkt unterhalb desjenigen des ersten Thermistorfühlers liegt.

Die Überwachungseinrichtung nach der Erfindung ist auch dann sehr vorteilhaft zu verwenden, wenn das Kühlmittel an mehfc reren Stellen überwacht werden soll. Hierzu ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung mit dem Eingang der Abfühlvorrichtung eine Anzahl von Thermistorfühlern verbunden, die im Abstand voneinander an verschiedenen Stellen mit dem Kühlmittel thermisch in Verbindung setzbar sind. Vorteilhafterweise ist dabei zwischen jeder Verbindungsstelle und dem Eingang der Abführvorrichtung eine Steuerdiode zur Entkopplung der Thermistorfühler angeordnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger in den beigefügten Zeichnungen dargestellter Äusführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine typische V/'iderstands-Temperaturkurve

eines Thermistors mit positivem Temperaturkoeffizienten,

Fig. 2 eine typische Spannungs-Stromkurve eines

verschiedenen Wärmeaustauschzuständen aus- / gesetzten Thermistors mit positivem Temperaturkoeffizienten mit überlagerter Überlastungslinie und die

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Pig. 3 Me 6 die verschiedenen Schaltbilder der Ausführungsbeispiele der Erfindung·

In den Zeichnungen sind dabei gleiche Bauelemente mit gleichen Bezugsziffern versehen.

In Pig. 3 ist das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung dargestellt. Es ist ein Thermistorfühler 10 vorgesehen, welcher mit einem Kühlmittel thermisch in Kontakt gebracht werden kann. Das Kühlmittel kann ein gasförmiges Medium, wie Luft, oder auch ein flüssiges Medium sein. Der Thermistorfühler kann so ausgestaltet sein, dass er je nach der beabsichtigten Anwendung der Einrichtung entweder die Strömungsgeschwindigkeit, die Temperatur oder das Vorhandensein oder Uichtvorhandensein des Kühlmittels überwacht. Der Thermistorfühler 10 ist über eine als Widerstand 12 ausgebildet enAbgleichvorrichtung, die mit ihm in Serie geschaltet ist, mit einer hier nicht näher dargestellten elektrischen Energiequelle verbunden. Der Thermistorfühler 10 und der Serienwiderstand 12 bilden einen Spannungsteiler, dassen Abgriff die Verbindungsstelle 14 zwischen dem Therraistorfühler und dem Widerstand ist.

Die Verbindungsstelle 14 ist über einen Strombegrenzungswiderstand 17 mit einer Abfüllvorrichtung 16 verbunden. Die Abführvorrichtung 16 spricht auf Veränderungen der Spannung an der. Verbindungsstelle 14 infolge von Veränderungen des Widerstandes des Thennistorfühlers 10 an und gibt auf eine vorbestimmte Erhöhung dieser Spannung ein elektrisches Signal ab.

Mit der Abfüllvorrichtung 16 ist eine Schaltvorrichtung 18 verbunden, die so ausgebildet ist, dass sie beim Ansprechen

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der Abführvorrichtung 16 erregt wird. Sie kann dann eine geeignete Anzeige liefern oder beispielsweise ein Relais enthalten, mit welchem die Betriebsspannung für den zu schützenden Bauteil abgeschaltet werden kann, wenn der gewünschte Wärmeaustauschzustand nicht mehr vorliegt.

Anhand der Pig. 1 und 2 soll die Arbeitsweise der Einrich- tung nach der Erfindung näher beschrieben werden. Fig.1 zeigt die Widerstandstemperaturkennl'inie 19 eines typischen Thermistorfühlers mit positivem Temperaturkoeffizienten. Wie aus dieser Kennlinie zu ersehen ist, bleibt der Widerstand des Thermistorfühlers mit steigender Temperatur bis zu einem Wert T. relativ konstant. Dieser Wert T, ist die sogenannte Anomalietemperatur des Thermistorfühlers, bei welcher der Widerstand des Thermistorfühlers sich schon bei einer sehr kleinen Temperaturerhöhung um verschiedene Grössenordnungen verändert. Diese bemerkenswerte Eigenschaft eines Thermistorfühlers mit positivem Temperaturkoeffizienten wird nun in der vorliegenden Erfindung ausgenutzt.

Beim Betrieb der Einrichtung nach der Erfindung bewirkt schon eine relativ kleine an den Thermistorfühler angelegte Spannung eine Selbstaufheizung des Thermistorfühlers. Wenn der Thermistorfühler jedoch einem Kühlmittel ausgesetzt ist, beispielsweise einer Luftströmung, wird er gerade ausreichend abgekühlt, um seinen Widerstand in den stabilen Bereich unterhalb seines Anomaliepunktes zu halten. Auf diese Weise kann durch·einen geeignet angeordneten Thermistorfühler sehr einfach eine Verringerung des Wärmeaustauschvermögens des Kühlmittels festgestellt werden.

Mit Bezug auf Fig.2, welche die Spannungs-Stromkennlinie eines verschiedenen Wärmeaustauschzuständen ausgesetzten

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typischen Thermistorfühlers mit' positivem Temperaturkoeffizienten sowie eine überlagerte Belastungslinie zeigt, sei nun die Arbeitsweise der Einrichtung nach der Erfindung et-. was genauer beschrieben. Die Kurve 20 in Fig.2 stellt die Spannungs-Stromkennlinie eines Thermistorfühlers dar, der sich in einem Kühlmittel, wie Luft, befindet, das eine Strömungsgeschwindigkeit auf v/eist, die ausreichend ist, um den Thermistorfühler zu kühlen und ihn somit unterhalb seiner Anomalietemperatur hält und die ausreichend ist, um den hier nicht dargestellten zu kühlenden Bauteil innerhalb der vorgeschriebenen Tempera türgrenze zu halten. Die Kurve 22 ist die Spannungs-Stromkennlinie des Thermistorfühlers, wenn das Kühlmittel eine verringerte Strömungsgeschwindig- ' jj keit aufweist und den Thermistorfühler nicht mehr so weit kühlen kann, dass seine Selbsterwärmung verhindert wird, und möglicherweise auch nicht mehr für die Kühlung des Bauteiles ausreichend ist. Aus Fig.2 geht deutlich hervor, dass die Kennlinie bei verringerter Strömungsgeschwindigkeit und dementsprechend verringertem Wärmeaustauschvermögen beträchtlich gegenüber der Sollkurve 20 verschoben ist. lüit dem Thermistorfühler 10 ist der Widerstand 12 in Serie geschaltet. Seine Kennlinie ist in Fig.2 durch die Belastungsgerade 24 dargestellt. Die Lage der Belastungsgeraden 24 ist einmal von der Spannung der Energiequelle abhängig und zum anderen von dem Widerstandswert des Widerstandes 12. ' Sie kann dadurch leicht an wechselnde Anforderungen angepasst ' werden. Die Belastungsgerad.e 24 schneidet die Kennlinie 20 in dem Sollarbeitspunkt (I₇-, V,_T), der den Arbeitspunkt des

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Thermistorfühlers 10 im Sollzustand der Schaltung darstellt, wenn das Kühlmittel eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit aufweist.

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Die Belastungsgerade 24 schneidet auch die Kurve 22, welche die Spannungs-Stromkennlinie des Thermistorfühlers bei verringerter Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels darstellt. Da der Thermistorfühler einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist, steigt sein Widerstand mit steigender Temperatur und entsprechend verringertem Wärmeaustauschvermögen an. Er nähert sich somit seinem Anomaliepunkt. Dementsprechend steigt die Spannung am Thermistorfühler an und der durch ihn fliessende Strom nimmt ab. Dies ist durch den Schnittpunkt der Belastungsgeraden 24 mit der Kurve 22 dargestellt. Wie aus Pig.2 hervorgeht, ist nunmehr die Spannung wesentlich grosser und der Strom wesentlich kleiner. Der Schnittpunkt der Belastungsgeraden 24 mit der Kurve 22 ist der Arbeitspunkt (Iq, Vq) des Thermistorfühlers 10, wenn dieser einen Zustand schlechteren Wärmeaustauschvermögen ausgesetzt ist.

Beim Betrieb der Einrichtung nach der Erfindung verursacht die an den Thermistorfühler 10 angelegte Spannung eine Selbsterwärmung des Thermistorfühlers. Solange der Thermistorfühler jedoch einen PCühlmittel nit ausreichender Strömungsgeschwindigkeit ausgesetzt ist,, wird er ausreichend gekühlt, um in seinem stabilen 3ereich mit niedrigem Widerstand zu bleiben. V/enn die Strömungsgeschwindigkeit jedoch unter einen bestimmten Wert absinkt, bei welchem der zu kühlende Bauteil der Gefahr einer Überhitzung ausgesetzt ist, beeinträchtigt dieses verringerte Wärnseaustauschvermcgen die Stabilität des Thermistorfühler und dessen Temperatur fängt an zu steigen.

Wenn die Temperatur des Thermistorfühlers den Anomaliewert erreicht, steigt dessen Widerstand plötzlich um verschiedene Grössenordnungen. Dieser Widerstandsanstieg ist von einem schnellen Spannungsanstieg an der Verbindungsstelle 14 und

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mit einem schnellen Abnehmen des Stromes durch den Thermistorfühler verbunden. Infolge des schnellen Spannungsanstieges an der Verbindungsstelle 14 und dem verringerten Strom durch den Thermistorfühler wird der Strom von dem Thermistorfühler abgeleitet und die erhöhte Spannung bringt die Abfühlvorrichtung 16 zum Ansprechen,, wodurch diese leitend wird Dieser Schaltvorgang kann zum Auslösen einer 'warnvorrichtung, wie einer Anzeigelampe, eines Y/arnsummers usv. oder zum Erregen eines Ausschalters o.dgl. verwendet werden, um die Betriebsspannung des nunmehr nicht mehr ausreichend gekühlten Bauteiles zu unterbrechen.

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Es sei besonders darauf hingewiesen, dass die Einrichtung nach der Erfindung eine ihr innewohnende-betriebssichere Arbeitsweise aufweist, denn da mit steigender Temperatur der Strom von der. Thermistorfühler abgeleitet wird, kann ein Durchbrennen des Thermistorfühlers nicht erfolgen.

In Pig,4 ist ein weiteres Au3?ührungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Wieder ist der Thermistorfühler 10 über den Serienwiderstand 12 mit der Energiequelle verbunden und bildet mit diesem einen Spannungsteiler, der eine Verbindungsstelle 14 aufweist. Die Verbindungsstelle 14 ist über einen Strombegrenzungswiderstand 30 an die Steuerelektrode 26 eines steuerbaren Siliciumgleichrichters 28 angeschlossen. Die Steuerstrecke, des Siliciumgleichrichters 28 ist zur Unterdrückung von Ei η schwing Vorgängen ..durch einen Kondensator überbrückt, um ein versehentliches Auslösen des Siliciungleichrichters 26 infolge von Einschwingvorgängen zu ver'nindern. In den Anoden-Kathodenkreis des Siliciungleichrichters 28 ist eine Schaltvorrichtung 33 eingeschaltet, die beim Leitendwerden des Siliciumgleichrichters 28 erregt wird. Die

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Schaltvorrichtung 33 kann eine Y/arnvorrichtung, wie eine Anzeigelampe oder einen V/arnsummer o.dgl. enthalten, die beim Leitendwerden des Siliciumgleichrichters 28 in Betrieb gesetzt wird, um anzuzeigen, dass die Stabilität des Thermistorfühlers gestört und die Kühlung des Bauteiles nunmehr unzureichend ist. Die Schaltvorrichtung 33 kann jedoch auch ein Relais enthalten, dessen Kontakte mit einer an den zu kühlenden Bauteil angeschlossen Last verbunden sind, so dass die Erregung des Relais Ruhekontakte öffnet und damit bei verringertem Wärmeaustauschvermögen des Kühlmittels das zu kühlende Bauteil abschaltet.

In Pig.5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, in welchem wieder der Thermistorfühler 10 über einen Serienwiderstand 12 mit einer Energiequelle verbunden ist und mit diesem einen Spannungsteiler bildet, der eine Verbindungsstelle 14 aufweist, "wenn beim Betrieb der Einrichtung, wie vorstehend erläutert, sich das Wärmeau.etauschvermögen des Kühlmittels, in weichem der Thermistorfühler angeordnet ist, verringert und der Widerstand und die Temperatur des Thermistorfühlers ansteigen, so steigt die Spannung an der Verbindungsstelle 14 auf den V/ert V^ (Pig. 2) und der Strom durch den Thermistorfühler auf den Wert I_Q, wenn der Anomaliepunkt überschritten wird. Die Verbindungsstelle 14 ist an eine als spannungsabhängiges Bauelement ausgebildete Spannungsstabilisatordiode 34 angeschlossen, die eine Schwellwertspannung hat, die gleich ist oder etwas kleiner als der V/ert V_f. Yfie aus Pig.5 ersichtlich,· ist die Spannungsstabilisatordiode 34 durch die positive Spannung an .-der Verbindungsstelle 14 in Sperrichtung vorgespannt. Sie kann durch Erhöhen der Spannung · an der Verbindungsstelle 14 leitend gemacht werden.

Zwischen der Kathode der Spannungsstabilisatordiode 34 und der Verbindungsstelle 14 ist ein Strombegrenzungswiderstand

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angeordnet. Die Anode der Spannungsstabilisatordiode 34 ist_% init der Basis 38 eines Schalttransistors 40 verbunden. Der Schalttransistor 40 wird beim Ansprechen der Spannungsstabilisator.diode 34 leitend« Er ist an eine Relaisspule 42 angeschlossen, die auf einen Ruhekontakt 44 wirkt, mit welchem bei Erregung der Relaisspule 42 eine äussere last abgeschaltet werden kann.

Die Einwirkung auf die Betriebsspannung des zu kühlenden Bauteiles kann natürlich auch auf andere Weise erfolgen. So kann z.B. über einen Arbeitskontakt des Relais .ein Schütz betätigt werden, welches die Betriebsspannung des Bauteiles abschaltet. Andererseits kann das Relais, wie in Fig.5 gezeigt, das I Bauteil über einen Ruhekontakt unmittelbar abschalten, wenn die Kühlung nicht mehr aisreicht.

Pig.6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Anzeigelampe, welche bei dem Betrieb der Einrichtung normalerweise eingeschaltet ist·, um anzuzeigen, dass von dem Thermistorfühler der erforderliche Kühlungsgrad •.estgestellt wird, und ,dass somit der zu kühlende Bauteil ausreichend gekühlt wird. V/'enn der Thermistorfühler jedoch eine Abnahme in dem Wärmeaustauschvermögen des Kühlmittels feststellt, wird der Strom von der Anzeigelampe weggeleitet und ein anderes Anzeigegerät, beispielsweise eine Lampe verschie- g dener Farbe oder ein Warnsummer, wird eingeschaltet, um anzuzeigen, dass die Kühlung nunmehr unzureichend ist. Es kann jedoch auch ein mit einer äusseren Last verbundenes Relais verwendet werden, um beim Vorliegen unzureichender Kühlung einen Stromkreis aufzutrennen.

Wieder ist hier der Thermistorfühler 10 über den Serienwiderstand 12 an die elektrische Energiequelle anges.ch.los-

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sen und bildet mit diesem einen Spannungsteiler mit der Verbindungsstelle 14. Über einen Strombegrenzungswiderstand 48 ist eine aus einem Transistor 46 bestehende weitere Abfüllvorrichtung mit der Energiequelle verbunden. Weiterhin ist zwischen der Energiequelle und dem Transistor 46 eine Anzeigelampe 50 eingeschaltet. Wenn der Transistor 46 infolge eines über den Strombegrenzungswiderstand 48 an seine Basis angelegten Signales in seinem leitenden Zustand ist, brennt die Anzeigelampe 50.

An die Verbindungsstelle H ist über ein als Spannungsstabilisatordiode 54 ausgebildetes spannungsabhängiges Bauelement die erste Abführverrichtung angeschlossen, die ebenfalls aus einem Transistor 52 besteht, der normalerweise in seinem nichtleitenden Zustand ist. Die Spannungsstabilisatordiode hat eine vorbestimmte Schwellwertspannung, die grosser ist als die normalerweise an der Verbindungsstelle 14 liegende Spannung, wenn der Thermistorfühler 10 ausreichend gekühlt ist. Zweckmässigerweise hat die Spannungsstabilisatordiode eine Schwellwertspannung, die gleich.ist oder etwas kleiner als die Spannung V_Q (Pig.2), d.h. die Spannung, die an der Verbindungsstelle 14 entsteht, wenn der Thermistorfühler 10 nicht ausreichend gekühlt ist und sich in seinem Bereich hohen Widerstandes befindet.

Der Transistor 52 ist mit einer Schaltvorrichtung 56 verbunden, die erregt wird, wenn der Transistor 52 in seinen leitenden Zustand gelangt. Der Transistor 52 ist normalerweise nicht leitend bis die Schwellwertspannung der Spannungsstabilisatordiode 54 erreicht v/ird, wodurch der Transistor 52 leitend wird und den Strom von der Basis des Transistors 46 ableitet. Wenn also der Transistor 52 leitend wird, gelangt der Transistor 46 in seinen nicht leitenden Zustand

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und die Anzeigelampe 50 wird abgeschaltet. Gleichzeitig wird die Schaltvorrichtung 56 erregt, wenn der Transistor 52-leitend wird.

V/enn die Schaltvorrichtung 56 eine Anzeigelampe enthält, hat diese zweckmässigerweise eine andere Farbe als die Anzeigelampe 50» um eine eindeutige Anzeige zu erhalten, dass der Thermistorfühler 10 nicht mehr einer aisreichenden Kühlung unterworfen wird,Die SchaltvOrrichtung 56 kann auch einen Warnsummer o.dgl. enthalten, um bei Verringerung des V<ärmeaustauschvermögens eine hörbare Anzeige zu erhalten. Falls erforderlich, kann die Schaltvorrichtung 56 auch ein, gegebenenfalls mit einem äusseren Schütz verbundenes; Relais enthalten, um sowohl eine Anzeige für die Betriebsstörung als " auch ein Abschalten der äusseren last bewirken zu können.

In Fig.7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das besonders für das Abfühlen des v/ärmeaustauschvernögens des Kühlmittels an mehreren Punkten geeignet ist. Hier sind eine Anzahl von Thermistorfühlern 10a, 10b und 10c vorgesehen, die im Abstand voneinander an verschiedenen Stellen mit dem Kühlmittel thermisch in Verbindung stehen. Diese Thermistorfühler können z.B. an verschiedenen Punkten die Luftströmung abfühlen, die verschiedenen Bereichen eines zu kühlenden Bausteines zugeführt wird. Sie können eine Warneinrichtung, ein ,Schütz o.dgl. einschalten, | wenn die Kühlnittelstrcnung an einem dieser Punkte sich verringert oder'unterbrochen wird. .,

Jeder der Thernistorfühler 10a, 10b und 10c ist über einen jeweils zugeordneten Serienwiderstand12ä, 12b und 12c mit der hier nicht näher dargestellten Energiequelle verbunden. Sie bilden mit diesen jeweils einen Spannungsteiler, der eine

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Verbindungsstelle 14a, 14b oder 14c enthält. Diese Verbindungsstellen sind parallel an ein als Spannungsstabilisatordiode 58 ausgebildetes spannungsabhängiges Bauelement angeschlossen, das eine vorbestimmte Schwellwertspannung aufweist, Ein Widerstandsanstieg in einem der Thermistorfühler 10a, 10b oder 10c und ein zugehöriger Spannungsanstieg an einer der Verbindungsstellen 14a, 14b oder 14c der die Schwellwertspannung übersteigt, bewirkt dann ein Ansprechen der Spannungsstabilisatordiode 58.

Die Spannungsstabilisatordiode 58 ist mit einer Schaltvorrichtung verbunden, die einen steuerbaren Siliciumgleichrichter 60 enthält, der eine an die Spannungsstabilisatordiode 58 angeschlossene Steuerelektrode 62 aufweist, so dass beim Ansprechen der Spannungsstabilisatordiode 58 der steuerbare Siliciumgleichrichter 60 ausgelöst wird, flenn also die Schwellwertspannung der Spannungsstabilisatordiode 58 überschritten wird, entsteht an der Steuerelektrode 62 des SiIiciumgleichrichters 60 ein Signal, welches diesen in seinen leitenden Zustand bringt.

In dem Anoden-Kathodenkreis des steuerbaren Siliciumgleichrichters 60 ist aine Anzeigevorrichtung 64 eingeschaltet, die beim Leitendwerden des Siliciumgleichrichters 60 erregt wird. Sie kann eine Anzeigelampe, einen Varnsumcer o.dgl. enthalten, um anzuzeigen-, dass von einem der Thernistorfühler 1Ga, 10b oder 10c eine unzureichende Kühlung festgestellt worden ist. Die Anzeigevorrichtung 64 kann auch ein Relais enthalten, das mit einer äusseren Last verbunden und so ausgebildet ist, dass ein äuserer Stromkreis unterbrochen wird, wenn eine oder mehrere der Thermistorfühler 10a, 10b oder 10c das Vorliegen unzureichenden Wärmeaustauschvermögens des Kühlmittels feststellt.

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Die Spannungsstabilisatordiode 58 hat eine vorbestimmte. 'Schwellwertspannung, die ein unerwünschtes Auslösen des ■ steuerbaren Siliciumgleichrichters 60 während des normalen - _ Betriebes verhindern soll. Wenn nun der Spannungsstabilisatordiode 58 von jeder der Verbindungsstellen Ha, 14b und 14c e'in relativ kleines elektrisches Signal zugeführt wird, und zwar auch beim Vorliegen der erforderlichen Kühlmittelströmung, kann in bestimmten Fällen- die Summe dieser Signale sich dem Schwellwert des steuerbaren Siliciumgleichrichters 60 nähern. Daher wird die Spannungsstabilisatordiode 58 so ausgewählt, dass ihre Schwellwertspannung grosser ist als die Summe solcher Signale, um ein unbeabsichtigtes Auslösen des Siliciumgleichrichters 60 während des. normalen Betrie- " bes der Einrichtung zu verhindern. Erst wenn mindestens . einer der Thermistorfühler unzureichend gekühlt wird, so dass sein Widerstand beträchtlich ansteigt und an einer der Verbindungestellen 14a, -14b und Hc eine den Viert V*. (Fig.2) übersteigende Spannung entsteht, soll der Siliciumgleichrichter (60) ausgelöst werden.

Es ist zweckmässigj die Verbindungsstellen Ha, Hb und 14c gegeneinander zu entkoppeln, Hierzu sind zwischen den Verbindungsstellen und der SpannungsstabilisatorGiode 58 Steuerdioden (66a, 66b und 66c) eingeschaltet. Diese Steuerdioden bewirken, dass die einzelnen Thermistorfühler gegeneinander ä isoliert sind. Sie verhindern die Beeinflussung eines anderen Thermistorfühlers, wenn einer der Thernistorfühler einer verminderten Kühlung ausgesetzt ist und so erregt wird, dass an der Verbindungsstelle mit seinem zugehörigen -Widerstand eine die Schwellwertspannung der Spannungsstabilisatordiode überschreitende Spannung entsteht.

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Die Arbeitsweise des Ausführungsbeispieles nach Pig.7 ist somit im wesentlichen derjenigen der bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele ähnlich. Wenn mindestens einer der Thermistorfühler 10a, 10b und 10c einem Zustand verminderten Wärmeaustauschvermögens des Kühlmittels ausgesetzt wird, steigt der Widerstand dieses Thermistorfühlers an< was an der zugehörigen Verbindungsstelle eine beträchtlich erhöhte Spannung, eine Erregung der Spannungsstabilisatordiode 58 und infolgedessen eine Auslösung des steuerbaren Siliciumgleichrichters 60 bewirkt, worauf letztere die Anzeigevorrichtung 64 betätigt.

Pig.8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches einen Thermistorfühler enthält, der so ausgebildet ist, dass er von kleineren Veränderungen der Umgebungstemperatur im wesentlichen unabhängig, aber dennoch sehr empfindlich gegen Veränderungen des Wärmeaustauschvermögens eines Kühlmittels ist, wie sie beispielsweise durch Veränderungen von dessen Strömungsgeschwindigkeit hervorgerufen werden. Wieder ist, wie vorstehend erläutert, der Thermistorfühler über einen Serienwider&tana 12 an die Energiequelle angeschlossen und bildet mit diesem einen Spannungsteiler, der die Verbindungsstelle 14 aufweist.

Der Thermistorfühler 10 ist jedoch in diesem Ausführungsbeispiel so ausgebildet, dass er eine relativ hohe Anomalietemperatur besitzt, beispielsweise von ungefähr 120° C.

Weiterhin ist ein zweiter Thermistorfühler 68 vorgesehen, der mit dem ThermistorfüV.ler 10 thermisch gekoppelt ist und als Heizvorrichtung wirkt. Der Thermistorfühler 68 ist unmittelbar an die Energiequelle angeschlossen, so das er bis über seine Anomalietenperatur aufgeheizt werden kann. Vorteil-

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hafterweise ist der Thermistorfühler 68 so ausgewählt, dass er im Vergleich zu dem Thermistorfühler 10 eine relativ niedrige Anomalietemperatur besitzt, beispielsweise von etwa 80°'Cf. wenn der Thermistorfühler 10 eine Anomalietemperatur von 120° G aufweist. Durch diese Massnahme wird der Thermistorfühler 68 wesentlich früher als der Thermistor₄fühler 10 auf einen Punkt erregt, an welchem eine Selbsterwärmung auftritt. Dadurch befindet sich der Thermistorfühler 68 während des normalen Betriebes der Einrichtung, wenn also eine ausreichen de Kühlmittelströmung vorhanden ist, in seinem Bereich der Selbsterwärmung und überträgt so viel Wärme an den Thermistorfühler TO, so dass dieser auf eine relativ hohe Temperatur gebracht wird, die jedoch noch unterhalb seiner Anomalie- | temperatur liegt* Auf diese Weise können kleinere Veränderungen der Umgebungstemperatur die Arbeitsweise des Thermistorfühlers 10 nicht beeinflussen, weil dieser sich auf einer relativ hohen Temperatur befindet. Er behält jedoch seine Empfindlichkeit gegen Veränderungen des Wärmeaustauschvermögens des Kühlmittels, dem er ausgesetzt ist.

Die Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels nach Fig.8 ist im wesentlichen demjenigen der vorstehenden Ausführungsbeispiele ähnlich. Wenn der Thermistorfühler 10 einen Kühlmittel ausgesetzt ist, das ein vermindertes V/ärmeaustauschvernögen besitzt, stellt er diese Veränderung fest und beginnt sich selbst zu erwärmen und einen wesentlich vergrösserten Widerstand zu i entwickeln, wenn er, wie vorstehend erläutert, seinen Anomaliepunkt erreicht.

Wenn die Spannung an der Verbindungsstelle 14 den Wert V_Q (Fig.2) erreicht, ist diese ausreichend, um eine Schaltvorrichtung zu betätigen, die hier als steuerbarer SLlicium-

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gleichrichter 70 ausgebildet ist, der eine über einen Strombegrenzungswiderstand 72 mit der Verbindungsstelle 14 verbundene Steuerelektrode 71 aufweist. Weiterhin ist in dem Anoden-Kathodenkreis des steuerbaren Siliciumgleichrichters 70 eine Anzeigevorrichtung 76 eingeschaltet, die betätigt wird, wenn der steuerbare Siliciumgleichrichter 70 ausgelöst wird. Die Anzeigevorrichtung 76 kann eine Anzeigelampe, einen Warnsummer o.dgl. enthalten, sie kann aber auch ein Relais aufweisen, bei dessen Erregung zugehörige Relaiskontakte in einem äusseren Belastungskreis betätigt werden, die eine Stromkreisunterbrechung bewirken, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels auf einen mgglicherweise schädlichen Wert absinkt.

Die im Vorstehenden beschriebene Einrichtung nach der Erfindung ist sehr anpassungsfähig und vielseitig in ihrer Anwendung und kann in verschiedenen Ausführungen verwendet werden. Z.B. kann der Thermistorfühler in einem gasförmigen iVedium, wie Luft, angeordnet werden, um eine Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit des zum Kühlen von wärmeempfindlichen Bauteilen verwendeten Kühlmiitels festzustellen, da eine verminderte Strömungsgeschwindigkeit einen v/eniger wirksamen Wärmeaustausch zur Folge hat, was wiederum die Stabilität des Thermistorfühlers wie vorstehend beschrieben stört und ein plötzliches Ansteigen des Widerstandes des Thermistorfühlers bewirkt, wenn dieser aufgeheizt wird. In ähnlicher V/eise kann der Therr mistorfühler lediglich zum Feststellen einer Veränderung der Umgebungstemperatur der Kühlluft verwendet werden, um eine Anzeige dafür zu bewirken, dass das Bauteil nicht mehr ausreichend gekühlt wird.

Der Thermistorfühler kann auch einem flüssigen Kühlmittel ausgesetzt werden. Hier kann er dazu verwendet werden, um bei-

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spielsweis« die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im wesentlichen in der gleichen Weise abzufühlen, wie bei einer Gasströmung. Der Thermistorfühler kann jedoch auch den Flüssigkeitsstand in einem Behälter abfühlen. In diesem Falle wird die Kennlinie des Thermistorfühlers so ausgewählt, dass der Thermistorfühler beim Vorliegen einer Flüssigkeit vorgegebener Temperatur ausreichend gekühlt wird, wenn er thermisch in Kontakt mit der Flüssigkeit steht, dass aber eine Selbsterwärmung und infolgedessen eine Störung der Stabilität des Thermistorfühlers in der vorbeschriebenen V/eise auftritt, wenn der Thermistorfühler nicht mehr in thermischem Kontakt mit der Flüssigkeit. steht,.

In den vorstehenden Ausführungsbeispielen ist ein Transistor und ein steuerbarer Siliciumgleichrichter als geeignet zum Abfühlen der Vergrösserung des Widerstandes des Thermistorfühlers infolge seiner SeIbsterwärmung· beschrieben worden. Hierfür können jedoch auch andere Bauelemente verwendet v/erden, z.B. ein Triac, ein Thyristor o.dgl.. V/eiterhin wird in den Ausiührungsbeispielen, in denen ein Transistor in der Abfüllvorrichtung verwendet wird, dieser ohne Verriegelung betrieben, so dass der leitende Transistor wieder nichtleitend wird, wenn das Steuersignal wieder von seiner Basis ent-^ fernt wird. In den Ausführungsbeispielen, in denen ein Steuer- f barer Siliciumgleichrichter in der Abfüllvorrichtung verwendet wird, tritt jedoch dadurch ein Verriegelungseffekt auf, dass der steuerbare Siliciumgleichrichter, wenn er einmal ausgelöst worden ist, so lange leitend bleibt, bis die Betriebsspannung in seinem Anoden-Kathodenkreis abgeschaltet wird. Es ist somit ersichtlich, dass die Auswahl des Bauele-

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mentes in der Abführvorrichtung für den Y/iderstand des Thermistorfühlers von der beabsichtigten Funktion der Schaltung und der gewünschten Anzeige oder Wirkung auf den zu kühlenden Bauteil abhängt.

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Claims (18)

A 38 070 h 20.März 1970 - gü-35 ',- - . Patentansprüche 's - - * ■ ■

1. Überwachungseinrichtung für Veränderungen des Wärmeaustauschvermögens eines Kühlmittels mit mindestens einem thermisch in Verbindung mit dem Kühlmittel setzbaren und an eine elektrische -Jlnergiequelle angeschlossenen Thermistorfühler, dessen elektrische Kennlinie eich abhängig von vorbestimmten Veränderungen des Wärmeaustauschverniögens des Kühlmittels verändert, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermistorfühler (10) elektrisch mit einer auf Veränderungen seiner Kennlinie ansprechen- (j den und dabei ein elektrisches Signal abgebenden Abfüllvorrichtung (16; 28; 34» 40; 54, 52; 58, 60; 70). verbunden -ist, und dass an die Abführvorrichtung eine Schaltvorrichtung (18, 33, 42, 56, 64, 76) zum wahlweisen Speisen einer Last angeschlossen ist.

2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Widerstand des Thermistcrfühlers (10) mit zunehmender Temperatur ansteigt, und dass die Abfühlvorrichtung (16 ...70) auf Veränderungen des Widerstandes des Thermistorfühlers (10)· anspricht und derart ausgebildet ist, dass sie die Schaltvorrich- ; tung (18 ... 76) bei einem vorbestimmten Anstieg des ™ Widerstandes des Thermistorfühlers betätigt*;

3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Thernistorfühler (1.0) eine Abgleichvorrichtung (12) verbunden ist, dass die Energiequelle (V) j der Thermistorführer (10) und die Abgleichvorrichtung (12) so dimensioniert sind, dass an einer

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Verbindungsstelle (14) zwischen der Abgleichvorrichtung (12) und dem Thermistorfühler (10) beim Vorliegen eines ersten vorbestimmten Zustandes des Wärraeaustauschvermögens des Kühlmittels, vorzugsweise dessen Strömungsgeschwindigkeit, Temperatur oder An- bzw. Abwesenheit, eine vorgegebene erste Spannung (V„) und beim Vorliegen eines zweiten· vorbestimmten Zustandes schlechteren Wärmeaustauschvermögens eine davon wesentlich verschiedene vorgegebene zweite Spannung (V_Q) entsteht, und dass die Abfüllvorrichtung (16 ... 70) ein an die Verbindungsstelle (14) angeschlossenes spannungsabhängiges Bauelement (28, 34, 54, 58, 70) aufweist, das beim Vorliegen der zweiten Spannung (Vq) anspricht.

4. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgleichvorrichtung einen ahm'sehen Widerstand (12) aufweist, der mit dem Thermistorfühler (10) einen Spannungsteiler mit der Verbindungsstelle (14) zwischen den Widerstand (12) und dem Thermistorfühler (10) als Abgriff bildet.

5. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das spannungsabhängige Bauelement (28 ... 70) die Schaltvorrichtung (18 ... 76) entweder direkt (28, 70), unter Zwischenschaltung eines Verstärkers (40, 52) oder mittels eines von ihn gesteuerten zweiten spannungsabhängigen Bauelementes (60) zu betätigen vermag. i

6. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das spannungsabhängige Bauelement (28 ... 70) bein Vorliegen der ersten Spannung

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^ N) an der Verbindungsstelle (14) im wesentlichen nichtleitend und beim Vorliegen der zweiten Spannung (V_Q) an der Verbindungsstelle (14) derart leitend ist, dass es die Schaltvorrichtung (18 ... 76) zu betätigen vermag.

7· Überwachungseinrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das spannungsabhängige Bauelement ein Transistor (40, 52) ist.

8. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das spannungsabhängige Bauelement ein Thyristor (28, 70) ist, vorzugsweise ein steuerbarer Siliciumgleichrichter.. j

9. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das spannungsabhängige Bauelement ein Spannungsstabilisator (34, 54, 58) ist, vorzugsweise eine Zenerdiode.

10. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das spannungsabhängige Bauelement (34, 54; 58) mit dem Eingang (38) eines Transistorverstärkers (40, 52) bzw. der Steuerelektrode (62) eines Thyristors (60), vorzugsweise eines sbeurbaren Silicium-

~ gleichrichters, verbunden ist und dieses Bauelement (40, 52; 60) in den leitenden Zustand zu setzen vermag. , §

11. Überwachungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermistorfühler (TO) mit einer zweiten Abführvorrichtung (46) verbunden ist, die anspricht, wenn die erste Abführvorrichtung (54, 52) nicht angesprochen hat, und dass auch, an die zweite Abführvorrichtung (46) eine Schaltvorrich-

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tung zum wahlweißen Speisen einer last (50 angeschlossen ist.

12. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Abführvorrichtung (46) an den Ausgang der ersten Abführvorrichtung (54-, 52) und vorzugsweise auch an die elektrische Energiequelle (V) angeschlossen ist.

13.. Überwachungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Last eine Warnlampe und/oder einen Warnsummer enthält.

14. Überwachungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, öadurch gekennzeichnet, dass die Last ein Relais (42, 44) zum Abschalten der vom Kühlmittel zu kühlenden Einrichtung enthält.

15. Überwachungseinrichtung nach einen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Thermistor fühler (10) eine an die elektrische Energiequelle (V) angeschlossene Heizvorrichtung (68) thermisch gekoppelt ist, mit deren Hilfe dieser auf eine vorbestimmte Temperatur unterhalb seines Anomaliepunktes aufheizbar ist.

16. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekenn zeichnet, dass die Heizvorrichtung ein weiterer Thermistorfühler (68) ist, dessen Anomaliepunkt unterhalb desjenigen des ersten Thermistorfühlers (10) liegt.

17. Überwachungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Eingang

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der Abfüllvorrichtung (58, 60) eine Anzahl von Thennistorfühlern (10a, b, c) verbunden ist, die im Abstand voneinander an verschiedenen Stellen mit dem Kühlmittel thermisch in Verbindung sind.

18. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeicniiet, dass zwischen jeder zwischen einem Therinisxorfühler (10a, b, c) und seinem zugehörigen Abgleichglied (12a, b, c) liegenden Verbindungsstelle (14a, b, c) und

, dem Eingang der Abfühlvorrichtung (58, 60) eine Steuerdiode (66a, b, c) zur Entkopplung der Thermistorfühler (TOa, b, c) angeordnet ist. ,

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