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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Heizregler, und insbesondere betrifft die Erfindung einen Heizregler mit einem elektronischen Thermostat.
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Heizregler werden regelmäßig dort benötigt, wo ein temperaturabhängiges Beheizen bzw. Erwärmen erforderlich ist. Heizregler werden zum Beispiel bei der Beheizung von Frühbeeten für die Anzucht von Jungpflanzen verwendet.
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Ein anderes Anwendungsgebiet ist die Beheizung von Dachrinnen. Zur Vermeidung des Gefrierens von Wasser in Dachrinnen, welches sich aufgrund schlecht isolierter Dächer auch bei Temperarturen unter dem Gefrierpunkt in den Dachrinnen sammeln kann, werden in diesen regelmäßig Dachrinnenheizungen eingebaut, die mit einem entsprechenden Regler gesteuert werden, wobei die Heizungen in einem bestimmten Temperaturbereich (beispielsweise von +3 bis –15 C°) eingeschaltet werden.
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Aus dem Stand der Technik sind Heizregler mit einem mechanischen Thermostaten bekannt. Nachteil eines solchen Heizreglers ist die relativ große Hysterese (gewisser Totbereich um einen Schwellwert) des darin verbauten mechanischen Thermostaten. Diese relativ große Hysterese bedingt einen erhöhten Strombedarf des mechanischen Reglers.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Heizregler mit einer verminderten Hysterese bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Heizregler mit den Merkmalen von Schutzanspruch 1 gelöst.
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Der Heizregler umfasst eine in ein elektrisches Kabel integrierte (d.h. mit dem Kabel gekoppelte) Leiterplatte mit einer elektrischen Auswertschaltung zur Steuerung des Stromflusses durch das elektrische Kabel, einen mit der Leiterplatte und damit mit der Auswerteschaltung gekoppelten Temperaturfühler, wobei die elektrische Auswerteschaltung den Stromfluss in Abhängigkeit von einer mit dem Temperaturfühler ermittelten Temperatur regelt.
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Steigt die Temperatur über einen programmierten ersten Schwellwert (beispielsweise +3°C), wird der Stromfluss durch das Kabel unterbrochen, ein Beheizen beispielsweise einer Dachrinne findet nicht statt. Wird der erste Sollwert hingegen unterschritten, wird der Stromfluss durch das Kabel ermöglicht, so dass (in diesem Beispiel) die Dachrinne beheizt wird. Sofern die Temperatur unter einen zweiten Sollwert absinkt (beispielsweise –15°C), wird der Stromfluss erneut unterbrochen, da bei Dachrinnen unter einer gewissen Temperatur nicht zu erwarten ist, dass sich in diesen größere Wassermengen ansammeln. Die Schwellwerte werden in Abhängigkeit von dem Anwendungszweck vorgegeben bzw. eingestellt.
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Als Temperaturfühler wird üblicherweise ein NTC-Widerstand verwendet. Bei NTC-Widerständen ist die Kennlinie der verwendeten Materialien aufgrund des Halbleiter-Effektes des Materials in hohem Maß von Fehlstellen, u. a. der Dotierung der Grundstoffe, abhängig. Eine gleichmäßige Dotierung dieser Grundstoffe war früher nur schwer zu realisieren. NTC-Widerstände waren daher nur mit von Charge zu Charge sehr unterschiedlichen Kennlinien herstellbar und waren für präzise Temperaturmessungen wenig geeignet. Austauschbarkeit bei Ausfall des NTC-Widerstandes war ohne (Neu-)Kalibrierung nicht möglich.
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Inzwischen sind jedoch NTC-Widerstände mit einer Austauschtoleranz von ±0,05 K üblich. Das heißt, dass die Abweichung der Kennlinie unterschiedlicher NTC-Widerstände einer Serie bei allen Temperaturen in einer definierten Bereich so eng toleriert ist, dass die im Messgerät einprogrammierte Kurve bei einem Sensortausch nicht geändert werden muss. Übliche Toleranzen für Temperatursensoren sind heute um die ±0,2 K bis zu ±1,0 K bei Massenfertigung. Aufgrund dieser geringen Toleranzen kann mit derartigen Temperaturfühlern die Hysterese, also der Totbereich um einen Sollwert, gering gehalten werden.
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Die Leiterplatte mit der elektrischen Auswerteschaltung ist sehr empfindlich gegenüber mechanischen Beanspruchungen. Daher umfasst der Heizregler ein aus mehreren Schutzrohrelementen gebildetes Schutzrohr, welches im Bereich der Leiterplatte angeordnet ist. In dem Bereich der Leiterplatte kann das Schutzrohr kreiszylinderförmig ausgebildet sein. An jeder Stirnseite ist eine Kabeldurchführung ausgebildet, durch welche das elektrische Kabel in bzw. aus dem Schutzrohr geleitet ist.
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Zusätzlich zu dem mechanischen Schutz durch das Schutzrohr umfasst der erfindungsgemäße Heizregler einen das Schutzrohr sowie Kabelbereiche bei den Stirnseiten des Schutzrohres umgebenden Schrumpfschlauch. Dieser wird mit einem Gerät zur Erzeugung von Heißluft (beispielsweise einem Heißluftföhn) bei etwa 140 C auf das Schutzrohr sowie angrenzende Kabelbereiche aufgeschrumpft, so dass ein wirksamer Schutz gegen das Eindringen von Feuchtigkeit gewährleistet ist. Der erfindungsgemäße Heizregler umfasst einen mechanischen Schutz der Leiterplatte, kombiniert mit einem Schutz gegen das Eindringen von Feuchtigkeit, so dass ein reibungsloses Funktionieren der elektrischen Auswerteschaltung sichergestellt ist.
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Der Temperaturfühler sollte so in dem Schutzrohr angeordnet sein, dass er möglichst weit entfernt von wärmeerzeugenden Bauteilen angeordnet ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizreglers ist in einem Schutzrohrelement im Bereich der Kabeldurchführung eine Öffnung ausgebildet, in welcher der Temperaturfühler angeordnet ist. Der Temperaturfühler wird bei dieser Anordnung nicht durch das Schutzrohr als solches beeinflusst und kann somit rascher und genauer die Außentemperatur ermitteln.
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Die elektrische Leiterplatte ist empfindlich gegenüber Feuchtigkeit. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizreglers ist die Leiterplatte daher mit einem wasserundurchlässigen Lack überzogen. Dieser wasserundurchlässige Lack stellt einen weiteren Schutz gegen Feuchtigkeit bereit.
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Die Schutzrohrelemente umfassen bei einer bevorzugten Ausführungsform Klemmmittel, die ein selbsttätiges Verklemmen der mehreren Schutzrohrelemente gewährleisten. Die mehreren Schutzrohrelemente halten selbstständig zusammen, so dass ein temporäres Fixieren vor dem Aufschrumpfen des Schrumpfschlauches nicht notwendig ist.
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Der Bereich der Kabeldurchführungen bei dem Schutzrohr ist besonders anfällig für das Eindringen von Feuchtigkeit. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist in den Bereichen der Kabeldurchführungen des Schutzrohres dieses mit einem selbstschweißenden Band, beispielsweise aus Polyisobutylen, gegen das elektrische Kabel abgedichtet.
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Heizregler sind üblicherweise nicht an einen eigenen Stromzähler angeschlossen, sondern sind Teil eines Stromnetzes mit vielen Verbrauchern; wie viel Strom für die Beheizung verbraucht wurde, lässt sich in einem solchen Fall nicht ermitteln. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Leiterplatte daher einen Sendeempfänger, mit dem Parameter der Auswerteschaltung ausgelesen werden können. Beispielsweise bietet es sich an, Verbrauchsdaten auf diesem Wege auszulesen.
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Ferner können der Auswerteschaltung über den Sendeempfänger neue Parameter vorgegeben werden. Beispielsweise kann der Auswerteschaltung ein veränderter Temperaturbereich für die Regelung des Stromflusses übermittelt werden. In diesem Zusammenhang ist es ferner bevorzugt, dass die Auswerteschaltung oder die Leiterplatte einen Zeitgeber umfasst, über welchen sich der Stromfluss zusätzlich zeitabhängig regeln lässt.
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Im Nachfolgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung genauer beschrieben. In der Zeichnung zeigt:
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1A eine Schnittansicht durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizreglers ohne aufgeschrumpften Schrumpfschlauch,
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1B eine Schnittansicht durch die in 1A gezeigte Ausführungsform mit aufgeschrumpftem Schrumpfschlauch, und
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1C eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizreglers ohne aufgeschrumpften Schrumpfschlauch.
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1A zeigt eine seitliche Schnittansicht durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizreglers. Dieser umfasst eine in ein elektrisches Kabel 1 integrierte Leiterplatte 2, welche mit einer (nicht dargestellten) wasserundurchlässigen Lackschicht versehen ist. Die Leiterplatte umfasst eine elektrische Auswerteschaltung zur Steuerung des Stromflusses durch das elektrische Kabel 1.
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Entsprechende Auswerteschaltungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und die genaue Ausgestaltung ist im Rahmen dieser Erfindung nicht wesentlich. Sowohl die Leiterplatte als auch die Auswerteschaltung werden daher nicht im Detail beschrieben.
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Bei dem elektrischen Kabel 1 ist in dem mittigen Bereich die Isolierung entfernt und es sind die üblichen drei Leiter bzw. Adern (stromführender Leiter (Phase), Kurzzeichen L; Neutralleiter, Kurzzeichen N; Schutzleiter, Kurzzeichen PE), von denen lediglich zwei (N-, L-Leiter) dargestellt sind, freigelegt. Der L-Leiter 1a und der N-Leiter 1b des elektrischen Kabels sind mit einer entsprechenden Crimpzange oder einem Presswerkzeug in die dafür vorgesehenen Crimpklemmen 1d (lediglich die Crimpklemmen für den L-Leiter 1a sind angedeutet) der Leiterplatte eingepresst, wobei darauf zu achten ist, dass die nebeneinanderliegenden Einzeladern des elektrischen Kabels nicht über Kreuz verlaufen. Der Leiterabschnitt zwischen den Crimpklemmen zur Befestigung des L-Leiters wird nach dem Einklemmen in den Klemmen entfernt.
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In dem Bereich der Leiterplatte 2 ist aus mehreren Schutzrohrelementen 4 ein Schutzrohr gebildet, welches die Leiterplatte und einen mit der Leiterplatte 2 gekoppelten Temperaturfühler 3 vor mechanischen Beschädigungen schützt. Bei der gezeigten Ausführungsform umfasst das Schutzrohr zwei Schutzrohrelemente 4, die jeweils als Halbschalen ausgeführt sind.
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Das Schutzrohr weist bei den Stirnseiten 4a, 4b jeweils eine Kabeldurchführung auf, durch welche das elektrische Kabel 1 in bzw. aus dem Schutzrohr geleitet ist. Die Ummantelung des elektrischen Kabels ist lediglich in dem von dem Schutzrohr geschützten Bereich entfernt und so die einzelnen Kabel freigelegt.
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Die Schutzrohrelemente 4 umfassen Klemmmittel 4c, die ein selbstständiges Verklemmen der Schutzrohrelemente 4 aneinander gewährleisten. Ein temporäres Fixieren der Elemente aneinander durch Hilfsmittel ist damit überflüssig, die Herstellung des Heizreglers wird vereinfacht und beschleunigt.
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Der Heizregler gemäß der ersten Ausführungsform umfasst ferner einen Sendeempfänger 9, mit welchem Daten der Auswerteschaltung, beispielsweise der Stromverbrauch, ausgelesen werden können. Über den Sendeempfänger können der Auswerteschaltung auch neue bzw. geänderte Parameter übermittelt werden; auf diese Weise lässt sich der Regelbereich rasch anpassen. Eine entsprechende Anpassung kann insbesondere bei einer Veränderung des Anwendungsgebietes für den Heizregler notwendig werden.
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Die Kommunikation mit dem Sendeempfänger findet vorzugsweise kontaktlos statt. Dazu eignet sich beispielsweise die sogenannte Nahfeld-Kommunikation (Near Field Communication). Wie genau mit dem Heizregler bzw. dem in dem Heizregler verbauten Sendeempfänger kommuniziert wird, hängt insbesondere von dem Anwendungsgebiet und damit von der Art des verbauten Sendeempfängers ab.
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1B zeigt eine weitere Schnittansicht der ersten Ausführungsform, wobei in 1B der Schrumpfschlauch 6 gezeigt ist, der über das Schutzrohr 4 und Bereiche des elektrischen Kabels 1, das aus den Stirnseiten 4a, 4b des Schutzrohres geführt ist, geschrumpft ist. Das Schrumpfrohr 6 kann aus einem beliebigen geeigneten Kunststoff gefertigt sein, und verhindert ein Eindringen von Feuchtigkeit über die Kabeldurchführungen in das Schutzrohr. Der Schrumpfschlauch selber wird über das Schutzrohr geführt und mit etwa 140°C heißer Luft auf das Schutzrohr und das elektrische Kabel aufgeschrumpft. Die Heißluft kann beispielsweise mit einem Heißluftföhn erzeugt werden. Um eine entsprechende Abdichtung zu erreichen, ragt der Schrumpfschlauch vor der Aufbringung auf das Schutzrohr und das elektrische Kabel bei jeder Stirnseite etwa 5cm über diese hinaus.
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1C zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizreglers, wobei eines der bei dieser Ausführungsform verwendeten Schutzrohrelemente eine Öffnung 7 in der Wandung aufweist, wobei diese Öffnung im Bereich der Kabeldurchführungen angeordnet ist. In der Öffnung 7 ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Temperaturfühler 3 angeordnet, so dass eine möglichst gute Beabstandung zu wärmeerzeugenden Bauteilen der Leiterplatte gegebenen ist.
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Als weitere Maßnahme gegen das Eindringen von Feuchtigkeit ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel in dem Übergangsbereich Schutzrohr/elektrisches Kabel ein selbstschweißendes Band 8 angeordnet, welches beispielsweise aus Polyisobutylen bestehen kann. Das selbstschweißende Band wird über die Kabeldurchführung des Schutzrohres und ein Teil des elektrischen Kabels gewickelt. In Vorbereitung der Umwickelung kann der Kabelmantel des elektrischen Kabels im Bereich der Umwickelung mit dem selbstschweißenden Band zunächst aufgeraut und im Anschluss mit Ethanol oder Isopropanol entfettet werden.
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Das bei dem erfindungsgemäßen Heizregler verwendete Schutzrohr dient dem mechanischen Schutz, und zwar insbesondere der Leiterplatte. Das Schutzrohr besteht aus mehreren Schutzrohrelementen, wobei es üblich ist, dass zwei Halbschalenelemente verwendet werden. Die Materialwahl für das Schutzrohr ist lediglich durch seine Funktion, nämlich dem Schutz vor mechanischen Beeinflussungen der Leiterplatte und mit dieser Verbundener Bauteile, beschränkt.
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Generell ist bei dem Design bzw. der Bestückung der Leiterplatte darauf zu achten, dass wärmeentwickelnde Bauteile möglichst weit von dem Temperaturfühler 3 entfernt auf der Leiterplatte angeordnet sind.
