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Schwellwertschalter, Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwellwertschalter
mit einem von einer physikalischen Größe, wie Druck, Temperatur und dgl. abhängigen
Widerstand, der zusammen mit anderen Widerständen eine Brückenschaltung bildet,
in deren Brückendiagonalen die Basis-Emitter-Diode eines ersten Transistors und
in Reihe dazu die eines den abhängigen Widerstand enthaltenden Zweig vom ersten
Transistor entkoppelnden zweiten Transistors liegen, einer deren AusganPskreise
mittelbar oder unmittelbar mit einer Steuer-oder Anzeigeeinrichtung verbunden ist.
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Diese bekannten Schwellwertschalter, die beispielsweise als Temperaturschalter
zur LSberwachung der Betriebstemperatur von Kraftfahrzeugmotoren oder zur Steuerung
von Kühl- oder Heizaggregaten herangezogen werden und die Aufgabe haben, bei Über-
oder Tjffterschreiten eines bestimmten Wertes der physikalischen Größe ein Warn-
und/ oder Steuersignal abzugeben, das zeitlich unmittelbar oder zeitverzögert nach
nter- oder Überschreiten des bestim!nl en Wertes wieder abgeschaltet wird, haben
den Nachteil, daß die Einstellung des Schaltpunktes-und der Schalthysterese erhebliche
Schwierigkeiten macht, da sich beide bei der Einstellung gegenseitig beeinflussen.
Dies beruht darauf, daß der das Potentiometer für den Schaltpunkt enthaltende Brückenzweig
in Reihe mit dem das otentiometer für die Schalthysterese aufweisenden BrXickenzweig
liegt und eine Verstellung des einen Totentiometers somit zu einer Stromänderung
in dem das andere Totentio meter enthaltenden nriickenzweig und umgekehrt führt.
Zudem ist die einmal eingestellte Sehalthysterese speisespannungsbhängig, was sich
insbesondere bei Verwendung dieser Schalter in Kraftfahrzeugen sehr nachteilig auf
die uchaltgenauigkeit auswirkt und den Einbau spannungsstabilisierender Mittel erfordert.
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Diese Schwierigkeiten und Nachteile werden durch die Erfindung überwunden
und zwar dadurch, daß erfindungsgemäß die Basis des ersten Transistors über einen
vorzugsweise veränderbaren Widerstand und ein die Steuer- oder Anzeigeeinrichtung
betätigendes oder von der Steuereinrichtung betätigtes Schaltelement mit einer gegenüber
der Basis ein höheres Potentinl führenden Leistung verbunden ist. Bei einer derartigen
Schaltung ist der die Schalthysterese beeinflussende, veränderbare Widerstand nur
so lange wirksam, wie die Steuer- und/oder Anzeigeeinrichtung in Betrieb ist. Außerhalb
des durch die Schalthysterese bedingten Schaltintervalles ist somit nur noch der
den Scheltpunkt beeinflussende Widerstand, der in einer der beiden Brückenzweige
liegt, die zu dem den abhängigen Widerstand enthaltenden Zweig parallel sind, wirksam,
was zur Folge hat, daß Schaltpunkt und Schalthysterese unabhängig von einander und
zudem wesentlich größere Schalthysteresewerte als bei den bekannten Schwellwertschaltern
eingestellt werden können. Des weiteren hat eine solche Lösung den Vorteil, daß
die Schalthysterese spannungsunabhängig ist.
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Die Erfindung sei anha.nd der Zeichnung, die als husführungsbeispiel
einen Temperaturschalter enthält, naher erläutert.
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Der Temperaturschalter ist in Form einer Brückenschaltung aufgebaut,
deren Zweige durch den veränderlichen Widerstand 1, den Festwiderstand 2, die Reihenschaltung
der Widerstände 5 und 4 und einen Heißleiter 5 als Temperaturmeßfühler gebildet
werden und in deren Brückendiagonalen die Basis-Emitter-Diode eines ersten Transistors
6 und in Reihe dazu die eines zweiten Transistors 7, der zur Entkonplung des Heißleiters
5 von dem Emitter des Transistors 6 vorgesehen ist, liegen. Ohne Vorhandensein des
Transistors 7 würde der Emitterstrom des Transistors 6 über den Heißleiter 5 fließen
und diesen erwärmen, wodurch sich Schaltpunkt und Schalthysterese in nicht erfaßbarer
Weise ändern wurden.
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Die steuer- oder Anzeigeeinrichtung, in vorliegendem Fall ein Relais
8 mit einem Arbeitskontakt 9, kann an sich unmittelbar in den Ausgangskreis des
Transistors 6, also beisnielsweise in dessen kollektorleitung eingeschaltet werden.
Zweckmäßiger ist jedoch die Verwendung eines vom Ausgangskreis des Transistors 6
gesteuerten Endtransistors 10, da dann die Transistoren 6 und 7 so ausgewählt und
geschaltet werden können, daß die Beeinflussung der Brückenzweige durch den Basisstrom
vernachlässigbar klein wird und dadurch verursachte Schaltfehler nicht mehr ins
gewicht fallen.
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Die BrXickenwlderstände der beiden Spannungsteiler sind so gewählt,
daß bei einer unter dem kritischen Punkt liegenden Temperatur im Punkt 11 ein höheres
positives Potential herrscht als im Punkt 12. In diesem Zustand sind alle drei Transistoren
6, 7 und 10 gesperrt und das Relais 8 abgefallen. Mit steigernder Temperatur sinkt
nun der Widerstand des Heißleiters 5 ab, was zur Folge hat, daß das Potential im
Punkt 11 absinkt und, wenn dieses unter das potential im Punkt 12 gesunken ist,
die beiden Transistoren 6 und 7 ausgesteuert werden. Der dadurch entstehende und
durch den Widerstand 4 fließende Kollektorstrom des Transistors 7 führt zu einer
zusätzlichen lotentialerhöhung in Punkt 12, so daß, wenn die Temperatur den kritischen
Punkt erreicht hat, die transistoren 6 und 7 und damit der Transistor 10 voll ausgesteuert
werden und das Relais 8 anzieht.
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Fallt die Temperatur wieder ab, so erhöht sich der Widerstand des
Heißleiters 5 und damit das Potential im~Punkte 11. Hat das potential im Punkte
11 schließlich einen lehrt erreicht, bei dem über die Emitter-Easis-Dioden der beiden
Transistoren 6 und 7 kein Strom mehr fließt, werden die beiden Transistoren 6 und
7 und damit auch der vrnnsistor 1& in ihren Sperrzustand gesteuert und das Relais
8 fällt wieder ab.
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Aus diesem sich auf einen bekannten Schwellwertschalter beziehenden
Wirkungsablauf geht hervor, daß der Schaltpunkt am veränderlichen Widerstand 1 und
die Schalthysterese durch geeignete Wahl des Widerstandes 4 eingestellt werden kann,
wobei sich beide aufgrund der Reihenschaltung gegenseitig beeinflussen, so daß die
Einstellung recht umständlich und zeitraubend ist. Ist jedoch gemäß der Erfindirng
die Basis des Transistors 6 mit der positives Potential führenden Speiseleitung
13 über einen veränderbaren Widerstand 14 und den das Relais 8 betätigenden Schalttransistor
10 verbunden, ist diese gegenseitige Beeinflussung von Schaltpunkt und Schalthysterese
eliminiert, da außerhalb des Schaltintervalls der zur Einstellung der Schalthysterese
vorgesehene Widerstand 14 nicht wirksam ist.
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Bei großen Schalthysteresewerten kann es geschehen, daß der Widerstandswert
des normalerweise gegenüber dem Widerstand 1 hochohmigen Widerstandes 14 relativ
kleine Werte annimmt. Dies hat zur Folge, daß ein Teil des durch den Widerstand
1 fließenden Stromes anstatt über die Widerstände 3 und 4 und die der Temperaturkompensation
dienende Diodenkette 15 über.den Widerstand 14 und das Relais 8 zu der negatives
oder Nullpotentlal führenden Leitung 86 fließt und damit Schaltpunkt und Schalthysterese
nicht mehr unabhängig voneinander eingestellt werden können. Um dies zu vermeiden,
ist am zweckmäßigsten in Reihe mit dem Widerstand 14 eine Diode 17 geschaltet, die
die Ausbildung eines derartigen Zweigstromes verhindert.
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Da die zu einer Schalthysterese führende Potentialerhöhung im Punkte
12 bei dem erfindungsgemäßen Schwellwertschalter über den Widerstand 14 erfolgt,
kann der Widerstand 4 entfallen und der Kollektor des Transistors 7 unmittelbar
an die negatives oder Nullpotential führende Leitung 16 angeschlossen werden. Lediglich
wenn die Steuer- oder Anzeigeeinrichtung unmittelbar im
Ausgangskreis
des Transistors 6 liegt, kann es zweckmässig sein, einen sehr niederohmigen Widerstand
4 in der Schal-tung zu belassen. Andernfalls würde sich nämlich bei einer Widerstandsverminderung
des Heißleiters 5 eine schleichende Aussteuerung der Transistoren 6 und 7 und eine
schleichende Erhöhung des Relaisstromes ergeben, was zu Schaltfehlern führen würde.
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Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß der Widerstand 14 anstatt
mit dem Kollektor des Schalttransistors 10 auch mit dem für eine anzusteuernde Einrichtung
vorgesehenen Anschluß 18 verbunden, als Schaltelement also der Arbeitskontakt 9
herangezogen werden kann.