DE2255317B2 - Temperaturregler für Elektrowärmegeräte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Temperaturregler für Elektrowärmegeräte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Temperaturregler ist aus der DE-PS 11 30 538 bekannt geworden. Er besitzt ein Energiesteuergerät, das einen Temperaturfühler enthält, der im Wärmekontakt mit dem Verbraucherwiderstand steht Die Steuerbeheizung des Energiesteuergerätes wird über einen Takter gesteuert, der mechanisch über einen Einstellknopf einstellbar ist. Es sind also zwei Takter notwendig, von denen der eine, da er den Temperaturfühler enthält, in der relativ hohen Umgebungstemperatur des Elektrowärmegerätes arbeiten muß. Der Leistungskontakt für das Elektrowärmegerät ist dabei thermisch sehr stark belastet. Der Fühler ist nicht nur der abzufühlenden Umgebungstemperatur, sondern zusätzlich noch der Steuerbeheizung ausgesetzt. Dadurch wird die Temperatur sehr hoch getrieben, was nicht nur die Bauweise des Schalters erschwert und seine Zuverlässigkeit verringert, sondern auch besondere Probleme mit den möglichen Fühlermaterialien schafft.

Es ist ferner in den deutschen Bekanntmachungsunterlagen V 3760 Vlld/21 h 13/13, bekanntgemacht am 24.12.1952 ein Temperaturregler bekannt geworden, der einen stabförmigen Temperaturfühler hat, der mechanisch auf einen Regelwiderstand einwirkt. Dieser regelt die Steuerbeheizung entsprechend der am Elektrowärmegerät vorliegenden Temperatur. Bei den hohen Umgebungstemperaturen bei Elektrowärmegeräten ist eine mechanische Reglereinheit mit einem veränderbaren Widerstand zu unzuverlässig und zu aufwendig in der Herstellung.

Aus der DE-PS 4 62 582 ist eine Anordnung zum Steuern von Stromkreisen bekannt geworden, d. h. ein Energiesteuergerät, dessen Steuerbeheizung manuell über einen Regelwiderstand einstellbar ist. Es ist dort auch ein Temperaturbegrenzer vorgesehen, der bei seinem Ansprechen die Steuerbeheizung dauernd in Betrieb setzt und damit das Elektrowärmegerät praktisch ausschaltet. Es handelt sich hier also lediglich um einen Strombegrenzer und nicht um ein Regelgerät.

Ferner ist aus dem SCR Manual, herausgegeben von der General Electric Company, 5. Ausgabe von 1972, Seiten 315 und 316, eine elektronische Schaltung bekannt geworden, die im Nulldurchgang der Spannung schaltet Diese Veröffentlichung enthält jedoch keine Anregung zur Schaffung eines Temperaturreglers der eingangs genannten Art
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Temperaturregler

der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, mit dem bei geringem mechanischem Aufwand eine besonders zuverlässige Temperaturregelung möglich ist
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die

ίο Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst

Hier wird also auch die Leistung für die Steuerbeheizung getaktet, so daß man mit einer einzigen Heizwicklung auf dem Bimetall und einem entsprechend einfacher aufgebauten Energiesteuergerät auskommt

Man erhält dadurch den Vorteil, daß der Fühler beispielsweise ein einfacher elektrischer Widerstandsfühler sein kann, der lediglich elektrisch mit der elektronischen Reglerschaitung zu verbinden ist Diese braucht nicht der Temperatur des Elektrowärmegerätes ausgesetzt zu sein. Das Energiesteuergerät kann von einfacher mechanischer Bauart sein, so daß es mit geringerem Herstellungsaufwand und großer Betriebssicherheit arbeitet und es vermieden wird, die hohen Leistungen d.es Elektrowärmegerätes mit entsprechend teuren elektronischen Bauelement zu schalten. Auch das Energiesteuergerät braucht nur eine elektrische Verbindung zur Kochplatte, so daß sowohl dieses als auch die Reglerschaltung an einer Stelle angeordnet sein kann, wo sie keinen thermischen Belastungen ausgesetzt ist Nach einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung kann die Taktung der Steuerbeheizung durch Impulspakete erfolgen. Hierdurch ist eine stufenweise Steuerung (um jeweils ganzzahlige Vielfache) der Steuerbeheizung möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt Es wird im folgenden näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein schemastisches Blockschaltbild eines Temperaturreglers für Elektrowärmegeräte mit einer elektronischen Reglerschaltung zur Betätigung der Steuerbeheizung des Temperaturreglers und

F i g. 2 ein schematisches Schaltbild der Reglerschaltung.
In F i g. 1 ist eine Elektrokochplatte 29 mit einem Verbraucher 30 in Form eines Heizwiderstandes über ein Energiesteuergerät 24 an Netzanschlüsse 1, 2 eines normalen Wechselstrom-Haushaltsnetzes gelegt. Das Energiesteuergerät 24 ist von üblicher Bauart und besitzt ein Steuerelement 28 mit einer zugehörigen Steuerbeheizung 3, die im folgenden auch als Last für eine Regelschaltung 25 bezeichnet wird. Das Steuerelement kann in an sich bekannter Weise als Bimetall aufgebaut sein. Bei seiner Beheizung durch die Last 3 öffnet das Steuerelement 28 den über den Verbraucher 30 führenden Stromkreis, wobei gleichzeitig auch die Last 3 und ihre elektronische Reglerschaltung ausgeschaltet wird.

Die Steuerbeheizung 3 wird von der Reglerschaltung 25 geregelt bzw. gespeist, die im folgenden noch näher

W) beschrieben wird. Ein Temperaturfühler 26, der von der Temperatur der Elektrokochplatte 29 beeinflußt wird, gibt seine Ausgangssignale über ein Steuergerät 27 an die Reglerschaltung 25. Er kann jedoch auch direkt an die Reglerschaltung 25 angeschlossen sein.

(>"' In F i g. 2 ist die Reglerschaltung 25 etwas detaillierter dargestellt. Die Last 3 ist über einen ersten Thyristor 13 und einen zweiten Thyristor 16 an den Netzanschluß 2 gelegt, der vorzugsweise der Null-Anschluß des Netzes

ist. Parallel zum Thyristor 16 ist über eine Diode U eine Kapazität 9, vorzugsweise ein Kondensator, geschaltet Wiederum parallel zu diesem ist eine Kapazität 7 urn eine Diode 8, die in Reihe geschaltet sind, gelegt Je ein Anschluß beider Kapazitäten 7, 9 sind über einen Widerstand 10 und eine Diode 4 an die Lint 3 gelegt

Die Zündelektrode des Thyristors 13 ist über einen Widerstand 5 und eine Diode 6, die in Richtung zur Zündelektrode sperrt, an den Netzanschluß 2 gelegt Wird die Kathode des Thyristors negativ (über Diode 4 und Widerstand 10), so fließt Zündstrom.

Parallel zum Thyristor 16 ist ferner über eine Diode 14 eine Zener-Diode 15 geschaltet, die über einen Widerstand 18 mit dem Neuanschluß 2 verbunden ist Zwischen Zener-Diode 15 und Widerstand 18 ist die Zündelektrode des Thyristors 16 angeschlossen. Parallel zu der Zener-Diode 15 und dem Widerstand 18 liegt ein Elektrolyt-Kondensator 17 als Pufferkondensator.

Ein Transistor 19 ist mit seinem Emitter an den Netzanschluß 2 und mit seinem Kollektor zwischen Kapazität 7 und Diode 8 angeschlossen. Die Basis des Transistors 19 ist an eine Schaltleitung 22 angeschlossen, die über einen Widerstand 20 mit dem Netzanschluß verbunden ist und im übrigen zu dem Steuergerät 27 bzw. zum Temperaturfühler 26 führt. Zwischen dem Netzspannungsanschluß 2 und einem Anschluß 21, der zwischen der Diode 14 und der Zener-Diode 15 bzw. einem Pol des Elektrolyt-Kondensators 17 angelegt ist, entsteht ein Klein-Gleichspannungs-Ausgangsanschluß. Der entsprechende Gegenpol zum Anschluß 21 ist mit 23 bezeichnet

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform arbeitet wie folgt:

Wenn Spannung an den Netzspannungsanschlüssen 1, 2 liegt und die Elektrokochplatte eingeschaltet ist, wozu das Energiesteuergerät 24 mit einem Betätigungsorgan, beispielsweise einer Schraubspindel o. dgl. versehen sein kann, so fließt Strom über den Verbraucher 30 der Kochplatte 29, da das Steuerelement 28 den zugehörigen Schalter geschlossen hält, wenn seine Steuerbeheizung 3 kalt ist Gleichzeitig wird jedoch auch die Reglerschaltung 25 an Spannung gelegt und in später noch zu erläuternder Weise wird die Steuerbeheizung 3 mit geringer Heizleistung betrieben. Diese geringe Heizleistung wird so lange aufrecht erhalten, wie der Temperaturfühler 26 eine Temperatur unter der an ihm oder an der Elektronik eingestellten Wert nicht überschreitet Dadurch wird das Steuerelement beheizt und öffnet den Stromkreis nach einer gewissen Zeit. Verbraucher 30 und Steuerbeheizung 3 werden stromlos. Nach Abkühlung des Steuerelementes 28 schaltet der zugehörige Schalter wieder ein und der Zyklus beginnt von Neuem. Es handelt sich also um ein Energiesteuergerät, an dem beispielsweise durcli Verstellung der Gegenkontakte bzw. Anschläge für das Steuerelement oder seinem Schalter die dem Verbraucher zugeführte Leistung durch Takten, d.h. zeitlich aufeinanderfolgende einzelne Leistungsimpulse zugeführt wird.

Wenn der Temperaturfühler 26 seine Schalttemperatur erreicht, dann gibt die elektronische Reglerschaltung 25 eine erhöhte Leistung an die Steuerbeheizung 3, so daß nunmehr ohne Änderung der manuellen Einstellung des Energiesteuergerätes das Vet hältnis der Ausschaltzeiten zu den Einschaltzeiten erheblich größer wird und die dem Verbraucher zugeführte Leistung verringert wird. Der Temperaturfühler 26 kann also über die Steuerschaltung das Energiesttuergerät zur Temperaturbegrenzung heranziehen.

Die Reglerschaltung nach F i g. 2 arbeilet wie folgt:
Wenn zwischen den Netzanschlußklemmen 1, 2, d. h. in F i g. 2 zwischen der Last 3 und dem Anschluß 2 Netzspannung liegt, so wird über die Diode 4 und der Widerstand beim Durchgang einer negativen Halbwelle der Kondensator 9 negativ aufgeladen. Über die Diode 6 und den Widerstand 5 fließt Zündstrom durch den Thyristor 13 und zurück über die Diode 11. In der

ίο nächsten positiven Halbwelle der Netzspannung zündet der Thyristor 13, so daß nunmehr ein Arbeitsstrom durch die Last 3 fließen kann. Über die Diode 11 wird der Kondensator 9 und der Kondensator 7 positiv aufgeladen und über die Diode 14 der Elektrolyt-Kondensator 17. Beim Erreichen der Durchbruchsspannung der Zener-Diode 15 wird diese leitend und zündet den

Thyristor 16. Die Diode 11 und die Diode 14 sperren den Rückfluß der Energie der Kondensatoren. Da der Thyristor 16 beim Erreichen der Durchbruchs-

spannung der Zener-Diode 15 die Zweige, an denen die Anschlüsse 2t, 23 liegen, kurzschließt, jedoch die Diode 14 eine Entladung des Elektrolyt-Kondensators 17 verhindert, steht zwischen den Anschlüssen 21 und 23 eine Klein-Gleichspannung von beispielsweise 24 Volt

2ϊ bereit Sie wird stets am Beginn jeder positiven Halbwelle, in der der Thyristor zündet, aus der Netzspannung entnommen und der Elektrolyt-Kondensator 17 hält sie aufrecht Der Elektrolyt-Kondensator 17 wird entsprechend den Bedürfnissen so groß gewählt,

ω daß die Spannung zwischen den Klemmen 21 und 23 keinen zu hohen Brummanteil enthält. Diese Klein-Gleichspannung versorgt einerseits die z.T. in ihrer Funktion noch zu erläuternde Steuerschaltung als auch das Begrenzersteuergerät oder andere elektronische

Ji Bauelemente. Besonderer Vorteil ist es, daß die Klein-Gleichspannung in ihrer Spannungsgröße nur von der Durchbruchsspannung der Zener-Diode abhängt und nicht von eventuellen Spannungsschwankungen der Netzspannung beeinflußt wird.

■ίο Wenn der Temperaturfühler 26 eine Temperatur oberhalb seines Ansprechpunktes aufweist, ist der Transistor 19 gesperrt und der Kondensator 7 bleibt infolge der Diode 8 in der nächsten Halbwelle geladen, während der Kundensator 9 dabei entladen und wieder

■t' negativ aufgeladen wird. In der nächsten positiven Halbwelle zündet daher der Thyristor 13 erneut und der soeben beschriebene Zyklus wiederholt sich.

Wird der Transistor 19 jedoch, was eintritt, wenn die Temperatur am Temperaturfühler 26 unterhalb seines

w Ansprechpunktes liegt, durch ein Signal leitend, so wird der Kondensator 7 praktisch dem Kondensator 9 parallelgeschaltet Die sich nunmehr ergebende vergrößerte Zeitkonstante der beiden Kondensatoren verhindert im Zusammenhang mit dem Widerstand 10 das

^Λ)"> Umladen der Kondensatoren 7 und 9 innerhalb einer oder mehrerer negativer Halbwellen. Das bedeutet, daß der Thyristor 13 erst nach einer Pause von einer oder mehreren Halbwellen wieder zünden kann. Dar Strom durch die Last 3 wird also in einem durch die Bemessung

wi der Kondensatoren 7 und 9 sowie durch den Widerstand !0 bestimmbaren ganzzahligen Tastverhältnis vermindert. Die die Steuerbeheizung bildende Last 3 bekommt also ihren Heizstrom in sehr kurzen Leistungsimpulsen einerseits, indem sie nur jeweils eine Halbwelle der

i" Wechselspannung, also einen aussetzenden und pulsierenden Gleichstrom erhält, und andererseits, indem durch Unterdrückung einzelner Wechselspannungsperioden, d. h. durch ImDulsoakete eine stufenweise

Regelung der Steuerbeheizung erfolgt.

Wenn beispielsweise die Steuerbeheizung (Last 3) zum normalen Arbeiten unterhalb des Schaltpunktes des Temperaturfühlers 26 6 Watt benötigt und die Leistung des Verbrauchers 30 beim Ansprechen des Temperaturfühlers 26 auf ein Drittel der eingestellten Leistung heruntergeschaltet werden soll, so kann beispielsweise die Last 3 für eine Leistung von 18 Watt bei 220 Volt Halbwellenbetrieb ausgelegt sein. Normalerweise, also unterhalb der Ansprechtemperatur, läßt jedoch die elektronische Begrenzung durch entsprechende Bemessung der Kondensatoren und Widerstände nur jede dritte Halbwelle durch. Dadurch erhält die Steuerbeheizung nur 6 Watt, so daß die normale, am Regler eingestellte Leistung von beispielsweise 60% der Höchstleistung eingehalten wird. Beim Ansprechen des Temperaturfühlers schaltet auf die beschriebene Art und Weise die Reglerschaltung jede Halb welle durch, so daß 18 Watt an der Last vorliegen und das Verhältnis von Einschaltdauer zu Ausschaltdauer nur noch ca. ein Drittel der eingestellten Einschaltdauer beträgt In dem erwähnten Beispiel würden also nur noch 20% der vollen Leistung durch den Verbraucher 30 schließen. Dadurch kann die Temperatur absinken, und nach Unterschreiten der vorgewählten Begrenzungstemperatur am Temperaturfühler 26 wird das alte Tastverhältnis wieder hergestellt.

Es ist also zu erkennen, daß dadurch ein Energiesteuergerät mit Begrenzer geschaffen wird, der nicht nur eine Begrenzung für den Notfall schafft, sondern der auch zu einer temperaturabhängigen Regelung einsetzbar ist. Vor allem wird aber der Verbraucher bei einer festgestellten Übertemperatur nicht sofort abgeschaltet, sondern nur auf eine niedrigere Leistung gebracht. Dies ist insbesondere wichtig, wenn es sich bei dem zu überwachenden Gerät um eines handelt, das ständig im Bereich seiner maximalen Temperatur arbeitet. Würde dort bei einer Annäherung an die höchst zulässige Temperatur jedesmal eine völlige Abschaltung erfolgen, so wäre ein ordentliches Arbeiten nicht mehr möglich.

Zu der Reglerschaltung ist noch zu bemerken, daß die An- und Abschaltung stets im Nulldurchgang der

ίο Wechselspannung erfolgt, so daß keine Funkstörungen auftreten.

Es sind auch zahlreiche Abwandungen von der dargestellten und beschriebenen Ausführungsform möglich. So können statt der dargestellten Elektrokochplatte zahlreiche andere Elektrowärmegeräte geregelt werden, obwohl das bevorzugte Anwendungsgebiet bei der Regelung von wärmeempfindlichen Kochplatten, beispielsweise mit einer Glaskeramikabdeckung, liegt. Statt der beschriebenen elektronischen Bauteile, beispielsweise der Thyristoren und Zener-Dioden, können andere gleich oder ähnlich wirkende Bauteile verwendet werden. Es ist auch zu erkennen, daß beispielsweise durch Einschaltung mehrerer Schaltgruppen, die dem Kondensator 7, der Diode 8 und dem Transistor 19 entsprechen, noch weitere Tastverhältnisse eingestellt werden können. So könnte beispielsweise die Last 3 durch einen oder mehrere Temperaturfühler so gesteuert werden, daß beispielsweise im Normalbetrieb dem Kondensator 9 zwei weitere Kondensatoren parallelgeschaltet sind, die dann beim Überschreiten einer ersten und zweiten vorgewählten Temperaturstufe am Temperaturfühler nacheinander abgeschaltet werden, so daß sich das Tastverhältnis zweimal ändert

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Temperaturregler für Elektrowärmegeräte mit einem taktenden Energiesteuergerät, das seine Steuerbeheizung in getakteter Form erhält, und mit einem Temperaturfühler dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (26) die Leistungszufuhr zur Steuerbeheizung (3) derart regelt, daß eine an sich bekannte elektronische Reglerschaltung (25) mit dem Istwert des Temperaturfühlers (26) beaufschlagt wird, diesen mit einem an der Elektronik eingestellten Wert vergleicht und auf Grund dieses Vergleichs die Steuerbeheizung (3) in sehr kurzen, in ihrer Länge vom Ergebnis des Vergleichs abhängigen Leistungsimpulsen taktet

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktung der Steuerbeheizung (3) durch Impulspakete erfolgt