DE2356261A1

DE2356261A1 - Steuer- oder regelschaltung mit ferngeber

Info

Publication number: DE2356261A1
Application number: DE2356261A
Authority: DE
Inventors: Fritz Jauss
Original assignee: CENTRA BUERKLE KG ALBERT
Current assignee: CENTRA BUERKLE KG ALBERT
Priority date: 1973-11-10
Filing date: 1973-11-10
Publication date: 1975-05-15

Description

KÖNIG Patentanwalt

Deutsche Bank AG Stuttgart

Telefon: 0)711)628561 Konto Nr.89/OO300

Telegramm: Koenigpat 7000 STUTTGART-I, Klüpfelstraße G Postscheck Stgt. 84919

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ZENTRA Albert Bürkle Kommanditgesellschaft Schönaich

Steuer- oder Regelschaltung mit Ferngeber

Die Erfindung betrifft eine Steuer- oder Regelschaltung, an die ein als Ferngeber dienender variabler Widerstand mittels zwei Leitern anschließbar ist.

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Indem man den Ferngeber so ausbildet, daß sein Widerstand -über nur zwei Leiter an die räumlich entfernte Steuer- oder Regelschaltung anschließbar ist, erreicht man, daß diese beiden Leiter beliebig an die beiden zugeordneten Anschlüsse der Steuer- oder Regelschaltung angeschlossen werden können, d. h., daß ein falsches Anschließen der Leiter nicht möglich ist. Es tritt dann allerdings gegenüber Ferngebern,

mittels

deren Widerstände ^Trei Leitern an das Steuer- oder Regelgerät angeschlossen sind, der Nachteil auf, daß bei Abklemmen des Ferngebers oder, wenn eine dem Abklemmen entsprechende gleiche Wirkung eintritt, beispielsweise ein Leiter bricht, der Steuer- oder Regelschaltung ein unendlich großer Widerstand des Fernfühlers vorgetäuscht wird und die Regel- bzw. Steuerschaltung funktionsunfähig wird oder Steuer- oder Regelbefehle erteilt, die unerwünschte Wirkungen auslösen oder sogar Schäden oder Zerstörungen verursachen können.

Man hat sich bisher so beholfen, daß man bei Reparaturen, bei welchen der Ferngeber vom Eingang der Steuer- oder Regelschaltung abgenommen wurde, man an den Eingang einen Festwiderstand anschloß, der einen festen Sollwert vorgab. Dies wird jedoch häufig vergessen oder ein falscher Widerstand angeschlossen, und die Steuer- oder Regelschaltung arbeitet dann falsch, kann Schäden erleiden oder Schäden verursachen.

Es kommt auch häufig vor, daß¹ an die Steuer- oder Regelschaltung der Ferngeber nicht angeschlossen wird, sondern an seiner Stelle an die betreffenden Eingangsklemmeη der Steuer- oder Regelschaltung ein Festwiderstand angeschlos- _ sen wird, der einen konstanten Sollwert vorgibt. Es kommt

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dann häufig vor, daß der nicht fachkundige Benutzer des Gerätes den Widerstand, ohne sich etwas zu denken, abnimmt.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß eine von dem Ferngeber beeinflußte Spannung gefühlt und ein innerer Sollwert der Steuer- oder Regelschaltung selbsttätig eingestellt wird, wenn diese gefühlte Spannung einen vorbestimmten Wert überschreitet, der außerhalb des durch den Ferngeber bewirkbaren Wertebereichs dieser Spannung liegt.

Erfindungsgemäß wird der Steuer- oder Regelschaltung ein innerer Sollwert gegeben, der stets dann selbsttätig eingestellt wird, wenn die gefühlte Spannung einen vorbestimmten Wert überschreitet, der außerhalb des durch den Ferngeber bewirkbaren Wertebereichs dieser Spannung liegt. Dieser vorbestimmte Wert ist so zu treffen, daß er auf jeden Fall überschritten wird, wenn der Eingang der Steuer- oder Rege1-schaltung^ anjwelchen der Ferngeber anschließbar ist, offen ist, d. h., an ihm praktisch ein^nendlich großer Widerstand auftritt. Damit wird stets dann", wenn der Ferngeber abgenommen oder nicht angeschlossen ist oder ein Leiterbruch des Ferngebers oder seiner Zuleitungen vorliegt, der innere Sollwert der Steuer- oder Regelschaltung selbsttätig eingestellt. Dieser innere Sollwert ist so getroffen, daß er eine Steuer- oder Regelfunktion bewirkt, die. keine Gefahren oder Beschädigungen hervorrufen kann. Es kann ein unveränderlicher oder auch einstellbarer bzw. verstellbarer Sollwert sein. Beispielsweise könnte der innere Sollwert einem mittleren Wert des mittels des Ferngebers einstellbaren Sollwertbereiches entsprechen.

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Es kann auch vorkommen, daß der für den Anschluß des Ferngebers bestimmte Eingang der Steuer- oder Regelschaltung versehentlich kurzgeschlossen wird, beispielsweise indem das zum Ferngeber führende Kabel in der Wand verlegt ist und man versehentlich einen die beiden Leiter kurzschliessenden Nagel in die Wand einschlägt. Um auch bei Kurzschluß Schaden oder dergleichen zu verhindern, kann man einen zweiten vorbestimmten Wert der gefühlten Spannung vorsehen, der außerhalb des durch den Ferngeber bewirkbaren Wertebereiches dieser Spannung liegt und immer dann überschritten wird, wenn der genannte Eingang kurzgeschlossen wird. Mit "Überschreiten" ist im Sinne der Er-

uberschreiten in einer findung stets ein /von dem durch den Ferngeber einstellbaren Bereich der genannten Spannung wegführendei Richtung gemeint, gleichgültig, ob es sich um ansteigende oder kleiner werdende Spannungen handelt, die zum überschreiten führen.

Die Erfindung ermöglicht es auch, den oder die vorbestimmten Werte, bei deren Überschreiten der innere Sollwert selbsttätig eingestellt wird, so zu treffen, daß auch der Anschluß falsch dimensionierter Ferngeber zur Einschaltung des inneren Sollwertes führt. Hier können zweckmässig zwei vorbestimmte Werte vorgesehen sein, die in relativ geringem Abstand oberhalb und unterhalb des durch den vorgesehenen Ferngeber bewirkbaren Spannungsbereichs der genannten gefühlten Spannung liegen, so daß jede auftretende zu große oder zu kleine Spannung selbsttätig zur Einschaltung des oder eines inneren Sollwertes führt, durch den Überlastungen, Schaden oder sonstige Gefahren vermieden werden.

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Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, daß die gefühlte Spannung die Diagonalspannung einer elektrischen Brücke ist, von welcher einer ihrer Widerstände der Widerstand des Ferngebers ist. Die Verwendung einer elektrischen Brücke ist besonders vorteilhaft, doch versteht es sich, daß auch andere Schaltungsanordnungen getroffen sein können, beispielsweise die Spannung zwischen den Anschlüssen des Ferngebers gefühlt wird.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Regelschaltung, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Steuerschaltung,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Regelschaltung.

In der Zeichnung sind sich entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die in der Zeichnung dargestellten Schaltungen unterscheiden sich zur Vereinfachung im wesentlichen nur bezüglich der Eingangsbeschaltung des Steuer- oder Regelgerätes 10, welches zwei Eingangsanschlüsse 20 (Klemmen oder dergleichen) hat, an die über zwei Leiter 21 jeweils ein variabler Widerstand 22 eines Ferngebers 23 angeschlossen werden kann. Dieser Widerstand 22 kann beispielsweise manuell verstellbar sein oder selbsttätig im Rahmen einer Folgeregelung oder dergleichen verstellbar sein usw.. Der Widerstand 22 des Ferngebers 23 ist in einen Zweig einer noch die Wider-

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stände Rl, R2 und R4 aufweisenden elektrischen Brücke 24 angeschlossen, deren Diagonale 25 an die beiden Eingänge eines Operationsverstärkers 26 angeschlossen ist. Der Ausgang 28 des Operationsverstärkers ist über einen Widerstand R3 an den nicht invertierenden Eingang 27 rückgekoppelt, tun eine Trigger-Schaltung (Kippschaltung) zu bilden. An den Ausgang 28 ist ferner die Erregerspule ehes Relais 30 angeschlossen, welches bei jedesmaliger Erregung einen Schalter 31 öffnet, der normalerweise geschlossen ist, nämlich immer dann, solange der Ferngeber 23 an den Eingang 20 angeschlossen ist. Der Sollwert des Ferngebers 23 wird über den geschlossenen Schalter 31 und den Widerstand R7 an den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 33 gelegt, dessen Ausgang über einen Widerstand R8 an seinen invertierenden Eingang 36 rückgekoppelt ist und dessen Ausgang ferner an den Ausgang 34 des Regelgerätes angeschlossen ist. An den invertierenden Eingang 36 des Verstärkers 33 ist ferner über den Widerstand R6 ein Spannungsteiler mit einem Festwiderstand R5 und einem Fühler RIO zum Fühlen des Istwertes angeschlossen, Der Fühler ist beispielsweise ein temperatur- oder druckabhängiger oder auf sonstige Weise verstellbarer Widerstand und gibt den jeweiligen Istwert in die Schaltung ein. Die gesamte Schaltung wird durch zwei in Reihe geschaltete Batterien 35 gespeist.

Die Wirkungsweise der dargestellten Schaltung ist wie folgt:

Solange der Ferngeber 23 an den Eingang angeschlossen ist, wird der Sollwert bestimmt durch die konstanten Widerstände R5, R7 und den den variablen Teil des Sollwerts eingebenden Widerstand 22. Man kann also den Sollwert mittels

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des Widerstandes 22 verstellen. Wenn einer der Leiter 21

20 bricht oder der Ferngeber 23 vom Eingang/abgenommen wird, dann wirkt sich dies in einer solchen Verstimmung der Brücke 24 aus, daß der Verstärker 26 eine Ausgangsspannung liefert, die das Relais 30 erregt, damit dieses den Schalter 31 öffnet. Damit ist nunmehr ein innerer Sollwert der Regelschaltung 10 eingestellt, der allein durch den Widerstand R5 bestimmt ist. Der Regler arbeitet weiter, da der Fühler RIO angeschlossen bleibt.

Die Reglerschaltung kann für beliebige Anwendungsfälle verwendet werden, beispielsweise für Raumtemperaturregelung, sonstige Temperaturregelungen, Regelung anderer physikalischer Zustandsgrößen usw.. Wenn z. B. angenommen wird, daß es sich um eine Raumtemperaturregelung handelt, bei welcher das Stellglied der Regelstrecke ein durch einen Stellmotor betätigtes Mischventil ist, dann könnte die Ausgangsspannung U^ den Stellmotor z. B. direkt speisen, wenn er ein Gleichstrommotor ist. Wenn die Raumtemperatur vom Sollwert abweicht, tritt jeweils eine Ausgangsspannung U^ auf, die den Stellmotor so antreibt 7~'""ctaß_ er den Motor in Richtung einer Verkleinerung der Regelabweichung verstellt.

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Sobald der Ferngeber/wieder angeschlossen ist, sinkt die Ausgangsspannung des Verstärkers 26 soweit ab, daß das Relais 30 den Schalter -31 nicht mehr geöffnet halten kann, sondern dieser wieder in die voll ausgezogen dargestellte Geschlossenstellung gelangt, in welcher der Ferngeberwiderstand 22 über den Widerstand R7 an den invertierenden Ein-

33 gang 36 des Operationsverstärkers/mit angeschlossen ist,

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so daß nunmehr der Sollwert mittels des Ferngebers 23 wieder verstellt werden kann.

In vielen Fällen kann zweckmässig vorgesehen sein, daß die Steuer- oder Regelschaltung in Reihe mit dem Widerstand 22 des Ferngebers 23 eine Konstantstromquelle aufweist. So könnte im Falle des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 anstelle des Widerstandes R4 eine Konstantstromquelle vorgesehen sein. Der Vorteil einer solchen Konstantstromquelle besteht darin, daß bei linearer Änderung des Widerstandes 22 des Ferngebers 23 sich der Sollwert linear ändert, so daß beispielsweise eine lineare Skala zur Anzeige des jeweils eingestellten Sollwertes vorgesehen werden kann.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind dieKanponenten 33, R5, R6, R7, R8, 22, 23, Rl, R2, R4 entsprechend wie in Fig. 1 geschaltet. Die Unterschiede bestehen darin, daß anstelle des variablen Istwertgebers RIO der Fig. 1 ein Festwiderstand RIO¹ eingesetzt ist, so daß der Geber 23 in diesem Fall die Ausgangsspannung U& allein steuert, d. h., daß hier die Schaltung 10 eine Steuerschaltung ist. Anstelle des Schalters 31 ist ein kontaktloser elektronischer Schalter 31' in Form eines Feldeffekt-Transistors vorgesehen. Um ihn zu öffnen und zu sperren ist ein als Transistor 26' ausgebildeter Komparator in die Diagonale 25 der Brücke 24 wie dargestellt zwischengeschaltet, dessen Kollektor an die Basis eines Schalttransistors 40 angeschlossen ist, dessen Emitter-Kollektor-Strecke in Reihe mit einer Gleichstromquelle 41 an das Gate des Feldeffekttransistors 31' angeschlossen ist.

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Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist ähnlich wie die nach Fig. 1. Solange der den. zu steuernden, Wert eingebende Geber 23 an den Eingang 20 des Steuergerätes 10 angeschlossen ist, ist der Feldeffekttransistor 3Ί^Γ geöffnet, so daß; der Geber 23 über die Drain-Source-Strecke des Feldeffekttransistors und den Widerstand R7 an den. invertierenden Eingang 36 des Verstärkers 33 angeschlossen ist und auf diese Weise die Ausgangsspannung U& steuern kann. Wenn der rGeber 23 abgenommen ist, wird die elektrische; Brücken 24 so verstimmt, daß der Transistor 26' den Schalttransistor 40 öffnet und hierdurch der Feldeffekttransistor 31' gesperrt wird. Damit wird die Ausgangsspannung nur noch durch die Widerstände R5 und RIO¹ bestimmt. Der Geber 23 könnte in. diesem Ausführungsbeispiel in vielen AnwendungsfäXlen auch ein Fühler zum Fühlen einer Zustandsgröße sein,- z. B. der Außentemperatur und so die Spannung U^ in Abhängigkeit der gefühlten Zustandsgröße selbsttätig verstellen.=

Das ÄusführungsbeispieL nach Fig. 3 ist zwar bezüglich der Regelung ähnlieh wie das Auaführungsbeispiel nach Fig. 1, doch unterscheidet es■sich von ihm und. auch von dem Aus— führungsbeispiel nach Fig> 2 dadurch- prinzipiell, daß es in der Zuleitung· vom: Eingang= 20 zum invertierenden Eingang 36 des Verstärkers 33 keinen Schalter hat.. Der Widerstand 22 des Ferngebers 23 ist wieder in einen Zweig einer elektrischen Brücke 24 zwischengeschaltet, welche außer dem Ferng-eberwiderstand 22 noch die Widerstände Rl, R2 und R4 aufweist. Die Diagonalspannung der Brücke 24 steuert einen Transistor 50, welcher einen Verstärker 51 steuert, der seinerseits über

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den Widerstand R9 den als Schalter dienenden Transistor steuert, dessen Kollektor-Emitter-Strecke über den Widerstand R3 an den invertierenden Eingang 36 des Verstärkers 33 angeschlossen ist. Der Widerstand R7 ist direkt an den einen Endpunkt der Diagonale 25 der Brücke 24 angeschlossen. Die Widerstände R5, R6, R8 und der Istwert-Fühlerwiderstand RIO sind entsprechend Fig. 1 geschaltet. Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist wie folgt:

20 Solange der Ferngeber 23 an den Eingang/des Regelgerätes angeschlossen ist, treten nur Brückendiagonalspannungen auf, die den Komparator 50 nicht so weit aussteuern, daß er über den Verstärker 51 den Schalter 52 zu öffnen vermag. Vielmehr bleibt dieser Schalter 52 gesperrt, solange der Ferngeber 23 angeschlossen ist. Wenn dagegen der Ferngeber 23 abgenommen wird, tritt eine solch große BrückenVerstimmung auf, daß der Transistor 50 ausgesteuert wird und seinerseits den Verstärker 51 aussteuert, der den Transistor 52 aussteuert, d. h. öffnet, so daß der Widerstand R3 nunmehr an dem Minuspol der unteren Batterie liegt. Der Widerstand R3 ist auf den Widerstand R4 und R7 so abgestimmt, daß bei geöffnetem Transistor 52 durch ihn ein Strom J3 in Pfeilrichtung fließt, welcher gleich groß ist wie der Strom J7 durch den· Widerstand R7, so daß durch den Widerstand R3 die Wirkung der Widerstände R4 und R7 kompensiert wird. Der Sollwert wird dann folglich nur durch den Widerstand R5 bestimmt, der der innere Sollwert der Schaltung ist.

Sobald der Ferngeber 23 an den Eingang 20 wieder angeschlossen wird, wird der Transistor 52 wieder gesperrt und damit kann der Sollwert durch den Ferngeber 22 verstellt werden.

Es versteht sich, daß auch bei einer Regelschaltung der

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Geber 23 falls erwünscht ein Fühler zum Fühlen einer Zustandsgrößen wie Druck, Temperatur oder dergleichen sein kann, um den Sollwert selbsttätig in Abhängigkeit dieser Zustandsgröße zu verstellen.

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Claims

- W - Patentansprüche

1.)Stauer- oder Regelschaltung, an die ein als Ferngeber dienender variabler Widerstand mittels zwei Leitern anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine von dem Ferngeber (23) beeinflußte Spannung gefühlt und ein innerer Sollwert der Steuer- oder Regelschaltung (1O) selbsttätig eingestellt wird, wenn diese gefühlte Spannung einen vorbestimmten Wert überschreitet, der außerhalb des durch den Ferngeber (23) bewirkbaren Wertebereichs dieser Spannung liegt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gefühlte Spannung die Diagonalspannung einer elektrischen Brücke (24) ist, von welcher einer ihrer Widerstände der Widerstand (22) des Ferngebers (23) ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Reihe mit dem Widerstand (22) des Ferngebers (23) eine Konstantstromquelle aufweist.

4. Schaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber (23) ein Sollwert-Geber ist.

5. Schaltung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber ein als Widerstand ausgebildeter Fühler zum Fühlen einer Zustandsgröße ist.

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6. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in eine von ihrem Eingang (20) zu einem Verstärker (33) führende Leitung ein normalerweise stromleitender Schalter (31; 31') zwischengeschaltet ist, der bei überschreiten des vorbestimmten Wertes der gefühlten Spannung die Stromleitung unterbricht.

7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß von ihrem Eingang (20) eine Leitung über mindestens einen ersten Widerstand (R7) zu einem Eingang (36) eines Verstärkers (33) führt, daß an die-

Verstarkersen/Eingang eine weitere Leitung angeschlossen ist, in welche mindestens ein Widerstand (R3) und ein normalerweise die Leitung unterbrechender Schalter (52) zwischengeschaltet ist, der bel· überschreiten des vorbestimmten Wertes der gefühlten Spannung stromleitend wird und daß der dann in dieser Leitung fließende Strom (J3) zumindest angenähert dem durch den ersten Widerstand (R7) fließenden Ström"entspricht.

8. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verstärker (33) vorgesehen

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ist, der einen Eingang/hat, an den über einen Widerstand (R6) ein Spannungsteiler angeschlossen ist, der einen, oder mehrere den inneren Sollwert bestimmende Widerstände (RSf R5, RIO¹) aufweist und daß ein Eingang (20) der Schaltung über mindestens einen Widerstand (R7) ebenfalls an diesen Eingang des Verstärkers (33) angeschlossen ist.

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