DE2611807A1

DE2611807A1 - Elektronischer zeitschalter

Info

Publication number: DE2611807A1
Application number: DE19762611807
Authority: DE
Inventors: Shunji Minami; Shunzo Oka
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1975-03-20
Filing date: 1976-03-19
Publication date: 1976-09-30
Also published as: NL173446C; NL7602800A; FR2305008B1; IT1058622B; GB1541487A; US4035668A; FR2305008A1; CA1072188A

Description

Elektronischer Zeitschalter

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Zeitschalter, der insbesondere für eine elektrische Einrichtung, wie eine Waschmaschine, einen Kühlschrank u.a., verwendet werden kann, um bei diesen Geräten die zugeführte Energie zu unterbrechen.

Im allgemeinen sind mechanische Zeitschalter mit Federn und Zahnrädern in derartigen elektrischen Einrichtungen verwendet worden. Selbst wenn diese mechanischen Zeitschalter luft- und wasserdicht untergebracht sind, kann ein Eindringen von Feuchtigkeit oder Wasserdampf über das Spiel der Drehwelle nicht vermieden werden, so daß ein ruhiges Kämmen zwischen den Zahn-

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ORIGINAL INSPECTED

rädern nachteilig beeinflußt wird und zu einer Abnutzung der Zahnräder führt, was wiederum Fehler beim Einstellen einer (bestimmten) Zeit zur Folge hat.

Von den elektronischen Zeitschaltern sind die sogenannten CR-Zeitschalter weit verbreitet; diese weisen jedoch unter anderem den besonderen Nachteil auf, daß ein eingestellter Zeitabschnitt sich in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen, insbesondere der Feuchtigkeit über einen großen Bereich ändert. Infolge dessen können sie nicht bei einer mit Wasser arbeitenden Einrichtung, wie beispielsweise einer Waschmaschine, verwendet werden.

Die Erfindung soll daher einen elektronischen Zeitschalter zum Unterbrechen der zugeführten Energie schaffen, welcher sehr zuverlässig und sehr betriebssicher ist. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist ein elektronischer Zeitschalter geschaffen, bei welchem eine Zeitkonstantenschaltung aus einem Kondensator und einem Entladewiderstand vollständig luft- und wasserdicht untergebracht ist, so daß ein zuverlässiger Betrieb selbst bei einer mit Wasser arbeitenden Einrichtung, wie einer Waschmaschine, gewährleistet werden kann. Darüber hinaus ist ein elektronischer Zeitschalter geschaffen, welcher im Aufbau sehr einfach ist und in Verbindung mit einem Kühlschrank verwendet werden kann, so daß die einander abwechselnden Gefrier- und Abtauvorgänge in einem vorbestimmten Zeitintervall durchgeführt werden können.

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Gemäß der Erfindung ist daher ein elektronischer Zeitschalter gekennzeichnet durch einen Eingangswiderstand, dessen eine Seite mit einem Eingangsanschluß verbunden ist, durch ein die zugeführte Energie unterbrechendes Schaltelement, von welchem eine Seite mit der anderen Seite des Eingangswiderstands verbunden ist, durch einen MOS-Feldeffekttransistor, dessen Steuerelektrode mit der anderen Seite des Schaltelements verbunden ist, durch eine RC-Parallelschaltung aus einem nichtpolarisierten Elektrolytkondensator und einem Entladewiderstand, welche zwischen die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors und Erde geschaltet sind, durch eine Schaltanordnung, welche mit dem Ausgangsanschluß des Feldeffekttransistors verbunden ist und entsprechend dessen Ausgang betreibbar ist, wobei der Feldeffekttransistor, das Schaltelement und die RC-Parallelschaltung als Baustein in einer geformten Kunstharzisolierung untergebracht oder vergossen sind.

Gemäß der Erfindung ist somit ein elektronischer Zeitschalter zum Unterbrechen der zugeführten Energie geschaffen, welcher bei einer elektrischen Einrichtung, wie beispielsweise einer Waschmaschine, einem Ventilator oder Gebläse, einem Kühlschrank usw. verwendet werden kann. Hierbei weist der Zeitschalter einen Integrator aus einem Eingangswiderstand und einem Kondensator, ein Schaltelement, einen MOS-Feldeffekttransistor, einen Entladewiderstand und eine Schaltanordnung auf, welche entsprechend der Größe des Senkenstroms des Feldeffekttransistors betreibbar ist; hierbei sind der Feldeffekttransistor, das Schaltelement, der Kondensator und der Entladewiderstand in einer geformten Kunst-

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harzisolierung untergebracht oder vergossen. Da der Kondensator und der Entladewiderstand vollständig luft- und wasserdicht untergebracht sind, kann ein sehr zuverlässiger und sicherer Betrieb auch bei einer mit Wasser arbeitenden bzw. einer wasserverarbeitenden Einrichtung, wie einer Waschmaschine gewährleistet werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltung einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig· 2 eine Vorder- und Unteransicht eines Zeitechalterbausteins;

Fig. 3 eine Schaltung einer Schaltanordnung der ersten Ausführungsform;

Fig. 4a und 4b Kuryendarstellungen zur Erläuterung der Arbeitsweise der ersten Ausführungsform;

Fig. 5 bis 7 Schaltungen von zweiten, dritten und vierten Ausführungsformen gemäß der Erfindung; und

Fig. 8a und 8b .Kurvendarstellungen zur Erläuterung der Arbeitsweise der vierten Ausführungsform.

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In den Figuren sind mit denselben Bezugszeichen jeweils die gleichen oder einander entsprechende Teile bezeichnet.

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform eines Zeitschalters zur Unterbrechung der zugeführten Energie gemäß der Erfindung dargestellt; dieser Zeitschalter weist folgende Teile auf: einen Schalter 11 mit einem beweglichen Kontakt, der mit einem Eingangsanschluß 10 verbunden ist; einen Eingangswiderstand 13» von welchem eine Seite mit dem feststehenden Kontakt des Schalters 11 verbunden ist; eine Neonlampe bzw. -röhre 14, bei der eine Elektrode mit der anderen Seite des Eingangswiderstands 13 verbunden ist; einen MOS-Feldeffekttransistor 15» dessen Steuerelektrode mit der anderen Elektrode der Neonlampe 14 verbunden ist; und eine in ihrer Gesamtheit mit 22 bezeichnete Schaltanordnung, die mit" einem Ausgangsanschluß 20 verbunden ist, welcher seinerseits mit der Quellenelektrode des Feldeffekttransistors 15 verbunden ist. Eine Parallelschaltung aus einem nichtpolarisierten Elektrolytkondensator 16 und einem Entladewiderstand 17 ist zwischen die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 15 und eine Verbindung 18 geschaltet, während ein Widerstand 19 zwischen die Quellenelektrode des Feldeffekttransistors 15 und die Verbindung 18 geschaltet ist. Die Senkenelektrode des Feldeffekttransistors 15 ist mit einem Anschluß verbunden.

Wie in Fig. 2 dargestellt, sind der Eingangswiderstand 13» die Neonlampe oder -röhre 14, der Feldeffekttransistor 15, der Kondensator 16, der Entladewiderstand 17 und der mit der Quellen-

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elektrode verbundene Widerstand 19 in einer geformten bzw. vergossenen Kunstharzisolierung 23 aus Silikonkautschuk oder Epoxyharz· eingebettet, und der Eingangsanschluß 10, der Ausgangsanschluß 20, die Verbindung 18 sowie der Anschluß 21 stehen auf der Unterseite der vergossenen Kunstharzisolierung 23 vor, wobei diese Teile in Form eines Mikroschaltungsbausteins vorgesehen sein können (d.h. die Baueelemente sind beispielsweise stehend zwischen zwei parallelen Schaltungskarten angeordnet·). Jedoch brauchen der Eingangswiderstand 13 und der mit der Quellenelektrode verbundene Widerstand 19 nicht in dem Baustein untergebracht sein.

In Fig. 3 ist eine Schaltung der Schaltanordnung 22 dargestellt, welche drei Transistoren 30 bis 32, Widerstände 24, 25, 28 und 29 sowie einen Spannungsteiler aus Widerständen 26 und 27 aufweist. Ein Anschluß 33 für eine Spannung +V^ ist über den Widerstand 25 mit dem Kollektor des Transistors 30, mit einer Seite des Widerstands 26 und mit dem Emitter des Transistors 32 verbunden; der Kollektor des Transistors ist mit einem Ausgangsanschluß 34 verbunden, welcher wiederum mit einer gesteuerten Einrichtung, wie beispielsweise einer Waschmaschine, einem Ventilator oder Gebläse u.a. verbunden ist.

Als nächstes wird nunmehr die Arbeitsweise der ersten Ausführungsform beschrieben. Wenn der Schalter 11 geschlossen wird, wird die Neonlampe 14 leitend, so daß der Kondensator 16 geladen wird und dadurch die Ausgangsspannung Vo am Ausgangsanschluß

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proportional zu der Steuerspannung Vq des Feldeffekttransistors 15 ansteigt· Die Steuerspannung Vq d.h. die Eingangsspannung E minus die Spannung an der Neonlampe 14· ist gegeben durch

R₂ . E _ 1 ^VG ⁼ R^ O - © *)

wobei Ry. und R₂ die Werte der Widerstände 13 und 17j O die Kapazität des Kondensators 13 und t die Zeit in Sekunden ist.

Die in Fig. 3 dargestellte Schaltanordnung 22 ist so ausgelegt, daß sie angeschaltet wird, wenn die Ausgangsspannung Vo auf einen Wert A ansteigt, wie in Fig. 4a dargestellt ist, so daß dann diese Spannung dem Verbraucher oder der Einrichtung zugeführt wird. Die Spannung A ist niedriger als die maximale Steuerspannung Vq gewählt, welche die Spannung* an dem Kondensator 16 ist.

Wenn als nächstes der Schalter 11 geöffnet wird, wird die Neonlampe 14 abgeschaltet, so daß die Ladung auf dem Kondensator 16 über den Widerstand 17 abgeleitet und dieser entladen wird. Die Entladung erfolgt proportional der Zeitkonstanten RO aus dem Entladewiderstand 17 und dem Kondensator 16. Infolgedessen ist die Steuerspannung Vq gegeben durch

V = V . e - Xpr *

wobei Vq₀ die maximale Ladespannung an dem Kondensator 16 ist.

Wenn der Kondensator 16 entladen ist und folglich die Steuer-

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spannung Vg abnimmt, dann nimmt auch die Ausgangsspannung V ab, und die Schaltanordnung 22 wird zu dem Zeitpunkt abgeschaltet, an welchem die Ausgangsspannung V unter die Spannung B abfällt, welche gleich der Abschaltpannung (ungefähr 0,6V) des Transistors 30 in der Schaltanordnung 22 ist.

Die Werte der Widerstände 13 und 17 sind so gewählt, daß sie der folgenden Bedingung genügen:

E₁ZA₂ R₂.

Die Schaltanordnung 22 wird dann in wenigen Mikrosekunden (msek) angeschaltet, nachdem der Schalter 11 eingeschaltet ist; das mittels des Zeitschalters eingestellte Zeitintervall, d.h. das Zeitintervall von dem Zeitpunkt an, lan welchem der Schalter 11 offen ist, bis zu dem Zeitpunkt, an welchem die Ausgangsspannung Vo auf die Spannung B abfällt (siehe Pig. 4a) ist so festgelegt, wie in Fig. 4b dargestellt ist.

Die zweite in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform entspricht im Aufbau im wesentlichen der ersten in lig. 1 dargestellten Ausführungsform, außer daß statt der Neonlampe 14 ein Reedrelais 35 verwendet ist. Ein Ausgangsanschluß 12 ist mit einer Spannungsquelle verbunden, und die Spule des Reedrelais 35 ist über den Schalter 11 ebenfalls mit der Spannungsquelle verbunden.

Die Arbeitsweise der zweiten Ausführungsform mit dem vorbeschriebenen Aufbau entspricht im wesentlichen der der ersten Aus-

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führungsform. Das heißt, wenn der Schalter 11 geschlossen wird, wird auch das Reedrelais 35 geschlossen, so daß der Kondensator 16 geladen wird; wenn der Schalter 11 offen ist, ist auch das Reed-Relais 35 offen, so daß der Kondensator 16 entladen wird.

Die dritte in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform entspricht im wesentlichen ebenfalls der ersten, in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform, außer daß eine Zenerdiode 36 parallel zu dem Kondensator 16 geschaltet ist. Infolgedessen kann die maximale Steuerspannung Yq auf einem vorbestimmten Pegel gehalten werden, und eine Änderung der lonisationsspannung in der Neonlampe aufgrund deren Alterung sowie eine Änderung der Schließzeit des Schalters 11 kann ausgeglichen und kompensiert werden, wodurch , ein sehr zuverlässiger Betrieb des .Zeitschalters gewährleistet

f.

werden kann.

Die vierte in Fig. 7 dargestellte Ausführungsform entspricht im wesentlichen ebenfalls der ersten in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform, außer daß in der vierten Ausführungsform zusätzlich noch eine Diode 37» ein Transistor 38» ein Treibertransistor 41 und ein Relais 42 vorgesehen sind. Hierbei ist eine Elektrode der Neonlampe 14 über die Diode 37 mit dem Kollektor des npn-Transistors 38 verbunden. Der Emitter des Transistors 38 ist geerdet, während seine Basis über einen Widerstand 39 mit dem Ausgangsanschluß 34 der Schaltanordnung 22 verbunden ist. Der Ausgangsanschluß 34 ist über einen Widerstand 40 mit der Basis des Treibertransistors 41 verbunden, dessen Emitter geerdet ist. Der Kollektro des Treibertransistors 41 ist über

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die Spule des Relais 42 mit dem Anschluß +Vg verbunden. Die Kontakte des Relais 32 sind mit einer gesteuerten elektrischen Einrichtung, beispielsweise einem nicht dargestellten Kühlschrank, verbunden.

Nunmehr wird die Arbeitsweise der vierten Ausführungsform beschrieben, wobei die Schaltung mit einer Abtaueinrichtung eines im Haushalt verwendeten Kühlschranks verbunden sein soll. Wenn der Schalter 11 geschlossen wird, wird die Neonlampe 14 leitend, so daß der Kondensator 16 geladen wird, und folglich die Ausgangsspannung an dem Ausgangsanschluß 20 proportional zu der Steuerspannung V_& des Feldeffekttransistors 15 ansteigt. Wie bei der ersten Ausführungsform ist dann die Steuerspannung V^ gegeben durch

RE 1

v_r = rß-^— (ι - e " Ο7ϊζχδ *'·

Bei einer Zunahme der Steuerspannung V^, d.h. der Spannung an dem Kondensator 16, nimmt auch der Strom an der Senkenelektrode des Feldeffekttransistors 15 zu, welcher über den Widerstand fließt, so daß die Ausgangsspannung Vo entsprechend zunimmt. Wie in Fig. 8a dargestellt, wird, wenn die Ausgangsspannung Vo auf den Wert A ansteigt, die Schaltanordnung 22 angeschaltet, wie in Fig. 8b dargestellt ist, so daß der Ausgang über den Steuerwiderstand 39 der Rückkkopplungsschaltung an den Transistor 38 angelegt wird. Der Widerstand 38 wird dann angeschaltet.

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Wenn der Widerstand 38 angeschaltet ist, ist die Spannung Vi an der Verbindung zwischen dem Eingangswiderstand 13 und der Neonlampe 14 gegeben durch

^Vi - ^x 1OOEI<SC 100

wobei R,. der Wert des Widerstands 13, Rd der Innenwiderstand der Diode 37 und Rt der Innenwiderstand des Transistors 38 ist.

Da die Spannung Vi unter der Löschspannung der Neonlampe 14 liegt, wird diese abgeschaltet, so daß der Kondensator 16 über den Widerstand 17 entladen wird und folglich die Steuerspannung Vr, allmählich abnimmt, wodurch dann auch die Ausgangsspannung Vo entsprechend abnimmt. Wenn die Ausgangsspannung Vo unter den in Pig. 8a dargestellten Spannungspegel B abfällt, wird die Schaltanordnung 22 abgeschaltet, wie in Pig, 8b dargestellt ist. Da dann kein Ausgang von der Schaltanordnung 22 an der Basis des Transistors 38 angelegt ist, wird dieser abgeschaltet, so daß die Neonlampe 14 wieder leitend wird, solange der Schalter 11 geschlossen bleibt, und folglich wird der Kondensator 16 wieder geladen. Die vorbeschriebene Arbeitsweise wird somit periodisch widerholt.

Wenn die Schaltanordnung 22 angeschaltet ist, wird das Relais 42 geschlossen, so daß die Abtaueinrichtung angeschaltet wird; wenn aber die Schaltanordnung 22 abgeschaltet wird, wird das Steuerrelais 42 geöffnet, so daß die Abtaueinrichtung abge-

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schaltet wird, Auf diese Weise kann die Abtaueinrichtung periodisch mit einer in Fig. 8b dargestellten Folgefrequenz betätigt werden.

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- Patentansprüche -

Claims

Patentansprüche

(^ 1· Elektronischer Zeitschalter g ekennzeichnet aurch

einen Eingangswiderstand (13) j der mit einer Seite mit einem Eingangsanschluß verbunden ist;

ein Schaltelement (14) zur Unterbrechung der zugeführten Energie, von welchem eine Seite mit der anderen Seite des Eingangswiderstands .(13) verbunden ist;

einen MOS-Feldeffekttransistor (15)» dessen Steuerelektrode mit der anderen Seite des Schaltelements (14) verbunden ist; eine Parallelschaltung aus einem nicht polarisiertem Elektrolytkondensator (16) und einem Entladewiderstand (17)» welche zwischen die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors (15) und Erde geschaltet ist; und

eine Schaltanordnung (22), welche mit dem Ausgangsanschluß des Feldeffekttransistors (15) in der Weise verbunden ist, daß die Schaltanordnung (22) entsprechend einer Änderung am Ausgang des Feldeffekttransistors (15) an- oder abgeschaltet werden kann, wobei der Feldeffekttransistor' (15)» das Schaltelement (14) und die Parallelschaltung (16,17) in einer entsprechend ausgebildeten Kunststoffisolierung untergebracht oder vergossen sind.
2. Zeitschalter nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement eine Neonlampe (1²O ist.
3. Zeitschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement ein Reedrelais (35) ist·

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4· Zeitschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichu et , daß eine Zenerdiode (36) zwischen die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors (15) und Erde geschaltet ist, so daß das durch den Zeitschalter eingestellte Zeitintervall immer konstant gehalten werden kann.
5. Zeitschalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Transistor (38), dessen Kollektor mit der Verbindung zwischen dem Eingangswiderstand (13) und dem Schaltelement (14) verbunden ist, dessen Emitter geerdet und dessen Basis mit dem Ausgangsanschluß der Schaltanordnung (22) verbunden ist, so daß die Schaltanordnung (22) mit einer vorbestimmten Folgefrequenz periodisch an- und abgeschaltet werden kann.

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