DE2626570C2

DE2626570C2 - Geregelte Stromversorgungs-Vorrichtung eines Wasserentkeimungsgerätes

Info

Publication number: DE2626570C2
Application number: DE2626570A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 8729 Königsberg Fischer
Original assignee: Sachs Systemtechnik GmbH
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1976-06-14
Filing date: 1976-06-14
Publication date: 1986-07-03
Also published as: JPS52154243A; DE2626570A1; US4097355A; JPS6127117B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine geregelte Stromversorgungs-Vorrichtung eines Wasserentkeimungsgerätes mit einer unter Anwendung der anodischen Oxydation die Entkeimung bewirkenden Reinigungszelle.

Eine geregelte Stromversorgungs-Vorrichtung der obengenannten Art ist beispielsweise aus der US-PS 65 710 bekannt. Bei dieser bekannten Stromversorgungs-Vorrichtung für eine Wasserreinigungszelle unter Anwendung der anodischen Oxydation wird eine aus einer Wechselspannungsquelle hergestellte Gleichspannung durch einen Transistor spannungsgeregelt, damit die nachfolgende Transistorschaltung einwandfrei arbeiten kann. Es ist ein Regeltransistor als Spannungsregler versehen, der mit seiner Basis an einer Konstantspannungsquelle in Form einer Zehnerdiode angeschlossen ist.

Zu einer wirkungsvollen Wasserentkeimung bei Anwendung der anodischen Oxydation ist eine bestimmte Stromstärke und eine bestimmte Spannung über einen bestimmten Zeitraum einzusetzen. Dabei schwankt die Stromstärke in der Reinigungszelle entsprechend dem Leitwert des zu reinigenden Wassers. Dies kann im einen Extrem dazu führen, daß infolge des sehr niedrigen Leitwertes des Wassers ein für die Entkeimung nicht mehr ausreichender Strom durch die Reinigungszelle fließt. Das andere Extrem ist darin zu sehen, daß insbesondere bei tragbaren Reisegeräten, die aus Batterien geringer Kapazität gespeist werden, diese bei einem hohen Leitwert des zu reinigenden Wasser zu stark be-

lastet werden.

Gleichzeitig kann die an der Reinigungszelle anliegende Spannung auf einen zu niedrigen Wert absinken.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine besonders sichere Entkeimungsvorrichtung für Trinkwasser unter Anwendung der anodischen Oxydation zu erstellen, y/elche eine gleichmäßige und vorzugsweise optisch kontrollierbare Entkeimungswirkung aufweist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Kennzeichen des Hauptanspruches gelöst — Durch Einbeziehung der Kollektor-Emitter-Strecke eines Regeltransistors in den Stromkreis, in welchem sich die Reinigungszelle befindet, ist es möglich, den durch verschiedene Leitwerte des zu reinigenden Wassers auftretenden veränderlichen Innenwiderstand der Reinigungszelle durch entsprechende Veränderung des Innenwiderstandes des Regeltransistors auszugleichen und somit einen annähernd konstanten Stromfluß durch die Remigungszelle zu erzielen. Damit ist es möglich, über einen sehr weiten Bereich von möglichen Leitwerten die Stromaufnahme der Reinigungszeile etwa konstant zu halten, dadurch eine besonders gleichmäßige Reinigungswirkung zu erzielen und gleichzeitig die Batterien vor Oberbelastung zu schützen. Die Ansteuerung des Regeltransistors erfolgt dabei über einen Differenzverstärker, der mit seinem positiven Eingang am konstanten Widerstand angeschlossen und mit seinem negativen Eingang mit einer Konstantspannungsquelle verbunden ist

Eine Konstantstromquelle ähnlicher Bauart ist beispielsweise aus dem »Halbleiter-Schaltungstechnik«, 3. Auflage, 1974, S. 215 ... 222, für sich bekannt Dieser Veröffentlichung ist jedoch kein Hinweis für eine Anwendung zur Wasserentkeimung mittels anodischer Oxydation zu entnehmen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet So beziehen sich die Ansprüche 2 und 3 auf die Verbesserung der Grundschaltung gemäß Anspruch 1 und die restlichen Ansprüche beziehen sich auf die Erfassung und die Anzeige von Grenzwerten bzw. auf Einzelheiten der Schaltungsanordnung zur Optimierung der Funktion der Stromversorgungs-Vorrichtung.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert

Die Erfindung wird an Hand eines Beispieles in Form eines Schaltbildes näher erläutert. Dieses Schaltbild zeigt die komplette Stromversorgung eines Wasserentkeimungsgerätes auf der Basis der anodischen Oxydation mit Batteriebetrieb. Die Schaltung weist eine Plusleitung P und eine Masseleitung M auf. Die Plusleitung P ist mit einem Hauptschalter H sowie einer Klinkenbuchse K mit dem Pluspol der Batterie B verbindbar. Die Klinkenbuchse K ist zur möglichen Versorgung des Gerätes von externen Batterien bzw. von einem Neizgerät vorgesehen. Der Minuspol der Batterie B hat keine direkte Verbindung mit der Masseleitung M. Die Schaltung läßt sich im wesentlichen in drei Baugruppen (I, Il und III) zerlegen. Jede Baugruppe für sich wird nachfolgend beschrieben:

Baugruppe I: Die Baugruppe I beinhaltet die Stromregelung der Reinigungszelie Rl. Die eine Platte bzw. das eine Plattenpaket dieser Reinigungszelle Rl ist direkt mit der Masseleitung M verbunden. Die andere Platte (Platten) ist init dem Collector des Schalttransistors T] verbunden. Der Emitter von Tj ist über einen Festwiderstand Rj mit der Plusleitung P verbunden. In diesem Stromkreis fließt der zur anodischen Oxydation notwendige Strom. Widerstand A3, Collektor-Emitterstrecke von Ti und Reinigungszelle Rl bilden einen Spannungsteiler. A₃ besitzt einen festen Widerstand, während sowohl die Reinigungszelie Rl als auch 7"_t veränderliche Widerstände aufweisen. Die Basis von Ti wird über einen Differenzverstärker V angesteuert Dabei ist der eine Eingang (+) des Verstärkers V mit dem Emitter von Ti verbunden, während der andere Eingang (—) mit einer Konstantspannungsquelle verbunden ist Diese Konstantspannungsquelle wird von einer in Sperrichtung betriebenen ZENER-Diode Di dargestellt Weiterhin ist der eine Eingang des Verstärkers V(—) über einen Widerstand Ri mit dem Ausgang A verbunden. Dieser Widerstand Ri wirkt als Rückkopplungswiderstand und bewirkt eine lineare Regelkurve des Differenzverstärkers V. Zwischen dem Ausgang A und der Basis von Ti ist ein Basisstrombegrenzungswiderstand Ri angeordnet Der Kondensator Q dient in Verbindung mit dem Widerstand Ri der Frequenzgangkompensation. Der Verstärker V ist zv_· Stromversorgung sowohl mit der Piusieituing Pais auch ir-i.t der Masseieitung M verbunden, wobei in der Zuleitung zur Masseleitung Mein Widerstand A₄ angeordnet ist Dieser Widerstand R4 bewirkt eine Stromgegenkoppelung bei durchgesch?ltetem Transistor T\. Der Kondensator C2 dient der Unterdrückung von Störspannungen und Spannungsspitzen. Die Wirkungsweise dieser Baugruppe! ist folgende:

Beim Vorhandensein von zu reinigendem Wasser in der Reinigungszelle Rl fließt infolge der mehr oder weniger großen Leitfähigkeit des Wassers ein Strom von der Plusleitung P über A₃, die CoIIektor-Emitterstrecke von Ti über die Reinigungszelie Al zur Masseleitung M.

der zur Erzielung einer einwandfreien Keimabtötung notwendige Strom ist entsprechend den Abmessungen der Reinigungszelle, der Plattenabstände etc. bekannt Der durch diesen Stromfluß am konstanten Widerstand R3 erzeugte Spannungsabfall wird vom Differ^nzverstärker V mit der durch die ZENER-Diode Di erzeugten konstanten Referenzspannung verglichen. Differiere/t beide Spannungen, so wird der Transistor Ti vom Verstärker V so lange nachgeregelt, bis die beiden Spannungen am Eingang des Verstärkers V übereinstimmen. Entsprechend dieser Nachregelung wird die Basis des Transistors Ti durch den Ausgang A des Verstärkers Vdahingehend beeinflußt, daß der Widerstand der Collector-Emitterstrecke eine entsprechende Änderung erfährt. Dadurch ist es möglich, den durch die Reinigungszelle Rl fließenden Strom im wesentlichen konstant zu halten. Dabei setzt der Widerstand R\ durch Rückkopplung die Verstärkung des Verstärkers V so weit herab, daß über din gesamten Regelbereich eine lineare Regelkurve erzielt wird. Bei besonders hohen Widerständen in der Reinigungszelle Rl, d. h., bei chemisch sehr reinem Wasser mit einem sehr niedrigen Leitwert bzw. bei Unterbrechungen der Zuleitungen zur Reinigungszelle, wird der Transistor Ti durch den Verstärker V in seiner Collector-Emitterstrecke voll durchgeschaltet In diesem Fall fließt ein sehr großer Basisstrom von der Plusleitung P über den Widerstand R3, die Emitterstrecke, die Basis, den BasisbjRgrenzungswiderstand Ri, den Verstärker Vin die Masseleitung M. Für diesen Fall begrenzt der Widerstand Ra den durch den Verstärker fließenden Strom auf seine maximal zulässige Größe.

Baugruppe II: Diese bezieht sich im wesentlichen auf die Leuchtanzeige der Betriebsbereitschaft des Wasser-

reinigungsgerätes. Angezeigt werden folgende Betriebszustände:

1. ein zu hoher Leitwert des zu reinigenden Wassers, womit von vornherein ein zu stark mit Salzen versehenes Wasser von der Wasserreinigung ausgeschlossen werden soll;

2. ein zu niederer Leitwert des zu reinigenden Wassers, wodurch sichergestellt werden soll, daß bei nicht ausreichendem Stromfluß durch die Reinigungszeüe nur mangelhaft entkeimtes Wasser Verwendung findet und

3. zu niedrige Spannung der Batterien, um auf einen nötigen Batterieaustausch hinzuweisen

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Die Abfragung nach dem Leitwert des Wassers erfolgt zwischen dem Collector von Transistor T₁ und der Reinigungszelle R_L. Die an dieser Stelle auftretende Spannung isi ein maß für den Leitwert des wassers. Steigt der Leitwert über das vorgesehene Maß hinaus, so sperrt die ZENER-Diode D₂ und es gelangt über den Widerstand /?i₂ keine positive Spannung mehr an den Eingang 3 des Gatters G]. Damit sperrt das Gatter. Ebenso der Transistor 7j und die Leuchtdiode L verlischt Sinkt jedoch der Leitwert des Wassers über ein vorgesehenes Maß hinaus, so steigt die Spannung an der ZENER-Diode Dj und der Transistor F₂ wird durchgeschaltet. Damit wird die Collector-Emitterstrecke von T₂ leitend, Rs hochohmig gegenüber der Collector-Emitterstrecke und über den Widerstand /?io wird der Eingang 1 des Gatters G\ an die Masseleitung M gelegt. Damit wird ebenfalls das Gatter gesperrt. Der gleiche Vorgang wird ausgelöst, wenn die Batteriespannung unterhalb des Sperrwertes der ZENER-Diode Di₂ absinkt und somit über den Widerstand R₁₁ und den Eingang 2 des Gatters G\ kein Signal mehr eingeleitet wird. In allen diesen Fällen fehlt der Aussteuerdngsirnpuls für den Transir-tor Tj und die Leuchtdiode L verlischt. Es ist natürlich ohne weiteres möglich, die Leuchtanzeige, in welcher Form auch immer, beim Auftreten eines entsprechenden Signals aufleuchten zu lassen, jedoch würde dadurch bei niedriger Batteriespannung die Batterie B weiterhin belastet.

Die Zener-Diode Dio dient der Stabilisierung der Versorgungsspannung für die Gatter Gi und G₂.

Die ZENER-Dioden D₄ bis D₆ dienen der Begrenzung der Eingangsspannungen für die Eingänge des Gatters C|. Die Widerstände /?io bis Ru dienen beim Vorliegen einer höheren Spannung der Strombegrenzung und dem Schutz dieser ZENER-Dioden. Die Wirkungsweise der zwischen diese ZENER-Dioden und der Masseleitung M in Durchlaßrichtung geschaiteten Dioden Di bis Dj wird in Verbindung mit der Besprechung der Baugruppe III näher erläutert

Baugruppe III: Diese Baugruppe beinhaltet die Stromversorgung des gesamten Gerätes sowie eine Stromabschaltung zur Energieeinsparung. Die Batterie bzw. die Batterien B weisen — wie üblich — einen Pluspol und einen Minuspol auf. Der Minuspol ist nicht direkt mit der Masseleitung Λ/der übrigen Schaltung verbunden. Zwischen diesem Minuspol und der Masseleitung M liegt die Colleector-Emitterstrecke des Transistors Ti. Dieser Schalttransistor unterbricht unter bestimmten Voraussetzungen diese Verbindung und schaltet somit jeden Stromverbrauch aus. In der Plusleitung zwischen Batterie B und der übrigen Schaltung ist ein Hauptschalter H angeordnet und in Serie hierzu eine Klinkenbuchse K. mit welcher entweder externe Batterien oder ein Netzgerät angeschlossen werden können. Die Stromabschaltung weist im wesentlichen den Schalttransistor Γ4, das Gatter G2 sowie einen Indikator / auf. Der Indikator / ist im Wasserzulauf des Wasserentkeimungsgerätes angeordnet und besteht aus zwei sich dicht gegenüberstehenden Polen. Beim Durchströmen von Wasser wird infolge der Leitfähigkeit des Wassers an dieser Stelle ein endlicher Widerstand herbeigeführt, welcher einen entsprechenden Strom fließen läßt. Der Indikator /ist zwischen die Plusleitung /"und einen Widerstand /?ie ee^chaltet, wobei dieser Widerstand /?ie direkt mit dem Minuspol der Batterie B verbunden ist. Der so erzielte Spannungsteiler ist mit einem der Eingänge des Gatters C₂ verbunden. Ab einer bestimmten Leitfähigkeit des durch den Indikator / fließenden Wassers wird der entsprechende Eingang des Gatters C₂ beaufschlagt, wodurch über den Widerstand Ru die Basis des Schalttransistors Ta, angesteuert wird und der Transistor durchschalten Damit ist die Stromversorgung des gesamten Gerätes sichergestellt. Fehlt am Indikator / das leitende Wasser, so fehlt ebenfalls die Spannung am Eingang des Gatters C₂ und der Transistor Γ4 geht mit seiner Collector-Emitterstrecke in seinen höchstmöglichen Widerstand. Es fließt somit kein Strom durch das Gerät. Um die Funktionsbereitschaft des Gerätes aufrecht zu erhalten, sind beide Gatter G\ und G₂ sowie der Indikator /direkt mit dem Minuspol der Batte>Je B verbunden. Die Masseleitung M, welche für alle übrigen Bauteile die Rückführung des Stromes herstellt, ist über den Schalttransistor Ta, angeschlossen. Die Diode Dn begrenzt die Spannung am Eingang des Gatters C₂ auf einen maximal zulässigen Wert. Im Zusammenhang mit dieser Stromabschaltung ist die Anwendung der Dioden D? bis D9 in den Eingangsleitungen zum Gatter Gi zu sehen. Diese Dioden sind zwischen die ZENER-Dioden D4 bis De und der Masseleitung Mgeschaltet, und zwar in Durchlaßrichtung. Diese Dioden D7 bis D) Schützen die Gattereingänge von Ci vor Überlastung, wenn der Schalttransistor T₄ nicht ausgesteuert wird. In diesem Fall erfährt die Masseleitung M eine Potentialerhöhung gegenüber dem Minuspol, was ein Durchschalten der Gattereingänge von Ci bewirken würde. Dem wirken die Dioden Dj bis D$ entgegen, welche in einem solchen Fall in Sperrichtung geschaltet sind.

Die Schaltung zur Betätigung der Leuchtdiode L ist auf einen Leitwertbereich des zu reinigenden Wassers von etwa 100μ5 bis etwa 2000 μΞ ausgelegt. Ebenso spricht der Indikator /noch bis etwa 100 μ5 an.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Geregelte Stromversorgungs-Vorrichtung eines Wasserentkeimungsgerätes mit ainer unter Anwendung der anodischen Oxydation die Entkeimung bewirkenden Reinigungszelle, dadurch gekennzeichnet, daß der die Reinigungszelle (Rl) durchfließende Gleichstrom geregelt ist, indem im Stromkreis der Reinigungszelle (RlX ausgehend von der Plusleitung, ein konstanter Widerstand (Rs), die Kollektor-Emitter-Strecke eines Regeltransistors (Ti) als veränderlicher Widerstand und die Reinigungszelle (Rl) direkt hintereinander angeordnet sind, wobei der konstante Widerstand (R3) als Stromfühler für den Stromkreis der Reinigungszelle (Rl) dient und die Basis des Regeltransistors (Ti) über den Ausgang (A) eines Differenzverstärkers (V) beeinflußbar ist, dessen erster Eingang (plus) an der Verbindung ;rvischen dem konstanten Widerstand (R₃) und dem Emitter des Regeltransistors /Ti) anliegt und dessen zweiter Eingang (minus) mit einer Konstantspannungsquelle verbunden ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ausgang (A) und zweitem Eingang (—) des Differenzverstärkers fiO ein Rückkopplungswiderstand (R\) zur Linearisierung der Regelkurve angeordnet ist

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stromgegenkopplung zwischen dem Differenzverstärker (V) und seine Stromversorgungsmasseleitung (M) ein Widerstand (Ra) angeordnet ist

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kontrolle der Leitfähigkeit des zu reinigenden Wassers eine optische Anzeige (Leuchtdiode L) vorgesehen ist, welche in Abhängigkeit der an der Reinigungszelle (Rl) anliegenden Spannung beeinflußbar ist

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung der optischen Anzeige (Leuchtdiode L)ein AND-Gatter (Gi) mit mehreren Eingängen vorgesehen ist dessen Ausgang mit der Basis eines Schalttransistors (Ti) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Reinigungszelle (R[JJs eine Diode (L\, Di) in Sperrichtung und ein entsprechender Strombegrenzungswiderstand (Rs, /?e) zur Erfassung eines vorgegebenen unteren und oberen Leitwertes des zu reinigenden Wassers angeordnet sind, von denen die Diode (Di) für die obere Leitwertgrenze anodenseitig mit dem einen Gattereingang (3) direkt bzw. über einen Widerstand (Ru) verbunden und die Diode (Di) für die untere Leitwertgrenze anodenseitig über einen Strombegrenzungswiderstand (Rj) mit der Basis eines Schalttransistors (T₂) verbunden ist, wobei zwischen der Collector-Emitterstrecke des Schalttransistors (Ti) und der Plusleitung (P) ein fester Widerstand (Rt) angeordnet und ein anderer Eingang (1) des Gatters (Gi) über einen Widerstand (R\o) mit der Verbindungsleitung zwischen Widerstand (Rs) und Collector-Emitterstrecke des Schalttransistors (Ti) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Plusleitung (P) und Masseleitung (M)der Stromversorgung eine Diode (Dn) in Sperrichtung sowie ein Strombegrenzungswiderstand (R₉) in Serie geschaltet sind und ein dritter Eingang (2) in das AND-Gatter (Gi) über einen Widerstand (Rn) mit der Anode der Diode (Dn) verbunden ist

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß in der Masseleitung (M) zwischen Stromversorgung (Batterie B) und Regelung die Collector-Emitterstrecke eines Sahalttransistors (T4) angeordnet jst dessen Basis am Au ;gang eines zweiten AND-Gatters (Gi) anliegt wobei das Gatter eingangsseitig mit einem Wasser-Indikator ^verbunden ist

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß der Indikator (I) von einer im Wasserzulauf des Gerätes angeordneten berührungslosen Kontaktstrecke besteht die in Reihe mit einem Festwiderstand (Rie) parallel zur Stromversorgung (Batterie B) geschaltet ist und der Gattereingang (3) mit der Verbindungsleitung zum Indikator (I) und Festwiderstand (Rie) verbunden ist

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungsleitungen für beide Gatter direkt an der Stromversorgung (Batterie £f} angeschlossen sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß der Hauptschalter (H) in der Zuleitung vom Plufoe'ider Batterie (B) zum Gerät angeordnet ist

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet daß zwischen jedem Eingang des Gatters (G]) und der Masseleitung (M)eine spannungsbegrenzende Diode (Dt, bis De) in Sperrichtung angeordnet ist und wiederum zwischen jeder Diode und der Masseleitung je eine weitere Diode (Dj bis Dj) in Durchlaßrichtung angeordnet ist