DE2635901C2 - Einrichtung zum Regeln der Temperatur eines Raumes - Google Patents
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Description
Stand der Technik
50
Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum Regeln der Temperatur nach der Gattung des
Hauptanspruchs. Eine solche Einrichtung wurde in der DE-OS 25 31015 vorgeschlagen. Durch eine andere
Regeleinrichtung der Beheizung eines Kraftfahrzeuginneivraumes
ist es bekannt, einen Innenraumtemperaturfühler. einen Außentemperaturfühler sowie einen
Sollwertgeber in Reihe zu schalten und mit der Summe der Steuergrößen den Heizmittelstrom eines Wärmetau- μ
schers zu steuern. Auf diese Weise ist jedoch ein genauer Vergleich mit einem einmal eingestellten
Sollwert nicht möglich. Der ältere Vorschlag bietet demgegenüber wesentliche Vorteile, hat jedoch auch
den Nachteil, daß durch die Addition der Steuergrößen der Anteil des Heizlufttemperaturfühlers bei notwendiger
hoher Heizleistung am Wärmetauscher größer ist als bei niedriger Heizleistung. Dies gilt umgekehrt für
den Anteil des innenraumtemperRturföhlers &n der
Summen-Steuergröße, Dementsprechend ergibt sich bei konstant eingestelltem Sollwert dann eine relativ
geringere Innenraum-Ist-Temperatur, wenn der Wärmetauscher mit hoher Heizleistung betrieben werden
muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die ältere Teroperaturregeleinrichtung dahingehend zu verbessern,
daß der Einfluß des Heizlufttemperaturfühlers auf den Regelkreis unabhängig wird von der vom
Wärmetauscher abgegebenen Heizleistung, so daß die Regelung exakter dem vorgegebenen Sollwert folgt
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat den
Vorteil, daß nur die Änderung der Steuergröße des Heizlufttemperaturfühlers erfaßt und die Absolutgröße
unterdrückt wird. Hierdurch werden Regelschwankungen aufgrund unterschiedlicher Heizleistung des Wärmetauschers
weitgehend unterbunden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und
Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß der
Heizlufttemperaturfflhler aus zwei innerhalb eines Spannungsteilers in Reihe geschalteten Temperaturfühlern
besteht, von denen der eine thermisch isoliert und der andere unmittelbar dem Heizluftstrom ausgesetzt
ist und an der Verbindung zwischen beiden Temperaturfühlern die Steuergröße erfaßt und mit der Steuergröße
des Innenraumtemperaturfühlers addiert wird.
Damit wird in einfacher Weise eine große Zeitkonstante für eine gute dynamische Ankopplung der
Steuergröße des Heizlufttemperaturfühlers realisiert. Als dynamische Ankopplung ist hierbei ein Temperaturgang
des Fühlers bezeichnet, welcher den Temperaturänderungen des Fühlers Rpchnur^; trägt statt dessen
Absoluttemperaturen, wodurch insbesondere beim Aufheizen des Raumes ein zu frühes Aufheizen des
Heizlufttemperaturfühlers und dadurch ein zu schnelles Abschalten der Heizung vermieden werden.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Schaltanordnung der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Regeln der Temperatur
und
Fig.2 eine beispielhafte Ausgestaltung des Heizlufttemperaturfühlers.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist in einer
Heizmittelversorgungsleitung 1 zu einem Wärmetauscher 2 einer Kraftfahrzeugheizungsanlage ein Magnetventil
4 angeordnet, das über eine Magnetwicklung 5 betätigbar ist. Der Wärmetauscher 2 ist dabei in üblicher
Weise über die Heizmittelversorgungsleitung 1 und einen Rücklauf 6 mit dem Kühlwasserkreislauf der
Brennkraftmaschine verbunden.
Zur Ermittlung der Austrittstemperatur der Luft, die durch den Wärmetauscher in den Innenraum der zu
beheizenden Fahrgastzelle gefördert wird, ist unmittel-
bar am Austritt des Wärmetauschers ein Heizlufttemperaturfühler
7 angeordnet, der aus zwei gleichartigen wärmeempfindlichen Elementen wie z, B, NTC-Widerstände
oder Halbleiterelemente bestehen. Von diesen Temperaturfühlern ist der eine als thermisch isolierter
Temperaturfühler 8 und der andere als nichtisolierter Temperaturfühler 9 ausgebildet Beide Temperaturfühler
sind in üblicher Weise innerhalb eines Spannungsteilers in Reihe geschaltet, wobei zur Anpassung zwischen
dem Temperaturfühler 8 und der positiven Versorgungsleitung und dem Temperaturfühler 9 und der
negativen Versorgungsleitung jeweils ein Widerstand 11 und 12 geschaltet sind. Der Abgriff zwischen den
beiden Temperaturfühlern 8, 9 ist über einen Widerstand 14 mit dem invertierenden Eingang eines
Operationsverstärkers 15 verbunden. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers ;,st ferner über einen
Widerstand 16 mit einem zweiten Spannungsteiler verbunden. Dieser besteht aus der Reihenschaltung
eines wärmeempfindlichen, als Innenraumtemperaturfühler 18 dienenden Widerstandselement, in dem ein
Widerstand 19 zur positiven Versorgungsleitung hin vorgeschaltet und ein Widerstand 20 zur negativen
Versorgungsleitung hin nachgeschaltet ist. Der Innenraumtemperaturfünler
18 kann z. B. in gleicher Weise wie die Temperaturfühler 8 oder 9 als Siliciumdiode
oder als NTC-Widerstand ausgebildet sein. Abweichend davon ist jedoch die Wertigkeit der Widerstandsänderung
pro Temperatureinheit bei dem Innenraumtemperaturfühler 18 wesentlich größer als bei den Temperaturfühlern
8 und 9. Die Abr.ahme der Steuergröße des Innenraumtemperaturfühlers erfolgte zwischen diesem
und dem Widerstand 20 über den Widerstand 16, der mit dem invertierenden Eingang verbunden ist. Der
nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 15 ist mit einem Spannungsteiler aus einem als
Sollwertgeber 22 dienenden veränderlichen Widerstand und einem Widerstand 23 verbunden. Dem Sollwertgeber
22 ist dabei zur Anpassung zur positiven Versorgungsleitung 24 hin ein Widerstand 25 vorgeschaltet.
Der Ausgang des Operationsverstärkers führt zu einem Komparator 27, dessen anderer Eingang mit
einem Generator 28 einer dreieckförmig verlaufenden Spannung fester Frequenz verbunden ist. Zusammen
mit dem Generator 28 stellt der Komparator 27 einen Impulsformer Jar, der in bekannter Wei^e in Abhängigkeit
der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers eine Rechteckspannung mit der festen Frequenz der
vom Generator 28 erzeugten Dreiecksspannung bildet, solange die Ausgangsspanni;:ig des Operationsverstärkers
nicht die Bandbreite der Dreiecksspannung über- oder unterschiedet. Der Ausgang des Komparator 27
führt zu der Magnetwicklung 5 des Ventils 4, so daß dieses entsprechend den Impulsen auf- und zugeschaltet
wird.
Die beschriebene Einrichtung arbeitet folgendermaßen:
Der als Summierer geschaltete Operationsverstärker 15 erhält die addierten Steuergrößen der Temperaturfühler
18 und 7 und erzeugt entsprechend der Abweichung von der Sollwertspannung am Ausgang
eine variable Spannung, die, solange sie sich im proportionalen Regelbereich, der durch die Bandbreite
der Dreiecksspannung gegeben ist. befindet, in eine entsprechende Impulsfolge umgewandelt wird, entsprechend
Her der Zulauf des Heizmittels über das Ventil 4 gesteuert wird. Ist die Regelabweichung vom Sollwert
zu groß, so erhält die Magnetwicklung 5 des Ventils 4
entweder eine maximale Spannung oder sie wird gar nicht erregt, je nachdem, ob die Innenraumtemperatur
zu tief oder zu hoch ist. Mit der getakteten Ansteuerung des Ventils läßt sich der Heizmittelzulauf zum
Wärmetauscher 2 innerhalb des Proportionalitätsbereiches quasi stetig regeln, obwohl das Ventil jeweils nur
eine Auf- oder Zu-Stellung einnimmt. Dies hat den Vorteil, daß das Ventil einfach aufgebaut sein kann und
ίο sehr funktionssicher arbeitet Der Leistungsbedarf ist
trotz schneller und genauer Regelung sehr gering. Neben der Vermeidung von Hysterese-Einflüssen, die
zu einem Oberschwingen der Innenraumtemperatur führen, bringt diese Regelung den Vorteil der schnellen
Aufheizung des Kraftfahrzeuginnenraumes aus einem kalten Zustand heraus.
Die Genauigkeit der Regelung wird ferner dadurch bewirkt daß der Heizlufttemperaturfühler 7 und der
Innenraumtemperaturfühler 18 eine unterschiedliche Wertigkeit haben. Da sich die Innenraumtemperaturen
gegenüber der Temperatur am Wärmtauscher 2 nur langsam ändern, ist der Innenraumtemprraturfühler 18
so ausgebildet, daß er bei gleicher Temperaturänderung eine wesentlich größere Steuergröße erzeugt. Damit
wird eine Änderung der Innentemperatur feinfühlig erfaßt und gleichzeitig auch frühzeitig eine mit
Zeitverzögerung zu erwartende Änderung der Innenraumtemperatur
wegen der gestiegenen Heizlufttemperaturen erfaßt Die Wertigkeit des Heizlufttemperaturfühlers
muß dennoch sehr gering gehalten werden, damit es bei unterschiedlichen Heizungsbedingungen
nicht zu zu großen statischen Regelabweichungen kommt. Wenn z. B. zur Beheizung des Innenraumes
hohe Temperaturen am Wärmetauscher 2 erforderlich sind, ist der Einfluß dieser Steuergröße auf die Summe
der Steuergrößen relativ größer, so daß es in diesem Fall zu einer niedrigeren, tatsächlichen Innentemperatur
kommt wie wenn im anderen Fall nur eine geringe Heizleistung notwendig ist.
Wichtig ist, daß der Heizlufttemperaturfühler 7 aus zwei in Reihe geschalteten Temperaturfühlern 8 und 9
gebildet wird. Der thermisch isolierte Temperaturfühler 8 erfaßt dabei wegen seiner großen Zeitkonstante nur
sehr langsam die Änderungen der Heizluftterrperatur.
<■"> so daß sich sein Widerstandswert entsprechend einer
mittleren Heizlufttemperatur einstellt. Der Temperaturfühler 8 dagegen ist unmittelbar dem Luftstrom, der den
Wärmetauscher 2 verläßt, ausgesetzt und folgt den Temperaturänderungen sehr schnell. Am Abgriff
so zwischen beiden Temperaturfühlern wird dann eine Steuergröße erfaßt, die vorwiegend die Dynamik der
Temperaturänderungen am Wärmetauscher 2 und weniger das statische Temperaturniveau berücksichtigt.
Auf diese Weise wird die Abweichung der tatsächlichen
Ist-Temperatur vom gewünschten Wert sehr klein gehalten.
Eine dynamische Koppelung der Steuergröße eines einfachen Lufttemperaturfühlers ließe sich zwar auch
kapazitiv durch ein Differenzglied verwirklichen, doch wäre dies wegen der Größe der notwendigen
Koppelzeitkonstanten im Gegensatz zu der hier beschriebenen Einrichtung kaum kostengünstig zu
realisieren.
In Fig. 2 ist eine beispielhafte Ausgestaltung des
t» Heizlufttempcraturfühlers 7 wiedergegeben. Dabei ist
an der Spitze 29 eii.is kegelförmig ausgebildeten
Wärmeisolierkörpers 30 der Temperaturfühler 9 angeordnet und über eine Leitung 31 mit dem im Inneren
des Wärmeisolierkörpers 30 liegenden Temperaturfühler 8 verbunden. Von beiden Temperaturfühlern führen
die Anschlußleitungen ab zu den Widerständen ti und
12. Der Wärmeisolierkörper 30 ist dabei in unmittelbarer Nähe am Austritt aus dem teilweise dargestellten
Wärmetauscher 2 angeordnet.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Einrichmng zum Regeln der Temperatur eines
Raumes mit einem Wärmetauscher zum Erwärmen der dem Raum zugeführten Luft, in dessen
Heizmittelversorgungsleitung ein Ventil angeordnet ist, das von einem Stellglied einer Regeleinrichtung
betätigt wird, wobei die Regeleinrichtung einen Sollwertgeber und als Istwertgeber einen Innenraumtemperaturfühler
und einen im Bereich des Wärmetauschers angeordneten Heizlufttemperaturfühler aufweist, deren Signale addiert werden, wobei
das Signal des Heizlufttemperaturfühlers stärker bewertet wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der Heizlufttemperaturfühler (7) ein differenzierendes Verhalten aufweist, so daß das vom
Heizlufttemperaturfühler (7) abgegebene Signal die Temperaturänderung am Heizlufttemperaturfühler
berücksichtigt
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
cijß der Heizlufttemperaturfühler (7) aus
zwei innerhalb eines Spannungsteilers in Reihe geschalteten Temperaturfühlern (8, 9) besteht, von
denen der eine Temperaturfühler (8) thermisch isoliert und der andere unmittelbar dem Heizluftstrom
ausgesetzt ist und an der Verbindung zwischen beiden Temperaturfühlern das Signal
erfaßt und zu dem Signal des Innenraumtemperaturfühlers (18) addiert wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- JO zeichnet, daß der Heizlufttemperaturfühler (7) und
der InnenrziTiitemperaturfühler (18) mit einem als
Summierer geschalteten Operationsverstärker (15) verbunden sind, dessen anderer Eingang mit dem
einstellbaren Soilwertgeber (22) und dessen Ausgang mit der Magnetwicklung (5) des als Magnetventil
(4) ausgebildeten Ventils in der Heizmittelversorgungsleitung (1) verbunden sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des Opera- *o
tionsverstärkers (15) und dem Magnetventil (4) ein Impulsformer (27, 28) zur Erzeugung von Impulsen
mit fester Frequenz und entsprechend dem Aurgangssignal
des Operationsverstärkers variabler Impulsbreite geschaltet ist, so daß das Magnetventil
innerhalb der Impulsbreite geöffnet ist.
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