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Einrichtung für die Anzeige eines elektrischen Verbrauchers.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für die Anzeige des Betriebszustandes
und der Leitungsaufnahme eines elektrischen Verbrauchers, welcher über einen elektrischen
Regler am Netz angeschlossen ist, wobei die Steuerenergie des Reglers von der Netzspannung
über einen Widerstand und einen Gleichwichter in Verbindung mit einem Stützkondensator
und einer Z-Diode gewonnen wird.
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Zur Einstellung der Heizleistung z.B. von Kochplatten oder Backöfen
sind zur Zeit mehrere Systene bekannt: Zunächst gibt es Stufenschalter mit einer
Betriebszustands-und Leistungsanzeige mittels eines Drehknopfes. Dabei sind mehrere
Heizleistungsstufen über verschiedene Widerstände einstellbar. Der bekannte 7-Takt-Schalter
hat sechs Leistungsstufen zur wahlweisen Einstellung von drei Heizwiderständen in
Parallel- Hintereinander- und Einzel schaltung. Die Leistungsänderung erfolgt nur
in kleineren und größeren Stufen. Es fehlt eine An- und Fortkochautomatik. Der Betriebszustand
und die gewählte Leistung können nur z.B. an einem Drehknopf mit Zahlenangabe abgelesen
werden, wobei eine Leuchte gegebenenfalls den Betriebszustand hervorhebt. Nachteilig
ist für den Bedienenden die ständige Überwachung des Kochvorganges, bei dem die
notwendige Leistungsänderung geschätzt und von Hand vorgenommen werden muß.
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Bei einem anderen System, bei dem die Energieregelung durch einen
Leistungssteller stufenlos erfolgt, werden der Betriebszustand und die Heizleistung
ebenfalls durch einen Drehknopf und eine Leuchte sichtbar gemacht. Hier ist eine
Istwertanzeige auch mittels einer zweiten Leuchte möglich. Da diese entsprechend
dem Ein- und Ausschaltrhytmus taktet, ist dem Bedienenden jedoch kein Hinweis auf
die tatsächliche Heizleistung gegeben.
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Schließlich ist noch eine Automatikregelung bekannt, be der der Regler
die Verstellung der Heizleistung z.B. bei einer Automatik-Kochplatte automatisch
bewirkt. Hierbei wird auch eine Betriebszustands-Anzeige durch den Drehknopf kenntlich
gemacht, der falls beleuchtbar sein kann. Die Kochguttemperatur ist jVzLi'Os einstellbar.
Wenn auch der Bedienende aus Erfahrung den Värmebedarf für das Kochgut kennt, weiß
er jedoch nicht, welche Leistung im Verlauf des Anheiz- und Kochvorganges der Anordnung
jeweils zugeführt wird. Eine entsprechende Istwetanzeige ist nicht vorhanden.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei elektronischen Temperaturreglern,
die Anzeige für die mittlere Leistungszufuhr set getakteten elektrischen Heizungen
zu ermöglichen.
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Nachdem bereits spannungsgesteuerte LED-Ketten bekannt sind (Aufsatz
"Neue Wege der Schaltungstechnik" aus "elektronik industrie 9-1976", Seite 200),
wonach die Steuerung einer evchtenden Skalenleiter sich durch sequentielles Einschalter
ven lichtemittierenden Dioden erreichen läßt, die eine linear angeordnete Kette
bilden, sieht die Erfindung als Lösung der gestellten Aufgabe bei der eingangs beschriebenen
Einrichtung, dessen Regler in einer speziellen Ausbildung in der deutschen Patentanmeldung
P 26 08 295.1 schaltungsmäßig dargestellt ist, eine Ausbildung nach dem kennzeichnenden
Teil der Ansprüche vor.
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Die Anzeigeeinrichtung nach der Erfindung ist in der Zeichnung in
mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt.
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Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild über die Verbindung eines elektronischen
Proportional-Temperaturreglers mit Wir Anzeigeeinrichtung Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild
des mit der Anzeigeeinrichtung verbundenen Temperaturreglers Fig. 3 zeigt das Schaltbild
des Temperaturreglers und der mit ihm verbundenen Anzeigeeinrichtung
Fig.
4 zeigt ein Diagramm über einen Regelvorgang des Temperaturreglers und des dazugehörigen
Anzeigevorganges Fig. 5 zeigt vier Ausbildungsmöglichkeiten der äußeren Anzeigeeinheit.
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In Fig. 1 ist ein Prinzipschaltbild über die Verbindung eines Proportional-Temperaturreglers
mit der Anzeigeeinrichtung dargestellt. Mit 1 ist der Steuerkreis des Temperaturreglers
bezeichnet, mit 47 das Netzteil der Spannungsversorgung und mit 48 die elektronische
Anzeige, die zwischen dem Netzteil und dem Steuerkreis liegt.
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In Fig.2 ist ein Blockschaltbild des elektronischen Proportional-Temperaturreglers
mit getakteter Energiepaketsteuerung dargestellt. Dabei bestehen die Grundbauelemente
aus einem Hauptschalter I, einem Netzteil II, einem Sägezahngenerator III, einem
Meßzweig IV mit Sollwertgeber und Temperaturfühler, einem Vorverstärker V, einem
Komparator VI, einem Lastschaltglied VII, einem Nachverstärker VIII und einer LED-Anzeige
IX.
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Die spezielle Ausgestaltung des elektronischen Proportionalreglers
mit getakteter Energiepaketssteuerung und Leistungsanzeige ist in Fig.3 gezeigt.
Danach ist dieser Proportional-Taktregler über einen 2-polig unterbrechenden Schalter
7 mit einem Wechselstromnetz über die Klemmen 101 und 106 verbunden.
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Das Netzteil II besteht aus der Gleichrichterdiode 6 und dem Vorwiderstand
5, der die Gleichspannung für den nachfolgenden elektronischen Steuerkreis 1 vermindert,
sowie einer Z-Diode 9 und einem Kondensator 10, durch die die Versorgungsspannung
des Steuerkreises stabilisiert wird.
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Die Schaltung des Steuerkreises besteht aus vier Operationsverstärkern
11, 23, 34 und 42. Diese können als getrennte Bauteile von völlig gleichem Typ vorgesehen
werden. Sie können jedoch auch vorteilhaft in einem einteiligen integrierten Schaltkreis
ausgeführt sein.
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Der Operationsverstärker 11 fungiert als Sägezahngenerator
III, der Operationsverstärker 34 als Vorverstärker V, der Operationsverstärker 42
als Nachverstärker VIII und der Operationsverstärker 23 als Komparator VI Der Messzweig
setzt sich zusammen aus dem Solwert-Potentiometer 2 mit dem vorgeschalteten Widerstand
27 und dem NTC-Fühler 3 mit dem parallel geschalteten Linearisierungsiderstand 32
und dem vorgeschalteten Widerstand 28. Durch diesen Messzweig wird die Steuerspannung
erzeugt, die in dem Vorverstärker 34 mit seiner Außenbeschaltung, bestehend aus
den Widerständen 31,33,37 und den beiden Siebkondensatoren 35 und 38 verstärkt wird.
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Die somit verstärkte Steuerspannung wird in dem Nachverstärker 42
mit seiner Außenbeschaltung, bestehend aus den Widerständen 39, 40, 43, 45 nochmals
verstärkt, durch die Z-Diode 44 um deren Schwellwert angehoben und in das Anzeigeelement
IX, 48 geführt.
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Mit dem Operationsverstärker 11 und seiner Außenbeschaltung, nämlich
den Widerständen 15, 16, 17 und 20 sowie den Kondensatoren 22 und 36 wird eine Sägezahnspannung
erzeugt, die in dem Operationsverstärker 23 mit der Vergleichsspannung, die aus
dem Operationsverstärker 34 über den Widerstand 46 kommt, verglichen wird.
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Zur Erreichung eines exakten Schaltpunktes wird die Ausgangsspannung
des Operationsverstärkers 23 über den Widerstand 29 auf seinen Eingang zurückgekoppelt.
Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 23 erregt das Relais 4, dem eine
Diode 30 zum Schutz des Operationsverstärkers 23 parallel geschaltet ist.
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Die über die Z-Diode 44 in das Anzeigeelement 48 geführte negative
Steuerspannung ermöglicht ein nacheinanderfolgendes Schalten von lichtemittierenden
Dioden L0 bis z.B. 53, die in einer Kette angeordnet sind. Die Anzahl der Kettenglieder
kann je nach Bedarf beliebig gewählt werden, wobei es allerdings auch auf die Höhe
der Speisespannung ankommt.
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Uber die Anschlüsse 103, 103' fließt über die Widerstände 55 bis 59
soviel Basisstrom zu den Transistoren 60 bis 64, bis diese gesättigt sind und die
Leuchtdioden 49 bis 53 überbrückt und verlöscht sind. Sinkt die Steuerspannung ab,
dann verzweigt sich der Strom zwischen den Wegen über die Dioden 65 und 65' so lange,
bis die Steuerspannung einen bestimmten Wert erreicht hat, so daß der Transistor
60 sperrt und die Leuchtdiode 49 aufleuchtet. Ein weiteres Absinken der Steuerspannung
bewirkt eine Stromverzweigung über die Dioden 66 und 66', so daß nunmehr der Transistor
61 sperrt und die Leuchtdiode 50 aufleuchtet.
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Diese Reaktion setzt sich bei stets weiterem Absinken der Steuerspannung
fort, bis nacheinander die Dioden 67/67', 68/68' und 69/69' durchflossen werden
und damit die Leuchtdioden 51,52 und 53 aufleuchten. Steigt umgekehrt die Steuerspannung
wieder an, verlöschen folglich auch wieder nacheinander die Leuchtdioden von 53
bis 49.
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Die Leuchtdiode 54, die ständig von Strom durchflossen wird, ist dazu
bestimmt, den jeweiligen Schaltzustand anzuzeigen, d.h. den Ein- oder Ausschaltzustand
der Anordnung.
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Bei dieser Einrichtung regelt der Proportional-Temperaturregler die
Heizleistung z.B. einer Kochplatte oder eines Backofens vollautomatisch auf denjenigen
Wert, der für wirtschaftliches und schnelles Kochen erforderlich ist. Er informiert
den Bedienenden über die Funktion. Hierbei gibt die Leuchtdiodenkette oder -Reihe
ständig einen Aufschluss über die Wirksamkeit des Temperaturreglers und über die
Energiezufuhr ins Kochgut.
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Die Arbeitsweise des Reglers kann dadurch beobachtet werden.
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Es wird z.B. dabei sichtbar, wenn der Regler selbsttätig die Heizleistung
von "Ankochen" auf "Fortkochen" reduziert. Es wird andererseits erkenntlich, wenn
der Regler die Heizleistung erhöht z.B. dann, wenn beim Kochen kaltes Wasser nachgefüllt
wird. Dadurch wird ein schnelles und wirtschaftliches Kochen ermöglicht, welches
außerdem den Bedienenden vom iJberçachen und Nachregulieren des Kochvorganges entbindet.
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Es wird für die Anzeigeeinrichtung keine zusätzliche Energie benötigt.
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In Fig.4 ist die Betriebszustands- und Leistungsanzeige der mittels
des elektronischen Proportional-Temperaturreglers erbrachten Leistung an Hand eines
Diagrammes dargestellt.
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Dabei ist auf der Ordinate die Temperatur in °C und die eingestellte
Leistung in %ED aufgetragen, während auf der Abszisse die Aufheizzeit in Minuten
angegeben ist. Die Fig.4 betrifft ei Diagramm bei einer Einstellung einer Leistungsstufe
entsprechend 20 % ED, bei der 2 1 Wasser erwärmt werden. Die Kurve # K zeigt die
gemessene Temperatur des Kochgutes, während die Kurve F die gemessene Temperatur
des temperaturabhängigen Widerstandes anzeigt. Die Kurve Pm entspricht der erforderlichen
mittleren Leistung.
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Es ist zu ersehen, daß während der Aufheizperiode der Taktregler eine
100%ige Einschaltdauer abgibt. Nach Annäherung an die Solltemperatur beginnt die
Leistungsreduzierung durch Takten, inden die Einschaltzeiten kontinuierlich kleiner
werden, bis für den Fortkochgang über eine längere Periode die Restleistung ausreicht
und zur Einhaltung der vorgewählten Leistungsstufe dann nur kurzzeitige Einschaltperioden
benötigt werden.
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Unter dem Diagramm sind die Anzeigezustände der LED-Kette entsprechend
der mittleren Leistung dargestellt: Beim Einschalten der Anordnung leuchtet die
Betriebszustandsleuchte auf, und da die Leistung 100 % einsetzt auch alle Kettenglieder.
Jeder Leuchtdiode sind nach dem Ausführungsbeispiel 20 5 ED zugeordnet.
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Entsprechend dem automatischen Regelablauf erlöschen die Dioden nacheinander
oder leuchten wieder auf, bis ein Beharrungszustand erreicht ist. In der Darstellung
sind 10 markante Leistungsanzeigenstände abgegriffen.
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In Fig.5 sind vier verschiedene Ausbildungen von Anzeigeeinheiten
veranschaulicht, welche jeweils die Leuchtdiodenkette enthalten.
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Mit 70 ist eine lineare Aufzeichnung von Kettengliedern mit der punktförmigen
Leuchtdioden 49 bis 53 bezeichnet.
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Die obere Leuchtdiode 54 zeigt den Schaltzustand ("Ein" oder "Aus")
an.
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Die farbliche Abstimmung z.B. für die Leuchtdiode 54 gleich grün und
für die Leuchtdioden 49 bis 53 gleich rot gibt dem Bedienenden eine schnelle und
gute Ubersicht über die Leistungsregelung.
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Statt der linearen Anordnung kann auch eine Schwellpfeilanordnung
der Leuchtdioden 49 bis 53 vorgesehen sein, wie dies die Ausbildung mit dem Schwellpfeil
72 zeigt.
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Die Ausbildung nach der Anordnung 73 stellt eine kreisförmige Aufzeichnung
der Leuchtdioden 49 bis 53 zusammen mit der Schaltzustandanzeigenleuchtdiode 54
dar.
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Bei diesen äußeren Gestaltungen der Anzeigeelemente werfen die punktförmigen
Leuchtdioden ihr Licht durch entsprechend gestaltete Fenster der Abdeckungen 70,72,73
, wobei zwischen den Fenstern stets ein Zwischenraum verbleibt.
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Nach der Ausführung des Anzeigeelementes 71, bei der rechteckig gestaltete
Leuchtdioden 49' bis 54' Wand an Wand aneinandergereiht sind, ergibt sich jeweils
ein kürzeres oder längeres stufenloses Leuchtband (je nach Energiezu- oder -Abfuhr),
dieses Leuchtband kann sowohl in der dargestellten rechteckigen Bandform als auch
in Form eines Schwellpfeiles 72 oder einer Kreisringanordnung 73 ausgebildet sein,
d.h. daß dann jedoch die Zwischenräume zwischen den Dioden wie bei den Punktausführungen
fehlen.
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Die Stromversorgung für das Anzeigeelement 48 erfolgt über die Klemmen
102, 102' und 104, 104', während die Steuerspannung über die Klemmen 103 und 103'
zugeführt wird.
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Mit 101 und 106 sind die Netzanschlussklemmen für die gesamte Anordnung
bezeichnet. 105, 105' und 106' sind Fühleranschlussklemmen, und 107 ist die Anschlussklemme
für die geschaltete Phase.
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Die Anzeige 48 kann eine getrennte Baueinheit sein und über die drei
Verbindungsleitungen 102'', 103'' und 104'' auf den Regler 1 aufgesteckt werden.
Bei Verwendung des Reglers 1 ohne Anzeige 48 werden die Klemmen 102 und 104 des
Reglers 1 mit einer Brücke 74 überbrückt.
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L e e r s e i t e