DE2719706A1 - Einrichtung fuer die anzeige eines elektrischen verbrauchers - Google Patents
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Description
- Einrichtung für die Anzeige eines elektrischen Verbrauchers.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei elektronischen Temperaturreglern, die Anzeige für die mittlere Leistungszufuhr set getakteten elektrischen Heizungen zu ermöglichen.
- 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.
- Die Anzeigeeinrichtung nach der Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- - 4 - 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Die Leuchtdiode 54, die ständig von Strom durchflossen wird, ist dazu bestimmt, den jeweiligen Schaltzustand anzuzeigen, d.h. den Ein- oder Ausschaltzustand der Anordnung.
- 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.
- Die Arbeitsweise des Reglers kann dadurch beobachtet werden.
- 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.
- Es wird für die Anzeigeeinrichtung keine zusätzliche Energie benötigt.
- In Fig.4 ist die Betriebszustands- und Leistungsanzeige der mittels des elektronischen Proportional-Temperaturreglers erbrachten Leistung an Hand eines Diagrammes dargestellt.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- In Fig.5 sind vier verschiedene Ausbildungen von Anzeigeeinheiten veranschaulicht, welche jeweils die Leuchtdiodenkette enthalten.
- Mit 70 ist eine lineare Aufzeichnung von Kettengliedern mit der punktförmigen Leuchtdioden 49 bis 53 bezeichnet.
- Die obere Leuchtdiode 54 zeigt den Schaltzustand ("Ein" oder "Aus") an.
- 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.
- Statt der linearen Anordnung kann auch eine Schwellpfeilanordnung der Leuchtdioden 49 bis 53 vorgesehen sein, wie dies die Ausbildung mit dem Schwellpfeil 72 zeigt.
- Die Ausbildung nach der Anordnung 73 stellt eine kreisförmige Aufzeichnung der Leuchtdioden 49 bis 53 zusammen mit der Schaltzustandanzeigenleuchtdiode 54 dar.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- L e e r s e i t e
Claims (3)
- Patentansprüche 1.) Einrichtung für die Anzeige des Betriebszustandes und der Leistungsaufnahme eines elektrischen Verbrauchers, Welcher über einen elektronischen Regler am Netz engeschlossen ist, wobei die Steuerenergie des Reglers von der Netzspannung über einen Widerstand und einen Gleichrichter in Verbindung mit einem Stützkondensator und einer Z-Diode gewonnen wird dadurch gekennzeichnet, daß eine steuerbare LED-Kette (49 bis 53) vom eingeprägten Halbwellenstrom der Energieversorgung des Reglers (1) durchflossen wird und daß für die Anzeige des Betriebszustandes eine LED (54) vorgesehen ist, die ständig vom Strom durchflossen wird, während die Aussteuerung des Teiles der LED-Kette (49 bis 53) für die Anzeige der Leistungsaufnahme durch eine Spannung -dem Propotionalbereich des Reglers (1) entsprechend- über zugehörige Transistoren (60 bis 64) erfolgt.
- 2.) Einrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassung der Aussteuerspannung für die Anzeige (48) der Leistungsaufnahme an den Proporticnalbereich des Reglers (1) durch einen zusätzlichen Verstärker (47) in Verbindung mit einer Z-Diode (44) und Widerständen (55 bis 59) erfolgt.
- 3.) Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige (49) als getrennte Einheit über drei Verbindungsleitungen (102'', 103'', 104'') auf den Regler (1) aufsteckbar ist und daß bei Entfernung der Anzeige (48) ihre Anschluss-Klemmen (102 und 104) am Regler mit einer Brücke (74) überbrückbar sind.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OD | Request for examination | ||
8126 | Change of the secondary classification |
Ipc: H05B 1/00 |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |