DE2722410A1 - Einrichtung zur regelung eines elektrischen signals in abhaengigkeit von umgebungsbedingungen - Google Patents

Description

DIPL.-ING. HANS W. GROENING

PATENTANWALT 2/22410

A 43-1

ARDCO, Inc.

12400 S. Laramine Avenue

Chicago, Illinois 60658

USA

Einrichtung zur Regelung eines elektrischen Signals in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen

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SIEBKRTSTR.4 · 8000 MÜNCHEN 86 · POB 860 310 · KABEL: RHEIJiPATENT · TEL (089) 471079 ■ TELEX 3-226

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Regelung eines von einer Energiequelle an eine elektrische Last abgegebenen elektrischen Signals in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen, insbesondere auf eine Kondensat-Abfühl- und Regeleinrichtung zum Verhindern der Kondensatbildung an einer überwachten Einheit.

Zum Stand der Technik gehörende Beispiele zur Feststellung des Feuchtigkeitsgehalts von Luft, z.B. des Taupunkts oder der relativen Feuchtigkeit und/oder zur Kontrolle von Kondensatbildung auf überwachten Oberflächen sind beschrieben in den US-Patenten 2 435 895, 2 678 035, 2 720 107, 2 733 594,

2 733 607, 2 904 995, 2 975 638, 3 142 986, 3 293 901, 3 161 056,

3 166 928, 3 195 344, 3 195 345, 3 287 974, 3 416 356, 3 422 677, 3 460 352, 3 552 186, 3 599 862, 3 696 360, 3 859 502 und 900 194. Die fortlaufende Beheizung solcher Teile ist nicht erwünscht, weil die erhitzten Oberflächen sich warm anfühlen können und weil damit eine erhebliche Energieverschwendung verbunden ist. Es wurde erkannt, daß es nur notwendig ist, die freiliegenden Oberflächen periodisch zu überwachen, um sie im Hinblick auf die herrschenden Bedingungen so warm zu halten, daß die Entstehung von Feuchtigkeit und Eis verhindert wird.

Das Erfordernis einer selektiven und intermittierenden Kontrolle mehrerer elektrischer Lasten wirft oft erhebliche Probleme auf. Z.B. sind kommerzielle gekühlte Einheiten, z.B. Gefrierschränke und Eismaschinen, insbesondere kommerzielle aufrechtstehende Einheiten, die in Kleinhandelsgeschäften verwendet werden, in typischer Weise mit Glastüren versehen, durch die hindurch der Verbraucher die darin enthaltenen Produkte sehen kann.

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Meist werden mit Metallrahmen versehene Glastüren in solchen Einheiten verwendet. Vom Standpunkt des Kleinhändlers ist es notwendig, eine Kondensatbildung an solchen Einheiten zu verhindern, und zwar nicht nur aus ästethischen Gründen, sondern, was wesentlich wichtiger ist, weil das Kondensat, z.B. Feuchtigkeit und/oder Eis oder Eisblumen, die Klarheit der Türscheiben beeinträchtigt und die getätigten Verkäufe verringert. Zur Überwindung dieses Problems wurden zahlreiche technische Maßnahmen zum Erhitzen der freiliegenden Teile der gekühlten Einheit, z.B. des Türrahmens, des Frieses und/ oder des Glases selbst durchgeführt, um die Kondensatbildung zu verhindern.

Zahlreiche technische Maßnahmen wurden zur intermittierenden Beheizung der freiliegenden Flächen der gekühlten Einheiten mit dem Ziel entwickelt, die Kondensatbildung zu verhindern und die Oberflächentemperaturen des Glases, des Türrahmens, des Aussenrahmens und der Friese gerade oberhalb desjenigen Punktes zu halten, an dem die Kondensatbildung beginnt. Einige dieser Maßnahmen umfassen die Voreinstellung eines Heizgerätes,um dieses intermittierend, jedoch entsprechend einem feststehenden Zyklus zu betreiben. Ein anderer Versuch besteht darin, die relative Feuchtigkeit in demjenigen Raum abzufühlen oder festzustellen, in welchem die Einheit angeordnet ist,und die Heizgeräte einzuschalten, wenn die relative Feuchtigkeit einen bestimmten Wert überschreitet. Indessen ist die Kondensatbildung auf den Oberflächen von gekühlten Einheiten nicht nur eine Funktion der relativen Feuchtigkeit in dem Raum, sondern auch der Raumtemperatur und der Temperatur der freiliegenden Oberflächen der Einheit, wobei die Oberflächentemperatur teilweise durch die Temperatur innerhalb der gekühlten Einheit bestimmt wird. Das Abfühlen nur der relativen Feuchtig keit vermittelt keine ausreichende Information, um den Energieverbrauch zu verringern, während gleichzeitig die Feuchtigkeitsbildung ausgeschlossen wird·.

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Ein weiterer Versuch besteht in der manuellen Einstellung des Arbeitszyklus des Heizgerätes. Dies mag ausreichen, erfordert aber eine konstante überwachung durch angestelltes Personal, weil die Eisbildung als Funktion davon, wie oft die Türen geöffnet werden, und als eine Funktion der Änderungen der Umgebungsbedingungen sich ändern kann. Es ist daher für solche Systeme üblich, diese auf einem Niveau einzustellen, das die Verhinderung von Eisbildung an der Einheit unter den schlechtesten Bedingungen, die zu einem Verlust von Energie führen, gewährleistet.

Als Variante dieser die relative Feuchtigkeit abtastenden Fühler, gibt es Systeme, bei denen der Arbeitszyklus als eine Funktion der relativen Feuchtigkeit/Zunahme des Arbeitszyklus der Heizgeräte eingestellt wird, wenn die relative Feuchtigkeit mitanwächst. Da wiederum der Punkt, an dem Kondensat gebildet wird, nicht nur eine Funktion der relativen Feuchtigkeit in der umgebenden Atmosphäre ist, werden solche Systeme oft auf einen längeren Arbeitszyklus eingestellt als es zur Verhinderung von Kondensatbildung notwendig ist.

Eines der oben erwähnten Patente, nämlich das US-Patent 3 696 360,beschreibt eine Alarmvorrichtung für die Warnung vor einer drohenden Kondensation auf einem überwachten Element. Während das bei dieser Anlage beschriebene System auf verschiedene Zustände ansprechen soll, welche eine Kondensatbildung beeinflussen, wird angenommen, daß der beschriebene Stromkreis, der einen Fühler und einen Belastungswiderstand enthält, nicht die Empfindlichkeit oder Genauigkeit vermittelt, die zur Gewährleistung der Verhinderung einer Kondensatbildung bei einem minimalen Energieverbrauch erforderlich ist. Der Fühler befindet sich in dem gleichen Stromkreis wie der Belastungswiderstand, wobei die erforderliche Gebrauchssicherheit in solchen Bereichen nicht gegeben ist, in denen der Fühler Personen zugänglich ist.

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Um einwandfrei eine Kondensatbildung auf den freiliegenden Oberflächen einer gekühlten Einheit sicherzustellen, sollte jedes Kontrollsystem als Eingangssignal sämtliche Faktoren berücksichtigen, die den Punkt bestimmen, an dem Kondensat auf den freiliegenden Oberflächen der Einheit gebildet wird. Die Faktoren, welche diesen Punkt bestimmen, sind die Umgebungstemperatur in dem Raum, die relative Feuchtigkeit der Umgebung sowie die Temperatur der freiliegenden Flächen der überwachten Einheit. Jedes System muß, um zufriedenstellend zu sein, zuverlässig sein, automatisch und wirkungsvoll arbeiten und sollte einen Betrieb der Heizgeräte für den Mindestzeitraum bewirken, der notwendig ist, um die Kondensatbildung zu verhindern. Außerdem muß ein solches System sicher sein.

Gemäß der Erfindung ist ein Steuersystem für die Regelung der Eingangssignale an eine Last wie elektrischen Heizgeräten vorgesehen, die mit Teilen einer gekühlten Einheit oder anderen Einheiten verbunden ist, bei denen die Umgebungszustände auf gegenüberliegenden Seiten einer Wärmegrenze sich unterscheiden, das auf sämtliche Zustände anspricht, welche die Kondensatbildung auf den überwachten Flächen beeinflussen.

Ein System gemäß der Erfindung umfaßt einen Fühler, der mit einer freiliegenden Oberfläche der gekühlten Einheit fest verbunden ist, wobei der Fühler auf die Temperatur der Oberfläche, auf die Umgebungstemperatur und auf die relative Feuchtigkeit der Umgebung für die Einleitung einer Erregung der Heizgeräte anspricht, um die Kondensatbildung auf den Oberflächen der überwachten gekühlten Einheit zu verhindern. Wenn der Fühler freiliegt, ist es außerdem aus Sicherheitsgründen nötig, daß der Fühler elektrisch isoliert wird, damit eine unbeabsichtigte Berührung des Fühlers oder Sensors durch Personen nicht gefährliche Folgen haben kann.

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Das Energiekontrollsystem gemäß der Erfindung sieht einen Meßwertgeber oder Sensor vor, der in geeigneter Weise angeordnet ist, damit er die freiliegenden Oberflächen einer gekühlten Einheit überwachen kann. Der Sensor ist gegenüber dem Hauptstromkreis elektrisch isoliert, der an elektrische Heizgeräte angeschlossen ist, und stellt genau und zuverlässig den Punkt fest, an dem sich an der Einheit Kondensat bildet, und steuert den Betrieb der Heizgeräte, um die Kondensatbildung auf den freiliegenden, überwachten Flächen zu verhindern.

Genauer gesagt ist ein veränderliches Widerstandselement mit den freiliegenden Oberflächen einer gekühlten Einheit derart fest verbunden, daß die Temperatur des veränderlichen Widerstands, der den Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist, sich entsprechend der Temperatur der freiliegenden Oberflächen der Einheit verändert. So kann die Feuchtigkeit auf der Oberfläche des Sensors ein Anzeichen oder Nachweis für den Zustand auf den Oberflächen der überwachten Einheit sein und dazu verwendet werden, den Betrieb der Heizgeräte so zu steuern, daß die Oberflächen der Einheit bei minimalem Energieaufwand gerade oberhalb derjenigen Temperatur gehalten werden können, bei der sich Kondensat bildet.

Gemäß der Erfindung umfaßt der Sensor eine Mehrzahl von im Abstand voneinander freiliegenden Kontakten, die in einen elektrisch isolierten Körper eingebettet sind, der wiederum auf einem wärmeleitenden Organ angeordnet ist, das in geeigneter Weise mit einer Oberfläche der Einheit fest verbunden oder auf dieser angeordnet ist. Ein Signal wird parallel zu dem Widerstandselement angelegt, dessen Widerstand sich entsprechend der Feuchtigkeitsmenge auf seiner Oberfläche verändert, wobei die Feuchtigkeit die Leitfähigkeit zwischen den im Abstand angeordneten Kontakten verändert. Ein Scheiteldetektor-Stromkreis ist mit dem als variabler Widerstand ausgebildeten Sensor

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verbunden, damit ein Signal mit einer Amplitude erzeugt werden kann, das für das den Sensor überbrückende Scheitelsignal repräsentativ ist, das sich wiederum als eine Funktion des Widerstandes des Meßwertgebers ändert.

Da der Widerstand des Sensors sich als eine Funktion der Feuchtigkeitsbildung auf seiner Oberfläche verändert, weist das festgestellte Signal eine Amplitude auf, die sich in Übereinstimmung mit dem überwachten Zustand, d.h. der beginnenden Kondensatbildung, verändert. Dieses festgestellte Signal wird an einen Eingang eines Differentialverstärkers angelegt, der ein Ausgangssignal ausgewählter Größe erzeugt, wenn die Differenz zwischen dem festgestellten Signal und einem konstanten Bezugssignal eine vorher ausgewählte Größe erreicht.

Dieses Steuer-Ausgangssignal wird beendet, wenn der Unterschied zwischen dem festgestellten Signal und dem Bezugssignal auf einen Wert abfällt, der geringer als der Wert ist, welcher erforderlich ist, um das Ausgangssignal durch einen gewählten Wert auszulösen. Das Steuer-Ausgangssignal erregt eine Licht emittierende Diode zur Erzeugung eines Kopplungssignals.

Ein Fototransistor spricht auf das von der Licht emittierenden Diode emittierte Licht an, so daß ein Schaltsignal als Reaktion auf jene Emissionen erzeugt wird, das an die Steuerelektrode eines elektronischen Schaltelementes angelegt wird, das zwischen einer Energiequelle und einer zu steuernden Last in Serie geschaltet ist. Bei der Überwachung einer gekühlten Einheit kann die Last aus mehreren Widerstandsheizgeräten bestehen, die in geeigneter Weise angeordnet sind, damit die Temperatur der freiliegenden Oberflächen erhöht wird, um eine Kondensatbildung auf jenen Oberflächen auszuschließen.

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Wenn die Temperatur der freiliegenden Oberflächen in Abhängigkeit von der Erregung der Heizgeräte über diejenige Temperatur ansteigt, bei'der sich Feuchtigkeit bildet, steigt auch die Temperatur des Sensors an, so daß auf seiner Oberfläche befindliche Feuchtigkeit verdampft. Die daraus resultierende Zunahme des Widerstandes des Sensors beendet das Steuerausgangssignal.

Die Emissionen der Licht emittierenden Diode hören auf, das Schaltsignal vom Fototransistor wird beendet und das an die Steuerelektrode des Schalterelementes gelegte Signal wird somit ebenfalls beendet. Das Schalterelement wird geöffnet und die Heizgeräte werden abgeschaltet, bis die beginndende Kondensatbildung auf der Oberfläche des Sensors wieder festgestellt wird.

Ein System gemäß der Erfindung ermöglicht eine wirksame, genaue und zuverlässige Überwachung der Kondensatbildung oder anderer zu überwachender Zustände mit einem minimalen Aufwand an Energie zur Aufrechterhaltung des gewünschten Zustandes und vermittelt gleichzeitig die notwendige Sicherheit gegenüber elektrischen Schlagen durch die Isolierung des freiliegenden Sonsors.

Zahlreiche andere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung und eines Ausführungsbeispiels derselben, aus den Ansprüchen und aus den beigefügten Zeichnungen hervor, in der jede dargestellte Einzelheit einen Teil dieser Beschreibung bildet, in der gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Teile beziehen. Es zeigen:

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Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer gekühlten Einheit, mit der das System gemäß der Erfindung verwendet werden kann;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Sensor-Baueinheit zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Anlage; und

Fig. 3 ein Schaltbild einer die Erfindung verkörpernden Anlage.

Während die Erfindung in vielen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen verkörpert werden kann, ist eine spezifische Ausführungsform in den Zeichnungen dargestellt und nachstehend beschrieben, die lediglich ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt, diese jedoch nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt. Der Schutzumfang der Erfindung wird von den beigefügten Ansprüchen umrissen.

Fig. 1 stellt die Vorderansicht einer gekühlten Einheit 10 dar, die ein Paar Türeinbauten 12 enthält, das nebeneinander in der Einheit 10 angeordnet ist, so daß eine große Fläche für den Verkauf und die Besichtigung von in der Einheit 10 enthaltenen Waren geschaffen wird. Jeder Türeinbau 12 besteht aus einem ortsfesten Befestigungsrahmen 14 und einem Paar Grifftüren 16 zum Schließen der Öffnung in dem ortsfesten Türrahmen 14. Jede Tür umfaßt einen Metallrahmen 18, in den eine transparente Scheibe 20 eingesetzt ist, so daß in der gekühlten Einheit befindliche Waren für Kunden deutlich sichtbar sind. üblicherweise besteht die transparente Scheibe 20 aus Glas. Der ortsfeste Türrahmen 14 der Einheit, der Metallrahmen 18, die transparente Glasscheibe 20 und andere Oberflächen der Einheit, z.B. Friese, werden typischerweise mittels Widerstandsgeräten erhitzt, um eine Kondensatbildung auf ihnen auszuschließen.

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Die Eingangssignal-Regelanlage gemäß der Erfindung überwacht bei ihrem Einsatz in Verbindung mit einer gekühlten Einheit wie der in Fig. 1 gezeigten Bauart die Bedingungen an den freiliegenden Oberflächen der Einheit und steuert den Betrieb der elektrischen Heizgeräte, um eine Kondensatbildung auf solchen Oberflächen auszuschließen, während ein minimaler Energieaufwand erforderlich ist, um diesen Zweck zu erreichen.

Ein die Erfindung verkörperndes System umfaßt eine Meßfühleroder Sensor-Baueinheit 25 in Fig. 2. Die Sensor-Baueinheit besteht aus einer wärmeleitenden Tragplatte 30, die an einer freiliegenden Oberfläche der gekühlten Einheit befestigt ist, z.B. an einem Fries 32 in Fig. 1, wobei ein Fläche-an-Fläche-Kontakt mit dem Fries aufrechterhalten wird. Die Tragplatte 30 kann mit dem Fries 32 durch metallische Befestigungsmittel wie z.B. Schrauben, die nicht dargestellt sind, fest verbunden werden, die durch Löcher 34 in der Tragplatte 32 hindurch in den Fries eingreifen, um eine maximale Wärmeleitung zwischen der Platte 32 und demjenigen Teil der gekühlten Einheit zu gewährleisten, mit dem sie fest verbunden ist. Bei einer Ausführungsform besteht die Tragplatte aus Aluminium und besitzt ι
0,79 mm.

besitzt eine Fläche von etwa 6,45 cm und eine Dicke von

Ein Sensor 35 ist mit der Oberfläche der Tragplatte 30 fest verbunden. Der Sensor 35 besteht aus einer elektrisch isolierenden Scheibe 36, die in dem dargestellten Ausführungsbexspiel 0,79 mm dick ist und aus Epoxyglas besteht. Auf der Oberfläche der Scheibe 36 befindet sich ein Paar im Abstand angeordneter Kontakte 38, 40, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel alternierend angeordnete, im allgemeinen kreisbogenförmige und elektrisch leitende Finger 38a, 40a aufweisen, die im Abstand voneinander angeordnet sind und

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mit einem antikorrosiven elektrisch leitenden Element, wie einer Nickelschicht und mit einem einen niedrigen Kontaktwiderstand aufweisenden Material, wie Gold, elektroplattiert sind.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der isolierenden, mit der Tragplatte 30 fest verbundenen Scheibe 36 um eine Epoxyglasscheibe mit einer Dicke von 0,79 mm, auf die im Fotodruckverfahren ein Muster aus Kupfer in einer Menge von 14,175 g aufgebracht ist, das die im Abstand voneinander angeordneten Kontakte 38, 40 bildet. Die Oberfläche des Kupfers wird mit einer aus Nickelplattierung bestehenden antikorrosiven Schicht von 0,00127 mm elektroplattiert, die mit einer einen niedrigen Kontaktwiderstand aufweisenden Schicht aus Gold mit einer Dicke von 0,000762 mm elektroplattiert ist.

Der Sensor oder Meßfühler 35 bildet einen Bestandteil der Eingangssignal-Regeleinrichtung in Fig. 3. Die Anlage in Fig. besteht aus einer Wechselstromquelle 48, typischerweise einer 110 V-Wechselstromleitung. Die Anlage umfaßt einen Fühlerkreis 50 und eine Schalterstufe 52, die auf den Fühlerkreis im Sinne der Betätigung eines elektronischen Schalters 54 anspricht, damit eine Last 56, z.B. die Widerstands-Heizgeräte, unmittelbar mit der Wechselstromquelle 48 verbunden wird.

Da das Regel- oder Steuersystem gemäß der Erfindung die Erregung der Last 56 durch direkte selektive Ansteuerung der 110 V-Stromquelle 48 steuert, und da der Sensor 35, der einen Bestandteil der Regeleinrichtung bildet, auf freiliegenden Oberflächen einer überwachten gekühlten Einheit angeordnet ist, könnte die Gefahr eines elektrischen Schlages bestehen, es sei denn, das den Sensor 35 einschließende System ist sowohl gegenüber der Last" 56 als auch gegenüber der Strom-

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quelle 48 isoliert. Die Isolierung ist ferner vorteilhaft insofern, als die Erregung und Aberregung der Last den Betrieb des Systems beim Abfühlen einer beginnenden Kondensatbildung und beim Ausschließen einer Kondensatbildung auf der zu überwachenden Einheit nicht beeinträchtigt.

Demgemäß sind sowohl der Fühlerkreis 50 als auch die Schalterstufe 52 an die Stromquelle 48 über abwärts transformierende Trenntransformatoren 58 bzw. 60 gekoppelt, deren Primärwicklungen zur Wechselstromquelle 48 parallelgeschaltet sind. Die Sekundärwicklung des dem Fühlerkreis zugeordneten Trenntransformators 58 erzeugt ein 12 V 25 mA Ausgangssignal, das parallel zu einem Spannungsteiler angelegt wird, der aus dem Widerstands-Meßfühler oder -Sensor 35 und einem zweiten dazu in Serie geschalteten Widerstand 62 besteht, wobei diese Serienschaltung parallel zur Sekundärwicklung des Trenntransformators 58 des Fühlerkreises geschaltet ist. Diese sekundärseitige Spannung wird auch an einen Gleichrichter 64 und einen Filterkondensator 66 zur Erzeugung einer Gleichstromsteuerspannung und einer Bezugsspannung angelegt. Die Verbindung zwischen dem Widerstands-Sensor 35 und dem Spannungsteilerwiderstand 62 ist an den Plus-Eingang eines Operationsverstärkers (Detektorstufe) 68 angeschlossen.

Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers (Detektorstufe) 68 wird zu dem negativen Eingang desselben über einen Gleichrichter 70 zurückgeführt. Der Operationsverstärker 68 wirkt als ein Scheitelwertgleichrichter und erzeugt ein Gleichstrom-Ausgangssignal, das durch einen Kondensator 72 und einen Widerstand 74 integriert sowie über einen Eingangswiderstand an die positive Klemme eines zweiten Operationsverstärkers (Schwellwertstufe) 78 angelegt wird, der wie ein Differentialverstärker wirksam ist. Der andere Eingang an dem Operationsverstärker (Schwellwertstufe) 78 ist an den Verbindungspunkt

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von zwei Spannungsteiler-Widerständen 80, 82 angeschlossen. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers (Schwellwertstufe) 78 wird an den Plus-Eingang über einen Rückkopplungs-Widerstand 84 zurückgeführt.

Wenn der Widerstand des Widerstands-Sensors 35 auf einen gewählten Wert abfällt, der durch den an den Scheitelwertverstärker (Detektorstufe) 6 8 abgegebenen Wert des Eingangsspannungs-Teilerwiderstandes 62 bestimmt wird, wird das Ausgangssignal des Schweitelwertdetektors die Bezugsspannung genügend überschreiten, um den Differentialverstärker zu veranlassen, ein Ausgangssignal 85 zu erzeugen. Dieses Ausgangssignal wird an eine Licht emittierende Diode (LED) (Kopplungseinrichtung) 86 angelegt,die eine Lichtemission in Abhängigkeit von diesem Signal erzeugt.

Wenn der Widerstand des Sensors 35 ansteigt, wenn Feuchtigkeit von der Oberfläche desselben verdampft, beendet der Differenzverstärker (Schwellwertstufe) 78 sein Signal, wenn der Pegel des Ausgangssignals des Scheiteldetektors 68 einen zweiten Wert erreicht, der niedriger als die Amplitude ist, die das Ausgangssignal auslöste. Diese Hysteresis-Charakteristik verringert eine fortwährende Oszillation des Systems auf ein Minimum. Widerstände 87a und 87b wirken als Spannungsteiler, um zu gewährleisten, daß die Licht emittierende Diode bei nicht vorhandenem Signal 85 abschaltet. Der gewählte Wert für die Unterbrechung des Ausgangssignals 85 ist so gewählt, daß die Last 56 aberregt wird, wenn es gewünscht wird, d.h. Abschalten der elektrischen Heizgeräte, wenn sie lange genug eingeschaltet gewesen sind, um sicherzustellen, daß die gekühlte Einheit eine Temperatur erreicht hat, die eine Kondensatbildung ausschließt.

Die Schalterstufe 52 umfaßt den Schalttransformator 60, dessen Sekundärwicklung ein 4,5 V 250 mA Signal erzeugt, das in

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einem Vollweggleichrichter 88 gleichgerichtet und durch einen Filterkondensator 90 gefiltert wird, wie es an sich bekannt ist. Das gleichgerichtete Ausgangssignal bildet eine Energiequelle für einen Fototransistor-Stromkreis, der einen Fototransistor (Schaltungselement) 92 sowie Widerstände 9 3 und 9 4 umfaßt, sowie für einen VerstärkerStromkreis (Steuerschaltung) 95, der ein Paar Transistoren 96, 97 und Widerstände 9 8 und 99 umfaßt. Der Verteilerstromkreis ist an den Ausgang des Fototransistors (Schaltungselement) 92 angeschlossen. Der Fototransistor 92 erzeugt ein Signal an seinem Emitter in Abhängigkeit von dem durch die Licht emittierende Diode 86 emittierten Licht, wobei das Signal durch den Verstärkerstromkreis (Steuerschaltung) 95 verstärkt wird. Das Ausgangssignal 100 des Verstärkerstromkreises 95 wird an eine Gateelektrode des elektronischen Schalters 54 angelegt, der ein Triac ist. Ein Kondensator 101 ist zur Gateelektrode parallel geschaltet, um Einschwingvorgänge zu verringern.

Die Hauptelektroden des Triac 54 sind mit der Stromquelle 48 und der Last 56 in Reihe geschaltet. Der Triac 54 schließt in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal 100 des VerstärkerStromkreises (Steuerschaltung) 95 in Abhängigkeit von Emissionen der Licht emittierenden(Kopplungseinrichtung) Diode 86. Die optische Koppelung zwischen dem Fühlerkreis 50 und der Schalterstufe 52 isoliert den Sensor 35 gegenüber der Last 56, um mit absoluter Sicherheit zu gewährleisten, daß der Sensor unter keinen Umständen an die 110 V-Leitung angeschlossen werden kann.

Ein Handschalter 102 kann zu dem Triac 54 für Testzwecke und für den Handbetrieb der Heizgeräte, falls gewünscht, parallel geschaltet werden.

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Beim Betrieb der Anlage und wenn das Kondensat sich auf der Oberfläche des Sensors 35 zu bilden beginnt, fällt der Widerstand zwischen dem Paar im Abstand voneinander angeordneten Elektroden in dem dargestellten Ausführungsbeispiel so lange ab, bis der Widerstand einen Wert von 2OO +. 5 % erreicht. Die Amplitude des Ausgangssignals des Scheiteldetektors (Detektorstufe) 68 nimmt zu, um den Differentialverstärker (Schwellwertstufe) 78 zu veranlassen, ein Signal 85 zu erzeugen, das die Licht emittierende Diode (Kopplungseinrichtung) 86 erregt.

Der Fototransistor (Schaltungselement) 92 spricht auf das von der Licht emittierenden Diode 86 emittierte Licht an, so daß er ein Signal erzeugt, das in dem Verstärkerstromkreis (Steuerschaltung) 9 5 verstärkt wird, damit der Triac-Schalter 54 geschlossen und die Last 56 erregt wird.

Wenn die Oberfläche der gekühlten Einheit sich erwärmt, steigt auch die Temperatur des Sensors 35. Die Feuchtigkeit verdampft auf der Oberfläche des Sensors 35 und bewirkt eine Zunahme seines Widerstandes, wodurch die Amplitude des Ausgangssignals des Scheiteldetektors (Detektorstufe) 68 verringert wird. Wenn der Widerstand des Sensors genügend anwächst, fällt die Amplitude des Ausgangssignals des Scheiteldetektors (Detektorstufe) 6 8 auf einen Wert, der das Signal 85 beendet, welches von dem Differentialverstärker (Schwellwertstufe) 78 erzeugt wurde, um die Licht emittierende Diode (Kopplungseinrichtung) 86 abzuerregen, wodurch das Ausgangssignal des Fototransistors (Schaltungselement) 92 beendet wird und der Triac-Schalter 54 veranlaßt wird, sich zu öffnen. Die Last 56 wird aberregt. Die Kondensatbildung wurde vermieden. Die Last bleibt bis zu dem Zeitpunkt aberregt, an dem das Kondensat sich wieder auf der Oberfläche des Sensors 35 zu bilden beginnt und zu einer Verringerung seines Widerstands auf einen Wert Anlaß gibt, der genügend niedrig ist, um das System erneut einzuschalten.

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Es wurde somit eine zustandsempfindliche Eingangssignal-Regelanlage zum Abfühlen eines zu überwachenden Zustandes zur Erzeugung eines Schaltsignals im Sinne einer Steuerung einer in einer Beziehung zu diesem Zustand stehenden Last beschrieben, bei der der Sensor, der Fühlerkreis und der Schaltstromkreis (Schalterstufe) sämtlich gegenüber der Last und gegenüber jeglichen Energiequellen isoliert sind, die für den Betrieb der Last erforderlich sind. Das System gemäß der Erfindung ist sicher, genau, zuverlässig, einfach und unabhängig. Es ist dazu geeignet, automatisch auf verschiedene Faktoren anzusprechen, die auf den Zustand einwirken, auf welchen das System ansprechen soll.

In dem in Fig. 3 gezeigten Stromkreis wruden folgende Bestandteile zufriedenstellend verwendet:

Diode 64 - IN4O06 Brücke 88 - jeweils IN4OO6 Diode 70 - IN4446 Kondensator 66 22O,uf, 25V Kondensator 72 1/Uf, 25V Kondensator 90 1000,uf, 10V Kondensator 102 0,05 ,uf, 10V Widerstand 62 2 Mi& 1 % Widerstand 74 2 Miß Widerstand 76 47 κΩ Widerstand 80 100 Kiß 1 % Widerstand 82 100 K»Ω 1 % Widerstand 84 2 Mifü Widerstand 87a 15 Ktfä Widerstand 87b 2 κΩ Widerstand 9 3 270 Q Widerstand 94 10 M au

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Widerstand 9 8 100 UC

Widerstand 99 10 ß 1 Watt Verstärker 68, 78 - jeder 1/2 LM1458 LED 86 und Fototransistor 92 - 0PI5000 Triac 54 - SPT 225

Transistoren 96 und 97 - 2N3569

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Claims (9)

1. PATENTANWALT

   A 43-1

   Patentansprüche

   / 1.j Einrichtung zur Regelung eines von einer Energiequelle an eine elektrische Last abgegebenen elektrischen Signals in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen, gekennzeichnet durch einen Fühlerkreis (50) mit einem Sensor (35), dessen elektrische Charakteristik sich in Abhängigkeit von der zu erfassenden Umgebungsbedingung ändert, durch eine Schalterstufe (52) und durch eine vom Fühlerkreis (50) und von der Schalterstufe (52) isolierte Energiequelle (48) zur Energieversorgung des Fühlerkreises (50) und der Schalterstufe (52), durch eine Detektorstufe (68), die Änderungen der Charakteristik des Sensors (35) erfaßt und ein entsprechendes Ausgangssignal erzeugt, durch eine Schwellwertsstufe (78), die ein vorbestimmtes Signal (85) in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal der Detektorstufe (68) erzeugt, wenn das Ausgangssignal einen ausgewählten Wert erreicht, durch eine in Abhängigkeit von dem vorbestimmten Signal (85) ein Kopplungssignal abgebende Kopplungseinrichtung (86), durch eine elektrisch vom Fühlerkreis (50) isolierte Steuerschaltung (95) in der Schalterstufe (52), die in Abhängigkeit von dem Kopplungssignal ein Schaltsignal (100) abgibt und durch einen Schalter (54), der zur Erregung der Last, diese in Abhängigkeit von dem Schaltsignal (100) mit der Energiequelle (48) verbindet.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (35) ein variables Widerstandselement aufweist, dessen Widerstand sich als Funktion der Umgebungsbedingung ändert,und daß an die Energiequelle (48) eine Stufe (58, 62) angekoppelt ist, die an das variable Widerstandselement

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   SIEBBRTSTR. * · 800O MÜNCHEN 88 · POB 880340 · KABEL·: RHEINPATENT · TEL·. (08β) 471079 · TELEX 3-22839

   ORIGINAL INSPECTED

   ein Signal anlegt, wodurch sich die Amplitude des an dem variablen Widerstandselement anliegenden Signals als Funktion des Widerstandswerts ändert.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorstufe (68) ein Detektorausgangssignal mit einer Amplitude erzeugt, die sich entsprechend der Veränderung des an dem Sensor (35) anliegenden Signals ändert und daß die Schwellwertstufe (78) das vorbestimmte Signal in Abhängigkeit von dem Detektorausgangssignal erzeugt, wenn das Detektorausgangssignal eine gewählte Amplitude erreicht.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Eingang der Schwellwertstufe (78) mit dem Ausgang der Detektorstufe (68) verbunden ist und dem zweiten Eingang ein Bezugssignal zuführbar ist, wobei die Schwellwertstufe das vorbestimmte Signal in Abhängigkeit von der Differenz zwischen den Amplituden dieser Signale erzeugt, wenn die Differenz einen gewählten Wert übersteigt.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

   die Kopplungseinrichtung (86) eine Licht emittierende Schaltung aufweist, die an die Schwellwertstufe (78) zur Erzeugung einer Lichtemission in Abhängigkeit von dem vorbestimmten Signal angeschlossen ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß di»e Steuerschaltung (9 5) ein zur Erzeugung des Schaltsignals (100) auf die Lichtemission ansprechendes Schaltungselement (92) aufweist.

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7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein in Serie zwischen die Last (56) und die Energiequelle f48) geschaltetes, elektronisches Schalterelement (54) aufweist, dessen Steuerelektrode mit dem Ausgang der Steuerschaltung (9 5) zum Schließen des Schalterelementes in Abhängigkeit von dem Steuersignal verbunden ist, wodurch die Last (56) an die Energiequelle (48) angeschlossen wird.
8. 8. Einrichtung, insbesondere nach einem der vorangegangenen Ansprüche, für eine gekühlte Einheit mit einem Taupunkt-Abfühlsystem zur Steuerung der Betätigung elektrischer Heizvorrichtungen für die gekühlte Einheit, die die Kondensatbildung auf freiliegenden Oberflächen der gekühlten Einheit verhindern, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstands-Sensor (35) vorgesehen ist, der mit einer freiliegenden Oberfläche der gekühlten Einheit (10) fest verbunden ist, so daß sich seine Oberflächentemperatur mit der Temperatur der Einheit ändert, daß der Sensor ein elektrisch isoliertes Teil (36) aufweist, das auf einem wärmeleitenden Organ (30) in Berührung mit der gekühlten Einheit angeordnet ist, daß das elektrisch isolierte Teil (36) mehrere im Abstand voneinander angeordnete elektrisch leitende Teile (38a, 40a) trägt, die der die gekühlte Einheit umgebenden Luft ausgesetzt sind, daß der Widerstand des Sensors (35) als Funktion der auf seiner Oberfläche gebildeten Kondensation veränderlich ist, daß eine Wechselstromquelle (48) vorgesehen ist, daß eine mit der Wechselstromquelle gekoppelte Einrichtung vorgesehen ist, die den Widerstands-Sensor (35) gegenüber der Stromquelle isoliert und eine Wechselstromspannung an dem Widerstands-Sensor (35) anlegt, daß eine Detektorstufe (68) an den Sensor (35) angeschlossen ist, und ein Detektorausgangssignal erzeugt, dessen Amplitude der höchsten Amplitude der am Sensor (35) anliegenden Spannung entspricht, daß das Detektorausgangssignal einer Schwellwertstufe (78) zuführbar ist.

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   die ein Signal mit einer konstanten Amplitude in Abhängigkeit von der einen gewählten Wert erreichenden Amplitude des Detektorausgangssignals erzeugt, wobei die Schwell- ' wertstufe (78) das Signal beendet, wenn das Detektorausgangssignal einen zweiten Wert erreicht, der kleiner ist als der gewählte Wert, daß eine Licht emittierende Diode (86) an den Ausgang der Schwellwertstufe (78) angeschlossen ist, die in Abhängigkeit von dem Signal konstanter Amplitude Licht emittiert, daß ein gegenüber der Licht emittierenden Diode (86) elektrisch isoliertes als Fototransistor ausgebildetes Schaltungselement (92) zur Erzeugung eines Steuersignals in Abhängigkeit von dem von der Licht emittierenden Diode (86) emittierten Licht vorgesehen ist, daß ein Halbleiterschalter (54) mit seinen Hauptelektroden zwischen die Stromquelle (48) und die elektrische Heizvorrichtung (56) in Reihe geschaltet ist, daß die Steuerelektrode des Halbleiterschalters (54) an den Ausgang des Schaltungselementes (92) zur Verbindung der Stromquelle mit der elektrischen Heizvorrichtung (56) in Abhängigkeit von dem Steuersignal geschaltet ist, so daß die elektrische Heizvorrichtung erregt wird.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorstufe (68) das Detektorausgangssignal mit dem gewählten Wert in Abhängigkeit von einem Absinken des Widerstandes des Sensors (35) auf einen die beginnende Kondensatbildung anzeigenden Wert erzeugt, wodurch die elektrische Heizvorrichtung (56) zur Verhinderung von Kondensatbildung auf den freiliegenden Oberflächen der gekühlten Einheit (10) erregt wird.

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