DE2732916C3 - Temperaturabhängiger elektronischer Regelschalter - Google Patents

Temperaturabhängiger elektronischer Regelschalter

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Description

Die Erfindung betrifft einen temperaturabhängigen elektronischen Regelschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein solcher Regelschalter ist aus der US-PS 29 75 976 bekannt. Zur Ansteuerung des Stellgliedes nach Maßgabe der Regelabweichung ist dort ein Prallplatten-Düsen-System vorgesehen, bei dem eine beweglich gelagerte Abdeckplatte einerseits von der Anzugskraft eines Elektromagneten und andererseits von einer gegenüber dem Gerätegehäuse wirkenden Federrüekstellkraft beaufschlagt ist Bei dieser vorbekannten Vorrichtung wird als Steuerungsmedium Überdruck benutit, der nach Maßgabe der Freigabe einer Abblasöffnung des Prallplatten-Systems eine Druckdose zur Klappenverstellung beaufschlagt Nachteilig bei dieser vorbekannten Vorrichtung ist die vergleichsweise geringe Ansprechempfindlichkeit bei großer Hysterese und bei Erfordernis, ständig Druckluft als Steuerungsmedium nachliefern zu müssen.
Aus der US-PS 34 60 754 ist es bekannt, über eine Magnetspule und eine Luftdüse eine Verriegelungsfunktion eines pneumatischen Reglers vorzunehmen. Dabei wird das Gebläse in Abhängigkeit eines Thermostaten über ein Relais zu- oder abgeschaltet Beim Abschaltvorgang wird gleichzeitig eine Luftdüse verschlossen, so daß der eigentliche, mit einem Bimetall arbeitende, Temperaturregler abgeschaltet wird. Aus dieser Vorveröffentlichung ist es auch schon als solches bekannt, eine Rückführung in Form eines nach Maßgabe der Klappenstellung verstellbaren Potentiometerabgriffes vorzusehen.
Aus dem DE-GM 75 40 562 ist eine Temperatur-Regeleinrichtung bekannt, die auf dem Prinzip einer Nachlaufsteuerung basiert, also ein Rückführpotentiometer zur Ansteuerung eines Abgleich-Getriebemotors aufweist. Bei Nachlaufsteuerung mit Getriebemotor sind aber sehr viele, zum Teil schnell bewegte Teile nötig. Schwierigkeiten bietet die erforderliche Dauerfestigkeit kleiner Elektromotor, die bei kleinsten Temperaturabweichungen sogleich mit hohen Drehzahlen anlaufen müssen. Solche Getriebemotoren müssen entweder das volle Blockiermoment überstehen, oder es müssen Endschalter zum sicheren Abschalten in den Endlager· vorgesehen werden. Ferner ist ein sicheres Anlaufen bei tiefen Temperaturen ohne besondere Aufwendungen für spezielle Schmierung und für die Lagerung der schnellaufenden Teile nicht gewährleistet. Da Signale für Linkslauf und für Rechtslauf gebildet, verstärkt und ausgewertet werden müssen, ist der Aufwand an elektronischen Bauteilen relativ hoch.
Aus der DE-OS 21 26 599 ist ein elektro-pneumatischer Regler mit zwei einzeln getakteten Magnetventilen und vorgeschalteten Impulsreglern bekannt
Bei bekannten luftseitig steuerbaren Vorrichtungen muß ein Regler insbesondere die Aufheiz- und Abkühlvorgänge beim Start des dusgekühlten oder stark erwärmten Fahrzeuges und die Ausregelung unterschiedlicher Außentemperaturen übernehmen. Nach Erreichen des Beharrungs-Zustandes wird das Eingreifen des Reglers auf ein Minimum beschränkt. Es ist daher umständlich und aufwendig, ein analog vorliegendes Signal mit relativ hoher Frequenz zu zerhacken, lediglich um Korrekturen kleinen Ausmaßes vorzunehmen. Außerdem sind dazu zwei Magnetventile erforderlich, die ständig im pulsartigen Betrieb gehalten werden müssen und daher einem starken Verschleiß unterworfen sind.
Bekannte Regler mit Hitzdraht-Transducern weisen relativ lange aufgespannte Drähte auf, die von unterschiedlichen elektrischen Strömen durchflossen werden. Dadurch entstehen Längenänderungen, die ein Vakuumventil steuern. Nachteilig sind die relativ großen
Abmessungen, die zur Aufnahme der gespannten Drähte erforderlich sind, sowie die dadurch bedingte Langzeitdrift und Justiererfordernisse.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zi'grunde, eine Vorrichtung gattungsgemäßer Art zu schaffen, die bei einem Minimum verschleißanfälliger da bewegter Teile eine stetige Temperaturregelung erzielt, die einerseits nur geringer Steuerungsenergie für ihr Stellglied bedarf und andererseits feinfühlig anspricht und insbesondere auch nicht magnetischen Hysterese- oder Sättigungserscheinungen unterliegt.
Diese Aufgabe wird bei einem temperaturabhängigen elektronischen Regelschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, da3 dieser gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ausgestattet ist.
Diese Vorrichtung nach der Erfindung ist weniger aufwendig und doch empfindlicher reagierbar, da eine Unterdruck-Steuerung ermöglicht wird und bei verschlossener Düse sichergestellt ist, daß das Steuerungsmedium, also der Unterdruck bzw. das Vakuum, nicht verlorengeht, weil die Dichtfläche auf dem Blechstreifen an die Düsenöffnung herangesaugt werden kann und dabei einen vollständigen, definierten Verschluß ergibt. Vor allem sind Hysterese- und Verzögerungserscheinungen im magnetischen Kreis bei der elektromagnetischen Ansteuerung zum Abheben des Dichtmaterials von der Düsenöffnung praktisch ausgeschlossen, da der Weicheisenblechstreifen mit dem nichtmagnetischen Werkstoff kombiniert ist. Der Ausschluß von Sättigungs- und Hystereseerscheinungen erbringt also in wünschenswerter Weise die Charakteristik einer völlig stetigen Regelung, die schon auf sehr kleine Spannungsänderungen mit einer entsprechenden Bewegung des Verschlußorgans für die Düse reagiert.
Vorzugsweise wird als nichtmagnetischer Werkstoff zwischen dem Weicheisenblechstreifen und dem Magnetspulen-Eisenkern ein Kunst- oder Naturgummibelag eingesetzt, der auf dem Weicheisenblechstreifen befestigt ist
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist an einem der Weicheisenteile (Kern bzw. Blechstreifen) ein Abstandshalter in Form eines Hartfaserstellstiftes abgestimmter Länge vorgesehen.
Die zusätzliche Anordnung eines als solchen bekann- « ten Stellungsrückführpotentiometers in Reihenschaltung mit einem als temperaturabhängiger Widerstand ausgebildeten Fühler ergibt ein für die Regelstrecke optimales Proportionalverhalten der Gesamtanordnung.
Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein verwindungssteifes Gehäuse zur Aufnahme der Mangnetspule, des Weicheisenblechstreifens und der Luftdüse vorgesehen. In zweckmäßiger Weise ist zum Reinigen der atmosphärischen Luft an einer Gehäusewand ein Filter angeordnet.
Zur Erleichterung der Einstellung der gewünschten Temperatur ist in zweckmäßiger Weise ein Sollwertsteller am Eingang des Gehäuses des Verstärkers angeordnet. to
Bei einem bevorzugte^ / ■■ führungsbeispiel der Erfindung sind Gehäuse und Sollwertsteller direkt auf einer, den elektrischen Verstärker enthaltenden, Leiterplatte angeordnet.
Nach einem noch weiteren Merkmal ist zwischen ω einem Vakuumtank und der Luftdüse eine Drossel angeordnet.
Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch Ausführungsbeispiele darstellt Dabei zeigt
F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel eines elektronischen Regelschalters,
F i g. 2 eine Teilansicht des mechanischen Aufbaus,
Fig.3 den Aufbau nach Fig.2 um 90° gedreht und teilweise geschnitten, und
Fig.4 ein gegenüber der Fig.3 abgewandeltes Ausführungsbeispiel.
Ein temperaturabhängiger elektronischer Regelschalter nach der Erfindung weist, gemäß F i g. 1 eine Eingangsbrückenstufe 1 sowie eine Verstärkerstufe 2, ein Ventilelement 4, ein Verstellglied 8 und eine Regelklappe 9 auf. In der Eingangsbrückenstufe 1 sind neben gleichartigen Brückenwiderständen 26', 26" und 26 ", ein fester Vorwiderstand 27 und mindestens ein Fühler in Form eines temperaturabhängigen Widerstandes 3, vorzugsweise NTC-Widerstand, angeordnet In Reihe mit dem temperaturabhängigen Fühler ist ein Sollwertsteller-Widerstand 18 angeordnet und schließlich kann noch ein Stellungsrückführpotentiometer 14 vorgesehen sein, dessen Funktion später erläutert wird. Der feste Vorwiderstand 27 dient zusammen mit einer Diode 28 zur Stabilisierung der Eingangsspannung, wobei bevorzugt 12 V-Gleichspannung Verwendung findet
Der Ausgang der Brücke 1 ist durch Festwiderstände 30' und 30" mit einem Operationsverstärker 29 verbunden. Die Ausgangssignale dieses Verstärkers werden an eine an sich bekannte Ausgangsstufe 31 mit Transistor gelegt Der Ausgangstransistor gibt dann eine stetig verstärkte Signalspannung in Abhängigkeit der Temperatur der Fühlerwiderstände 3 an eine Magnetspule 5 ab. Die Magnetspule 5 ist im Gehäuse 15 des Ventilelementes 4 angeordnet und mit einem (Weich-) Eisenkern 6 versehen. Vor dem Weicheisenkern ist ein Weicheisenblechstreifen 7 angeordnet, der mit einer Befestigungsschraube 23 einstellbar ist. Gegenüber dem Eisenkern 6 ist eine Luftdüse 11 angeordnet, die mit Unterdruck aus einem Unterdrucktank 24 über eine Drossel 25 beaufschlagt ist. Die Drossel 25 kann beispielsweise in Form eines Drosseldrahtes ausgeführt sein, dessen Länge über die Drosselwirkung entscheidet. Die Funktion dieser Drossel besteht in einer Begrenzung der Unlerdruckluftmenge auf ein Maß, daC bei geöffneter Lufldüse Il der Druck zwischen Stellmotor 8, Drossel 25 und Luftdüse 11 gerade Null wird (Null entspricht atmosphärischem Druck).
Die Unterdruckleitung ist mit einem Stellmotor 8 an sich bekannter Bauart verbunden. Eine darin eingespannte Membran 33 betätigt eine Regelklappe 9 in einem Luftkanal 10. Mechanisch mit der Regelklappe 9 verbunden ist eine Kopplung zu einem Stellungsrückführpotentiometer 14, wobei das Potentiometer zweckmäßig in räumlicher Nähe zur Regelklappe 9 angeordnet und mit der Eingangsstufe 1 elektrisch verbunden ist.
Die Wirkungsweise der Anordnung nach F i g. 1 ist folgende:
Die Signale eines oder mehrerer Fühler 3 werden von der elektronischen Schaltung 1, 2 verstärkt und in eine proportionale Ausgangsspannung umgeformt. Diese variable Ausgangsspannung wird der Spule 5 eines Elektromagneten zugeführt. In ihr fließen demzufolge unterschiedliche Ströme, die eine Magnetkraft unterschiedlicher Stärke hervorrufen. In diesem Magnetfeld ist, wie erläutert, biegeelastisch der Weicheisenblechstreifen 7 angeordnet, der von dem Magnetfeld stetig
entgegen seiner Vorspannung um maximal 0,1 mm ausgelenkt wird und die Öffnung der Luftdüse 11 mit steigendem Strom stetig öffnet. Dadurch verändert sich der Druck vor der Düse 11 stetig in Abhängigkeit des in der Spule 5 fließenden Stromes. Der modulierte Luftdruck wird dem pneumatischen Stellmotor 8 zugeführt, wobei die Membrane 33 vorzugsweise federbelastet ist. Die unterschiedlichen Luftdrücke werden vom Stellmotor 8 in proportionale Wege umgeformt, so daß die mechanisch gekoppelte Luftklappe 9 der Heizung oder der Klimaanlagen od. dgl. bestimmte Positionen (Drehwinkel) einnehmen kann und mit durch Luftmischung erwärmter und kalter Luft eine Mischluft bestimmter Temperatur gebildet und beispielsweise einem Fahrgastraum zugeführt wird.
Damit die elektrische Hysterese des Magnetfeldes und die mechanische Hysterese aller Anlenkungsteile eliminiert sind, ist eine Stellungsrückmeldung der Temperaturklappe 9 an einem Brückenarm der Brücke 1 vorgesehen.
Durch eine sehr große elektrische und pneumatische Verstärkung des Eingangssignals läßt sich eine extrem hohe Ansprechempfindlichkeit erzielen, wobei der innere P-Bereich entsprechend klein ist, während der wirksame P-Bereich (äußerer P-Bereich) nur durch die Größe der Rückführung und die Steilheit des Fühlers (NTC-Widerstandes 3) bestimmt ist und der Regelstrekke leicht angepaßt werden kann.
Aus F i g. 2 ist schematisch der Aufbau eines Reglers erkennbar. Auf einer Leiterplatte 17, die die Brückenschaltung 1 und die Verstärkerschaltung 2 enthält bzw. bildet, ist über Befestigungsschrauben 32 ein Gehäuse 15 des Ventilelementes 4 befestigt. Über einen Anschluß 22 wird der im Gehäuse befindlichen Luftdüse 11 Unterdruck zugeführt. Innerhalb des Gehäuses ist ferner die Magnetspule 5 und der Eisenkern 6 und Weicheisenblechstreifen 7 angeordnet. Eine Schraube 20 dient zur Justierung und Befestigung der Magnetspule 5. Auf der Leiterplatte 17 ist ein Sollwertsteüer 18 angeordnet, der mit seiner Stellachse durch ein Armaturenbrett 19 ragt. Bevorzugt ist der erfindungsgemäße elektronische Regler unmittelbar hinter einem Armaturenbrett oder einer Abdeckung angeordnet, während das Verstellglied 8 und Regelklappe 9 in geometrischer Nähe eines für die Heizung oder Temperalureinstellung notwendigen Luftkanals angeordnet sind.
ίο Aus Fig.3 ist ersichtlich, daß der Weicheisenblechstreifen 7 mit Hilfe einer Befestigungsschraube 23 am Gehäuse befestigt ist, wobei der Absland zum Eisenkern 6 der Magnetspule 5 auf ca. 0,1 mm eingestellt wird. Der Weicheisenblechstreifen 7 ist auf seiner den Eisenkern 6 der Magnetspule 5 abgewandten Seite mit einer Dichtfläche 12 versehen, die unmittelbar einer Luftdüse 11 gegenüberliegt, wobei die Luftdüse 11, wie erläutert, über einen Luftdruckanschluß 22, beispielsweise mit dem Unterdrucktank 24 verbunden ist.
Zur Reinigung der Luft innerhalb des Gehäuses ist zweckmäßigerweise ein Filter 16 an einer Gehäusewand vorgesehen. Dieses Filter 16 dient bei geöffneter Düse 11 zur Filterung der dann einströmenden Luft. Um ein direktes Anlegen des Weicheisenblechstreifens 7 an den Magneten auszuschalten, ist entweder am Eisenkern 6 oder am Weicheisenblechstreifen 7 ein nichtmagnetischer Werkstoff 13 angeordnet. Der nichtmagnetische Werkstoff kann aus Gummi oder Kunstgummi bestehen. Anstelle des Belages aus nichtmagnetischem Werkstoff kann auch ein Abstandsstellstift 34 vorgesehen sein, wie in Fig.4 gezeigt. Der Abstandsstellstift 34 kann aus Hartfasern bestehen.
Zur Verbindung der Magnetspule 5 mit dem Verstärkerausgang 2 sind elektrische Anschlüsse 21 vorgesehen.
Die Ausbildung des Regelschalters erlaubt einen Aufbau in Miniaturtechnik und eine Anordnung unmittelbar hinter dem Armaturenbrett 19.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Temperaturabhängiger elektronischer Regelschalter, insbesondere zur selbsttätigen Temperaturregelung in Fahrzeugen, mit einem oder mehreren temperaturabhängigen Widerständen als Fühler in einer Brückenschaltung und einem Verstärker zur Abgabe von Steuersignalen für kontinuierliche Verstellung eines Ventilelementes, wobei die elektrischen Signale der Fühler stetig verstärkt einer Magnetspule zugeführt werden und ein Magnetfeld veränderlicher Stärke hervorrufen und wobei ein im Bereich eines Eisenkerns der Magnetspule angeordneter Eisenblechstreifen vor einer ein Verstellglied für eine Regelklappe steuernde Luftdüse dem veränderlichen Magnetfeld entsprechend angezogen wird, die Luftdüse stetig freigibt oder abdeckt uni damit den Luftdruck vor der Luftdüse stetig in Abhängigkeit von der Temperatur der Fühler verändert, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenblechstreifen selbst als biegeelastischer Weicheisenblechstreifen (7) ausgebildet ist und im Bereich der Luftdüse (11) eine Dichtfläche (12) aufweist und daß zwischen dem Eisenkern (6) der Magnetspule (5) und der ihr zugekehrten Oberfläche des Weicheisenblechstreifcns (7) ein nichtmagnetischer Werkstoff (13) mit auf das Magnetfeld abgestimmter Dicke und Breite angeordnet ist.
2. Regelschalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen auf dem Weicheisenblechstreifen (7) aufgebrachten Gummibelag als nichtmagnetischer Werkstoff(13).
3. Regelschalter nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Abstandshalter in Form eines Hartfaserstellstiftes (34) abgestimmter Länge an einem der Weicheisenteile (Kern 6 bzw. Blechstreifen 7).
4. Regelschalter nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Verstellglied (8) bzw. der Regelklappe (9) verbundenes Stellungsrückführpotentiometer (14) in Reihe mit dem als temperaturabhängigen Widerstand ausgebildeten Fühler (3) liegt.
5. Regelschalter nach Anspruch 1 oder folgenden, daduich gekennzeichnet, daß ein verwindungssteifes Gehäuse (15) zur Aufnahme der Magnetspule (5), des Weicheisenblechstreifens (7) und der Luftdüse (11) dient.
6. Regelschalter nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein vor einer Wand des Gehäuses (15) angeordnetes Filter(16)zum Reinigender Druckluft.
7. Regelschalter nach Anspruch 1 oder folgenden, gekennzeichnet durch einen Sollwerlsteller(18)
8. Regelschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Gehäuse (15) und Sollwertsteller (18) direkt auf einer die elektrische Verstärkerstufe (2) enthaltenden Leiterplatte (17) angeordnet sind.
9. Regelschalter nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Vakuumtank (24) und aer Luftdüse (11) eine Drossel (25) angeordnet ist.
ίο
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