DE2920717A1

DE2920717A1 - Heiz- und/oder kuehlsystem

Info

Publication number: DE2920717A1
Application number: DE19792920717
Authority: DE
Inventors: Ursula Ing Grad Eysholdt; Gerd Ing Grad Mueller; Gugliolmo Ing Grad Rossi
Original assignee: Ranco Inc
Current assignee: Robertshaw US Holding Corp
Priority date: 1979-05-22
Filing date: 1979-05-22
Publication date: 1980-12-11
Also published as: US4406322A; EP0019300B1; DE3065665D1; EP0019300A1

Description

PAT E N TAN WALTE

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-197*) . DIPL-ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN . DIPL.-ING. W. LEHN

DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERN HAUS) · D-8000 MO NCH EN 81 · TELEFON (089) 911087 . TELEX 05-29i19 (PATH E)

Ranco Incorporated, Columbus, Ohio / V.St.ν.Α.

Heiz- und/oder Kühlsystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein Heiz- und/oder Kühlsystem, bei welchem zwei wärmeübertragende Medien mit Hilfe eines von einem Motor verstellten Mischorgans derart gemischt werden, daß die Temperatur des gemischten Mediums auf eine einstellbare Solltemperatur gebracht wird.

Bei bekannten Systemen dieser Art werden Soll- und Istwert der Temperatur analog erfaßt und verglichen, und aus dem Ergebnis des Vergleichs wird die dem Motor des Mischorgans zugeführte Spannung der Größe und der Richtung nach bestimmt. Die Sollwerterfassung erfolgt über ein Potentiometer, welches beispielsweise beim Heizsystem von Kraftfahrzeugen mit der Mischklappe für warme und kalte Luft verbunden ist und infolge natürlichen Verschleisses das schwächste Glied des gesamten Systems darstellt.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heiz- und/oder Kühlsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, welches einfach im Aufbau, verschleißunempfindlich und schnell und genau in der Verstellung des Mischorgans ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Soll-Istwert-Vergleich durch Vergleich der Impulslängen von dem Sollwert und dem Istwert entsprechenden Impulsen erfolgt, und daß mit den Vergleichsimpulsen der Motor des Mischorgans ebenfalls impulsweise in beiden Richtungen gesteuert wird. Ein derartiges System enthält in der Regelung keine verschleißbehafteten Teile mehr, die Regelung ist schnell und genau und außerdem schonend für den Motor des Mischorgans, da die dem Motor zugeführte Maximalspannung immer gleich ist.

Zweckmäßig enthält die Schaltungsanordnung zur impulsweisen Steuerung des Motors einen ersten Impulsgenerator, der Impulse gleichbleibender Breite jeweils beginnend mit dem Ende eines Vergleichsimpulses erzeugt und auf einen zweiten und dritten Impulsgenerator geschaltet ist, von denen der zweite Impulsgenerator Impulse mit einer dem Istwert der Temperatur proportionalen Breite und der dritte Impulsgenerator Impulse mit einer dem Sollwert der Temperatur proportionalen Breite erzeugt, die nach einem Vergleich in einem Komparator aufgrund von dort erzeugten Vergleichsimpulsen den Motor direkt ansteuern. Die Impulsgeneratoren bestehen vorteilhaft aus IC-Elementen mit zugehöriger Beschaltung, von denen die IC-Elemente des zweiten und des dritten Impulsgenerators den gleichen Aufbau haben.

Der Komparator selbst ist zweckmäßig aus einem EXCLÜSIV-ODER-Glied und aus zwei UND-Gliedern aufgebaut, welche die Soll- und Istwertimpulse erhalten und die Vergleichsimpulse abgeben. Hiermit ergibt sich insgesamt eine zuverlässige und einfach auf-

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zubauende Schaltungsanordnung, mit welcher die impulsweise Ansteuerung des Motors möglich ist.

Die Vergleichsimpulse sind weiter vorteilhaft jeweils auf die Basen von in den gegenüberliegenden Zweigen einer Brückenschaltung vorgesehenen Transistoren geschaltet, während in der Diagonale der Brückenschaltung der Motor angeordnet ist. Hiermit werden die Vergleichsimpulse unmittelbar in Spannungsimpulse gleicher Breite wie die Vergleichsimpulse und mit unterschiedlichen Richtungen umgewandelt.

Die Istwertmessung der Temperatur erfolgt zweckmäßig mit Hilfe eines mit dem zweiten Impulsgenerator verschalteten Thermistors, während die Sollwerteinstellung mit Hilfe eines mit dem dritten Impulsgenerator verschalteten Potentiometers erfolgt.

Weiter kann ein Fühler für Außentemperatur vorgesehen sein, der zusätzlich zur Istwertgabe auf die Regelschaltung (zweiter Impulsgenerator) geschaltet ist. Dieser Fühler ist vorteilhaft ebenfalls ein Thermistor.

Das erfindungsgemäße System ist in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ein Heiz- und/oder Kühlsystem eines Kraftfahrzeuges , bei welchem das Mischorgan die Mischklappe für Außenluft und durch den Radiator strömende Luft ist.

Ein anderer Einsatz für das erfindungsgemäße System ist die Verwendung als stationäres Heiz- urid_z6der Kühlsystem, bei welchem das Mischorgan ein Mischventil für flüssige Medien ist.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen

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Fig, 1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zum Steuern eines Heiz- und/oder Kühlsystems,

Fig. 2 ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung nach Fig. 1, Fig. 3 Impulsdiagramme eines Systems nach Fig. 1, und Fig. 4 ein Anwendungsbeispiel für das System nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zum Steuern des Motors M eines Mischorgans eines Heiz- und/ oder Kühlungssystems. Die Steuerung dieses Motors M erfolgt durch Impulse. Ein Impulsgenerator TB1 gibt Impulse gleichbleibender Breite jeweils beginnend mit dem Ende eines Vergleichsimpulses ab, der in einem Komparator CO erzeugt wird, vergleiche hierzu auch die Impulszüge zu TBT.und zu CO in Fig. 3.

Der Impulsgenerator TBl steuert zwei weitere Impulsgeneratoren TB2 und TB3» Die Impulsbreite der von dem Impulsgenerator TB2 erzeugten Impulse ist proportional dem durcheinen Temperaturfühler in Form eines Thermistors R1 gemessenen Istwert der Temperatur. Die Breite der von dem Impulsgenerator TB3 abgegebenen Impulse ist proportional dem in einem Potentiometer R2 eingestellten Sollwert für die Temperatur. Die Impulse aus dem Impulsgenerator TB2 und dem Impulsgenerator.TB3 werden in dem Komparator CO miteinander verglichen und es werden Differenzbzw. Vergleichsimpulse erzeugt, wie sie unter CO in Fig. 3 dargestellt sind.

Fig. 2 zeigt das Schaltbild einer Ausführungsform einer Schaltungsanordnung nach dem Blockschaltbild der Fig. 1. Der Impulsgenerator TB1 ist aus einem ersten IC-Element IC1 mit zugehöriger Beschaltung aufgebaut. Der Anschluß 1 des IC-Elements IC1

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liegt an Masse, die Anschlüsse 4 und 8 liegen an der Versorgungsspannung +12V, Die Anschlüsse 2, 6 und 7 sind zusammengefaßt und liegen einerseits über einen Kondensator C5 an Masse, während sie andererseits zu einem Widerstand R19 geführt sind. Der Anschluß 5 des IC-Elements IC1 liegt über einen Kondensator C4 an Masse. Der Anschluß 3 ist über einen Kondensator C3 an die Anschlüsse 6 zweier weiterer IC-Elemente IC2 und IC3 geführt, welche mit zugehöriger Beschaltung die weiteren Impulsgeber TB2 und TB3 bilden. Zwischen den Anschlüssen 6 der IC-Elemente IC2 und IC3 und Masse liegt die Parallelschaltung einer Diode D1 und-eines Widerstands R2O. Die IC-Elemente IC2 und IC3 sind als solche gleich ausgebildet und ähnlich beschaltet. Ihre Anschlüsse 7 liegen über einen Kondensator C1 bzw. einen Kondensator C2 an Masse. Der Anschluß 7 des IC-Elements IC2 liegt weiter über einen Widerstand R3 und über einen Thermistor R1, der als Temperaturfühler arbeitet, an der Versorgungsspannung 12V. Der Anschluß 7 des IC-Elements IC3 liegt dagegen über einen Widerstand R4 und über das Potentiometer R2 für die Sollwerteinstellung ebenfalls an der Versorgungsspannung 12V. Thermistor R1 und Potentiometer R2 sind leicht auswechselbar.

Die Anschlüsse 4 der IC-Elemente IC2 und IC3 liegen an Masse, während die Anschlüsse 8 an der Versorgungsspannung +12V liegen. Die Anschlüsse 1 liegen über einen Widerstand R5 bzw. einen Widerstand R9 ebenfalls an der Versorgungsspannung +12V. Die Anschlüsse 3 liegen über einen Widerstand R6 bzw. R1O an der Versorgungsspannung +12V. Die Anschlüsse 3 und 5 sind durch einen Widerstand R7 bzw. R11 überbrückt.

Der Anschluß 3 des IC-Elements IC2 ist über einen Widerstand R8 zur Basis eines Transistors T1 geführt, welcher mit seiner Emitter-Kollektorstrecke in Reihe mit einem Widerstand R14 zwischen Masse und Versorgungsspannung +12V liegt. Ähnlich

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ist der Anschluß 3 des IC-Elements IC3 über einen Widerstand R12 an die Basis eines Transistors T2 geführt, dessen Emitter-Kollektorstrecke in Reihe mit einem Widerstand R13 zwischen Masse und Versorgungsspannung +12V liegt. Die Ausgänge der Transistoren T1 und T2 sind.auf ein EXCLUSIV-ODER-Glied .G1 geschaltet, dessen Ausgang auf ein UND-Glied G2 und ein UND-Glied G3 geführt ist. Der Ausgang des Transistors T1 ist als zweiter Eingang dem UND-Glied G2 zugeführt, während der Ausgang des Transistors T2 als zweiter Eingang dem UND-Glied G3 zugeführt ist.

Der Ausgang des UND-Glieds G2 ist über einen Widerstand R15 der Basis eines in einer Brückenschaltung liegenden Transistors T3 und über einen Widerstand R18 der Basis eines im gegenüberliegenden Brückenzweig der Brückenschaltung liegenden Transistors T6 zugeführt. Der Ausgang des UND-Gliedes G3 ist über einen Widerstand R17 der Basis eines Transistors T5 in der gleichen Brückenschaltung sowie über einen Widerstand R16 der Basis eines vierten Transistors T4 in dieser Brückenschaltung im gegenüberliegenden Zweig zugeführt. An der einen Diagonalen der Brückenschaltung liegt die Versorgungsspannung zwischen Masse und +12V, während in der anderen Diagonalen der Motor M für die Betätigung des Mischorgans liegt.

Der Ausgang des UND-Gliedes G2 ist weiter auf den einen Eingang eines

EXCLUSIV-ODER-Gliedes GA geführt, auf dessen anderen Eingang der Ausgang des UND-Gliedes G3 geführt ist. Der Ausang des ODER-Gliedes G4 liegt an einem Eingang eines weiteren EXLUSIV-ODER-Gliedes G5, dessen anderer Eingang an der Versorgungsspannung +12V liegt. Der Ausgang des ODER-Gliedes G5 ist auf den Widerstand R19 und von dort weiter zum Anschluß 6 des IC-Elements IC1 geführt.

Mit der in Fig. 1 und 2 dargestellten Schaltungsanordnung werden je nach Temperatur im Verhältnis zum Sollwert die in Fig.

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gezeigten Impulszüge erhalten. Bei einer Temperatur oberhalb des Sollwerts gibt der Impulsgenerator TB1 den in der ersten Zeile von Fig. 3 gezeigten Impulszug, der Impulsgenerator TB2 den in der zweiten Zeile gezeigten Impulszug und der Impulsgenerator TB3 den in der dritten Zeite gezeigten Impulszug ab. Durch Vergleich in dem Komparator CO entsteht ein Impulszug, wie er in der vierten Zeile von Fig. 3 dargestellt ist. Die Impulse treten im Ausgang des UND-Gatters G3 in Fig. 2 auf und steuern die Transistoren T4 und T5 während ihrer Laufzeit auf. Damit bewegt sich der Motor M in Richtung einer Verkleinerung der Temperatur.

Ist die Temperatur unterhalb des Sollwertes, so treten die in den nächsten drei Zeilen in Fig. 3 gezeigten Impulse an den Ausgängen der drei Impulsgeneratoren TB1, TB2 und TB3 auf. Die in der weiteren Zeile mit CO-bezeichneten Impulse entsprechen der Differenz zwischen Temperaturxmpulsen und Soll-Wertimpulsen und treten diesmal am Ausgang des UND-Gliedes G2 auf. Hierdurch werden die Transistoren T3 und T6 während der Impulsdauer aufgesteuert und der Motor dreht sich in entgegengesetzter Richtung.

Für den Fall schließlich, daß die Temperatur dem Sollwert entspricht, sind die Impulse am Ausgang der Impulsgeneratoren TB2 und TB3 (vergleiche Fig. 3 unten) gleich, und es werden im Komparator CO keine Vergleichsimpulse erzeugt. Der Motor M bleibt damit stehen.

Das subjektive Temperaturempfinden ist nicht nur abhängig von der absoluten Temperatur innerhalb eines Raumes, sondern auch von der Außentemperatur. Um dem subjektiven Temperaturempfinden Rechnung zu tragen, kann daher ein weiterer Temperaturfühler für die Außentemperatur vorgesehen sein, welcher zusätzlich zur Istwertgabe auf die Regelschaltung, und zwar auf den

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Impulsgenerator TB2 bzw. auf das IC-Element IC2 wirkt. Damit werden bei gleicher Sollwerteinstellung je nach Außentemperatur unterschiedliche Istwerte der Temperatur eingeregelt. Man kann eine derartige Regelung als Komfortpegelregelung bezeichnen.

Ein Anwendungsbeispiel für das erfindungsgemäße Heiz- und/oder Kühlsystem ist in Fig. 4 dargestellt. Der Motor M steuert hier die Mischklappe BD eines Heiz- und/oder Kühlsystems in einem Kraftfahrzeug als Misehorgan. Durch einen Luftkanal I tritt Frischluft in das System ein und wird je nach Stellung der Mischklappe BD direkt zu einem Luftaustrittskanal O weitergeleitet, vollständig über einen Radiator R geführt (diese Stellung der Mischklappe BD ist in Fig. 4 in fest ausgezogenen Linien der Mischklappe dargestellt) oder in einer Zwischenstellung der Mischklappe BD teilweise direkt und teilweise über den Radiator R geführt. Der Motor M für die Verstellung der Mischklappe BD wird mittels der in Fig. 2 dargestellten Schaltung gesteuert und gespeist.

Eine weitere Möglichkeit der Anwendung des erfindungsgemäßen Systems ist ein stationäres Heiz- und/oder Kühlsystem, bei welchem das Misehorgan ein Mischventil für flüssiges Medium ist. Dieses Mischventil wird durch den Motor M unter der Steuerung einer Schaltungsanordnung nach Fig. 2 angetrieben.

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Claims

HOFFMANN · EITLS & PxIRTNER 2920717 PAT E N TAN WÄLT E DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) ■ Dl PL-I N G. V/. EITLE · D R. R ER. NAT. K. H O FFMAN N · Dl PL.-I N G. W. LcH N DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. ß. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERN HAUS) . D-8000 MO NCH EN 81 · TELEFO N (089) 911087 · TELEX 05-29619 (PATKE) Ranco Incorporated, Columbus, Ohio / V.St.v.A. Heiz- und/oder Kühlsystem Patentansprüche :

1. Heiz- und/oder Kühlsystem, bei welchem zwei wärmeübertragende Medien mit Hilfe eines von einem Motor verstellten Mischorgans derart gemischt werden, daß die Temperatur des gemischten Mediums auf eine einstellbare Solltemperatur gebracht wird, dadurch gekennzeichnet , daß der Soll-Istwert-Vergleich durch Vergleich der Impulslängen von dem Sollwert und dem Istwert entsprechenden Impulsen erfolgt, und daß mit den Vergleichsimpulsen der Motor des Mischorgans ebenfalls impulsweise in beiden Richtungen gesteuert wird.

2. Heiz- und/oder Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltungsanordnung zur iip.pulsweisen Steuerung des Motors einen ersten Impulsgenerator (TB1) enthält, der Impulse gleichbleibender Breite jeweils beginnend mit dem Ende eines Vergleichsimpulses erzeugt und auf einen zweiten und dritten Impulsgenerator (TB2, TB3) geschaltet ist, von denen der zweite Impulsgenerator (TB2) Impulse mit einer dem Istwert der Temperatur proportionalen Breite und der dritte Impulsgenerator (TB3) Impulse mit einer den Sollwert der Temperatur proportionalen Breite erzeugt, die nach einem Vergleich in einem Komparator (CO) aufgrund von dort erzeugten Vergleichsimpulsen den Motor (M) direkt ansteuern.

3. Heiz- und/oder Kühlsystem nach Anspruch 2, dadurch

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gekennzeichnet , daß die Impulsgeneratoren (TB1, TB2, TB3) aus IC-Elementen (IC1, IC2, IC3) mit zugehöriger Beschaltung bestehen, von denen die IC-Elemente (IC2, IC3) des zweiten und des dritten Impulsgenerators (TB2, TB3) den gleichen Aufbau haben.

4. Heiz- und/oder Kühlsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Komparator (CO) aus einem EXCLUSIV-ODER-GIied (G1) und aus zwei UND-Gliedern (G2, G3) aufgebaut ist, welche die Soll- und Istwertimpulse erhalten und die Vergleichsimpulse abgeben.

5» Heiz- und/oder Kühlsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet _f daß die Vergleichsimpulse jeweils auf die Basen von in den gegenüberliegenden Zweigen einer Brückenschaltung vorgesehenen Transistoren (T3, T6; T4, T5) geschaltet sind, und daß in der Diagonale der Brükkenschaltung der Motor (M) angeordnet ist.

6. Heiz- und/oder Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Istwertmessung der Temperatur mit Hilfe eines mit dem zweiten Impulsgenerator (TB2) verschalteten Thermistors (R1) und die Sollwerteinstellung mit Hilfe eines mit dem dritten Impulsgenerator (TB3) verschalteten Potentiometers erfolgt.

7. Heiz- und/oder Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß ein Fühler für Außentemperatur vorgesehen ist, der zusätzlich zur Istwertgabe auf die Regelschaltung (Impulsgenerator TB2) geschaltet ist.

8.' Heiz- und/oder Kühlsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Fühler für die Außen-

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temperatur ein Thermistor ist.

9. Heiz- und/oder Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das System ein Heiz- und/oder Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs ist, bei welchem das Mischorgan die Mischklappe (BD) für Aussenluft und durch den Radiator (R) strömende Luft ist.

10. Heiz- und/oder Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß das System ein stationäres Heiz- und/oder Kühlsystem ist, bei welchem das Mischorgan ein Mischventil für flüssige Medien ist.

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