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Raumthermostat
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Die Erfindung betrifft einen elektronischen Raumthermostaten gemäß
Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1. Die US-PS 33 72 328 zeigt einen solchen Raumthermostaten,
welcher über eine Zweidrahtleitung mit einer entfernt angeordneten Wechselstromquelle
und einer Last in Verbindung steht, welche durch ein die Wärmezufuhr zum überwachten
Raum steuerndes Gerät, beispielsweise ein Ventil, eine Umwälzpumpe oder ein Brennersteuergerät
gebildet sein kann.
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Als Ausgangs schalter des Thermostaten dient hier ein die Zweidrahtverbindung
durchschaltender Thyristor. Ist dieser gesperrt, so wird die elektronische Schaltung
des Thermostaten von der Zweidrahtleitung her über einen Transformator mit Strom
versorgt.
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Fordert der Thermostat Wärmezufuhr an, so schaltet er den Thyristor
durch und schließt damit den Reihenstromkreis von Wechselstromquelle, Last und Thermostat.
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Die US-PS 39 48 441 zeigt einen mechanischen Uhrenthermostaten, der
ebenfalls über eine Zweidrahtleitung an eine entfernt angeordnete Wechselstromquelle
und eine Last anschließbar ist. Solange der Thermostatschalter offen ist, wird der
Uhrenmotor über die Zweidrahtleitung mit Strom versorgt. Schließt der Thermostatkontakt,
so sorgt eine wiederaufladbare Batterie für die Stromversorgung des Motors. Mit
Hilfe des Motors wird zu einstellbaren Zeiten ein Hilfsthermostat ein- und wieder
abgeschaltet, welcher den Temperatursollwert, beispielsweise während der Nachstunden
absenkt. Von einem Elektromotor angetriebene Schaltuhren und mit diesem zusammenwirkende
Zeitprogrammgeber, beispielsweise in Form von Nockenscheiben, sind teuer und nehmen
relativ viel Platz in Anspruch. Sie bedürfen ferner einer regelmäßigen Wartung.
Aufgabe der Erfindung ist es folglich, unter Ausnutzung der Vorteile integrierter
Halbleiterschaltungen einen Uhrenthermostaten zu schaffen,
welcher
ohne irgendwelche Änderungen an dem vom Thermostaten zu steuernden Stromkreis anstelle
eines bekannten Raum- oder Uhrenthermostaten an eine solche Zweidrahtleitung angeschlossen
werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete
Erfindung. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand in den Zeichnungen wiedergegebener Ausführungsbeispiele
erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 teils in Form eines Blockschaltbildes den Aufbau eines
elektronischen Uhrenthermostaten mit einem Thermostatsteuerkreis und einem Digitaluhr-Schaltkreis
einschließlich Programmgeber in integrierter Schaltungstechnik sowie mit einer digitalen
Flüssigkristallanzeige; Fig. 2 das Blockschaltbild des Digitaluhr-Schaltkreises
und Fig. 3 und 4 zwei Abwandlungen der Stromversorgungsschaltung des Uhrenthermostaten.
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In Fig. 1 ist der elektronische Uhrenthermostat 10 über eine Zwei-18
drahtleitung mit den Anschlüssen 11 und 12 an eine Last 13 sowie eine Wechselstromquelle
in Form eines Transformators 14 angeschlosser Die Last kann beispielsweise durch
die Erregerwicklung eines Gasventils oder eines Relais gebildet sein, welches die
Energiezufuhr zu dem Raum steuert, in dem der Uhrenthermostat 10 die Temperatur
überwacht. Er ist mit einem temperaturabhängigen Widerstand 15 mit negativem Temperaturkoeffizienten
als Temperaturfühler ausgestattet, welcher in einer Brückenschaltung 20 liegt, die
über Eingangsleitungen 21 an den Steuerkreis 22 angeschlossen ist. Der Steuerkreis
22 steuert über die Ausgangsleitungen 24 ein Relais 23 und kann beispielsweise den
in der älteren Patentanmeldung P 29 01 941.8 beschriebenen Aufbau haben. Der Steuerkreis
22 erhält von einem Digitaluhrschaltkreis 30 über die Leitung 25 einen Eingangs
impuls -und liefert je nach Abweichung der gemessenen Raumtemperatur vom Sollwert
auf einer der beiden Ausgangsleitungen 24 wiederkehrende Steueripulse an das Relais
30, welches dementsprechend den Umschaltkontakt; 31 betätigt. Dieser weist einen
Arbeitsfestkontakt 31A
sowie einen Ruhefestkontakt 31B auf und steuert
den Stromfluß durch die Last 13.
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Der Steuerkreis 22 und der Digitaluhrschaltkreis 30 einschließlich
des darin enthaltenen Programmgebers werden über eine Diodenbrückenschaltung 32
aus dem Netztransformator 33 mit Strom versorgt. Wenn hier von einem Netztransformator
die Rede ist, so kann die Versorgungsspannung entweder der üblichen Netzspannung
von 125 oder 220 V entsprechen oder aber auch mit einer herabgesetzten Versorgungswechselspannung
von beispielsweise 24 V gearbeitet werden. Die Primärwicklung 34 des Netztransformators
33 steht einerseits unmittelbar mit dem Anschluß 11 und andererseits über den Arbeitskontakt
31A mit dem Anschluß 12 der Zweidrahtleiia tung in Verbindung und wird somit bei
geschlossenem Arbeitskontakt aus dem Transformator 14 mit Strom versorgt. Die Sekundärwicklung
35 des Transformators 33 liegt mit einem Ende 40 am Anschluß 11 der Zweidrahtleitung
und mit dem anderen Ende 41 über einen Widerstand an der Diodenbrückenschaltung
32. Bei geschlossenem Ruhekontakt 31B wird die Diodenbrückenschaltung von den Anschlüssen
11 und 12 her über den Widerstand 16 und die Sekundärwicklung 35 mit Strom versorgt.
Eine Schutzdiode 29 liegt am Ausgang der Diodenbrückenschaltung, welcheraußerdem
eine wiederaufladbare Batterie 53 parallelgeschaltet ist. Ein HF-Siebglied45 ist
zwischen die Diodenbrückenschaltung 32 und den Eingang 50 des Steuerkreises 22 eingeschaltet,
dem auf diese Weise ein netzfrequentes Halbwellensignal als Zeittakt zugeführt wird.
Gleichzeitig gelangt dieses Signal über die Leitung 51 an den Digitaluhrschaltkreis
30. Der Gleichstromausgang der Diodenbrückenschaltung 32 ist über die Leitung 17
an die Gleichstromversorgungseingänge des Steuerkreises 22, des Digitaluhrschaltkreises
30 und der Temperatur-Meßbrückenschaltung 20 angeschlossen.
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Ein Spannungsteiler 52 liefert weitere Versorgungsspannungen für den
Digitaluhrschaltkreis. Sollte die Stromversorgung von der Stromquelle 14 her unterbrochen
werden, so hält die Notstrombatterie 53 die Stromversorgung für den Digitaluhrschaltkreis
30 aufrecht.
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Falls mit einer Stromunterbrechung vom Netz her nicht zu rechnen ist,
kann diese Notstrombatterie entfallen.
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Der gewünschte Raumtemperatursollwert wird durch Einstellung des Schleifers
55 an einem Widerstand der Brückenschaltung 20 vorgegeben. Übersteigt die Raumtemperatur
den Sollwert, so fällt das Relais 23 ab und der Schalter 31 nimmt die aus Fig. 1
ersichtliche Ruhelage ein. Damit ist der Stromkreis über die Last 13 unterbrochen.
Sinkt die vom NTC-Widerstand 15 gemessene Raumtemperatur unter den Sollwert, so
spricht das Relais 23 an und bringt seinen Kontakt 31 in die Schaltlage: 31A. Damit
wird die Last eingeschaltet und damit die Wärmezufuhr zum Raum in Gang gesetzt.
Über die Leitungen 60 zwischen Digitaluhrschaltkreis 30 und Steuerkreis 22 können
wahlweise zwei verschiedene Temperatursollwerte eingegeben werden, welche an einem
Widerstand 129 der Brückenschaltung 20 abgreifbar sind. Der Zeitpunkt für die Umschaltung
auf die verschiedenen Temperatursollwerte wird vom Digitaluhrschaltkreis 30 bestimmt.
Diesem ist ein Tastenfeld 61 zugeordnet, mit dessen Hilfe die gewünschten Umschaltzeiten
in einen Speicher des Digitaluhrschaltkreises 30 eingegeben werden können. An einerDigitalzeitanzeigevorrichtung,
beispielsweise einer Flüssigkristallanzeige 62, kann die jeweilige Tageszeit abgelesen
werden. Beim Programmieren des im Digitaluhrschaltkreis enthaltenen Programmgebers
dient diese Anzeigevorrichtung 62 zugleich zur Anzeige der eingegebenen Umschaltzeitpunkte.
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Xm Blockschaltbild des Digitaluhrschaltkreises 30 sind die einzel
nen Leitungsverbindungen jeweils nur einpolig dargestellt und neben der Leitung
angegeben, wieviel Adern vorgesehen sind, so bedeutet 4 eine vieradrige Leitung.
Im Schaltkreis 30 befindet sich eine Stromverteilungsschaltung 70 welche über eine
vieradrige Leitung die Versorgungsspannungen vom Spannungsteiler 52 erhält und an
die verschiedenen Teile des Schaltkreises weitergibt. Ein Taktgeber speist über
eine Übersteuerungsschaltung 63 einen Impulsgeber 71 sit einer netzfrequenten EIalbwellenspanrLung,
wobei über die Leitung 23 alle 20 Sek.ein Impuls an den Steuerkreis 22 abgegeben
wird (vgl. Fig. 1). Weiterhin gelangt dieser Impuls über eine Korrekturschaltung
64 an einen Zeitgeber 72, der am Ausgang des Zählers 73 Minutenimpulse, an Ausgang
des Zählers 74 Zehnminutenimpulse, am Ausgang des Zählers 75 Stundenimpulse, am
Ausgang des
Zählers 78 10-Stundenimpulse und am Ausgang des Zählers
81 Tagesimpulse liefert, welche in der Schaltung 82 in binärcodierte Dezimalsignale
für die Minuters-,1û-Minuten- und Stundenanzeige liefern sowie eine Kennzeichnung
dafür, b es sich um Vormittags-(AM) oder Nachmitags- (PM)-Stunden handelt. Ein Segmentumsetzer
83 wandelt diese Signale in Steuersignale für die Treiberschaltung 84 der Flüssigkeitskristallanzeige
62 um.
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Eine an das Tastenfeld 61 angeschlossene Steuereinrichtung 90 steuert
über die Leitungen 91 die verschIedenen Freigabeschaltungen F (ENAB) und Multiplexer
M (MUX) sowie Schalter in derSchaltungsanordung 92, um auf diese Weise in den Registern
93 die verschiedenen Tageszeiten zu speichern, zu denen der Temperatursollwert auf
unterschiedliche Beträge umgeschaltet werden soll Eine Speichersteuereinrichtung
95, bestehend aus einer Speichersteuerschaltung 60, einer Speicherhinweisadresschaltung
66, einer Speicheradressschaltung 67 und einem Vergleicher 68, steuert den Vergleich
der in den Registern 93 gespeicherten Zeitangaben mit den Tageszeitangaben des Zeitgebers
72 in den Vergleichern 100. Bei Übereinstimmung dieser Zeitangaben liefert die Ausgangssci.altung
101 auf den Leitungen 60 ein Signal an den Steuerkreis 22. Hat dieses den Wert "1",
so entspricht der Temperatursollwert dem Tageswert und im Fall des Wertes nO wird
die Solltemperatur bei Heizbetrieb auf einen energiesparenden Wert, beispielsweise
eine niedrigere Nachttemperatur abgesenkt bzw. bei Kühlbetrieb auf einen temperatursparenden
Wert erhöht. Aus der Stromverteilungsschaltung 70 wird ferner ein Oszillator 103
gespeist, welcher die Steuereinrichtung 90 und den Uhrenschaltkreis solange mit
Strom versorgt, wie der Taktgeber 51 keine Halbwellenspannung auf der gleichnamigen
Leitung (vgl. Fig. 1) liefert.
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Im Betrieb werden die gewünschten Schaltzeitpunkte mittels der Tastatur
61 in die Schieberegister 93 eingegeben, so daß beim Vergleich der Tageszeitwerte
des Zeitgebers 72 mit den gespeicherten Umschaltzeitpunkten des Speichers 93.die
Ausgangsschaltung 101 über die Leitungen 60 Signale an den Steuerkreis 22 liefert,
wodurch der
Temperatursollwert auf verschiedene Beträge umgeschaltet
wird.
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Zwischen den de Oszillator 103 nachgeschalteten Frequenzteiler und
das Tastenfeld 61 ist ein phasenteiler 69 und zwischen das Tastenfeld 61 und die
Steuereinrichtung 90 ein Antiprell-Schaltkreis 169 eingeschaltet Fig. 3 zeigt eine
andere Ausführungsform der Netzanschlußschaltung mit einem Transformator 33' dessen
Primärwicklung bei geschlossenem Arbeitskontakt 31A an die Anschlüsse 11 und 12
der Zweidrahtleitung 18 angeschlossen ist. Die Sekundärwicklung 35' hat zwei Endklemmen
40' und 42 sowie eine Anzapfung 41'. Das Ende 40' ist mit dem Anschluß 11 verbunden,
während das andere Ende 42 bei geschlossenem Ruhekontakt 31B am Anschluß 12 liegt.
Über die Klemmen 40' und 41' wird die Diodenbrückenschaltung 32 gespeist.
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Eine weitere Ausführungsform der NetzanschluBschaltung zeigt Fig.
4. Hier weist der Transformator 33't eine Primärwicklung 120 sowie eine Sekundärwicklung
1211 auf, welche über einen Widerstand 122 an die beiden Anschlüsse 11 und 12 der
Zweidrahtleitung 18 angeschlossen ist. Schließt der Schalter 30, so wird die Primärwicklung
120 an die Anschlüsse 11 und 12 gelegt. Solange der Thermostat abgeschaltet ist,
gelangt die Versorgungsspannung unmittelbar von der Anschlüssen 11 und 12 an die
Diodenbrückenschaltung 32. Schließt hingegen der Thermostatschalter 31, so wird
an diese Klemmen die Primärwicklung 120 gelegt und der Stromkreis über die Last
geschlossen. Dann speist der Transformator 33" die Diodenbrückenschaltung 32 über
seine Sekundärwicklung 121. Der Widerstand 122 ist derart groß bemessen, daß er
zusammen mit der Sekundärwicklung 121 einen Spannungsteiler mit solchem Teilerverhältnis
bildet, daß an der Diodenbrückenschaltung 32 die zur Erzeugung der bendtigten Versorgungsspannungen
erforderliche Eingangswechselspannung liegt.
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