DE29701352U1

DE29701352U1 - Circuit arrangement for switching an electrical alternating current flowing through a load on and off

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Publication number: DE29701352U1
Application number: DE29701352U
Authority: DE
Original assignee: Domotec AG
Current assignee: Domotec AG
Priority date: 1997-01-29
Filing date: 1997-01-29
Publication date: 1997-04-17
Anticipated expiration: 2007-01-30

Description

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Schaltungsanordnung zum Ein- und Ausschalten eines durch eine Last fließenden elcktrischcn WechselstromsCircuit arrangement for switching on and off an alternating electrical current flowing through a load

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.The invention relates to a circuit arrangement according to the preamble of claim 1.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Schaltungsanordnung zum Ein- und Ausschalten eines Wechselstroms durch eine Last zu schaffen, welches bzw. welche eine lange Lebensdauer sowie eine zu vernachlässigende Erwärmung der Schaltungskomponenten, insbesondere des Schaltelements bzw. der Schaltelemente, unter Einhaltung der behördlich geforderten elektromagnetischen Verträglichkeit [EMV] aufweist.The object of the invention is to provide a method and a circuit arrangement for switching an alternating current on and off through a load, which has a long service life and negligible heating of the circuit components, in particular the switching element or elements, while complying with the officially required electromagnetic compatibility [EMC].

Unter einer zu vernachlässigenden Erwännung wird eine derart geringe Komponentenerwärmung verstanden, bei der das bzw. die betreffenden Bauteile bei ihrem Betrieb keine Kühlbleche erfordern. Zur Einhaltung der behördlich geforderten elektromagnetischen Verträglichkeit [EMV] wird hier beispielsweise auf die Norrnen des Schweizerischen Elektrotechnischen Vereins SEV 3600 (SEV 3600-1, 3600-2), 3601, auf die Schweizer NormenA negligible mention is understood to mean such a low component heating that the component(s) in question do not require cooling plates during operation. To comply with the officially required electromagnetic compatibility [EMC], reference is made here, for example, to the standards of the Swiss Electrotechnical Association SEV 3600 (SEV 3600-1, 3600-2), 3601, to the Swiss standards

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SN 413600-1, SN 413600-2, auf die Europäischen Normen EN 413600 (insbesondere EN 413600-2), EN 55015, EN 60555-1, EN 61000 (EN 61000-3-3), auf die IEC-Normen IEC 555-1, IEC 1000-3-2, IEC 1000-3-3,] und äquivalente DIN-Normen verwiesen. Der zu schaltende Wechselstrom ist in der Größenordnung von einigen Amperes. Die Stromflußzeil beträgt mindestens einige Sekunden. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird insbesondere zur Schaltung elektrischer Heizeinrichtungen bevorzugt von temperaturgeregelten Bodenheizungen mit sclbstregulierenden Heizbändern verwendet. Die Heizleistung und damit die zu schaltende Leistung beträgt hier einige Kilowatt.SN 413600-1, SN 413600-2, the European standards EN 413600 (in particular EN 413600-2), EN 55015, EN 60555-1, EN 61000 (EN 61000-3-3), the IEC standards IEC 555-1, IEC 1000-3-2, IEC 1000-3-3,] and equivalent DIN standards. The alternating current to be switched is in the order of a few amperes. The current flow time is at least a few seconds. The circuit arrangement according to the invention is used in particular for switching electrical heating devices, preferably temperature-controlled floor heating with self-regulating heating strips. The heating output and thus the power to be switched is a few kilowatts here.

Die Aufgabe wird verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß sich erfindungsgemäß im Laststromkreis ein Kontaktpaar eines Relais befindet, über das der Laststrom geführt wird. Die Kontakte des Kontaktpaarcs werden zu einem Kontaktschaltzeitpunkt geschaltet, in dem der Lastwechselslrom durch das Kontaktpaar null bzw. vernachlässigbar klein ist, d.h. so klein ist, daß sich beim Schalten kein Schaltfunken ausbildet. Da sich bei diesem Betrieb kein Kontaktabbrand ergibt, ist eine lange Lebensdauer des Relais gewährleistet. Die Erwärmung des Kontaktpaares durch den fließenden Laststrom ist vernachlässigbar; ebenso eine Erwärmung durch einen für das Halten der Relaiskontakte benötigten Relaisstrom. Würden Halbleiterschaitelemente wie Transistoren, Thristoren, Triac,... alleine für die Laststromschaltung eingesetzt, so müßte eine große in den Halblciterschaltelementen erzeugte Verlustwärme über Wärmeleitelemente abgeführt werden.The task is solved in accordance with the method in that, according to the invention, a pair of relay contacts is located in the load circuit, through which the load current is conducted. The contacts of the pair of contacts are switched at a contact switching time at which the load alternating current through the pair of contacts is zero or negligibly small, i.e. so small that no switching spark is formed when switching. Since no contact wear occurs during this operation, the relay has a long service life. The heating of the pair of contacts by the flowing load current is negligible; as is heating by a relay current required to hold the relay contacts. If semiconductor switching elements such as transistors, thyristors, triacs, etc. were used solely for the load current switching, a large amount of waste heat generated in the semiconductor switching elements would have to be dissipated via heat conducting elements.

Um das Relais bei einem Stromnulldurchgang schalten zu können, wird als zeitliche Referenz der Spannungsverlauf über der Last bestimmt und dann der Relaisschaltstrom zeitlich derart geschaltet, daß die Kontakte des Kontaktpaares in dem Augenblick geschaltet werden, in dem der Strom über die Rclaiskontakte null bzw. vemachlässigbar klein ist. Es bildet sich dann zwischen den Schaltkontakten kein Schaltfunken.In order to be able to switch the relay when the current passes through zero, the voltage curve across the load is determined as a time reference and then the relay switching current is switched in such a way that the contacts of the contact pair are switched at the moment when the current across the relay contacts is zero or negligibly small. No switching spark is then formed between the switching contacts.

Jedes Schaltrelais hat als typenspezifische Konstante eine spezielle Schaltverzögerungszeit zwischen Anlegen bzw. Ausschalten des Relaisschaltstroms durch die Relaisspule und dem Auftrennen bzw. dem Schließen der Kontakte. Die Schaltverzögerungszeit hängt u.a. ab von den beim Schaltvorgang zu beschleunigenden Massen der Schaltkontakte, vom zeitlichenEach switching relay has a type-specific constant, a special switching delay time between the application or switching off of the relay switching current through the relay coil and the opening or closing of the contacts. The switching delay time depends, among other things, on the masses of the switching contacts that have to be accelerated during the switching process, the time

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Spulenstromverlauf sowie von den magnetischen und elektrischen Eigenschaften (insbesondere der Induktivität der Relaisspule). Wird der Schaltetrom, d.h. dessen zeitlicher Verlauf und die Schaltspannung für die Relaisspule konstant gehallen, so ist auch die Schaltverzöge· rungszeit bis auf eine Alterungstoleranz konstant. Die Schaltverzögerungszeit als Differenz zwischen dem Kontaktschaltzeitpunkt und dem Relaisstromschaltzeitpunkt ist experimentell für jeden Relaistyp bestimmbar. Die Schaltverzögerungszeiten für das Schließen und das öffnen der Kontakte sind um einen Toleranzwert unterschiedlich.Coil current profile and the magnetic and electrical properties (in particular the inductance of the relay coil). If the switching current, i.e. its temporal profile and the switching voltage for the relay coil are kept constant, the switching delay time is also constant up to an aging tolerance. The switching delay time as the difference between the contact switching time and the relay current switching time can be determined experimentally for each relay type. The switching delay times for closing and opening the contacts differ by a tolerance value.

Ein Schalten ohne Schaltfunken ist nur zum Zeitpunkt des Wechselstromnulldurchgangs möglich. Handelt es sich um eine reine ohmsche Last, so sind Strom und Spannung in Phase. &igr; &ogr; Wechselspannungsnulldurchgänge lassen sich auf einfache Art und Weise mit einer Vergleicherschaltung feststellen. Bei einer rein ohmschen Last ist dann auch der SlromnuUdurchgang bestimmt. Der Schaltbefehl muß dann nur entsprechend der Schaltverzögerungszeit voreilend zum nächsten Stromnulldurchgang gegeben werden.Switching without a switching spark is only possible at the time of the alternating current zero crossing. If it is a purely resistive load, the current and voltage are in phase. Alternating voltage zero crossings can be easily determined using a comparator circuit. If the load is purely resistive, the current zero crossing is then also determined. The switching command then only has to be given in advance of the next current zero crossing in accordance with the switching delay time.

Handelt es sich um eine kapazitive oder um eine induktive Last, so ist die Phasenver-Schiebung zwischen Laststrom und Spannung entweder zu errechnen oder experimentell zu bestimmen. Ausgehend von einem leicht zu bestimmenden Spannungsnulldurchgang wird mit einem Verzögerungselement der Relaisschaltstrom (Strom durch die Relaisspule) derart geschaltet, daß die Kontakte dann im Stromnulldurchgang aufgetrennt werden. Die Schaltverzögerungszeit der Kontakte des Kontaktpaares sind für das Schließen und das Öffnen der Kontakte in der Regel um eine Toleranz unterschiedlich.If the load is capacitive or inductive, the phase shift between the load current and the voltage must either be calculated or determined experimentally. Starting from a voltage zero crossing, which is easy to determine, the relay switching current (current through the relay coil) is switched using a delay element in such a way that the contacts are then separated at the current zero crossing. The switching delay time of the contacts of the contact pair is usually different by a tolerance for closing and opening the contacts.

Ein Kontaktfunken entsteht bevorzugt beim öffnen der Kontakte bei Stromfluß. Werden die Kontakte nicht im Spannungsnulldurchgang geschlossen, so entsteht ein Kontaktfunken infolge von Prellen oder bei einer relativ großen zeitlichen Abweichung zum Spannungsnulldurchgang. Bei einer Last mit einem kapazitiven oder induktiven Impedanzanteil von lediglieh 20% zum ohmschen Anteil kann ein Schließen der Kontakte in erster Näherung mit derselben Schaltverzögerungszeit wie beim öffnen erfolgen. In vorteilhafter Weise wird man jedoch, wie unten beschrieben, eine Schaltverzögerungzeit auch unter Berücksichtigung der Phasenverschiebung für den Schließvorgang und für das Kontaktöffnen bestimmen und das Relais dementsprechend schalten.A contact spark occurs primarily when the contacts open when current is flowing. If the contacts are not closed at zero voltage, a contact spark occurs as a result of bouncing or if there is a relatively large time deviation from zero voltage. For a load with a capacitive or inductive impedance component of only 20% of the ohmic component, the contacts can be closed in a first approximation with the same switching delay time as when opening. However, it is advantageous to determine a switching delay time, as described below, taking into account the phase shift for the closing process and for the opening of the contact, and to switch the relay accordingly.

<- Anstatt den Laststrom nur über die Kontakte eines Relais zu schalten, kann auch parallel<- Instead of switching the load current only via the contacts of a relay, it is also possible to

zu den Kontakten ein paralleler Strompfad gelegt werden, der mit einem Halbleiterschaltelement [Transistoren, Thyristoren, Triac,,..] geschaltet wird. Soll der Stromkreis unterbrochen werden, wird das Halbleiterschaltelement auf Stromdurchgang geschaltet, dann die Relaiskontakle unmittelbar darauffolgend aufgetrennt und beim nächsten Stromnulldurchgang der Halbleiter ausgeschaltet. Verwendet man einen Thyristor oder einen Triac, so schaltet sich dieser selber beim kommenden Stromnuildurchgang aus. Da Halbleiterelcmente sehr schnell schalten, kann man den Schaltbefehl für das Relais und für das Einschalten des Halbleiters unter Berücksichtigung der Schaltverzögerungszeit in einem vorgegebenen zeitlichen Schalt-&ogr; fenster gleichzeitig geben. Die Stromflußzeit durch den Halbleiter ist damit derart kurz gehalten, daß sich dieser nur vemachlässigbar erwärmt.A parallel current path must be laid to the contacts, which is switched using a semiconductor switching element [transistors, thyristors, triacs, etc.]. If the circuit is to be interrupted, the semiconductor switching element is switched to allow current to pass through, then the relay contacts are immediately opened and the semiconductor is switched off when the current next passes zero. If a thyristor or a triac is used, it switches itself off when the current passes zero. Since semiconductor elements switch very quickly, the switching command for the relay and for switching on the semiconductor can be given simultaneously, taking the switching delay time into account in a given switching window. The current flow time through the semiconductor is thus kept so short that it only heats up negligibly.

Zur selbsttätigen Ermittlung der typischen Schaltverzögerungszeit eines Relais oder zur selbsttätigen Kompensation einer Änderung der Schaltverzögerung infolge Alterung des Relais oder der elektrischen Daten des Lastkreises (insbesondere Veränderung der Phasenver-Schiebung) können physikalische Effekte, welche von einem Kontaktfunken ausgehen, verwendet werden. Anschließend an die Messung eines Kontaktfunkens wird der Relaisstromschaltzeitpunkt verändert, bis kein Kontaktfunken mehr auftritt. Nach bereits drei Messungen ist ein kontaktfunkenfreies Schalten wieder möglich. Diese drei Kontaktfunken beeinträchtigen die Lebensdauer des Relais keineswegs. Das unten beschriebenen Meß- und Abgleichsverfahren erübrigt eine Bestimmung der Phasenverschiebung.Physical effects caused by a contact spark can be used to automatically determine the typical switching delay time of a relay or to automatically compensate for a change in the switching delay due to aging of the relay or the electrical data of the load circuit (in particular changes in the phase shift). After measuring a contact spark, the relay current switching time is changed until no more contact sparks occur. After just three measurements, switching without contact sparks is possible again. These three contact sparks do not affect the service life of the relay in any way. The measuring and adjustment procedure described below makes it unnecessary to determine the phase shift.

Das Auftreten eines Kontaktfunkens kann nun beispielsweise optisch bestimmt werden. Hierzu bringt man in unmittelbarer Nähe der Schaltkontakte eine Fotodiode an. Mit der Fotodiode wird die von Funken ausgesandte Strahlung gemessen. Auch läßt sich mit der Fotodiode der durch den Kontaktfunken fließende Laststrom relativ feststellen. In einer ersten Näherung ist die Leuchtstärke des Funkens proportional zum Quadrat des fließenden Stroms. Durch einen Funken können elektrische Oberwellen entstehen; es können Leitungswellen angeregt und neben der optischen Strahlung eine Hochfrequenzstrahlung abgestrahlt werden. Die mit der Fotodiode gemessene optische Strahlung kann somit auch noch andere Strahlungsteile enthalten. Bevorzugt wird man deshalb das mit der Fotodiode Gemessene glätten. Der maximale geglättete Signalwert wird für die Bestimmung des Schaltverzögerungszeit verwendet.The occurrence of a contact spark can now be determined optically, for example. To do this, a photodiode is placed in the immediate vicinity of the switching contacts. The photodiode measures the radiation emitted by sparks. The photodiode can also be used to determine the load current flowing through the contact spark. As a first approximation, the luminosity of the spark is proportional to the square of the current flowing. A spark can create electrical harmonics; line waves can be excited and high-frequency radiation can be emitted in addition to the optical radiation. The optical radiation measured with the photodiode can therefore also contain other radiation components. It is therefore preferable to smooth what is measured with the photodiode. The maximum smoothed signal value is used to determine the switching delay time.

Für einen kommenden Schaltvorgang wird nun der Relaisstromschaltzeitpunkt um den Bruchteil der halben Periode der Wechselspannung verschoben, erneut gemessen und der ermittelte zweite "Leuchtstärkewert¹¹ abgespeichert. Es wird eine dritte Messung vorgenommen. Aus diesen drei Werten ist nun von einer Mikroprozessoreinheit relativ genau der Wechsel-Stromnulldurchgang bestimmbar und damit der Relaisstromschaltstrom einstellbar. Sollten immer noch Kontaktfunken auftreten, so sind diese über eine Feinkorrektur climinierbar. Als Zeitspanne zum Verschieben des Relaisstromschaltzeitpunktes wird man etwa fünf Prozent der halbenPeriodendauer, d. h. 500 Mikrosekunden bei einem 50 Hz-Netz verwenden, um den Abbrand während der automatischen Einstellphase möglichst klein zu halten.For a future switching operation, the relay current switching time is now shifted by a fraction of half the period of the alternating voltage, measured again and the determined second "luminous intensity value ¹¹ " is saved. A third measurement is carried out. From these three values, a microprocessor unit can now determine the alternating current zero crossing relatively precisely and thus adjust the relay current switching current. If contact sparks still occur, they can be eliminated using a fine correction. The time period for shifting the relay current switching time is about five percent of half the period, i.e. 500 microseconds for a 50 Hz network, in order to keep the burn-off during the automatic adjustment phase as small as possible.

Anstelle optischer Signal können auch elektrische Signale, beispielsweise eine Differenzierung des an den Schaltkontakten sich bildenden Stromverlaufs infolge des Stroms im Schaltfunken erfolgen. Ob nun die Auslösezeit zu kurz oder zu lang war, ergibt sich dann aus der Pulsbreite des Differenzierungssignals. Die Richtung der Zeitkorrektur ergibt sich aus dessen Polarität, da ja der Spannungsverlauf über der Last bekannt ist bzw. laufend als Zeitrcferenz gemessen wird.Instead of optical signals, electrical signals can also be used, for example a differentiation of the current flowing across the switching contacts as a result of the current in the switching spark. Whether the triggering time was too short or too long is then determined by the pulse width of the differentiation signal. The direction of the time correction is determined by its polarity, since the voltage flow across the load is known or is continuously measured as a time reference.

Die durch den Schaltrunken erzeugten Schwingungen können auch durch Anstoßen von entsprechend abgestimmten Schwingkreisen ermittelt werden.The vibrations generated by the switching trough can also be determined by initiating appropriately tuned oscillating circuits.

Vorteile, weitere Ausführungsbeispiele und Varianten ergeben sich aus dem nachfolgenden Beschreibungstext.Advantages, further embodiments and variants can be found in the following description text.

Im folgenden werden Beispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:In the following, examples of the method and device according to the invention are explained in more detail using figures. They show:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Schaltung eines Laststroms mit einem Relais, dessen Schaltkontakte eine Überbrückung mit einem Haltleiterschalter aufweisen,Fig. 1 is a block diagram of a circuit arrangement for switching a load current with a relay whose switching contacts are bridged with a semiconductor switch,

Fig. 2 ein zeitliches Impulsdiagramm zum Stromein- und -ausschaltvorgang durch eine hier beispielsweise einen kapazitiven Lastanteil aufweisende Last, geschaltet mit der Schaltungsanordnung nach Figur 1, wobei die linke Seite des Impulsdiagramms denFig. 2 is a time pulse diagram for the current switching on and off process by a load, which here has, for example, a capacitive load component, connected with the circuit arrangement according to Figure 1, with the left side of the pulse diagram showing the

Einschaltvorgang und die rechte den Ausschaltvorgang darstellen; es zeigen die Teilfiguren: The right one represents the switch-on process and the right one represents the switch-off process; the sub-figures show:

a.) den Spannungsverlauf u über der Last sowie gestrichelt den Stromverlauf i im eingeschwungenen Zustand bei kontinuierlichem Heizvorgang,a.) the voltage curve u across the load and the dashed current curve i in the steady state during continuous heating,

b.) die Spannungsausgangspulse u_c des Spannungskomparators 13,b.) the voltage output pulses u _c of the voltage comparator 13,

c.) beispielsweise Pulse u_zdes Zeitgltcds 11,
d.) den Triggerstromverlauf i_ST zum Gate des Triacs 8, c) den Stromverlauf i_T durch den Triac 8,
f.) den Slromverlauf i_s durch die Relaisspule,c.) for example pulses u _z of the timing device 11,
d.) the trigger current i _ST to the gate of the triac 8, c) the current i _T through the triac 8,
f.) the current flow i _s through the relay coil,

g.) den Zustand des Kontaktpaares 3 des Relais 5, wobei ein Zustand über der Nulllinie den geschlossenen, stromlcitenden Zustand darstellt,g.) the state of the contact pair 3 of the relay 5, whereby a state above the zero line represents the closed, current-carrying state,

h.) den Stromverlauf i_K über das Kontaktpaar 3 des Relais 5 undh.) the current flow i _K via the contact pair 3 of the relay 5 and

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur selbsttätigen Einstellung eines kontaktfunkenfreien Relais-Fig. 3 is a block diagram for the automatic setting of a contact spark-free relay

slromschaltzeitpunkts.
15 slrom switching time.
15

Bei der in Figur 1 als Blockschaltbild dargestellten Schaltungsanordnung wird der Wechselstrom i für eine Last 1 über ein Kontaktpaar 3 eines Relais 5 gefilhrt und mit diesem ein- und ausgeschaltet. Die Last 1 ist hier beispielsweise eine Heizeinrichiung mit sclbstreguliercnden elektrischen Heizbändem. Selbstregulierende elektrische Heizbänder sind beispielsweise aus der US-A 4 334 148, der US-A 4 334 351, der US-A 4 400 614, derIn the circuit arrangement shown in Figure 1 as a block diagram, the alternating current i for a load 1 is passed through a contact pair 3 of a relay 5 and is switched on and off with this. The load 1 here is, for example, a heating device with self-regulating electrical heating bands. Self-regulating electrical heating bands are known, for example, from US-A 4 334 148, US-A 4 334 351, US-A 4 400 614,

US-A 4 398 084 und der US A 4 459 473 bekannt. Heizbänder dienen zur Bodenheizung, zur Heizung von Rohren, Dachrinnen usw. Die Stromaumahme einer Heizbandanlage hängt von der Heizbandlänge und dessen Temperatur ab. Der Schaltstrom zum Schalten des Spulenstroms des Relais 5 wird von einem mit diesem verbundenen Schalttreiber 7 geliefert. Eine Schutzdiode über der Relaässpule ist nicht eingezeichnet, aber selbstverständlich vorhanden. Im Laststromkreis ist ein Triac 8 als Halbleiterschaltelement parallel zum Kontaktpaar 3 geschaltet. Der Schalttreiber 7 ist mit einem Temperaturfühler 9, einem Zeitglied 11 und einem Spannungskomparator 13 verbunden, Der Spannungskomparator 13 ermittelt die Spanmtngsnulldurchgänge der Wechselspannung &agr; für die Last 1. Der Spannungskomparator 13 hat einUS-A 4 398 084 and US A 4 459 473. Heating strips are used for floor heating, for heating pipes, gutters, etc. The power consumption of a heating strip system depends on the length of the heating strip and its temperature. The switching current for switching the coil current of the relay 5 is supplied by a switching driver 7 connected to it. A protective diode above the relay coil is not shown, but is of course present. In the load circuit, a triac 8 is connected as a semiconductor switching element in parallel to the contact pair 3. The switching driver 7 is connected to a temperature sensor 9, a timing element 11 and a voltage comparator 13. The voltage comparator 13 determines the voltage zero crossings of the alternating voltage α for the load 1. The voltage comparator 13 has a

"Spannungsfenster" mit einer Ein- und Ausschaltspannung vor sowie nach jeweils einem Wechselspannungsnulldurchgang. Entsprechend seiner "Fensterbreite" gibt er einen entsprechend breiten Rechteckpuls mit einer maximalen Pulsspannung u_c ab. Bei einer Lastspannung von 230 V schaltet der Spannungskomparator 13 in einem "Spannungsfenster" von ± 30V, Die zeitliche Breite des Pulses u_c ergibt sich aus der Breite des "Spannungsfensters" und ist unter Zuordnung zum Spannungsverlauf u in Figur 2 unter b.) dargestellt."Voltage window" with a switch-on and switch-off voltage before and after each alternating voltage zero crossing. Depending on its "window width", it emits a correspondingly wide rectangular pulse with a maximum pulse voltage u _c . With a load voltage of 230 V, the voltage comparator 13 switches in a "voltage window" of ± 30 V. The temporal width of the pulse u _c results from the width of the "voltage window" and is shown in relation to the voltage curve u in Figure 2 under b.).

Der ohmsche Widerstand eines selbstregulierenden Heizbandes steigt mit dessen Temperatur an. Im kalten Zustand ist der Widerstand gering und im wannen Zustand verhältnismäßig hoch. Bei dem hier aufgezeigten Beispiel ist der kalte Widerstand etwa halb so groß wie im warmen Zustand. In diesem Heizband laufen die beiden Leiter für den Stromfluß über die gesamte Heizbandlänge annähernd parallel zueinander. Das Heizband weist deshalb zu seinem ohmschen Widerstand eine kapazitive Impedanz auf, weiche nicht durch einen induktiven Leiteranteil aufgehoben wird. Der Spannungsverlauf u ist in Figur 2 unter der Teilabbildung a.) aufgetragen. Der Stromverlauf &iacgr; ist in dem hier gewählten Beispiel gegenüber dem Spannungsverlauf um eine Phasenverschiebung t_p voreilend. Die Phasenverschiebung ist hier als Zeil und nicht als Winkel aufgetragen, da hier immer von einer Wechselspannung von 50 Hz ausgegangen wird. Für andere Wechselspannungsfrequenzen, z. B. 60 Hz, ergeben sich analoge Überlegungen. Es können selbstverständlich durch andere Lasten andere Phasenver-Schiebungen auftreten. Ebenfalls ist in dieser Teilabbildung 2a.) der infolge des kapazitiven Lastanteils voreilende Strom i gestrichelt eingezeichnet. Dieser Stromverlauf i stellt sich in der zweiten Halbwelle nach dem Einschalten des Laststroms ein. Das Einschalten der Last 1 erfolgt in der Regel mit einem Zeitglied 11 bei einem Aufheizvorgang bei einer frisch eingeschalteten Heizbandanlage; ansonsten erfolgt das Einschalten durch den Temperaturfühler 9.The ohmic resistance of a self-regulating heating strip increases with its temperature. When cold, the resistance is low and when hot, it is relatively high. In the example shown here, the cold resistance is about half as high as when warm. In this heating strip, the two conductors for the current flow run almost parallel to each other over the entire length of the heating strip. The heating strip therefore has a capacitive impedance to its ohmic resistance, which is not canceled out by an inductive conductor component. The voltage curve u is shown in Figure 2 under part a.). In the example chosen here, the current curve λ leads the voltage curve by a phase shift t _p . The phase shift is shown here as a line and not as an angle, since an alternating voltage of 50 Hz is always assumed here. Analogous considerations apply for other alternating voltage frequencies, e.g. 60 Hz. Of course, other phase shifts can occur due to other loads. Also shown in this partial figure 2a.) is the leading current i due to the capacitive load component, shown in dashed lines. This current curve i occurs in the second half-wave after the load current is switched on. The load 1 is usually switched on using a timer 1 1 during a heating process in a newly switched on heating strip system; otherwise it is switched on using the temperature sensor 9.

Der Aufheizvorgang sowie auch das Einschalten könnten auch manuell gestartet werden, beispielsweise durch einen Taster 12, wie in Figur 1 angedeutet. Nach dem Einschalten gibt das Zeitglied 11 einen Schaltimpuls U₁ (Figur 2c.)) an den Schalttreiber 7. Der Schalttreiber 7 sendet dann getriggert durch den Puls u_c des Spannungskomparators 13 im Spannungsnulldurchgangsberejch der Wechselspannung u einen Schaltpuls I₅₁. (Figur 2d.)) an die Steuerelcktronde des Triacs 8, der daraufhin durchzündet, wie in der Teilabbildung Figur 2e.) dargestellt ist. Durch den Triac 8 fließt nun der Strom i_T als Laststrom i. Unmittelbar nach "Zün-The heating process and the switching on can also be started manually, for example by a button 12, as shown in Figure 1. After switching on, the timer 11 sends a switching pulse U ₁ (Figure 2c.)) to the switching driver 7. The switching driver 7 then sends a switching pulse I ₅₁ , triggered by the pulse u _c of the voltage comparator 13 in the zero crossing range of the alternating voltage u (Figure 2d.)) to the control electrode of the triac 8, which then fires, as shown in the partial figure Figure 2e.) The current i _T now flows through the triac 8 as load current i. Immediately after "ignition-

den" des Triacs 8 bzw. gleichzeitig, wie hier dargestellt [je nach der typischen Einschaltverzögerungszeit (Schließzeit) tg des Kontaktpaares 3], wird der Spulenstrom i_s zum Schließen des Kontaktpaares 3 eingeschaltet. Das Kontaktpaar 3 schließt einen Strompfad für den Lasistrom i parallel zum Strompfad durch den Triac 8. Nach dem Schließen der Kontakte des S Kontaktpaares 3 verlöscht der Strom i_T durch den Triac 8 von selbst, da der elektrische Widerstand des Kontaktpaares 3 vemachlässigbar klein geworden ist und somit der Stromfluß i_T durch den Triac 8 unter dessen Haltestrom gesunken ist. Der Triac 8 ist somit nur einen Bruchteil einer Ilalbwelle des Wechselstroms leitend gewesen. Eine Erwärmung des Triacs 8 während des Slromeinschaltvorgangs ist vemachlässigbar klein. Über das Kontaktpaar 3 fließt nun ein Strom i_K nahezu vollständig verlustfrei als Laststrom i.the" of the triac 8 or at the same time, as shown here [depending on the typical switch-on delay time (closing time) tg of the contact pair 3], the coil current i _s is switched on to close the contact pair 3. The contact pair 3 closes a current path for the load current i parallel to the current path through the triac 8. After the contacts of the contact pair 3 have closed, the current i _T through the triac 8 extinguishes itself, since the electrical resistance of the contact pair 3 has become negligibly small and thus the current flow i _T through the triac 8 has fallen below its holding current. The triac 8 has therefore only been conductive for a fraction of a half-wave of the alternating current. Heating of the triac 8 during the current switch-on process is negligible. A current i _K now flows through the contact pair 3 almost completely loss-free as load current i.

Der ohmsche Widerstand ist beim Einschalten des selbstregulierenden kalten Heizbandes als Last 1 klein; d.h. es fließt ein hoher Strom i. Als elektrische Absicherung wird man bevorzugt eine träge Sicherung 15 im Laststromkreis verwenden. Die Sicherung 15 ist nun derart ausgelegt, daß sie nicht anspricht, wenn das Heizband 1 auf seine vorgegebene Temperatur erwärmt ist und ein Dauerstrom i zur Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Heizleistung zusätzlich einer Heiztoleranz fließt. Beim Einschalten fließt nun ein Strom i der die Sicherung 15 zum Ansprechen bringen würde. Um bei kalter Anlage das Stromnetz nicht zu überlasten, bzw, damit die Sicherung 15 nicht anspricht, wird zum Aufheizen des Heizbandes 1 vom Zeitglied 11 ein Tastverhältnis zwischen Stromfluß und ausgeschaltetem Strom gewählt, der die Sicherung 15 gerade nicht ansprechen läßt, aber ein Aufheizen des Heizbandes 1 ermöglicht. In dem hier gewählten Schaltungsbeispiel wird der Strom i bzw. i_K unter Einschalten von I₇ nach drei Sekunden wieder ausgeschaltet.The ohmic resistance is small when the self-regulating cold heating strip is switched on as load 1, i.e. a high current i flows. A slow-blow fuse 15 is preferably used in the load circuit as electrical protection. The fuse 15 is designed in such a way that it does not respond when the heating strip 1 is heated to its specified temperature and a continuous current i flows to maintain a specified heating output in addition to a heating tolerance. When switched on, a current i flows which would cause the fuse 15 to respond. In order not to overload the power network when the system is cold, or so that the fuse 15 does not respond, a duty cycle between current flow and switched-off current is selected by the timer 11 to heat up the heating strip 1, which does not allow the fuse 15 to respond but allows the heating strip 1 to heat up. In the circuit example selected here, the current i or i _K is switched off again after three seconds when I ₇ is switched on.

Zu Beginn der Aufwärmphase fließt der Laststrom i drei Sekunden durch das Heiz-. band 1 und bleibt dann während sieben Sekunden ausgeschaltet. Die gesamte Taktzeit beträgt somit zehn Sekunden. Zur Vermeidung einer Netzübcrlastung wird nun sukzessive in dem hier beschriebenen Beispiel über acht Minuten laufend das Tastverhältnis unter Vergrößerung der Stromlaufzeit auf einen kontinuierlichen Stromfluß i geändert (da ja das Heizband wärmer und damit sein ohmscher Widerstand größer wird). Dieser Strom wird erst dann abgeschaltet, wenn eine vorgegebene Heizendtemperatur erreicht ist. Diese Heizendtempeatur wird mit demAt the beginning of the warm-up phase, the load current i flows through the heating tape 1 for three seconds and then remains switched off for seven seconds. The total cycle time is therefore ten seconds. In order to avoid overloading the network, the duty cycle is gradually changed over eight minutes in the example described here, increasing the current running time to a continuous current flow i (since the heating tape gets warmer and its ohmic resistance increases). This current is only switched off when a specified heating end temperature is reached. This heating end temperature is measured with the

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Temperaturfühler 9 gemessen, der bei einem Temperaturabfall um einen Regelwert dann "wieder einen Einschaltbefehl, wie bereits oben beschrieben, an den Schalttreiber 7 gibt.Temperature sensor 9 measures the temperature and, if the temperature drops by a set value, then "again" sends a switch-on command to the switch driver 7, as already described above.

Zum Ausschalten des Lastsiroms i im Aufheizbetrieb bzw. Heizbetrieb sendet das Zeilglied 11 seinen Schaltpuls U₃₅ (siehe Figur 2c.)). Unmittelbar danach legt der Schalttreiber 7 einen Triggerstrom i_sr an das Gate des Triacs 8 und schaltet den Spulenstrom i_s aus. Nach einer Ausschaltverzögerungszeit t_A (Trennzeit für die Kontakte des Kontaktpaares 3), welche unterschiedlich zur Einschaltverzögerungszeit t_E sein kann, werden die Kontakte des Kontakipaares 3 voneinander getrennt. Da der Triggerstrompuls i^ immer noch am Gate des Triacs 8 Hegt, übernimmt dieser die Leitung des Laststromes i als Strom i_T. Um ein sicheres Schalten zu gewährleisten, ist die PuJsbreite &iacgr;&khgr; des Triggerstrompulses % etwas größer als eine Pcriodenhalbwelle und damit auch größer als die Ausschaltverzögerungszeit t_A In dem Augenblick, in dem die Kontakte des Kontaktpaares 3 geöffnet werden, übernimmt der Triac 8 die Stromfuhrung und schaltet beim kommenden Slromnulldurchgang selbsttätig ab. Auch beim Abschaltvorgang ist die Stromflußzeit des Triacs 8 sehr klein; eine Erwärmung tritt somit auch hier nicht auf.To switch off the load current i in warm-up mode or heating mode, the switching element 11 sends its switching pulse U ₃₅ (see Figure 2c). Immediately afterwards, the switching driver 7 applies a trigger current i _sr to the gate of the triac 8 and switches off the coil current i _s . After a switch-off delay time t _A (separation time for the contacts of the contact pair 3), which can be different to the switch-on delay time t _E , the contacts of the contact pair 3 are separated from one another. Since the trigger current pulse i^ is still at the gate of the triac 8, this takes over the conduction of the load current i as current i _T . To ensure reliable switching, the pulse width &iacgr;&khgr; of the trigger current pulse % is slightly larger than a P cycle half-wave and thus also larger than the switch-off delay time t _A. At the moment the contacts of contact pair 3 are opened, triac 8 takes over the current flow and switches off automatically when the current passes zero. The current flow time of triac 8 is also very short during the switch-off process; heating therefore does not occur here either.

Da keine Maßnahmen für eine Verlustwärmeabfuhr beim Triac 8 getroffen werden müssen, kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kompakt und damit klein im Volumen ausgeführt werden. Der Triac 8 ist sowohl beim Zusammenbringen der Kontakte als auch bei deren öffnen leitend; ein Kontaktfunken kann sich somit nicht bilden. Durch eine Vermeidung von Kontaktfunken erhöht sich die Lebensdauer des Kontaktpaares 3 und damit des Relais 5 signifikant. Es sind somit einige Millionen Schaltungen möglich. Auch wird der Triac 8 quasi in einem "stromlosen" Zustand ein- sowie auch ausgeschaltet. Schaltoberwellen, welche gemäß den oben aufgeführten Normen mit elektrischen Filteranordnungen gedämpft werden müssen, treten nicht mehr auf bzw. liegen innerhalb zulässiger Größenordnungen.Since no measures need to be taken to dissipate waste heat in the Triac 8, the circuit arrangement according to the invention can be made compact and thus small in volume. The Triac 8 is conductive both when the contacts are brought together and when they are opened; contact sparks cannot therefore form. By avoiding contact sparks, the service life of the contact pair 3 and thus of the relay 5 is significantly increased. Several million switching operations are thus possible. The Triac 8 is also switched on and off in a virtually "currentless" state. Switching harmonics, which must be dampened with electrical filter arrangements in accordance with the standards listed above, no longer occur or are within permissible magnitudes.

Die Ausbildung eines Einschaltfunkens über den Kontakten des Kontaktpaares 3 tritt bei der hier verwendeten Spannung von 230 V nicht auf, sofern es gelingt, ein Prellen der Schaltkontakte zu unterbinden. In diesem Fall könnte beim Stromeinschalten auf den oben beschriebcnen Schaltungsvorgang verzichtet werden. Wird auf einen gesteuerten Einschaltvor-The formation of a switch-on spark across the contacts of contact pair 3 does not occur at the voltage of 230 V used here, provided that it is possible to prevent the switching contacts from bouncing. In this case, the switching process described above could be dispensed with when the power is switched on. If a controlled switch-on process is used,

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gang verzichtet, so kann auf den Spannungskomparator 13 zur Bestimmung der Spannungsnulldurchgänge der Wechselspannung in der oben beschriebenen Schaltungsanordnung verzichtet werden.If the output is omitted, the voltage comparator 13 for determining the zero crossings of the alternating voltage in the circuit arrangement described above can be omitted.

Auch auf den Triac 8 kann verzichtet werden. In diesem Fall muß jedoch die bautypische Einschaltverzögerungszeit t_E und Ausschaltverzögerungszeit t_A bekannt sein sowie auch die Phasenverschiebung tp. Es müssen dann die Zeitpunkte t_!E und t_(A filr das Ein- bzw. Ausschalten des Spulenstromes i_s derart gewählt werden, daß die Kontakte des Kontaktpaares 3 sich jeweils im Stromnulldurchgang schließen bzw. öffnen. Sind die Werte für t_B) t_A und t_P bekannt, so sind die hier geforderten Schaltvorgänge mit einer Schaltungsanordnung ohne Halbleiterschaltelement über dem Kontaktpaar 3 realisierbar. Die Zeiten t_E, t_A und t_P sind im Zeitglied 11 gespeichert. Die Phasenverschiebung t_P ist bei einer Heizbandanlage bzw. bei einer beliebigen Last berechenbar bzw. meßbar. Sie ist bei einer Heizbandanlage vernachlässigbar klein. Die Ausführungen zur Phasenverschiebung t_P werden hier aufgezeigt, um eine Verwendung der eriindungsgemäßen Schaltungsanordnung generell für allgemeine elektrische Schalten aufzuzeigen. Die bautypische Einschaltverzögerungszeit t_E und Ausschaltverzögerungszeit t_A läßt sich jeweils an dem zu verwendenden Relais messen.The triac 8 can also be dispensed with. In this case, however, the typical switch-on delay time t _E and switch-off delay time t _A must be known, as well as the phase shift t p. The times t _!E and t _(A for switching the coil current on and off must _then be selected such that the contacts of contact pair 3 close and open respectively at zero current crossing. If the values for t _B) t _A and t _P are known, the switching processes required here can be implemented with a circuit arrangement without a semiconductor switching element above contact pair 3. The times t _E , t _A and t _P are stored in the timer 11. The phase shift t _P can be calculated or measured for a heating strip system or for any load. It is negligible for a heating strip system. The explanations for the phase shift t _P are shown here in order to demonstrate a general use of the circuit arrangement according to the invention for general electrical switching. The typical switch-on delay time t _E and switch-off delay time t _A can be measured on the relay to be used.

Die Ermittlung der bautypischen Einschaltverzögerungszeit t_K, der Ausschaltverzögerungszeit t_A und der Phasenverschiebung t_r kann jedoch auch selbsttätig erfolgen. Bei einem Schalten der Kontakte außerhalb des Stromnulldurchgangs entsteht bekanntlich ein Kontaktfunken. Dieser Kontaktfunken ist somit ein Zeichen einer nicht richtig gewählten Einschaltverzögerungszeit t_E und/oder einer falschen Ausschaltverzögerungszeit t_A und/oder einer falsch bestimmten Phasenverschiebung t_r. Werden die Zeiten t_E und/oder t_P bzw t_A und/oder t_P im Zeitglied 11 als richtige Werte abgelegt, so bildet sich, wie oben ausgeführt, kein Kontaktfunken. Der Zeitpunkt t_IE und t_u unter Berücksichtigung der Phasenverschiebung t_P wird experimentell in einer bevorzugten Ausruhrungsvariante der Erfindung selbsttätig ermittelt und dann das Relais 5 mit den richtigen Zeiten unter deren Langzeitkorrektur geschaltet.However, the determination of the typical switch-on delay time t _K , the switch-off delay time t _A and the phase shift t _r can also be carried out automatically. As is well known, when the contacts are switched outside of the current zero crossing, a contact spark is created. This contact spark is therefore a sign of an incorrectly selected switch-on delay time t _E and/or an incorrect switch-off delay time t _A and/or an incorrectly determined phase shift t _r . If the times t _E and/or t _P or t _A and/or t _P are stored in the timer 11 as correct values, then, as explained above, no contact spark is formed. The time t _IE and t _u taking into account the phase shift t _P is determined automatically experimentally in a preferred embodiment of the invention and then the relay 5 is switched with the correct times with their long-term correction.

Der Zeitpunkt des Auftretens eines Kontaktfunkens in Relation zum leicht zu messenden Spannungsnulldurchgang der Wechselspannung u kann nun, wie in Figur 3 dargestelltThe time of occurrence of a contact spark in relation to the easily measured zero crossing of the alternating voltage u can now be determined as shown in Figure 3.

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ist, mit einer Fotodiode 17 ermittelt werden. Der elektrische Ausgang der Fotodiode 17 ist mit einem Fotostromverstärker 19 verbunden. Der Ausgang der Verstärkers 19 geht zum Eingang eines Pulshöhendiskriminators 21. Der Pulshöhendiskriminator 21 ermittelt die maximale Strahlungsstärke S_P der vom Kontaktrunken erzeugten Strahlung, Da der Strahlung des Kontaktfunkens, wie oben bereits ausgeführt, in der Regel Schwingungen überlagert sind, befindet sich zwischen dem Ausgang des Verstärkers 19 und dem Eingang des Pulshöhendiskriminators 21 ein Integrator 22 zur Glättung des der Strahlungsstärke entsprechenden Ausgangssignals. Mit dem Pulshöhendiskriminator 21 ist ein Speicher 23 verbunden, der seinerseits zusätzlich mit einem Spannungskomparator 25 zur Bestimmung des Spannungsnulldurchgangs der Wechselspannung u verbunden ist. Im Speicher 23 werden die gemessenen maximalen Strahlungsstärken S_P und die dazugehörenden Zeiten t_x, bezogen auf den jeweiligen vorhergehenden mit dem Spannungskomparator 25 ermittelten Spannungsnulldurchgang, abgespeichert und mit einer Recheneinheit 26 ausgewertet. Der Schalttreiber 7 wird von der Recheneinheit 26 entsprechend der ermittelten Resulate angesteuert. Zur Ermittlung des Zeitpunkts t_1A zum Ausschalten des Spulenstroms i_s wird nun wie folgt vorgegangen (der Zeitpunkt tj_E kann analog ermittelt werden):is determined with a photodiode 17. The electrical output of the photodiode 17 is connected to a photocurrent amplifier 19. The output of the amplifier 19 goes to the input of a pulse height discriminator 21. The pulse height discriminator 21 determines the maximum radiation intensity S _P of the radiation generated by the contact spark. Since, as already explained above, the radiation of the contact spark is usually superimposed with oscillations, an integrator 22 for smoothing the output signal corresponding to the radiation intensity is located between the output of the amplifier 19 and the input of the pulse height discriminator 21. A memory 23 is connected to the pulse height discriminator 21, which in turn is additionally connected to a voltage comparator 25 for determining the zero crossing of the alternating voltage u. The measured maximum radiation intensities S _P and the associated times t _x , based on the respective previous voltage zero crossing determined with the voltage comparator 25, are stored in the memory 23 and evaluated with a computing unit 26. The switching driver 7 is controlled by the computing unit 26 in accordance with the determined results. To determine the time t _1A for switching off the coil current i _s, the following procedure is followed (the time tj _E can be determined in an analogous manner):

Gemäß Vorgabe durch das ZeitgHed 11, den Temperaturfühler 9 oder ein sonstiges Auslöseelement wird zu einem beliebigen Zeitpunkt t_Xi, nach einem Spannungsnulldurchgang der Relaisstrom i_s ausgeschaltet. Sollte dieser Zeitpunkt t^,, was jedoch unwahrscheinlich ist, exakt mit dem Zeitpunkt t^ übereinstimmen, so wird von der Fotodiode 17 kein Kontaktfunken detektiert. In allen anderen Fällen wird eine maximale Strahlungsstärke S_Pil zu diesem Zeitpunkt t^, detektiert. Diese beiden Werte (S_Pj, und t_Xti) werden im Speicher 23 abgespeichert. Für einen folgenden Ausschaltvorgang wird ein Zeitpunkt t_X2 zum Ausschalten des Laststromes i um eine Zeitspanne At_x verlängert [t^₂ - t_x>, + At_x]. Für At_x wird ein Bruchteil einer Halbwelle gewählt, bevorzugt etwa 2%. Die hierzu gemessene maximale Strahlungsstärke S_P2 und der dazugehörende Zeitpunkt X_x^₂ werden im Speicher 23 abgespeichert.According to the setting by the timer 11, the temperature sensor 9 or another triggering element, the relay current i _s is switched off at any time t _Xi , after a voltage crossing of zero. If this time t^, - which is unlikely - coincides exactly with the time t^, then no contact spark is detected by the photodiode 17. In all other cases, a maximum radiation intensity S _Pil is detected at this time t^,. These two values (S _Pj , and t _Xti ) are stored in the memory 23. For a subsequent switch-off process, a time t _X2 for switching off the load current i is extended by a time period At _x [t^ ₂ - t _x> , + At _x ]. A fraction of a half-wave is selected for At _x , preferably about 2%. The maximum radiation intensity S _P2 measured for this and the associated time X _x ^ ₂ are stored in the memory 23.

Die Stromkurvenverlauf ist eine Sinuskurve. Der Spitzenwert der Strahlungsstärke S_P ist jedoch poJaritätsunabhängig [aus der Strahlung eines Kontaktrunkens ist dessen Stromrichtung nicht ersichtlich]. In einer ersten Näherung entspricht somit der Maximalwert der Kontaktfunkenstrahlung einer Sin²-Kurve, deren maximaler Strahlungswert jedoch nicht bekannt ist. Die Werte für die Ausschaltvcrzögerungszeit t_A und die Phasenverschiebung t_P müssenThe current curve is a sinusoidal curve. The peak value of the radiation intensity S _P is, however, polarity-independent [the direction of the current cannot be determined from the radiation of a contact spark]. In a first approximation, the maximum value of the contact spark radiation corresponds to a Sin ² curve, the maximum radiation value of which is, however, unknown. The values for the switch-off delay time t _A and the phase shift t _P must

nichi explizit bekannt sein. Es reichTihre Summe, woßeTKTer die Phasenverschiebung t_P automatisch vorzeichenrichtig eingeht. Es ist somit lediglich ein einziger Zeitwert t^ zu bestimmen, der die Phasenverschiebung t_p und die Ausschaltzeitverzögerung t_A beinhaltet. [Analoges gilt für das Einschalten, wobei auch hier ein einziger Zeitwert t_iE die Phasenver-Schiebung t_P und die Einschaltverzögerungszeit t_E enthält.]nichi need not be known explicitly. Their sum is sufficient, since the phase shift t _P is automatically included with the correct sign. Thus, only a single time value t^ needs to be determined, which contains the phase shift t _p and the switch-off delay t _A. [The same applies to switching on, whereby here too a single time value t _iE contains the phase shift t _P and the switch-on delay time t _E. ]

Aufgrund einer Doppeldeutigkcit in einer Sin²-Kurve müssen zur Bestimmung deren zeitlicher Lage bei bekannter Amplitude zwei Meßwerte innerhalb einer Halbwelle zu unterschiedlichen, jedoch bekannten Zeitpunkten gemessen werden. Da in unserem Fall die Amplitude nicht bekannt ist, muß noch ein dritter Meßwert an einem zu den beiden anderen Zweitpunkten unterschiedlichen Zeitpunkt ermittelt werden. Die Berechnung der Zeit t^ wird mit einem Mikroprozessorchip vorgenommen. Diese Zeit t_u gibt an, um welche Zeitspanne nach einem mit dem Spannungsdiskriminator 25 gemessenen Spannungsnulldurchgang der Spulenstrom i_s ausgeschaltet werden muß, damit kein Kontaktfunken auftritt Die drei Messungen können zu beliebig voneinander distanzierten Zeitpunkten erfolgen. Es ist lediglich darauf zu achten, daß keine Messungen zu Zeiten vorgenommen werden, welche aufgrund der Periodizität der Wechselspannung zu identischen Meßwerten führen würden. Die zeitlichen Meßpunkte müssen nicht innerhalb einer Halbwelle liegen. Unterscheiden sich Ein- und AusschaUzeit eines Relais und soll auch das Einschalten bei bereits durchgeführter Optimierung des Ausschaltens kontaktfunkenlos erfolgen, so ist ein weiteres, viertes Meßwertepaar notwendig. Due to an ambiguity in a sin ² curve, in order to determine its temporal position when the amplitude is known, two measured values within a half-wave must be taken at different but known times. Since in our case the amplitude is not known, a third measured value must be determined at a time different to the other two points. The time t^ is calculated using a microprocessor chip. This time t _u indicates the period of time after a voltage zero crossing measured with the voltage discriminator 25 the coil current i _s must be switched off so that no contact spark occurs. The three measurements can be taken at any time apart from one another. It is only necessary to ensure that no measurements are taken at times which would lead to identical measured values due to the periodicity of the alternating voltage. The temporal measuring points do not have to be within a half-wave. If the on and off times of a relay differ and if switching on is to take place without contact sparks even if the switching off has already been optimized, a further, fourth pair of measured values is necessary.

Bevorzugt wird man jedoch nicht völlig beliebige Meßzeitpunkte wählen, sondern von Erfahrungswerten ausgehen, welche bereits schon in der Nähe der richtigen Werte liegen. Mit der oben beschriebenen Meßautomatik wird dann nur noch eine Feineinstellung vorgenommen. However, it is preferable not to choose completely arbitrary measurement times, but to use empirical values that are already close to the correct values. With the automatic measurement described above, only a fine adjustment is then made.

Sollten sich die Schaltdaten des Relais 5 beispielsweise infolge von Alterung ändern, soIf the switching data of relay 5 changes, for example due to aging,

tritt bei ursprünglich richtig eingestellter Ein- bzw. Ausschaltverzögerung ein Kontaktfunken auf, und der oben beschriebene Abgleich- und Berechnungsvorgang beginnt erneut zu laufen.If the switch-on or switch-off delay was originally set correctly, a contact spark occurs and the adjustment and calculation process described above starts again.

Dieser Abgleichvorgang endet dann wieder mit einer exakten Zeiteinstellung. Durch eine Alterung der Heizbänder kann eine Veränderung der Phasenverschiebung t_P eintreten, welcheThis adjustment process ends with an exact time setting. Aging of the heating bands can cause a change in the phase shift t _P , which

dann ebenfalls einen Kontaktfunken hervorrufen kann. Auch diese Änderung kann mit dem oben aufgeführten Verfahren korrigiert werden. Bei einer neuen Zeitbestimmung treten jeweils Kontaktfunken auf. Eine Korrektur benötigt jedoch jeweils nur drei Meßwerte mit drei Kontaktfunken. Diese drei Messungen wirken sich jedoch nicht auf die Lebensdauer des Relais aus, da sie äußert selten vorgenommen werden.can then also cause a contact spark. This change can also be corrected using the procedure listed above. When a new time is determined, contact sparks always occur. However, a correction only requires three measurements with three contact sparks. However, these three measurements do not affect the service life of the relay, as they are carried out extremely rarely.

Da sich der ohmsche Widerstand während des Aufheizvorgangs der Heizbänder ändert, deren kapazitive Impedanz aber weitgehend temperaturunabhängig ist, ändert sich auch die Phasenverschiebung t_H während des Aufheizvorgangs. Mit einer Änderung der Phasenver-Schiebung t_P ändert sich auch der Zeitpunkt tj_K bzw. t_u für das Ein- und Ausschalten des Spulenstroms i_sin Abhängigkeit der Temperatur des bzw. der Heizbänder, da als Referenz jeweils die Nulldurchgänge der Wechselspannung verwendet werden. Da die Temperatur mit dem Temperaturfühler 9 gemessen wird, kann im Speicher 23 dann zur gemessenen Temperatur auch der jeweils optimale Zeitpunkt t_1E bzw, t_u abgespeichert werden. Die optimalen Zeitpunkt t,_E und t_u lassen sich auch hier für vorgegebene Temperturintervale durch drei Messungen ermitteln.Since the ohmic resistance of the heating strips changes during the heating process, but their capacitive impedance is largely independent of temperature, the phase shift t _H also changes during the heating process. With a change in the phase shift t _P , the time t j _K or t _u for switching the coil current i _s on and off also changes depending on the temperature of the heating strip(s), since the zero crossings of the alternating voltage are used as a reference. Since the temperature is measured with the temperature sensor 9, the optimum time t _1E or t _u can then be stored in the memory 23 for the measured temperature. The optimum times t, _E and t _u can also be determined here for predetermined temperature intervals by three measurements.

Gemäß obigen Ausführungen treten bei der automatischen Einstellung der Schaltzeitpunkte t,_E und t_u kleinste Kontaktfunken auf. Kontaktrunken tragen nun Kontaktmaterial je nach Stromflußrichtung von dem einen Kontakt zum anderen. Dieser Kontaktmaterialtransport führt dann über mehrere Schaltungen zum Verschließen des betreffenden Kontakts. Der Kontaktmaterialtransport ist stromrichtungsabhängig. Es wird nun vorgeschlagen, den Stromschaltzeitpunkt mit dem Zeitglied 11 derart zu wählen, daß jeweils eine Schaltung unmittelbar vor dem Stromnulldurchgang im negativen Halbwellenbreich und dann wieder im positiven Halbwellenbereich erfolgt. Sollte Material bei einem Schaltvorgang von einem Kontakt zum anderen transportiert worden sein, so wird dann dieser Materialtransport beim nächsten Schaltvorgang wieder rückgängig gemacht. Da sich der Stromverlauf beim Einschalten der Last 1 vom Abschaltstromverlauf unterscheidet wird vorgeschlagen, die Alternicrung der Stromrichtung auf Ein- und Ausschalten zu beziehen. D.h. es sollte nicht immer bei positiver Stromrichtung ein- und bei negativer Stromrichtung ausgeschaltet werden..According to the above, the smallest contact sparks occur during the automatic setting of the switching times t, _E and t _u . Contact runs now carry contact material from one contact to the other depending on the direction of current flow. This contact material transport then leads to the closure of the relevant contact via several circuits. The contact material transport depends on the direction of the current. It is now proposed to select the current switching time with the timer 11 in such a way that a switch takes place immediately before the current zero crossing in the negative half-wave range and then again in the positive half-wave range. If material has been transported from one contact to the other during a switching process, this material transport is then reversed during the next switching process. Since the current curve when switching on load 1 differs from the switch-off current curve, it is proposed to relate the alternation of the current direction to switching on and off. This means that it should not always be switched on with a positive current direction and switched off with a negative current direction.

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Dcr hier beschriebene Abgleichvorgang ist ohne spezielle Kenntnis des verwendeten Relais sowie der Eigenschaften der Last, welche mit Strom versorgt werden soll, durchführbar. Neben den als Last verwendeten Heizbändern können auch andere elektrische Elemente eingesetzt werden. Die oben beschriebenen Schaltungsanordnungen lassen sich bei beliebigen elektrischen Lasten und bei beliebigen Phasenwinkeln einsetzen. Der Bewegungsvorgang der Kontakte des Kontaktpaares sollte jedoch im Millisekundenbereich vonstatten gehen. Die oben beschriebene Schaltungsanordnung sowie auch das Schakverfahren können nicht eingesetzt werden, wenn die Zeit zwischen geschlossenen Kontakten und vollständig geöffneten Kontakten mehr als 10% der Viertelperiode der Wechselspannung bzw. 2,5% der Wechelspannungsperiode beträgt. Die Ein- bzw. Ausschaltverzögerungszeit t_1E bzw. t_iA des Relais 5 kann jedoch größer als eine Wechselspannungshalbwelle sein.The adjustment process described here can be carried out without any special knowledge of the relay used or the properties of the load to be supplied with power. In addition to the heating strips used as the load, other electrical elements can also be used. The circuit arrangements described above can be used for any electrical load and for any phase angle. The movement of the contacts of the contact pair should, however, take place in the millisecond range. The circuit arrangement described above and the switching process cannot be used if the time between closed contacts and fully opened contacts is more than 10% of the quarter period of the alternating voltage or 2.5% of the alternating voltage period. The switch-on or switch-off delay time t _1E or t _iA of the relay 5 can, however, be longer than an alternating voltage half-wave.

Claims

-15-Protection claims

1. Circuit arrangement for switching on and off an alternating electrical current (i) flowing through a load (1), characterized by a contact pair (3) of a relay (5) located in the load current circuit for switching it on and off and a switching driver (7) which interacts with the relay (5) and opens and closes the contact pair (3) in such a way that no switching sparks, in particular which wear away contact material, form between the contacts of the contact pair (3).

2. Circuit arrangement according to claim 2, characterized by a semiconductor switching element (8) which can be connected in parallel to the load current flow (i) via the contact pair (3) with the switching driver (7), the switching driver (7) being designed in such a way that it switches the semiconductor switching element (8) to electrical continuity when the contact pair (3) is closed and the relay coil current (i _s ) to open the contacts of the contact pair (3), and then switches the semiconductor switching element (8) off immediately thereafter when the load current (i) passes zero, or the semiconductor switching element (8) switches itself off.

3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized by a device (13) for determining the temporal voltage curve (u) across the load (1) and a switching driver (7) which is designed such that it switches the semiconductor switching element (8) on at the voltage zero crossing and switches it off at the current zero crossing or the semiconductor switching element (8) switches itself off, and the switching driver (7) switches the contacts of the contact pair (3) during the current flow (igt) through the semiconductor switching element (8).

4. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized by a device for determining the temporal voltage curve (u) across the load (1), a timer (11) connected to the switching driver (7) which can be set to a switching delay time (t _A , t _E ) as the difference between the contact switching time and the relay current switching time (t _iAJ t _m ) in such a way that no contact spark can form.

* 1 O ** 1 O *

5. Circuit arrangement according to claim 4, characterized in that the timer (11) is designed in such a way that it alternately triggers the load current switching on or also the load current switching off in the negative half-wave range and then again in a positive half-wave range in order to reverse a contact material transport from one contact to the other as a result of even the slightest contact spark,

6. Circuit arrangement according to claim 4, characterized by a device for determining a maximum vibration value, in particular a maximum vibration amplitude (S _P1 , S _PiJ1 S _Pi3 ) starting from a contact spark and the associated detection time (t _Xi &ldquor; t _M , t _X(3 ), a data memory (23) for storing at least the two data pairs belonging to one another and a computing unit for determining an on or off time (t _m , t, _A ) of the relay coil current (i _s ) for switching the contacts of the contact pair (3) without current from at least three of the stored data pairs (t _xl /S _P &ldquor; t _X)i /S _P1 , t _Xi3 /S _PrI ).

7. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the load (1) is an electrical heating device, in particular a self-regulating electrical heating strip.

8. Circuit arrangement according to claim 7, characterized by a temperature sensor (9) connected to the switching driver (7), with which the latter can be prepared for a sound process.