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Schaltungsanordnung zur Temperaturproportionalen oder Zweipunkt-Reglung
Die
Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Temperaturproportionalen
oder Zweipunkt-Reglung nach dem Gattungsteil des Patentanspruchs 1.
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Wärmespeicherheizungen sind vorteilhaft so an eine Energiequelle,
beispielsweise an das allgemeine Stromnetz angeschlossen, daß sie während einer
Billigtarifzeit, etwa in den Nachtstunden, aufgeladen werden, während sie dann die
gespeicherte Energie wahlweise über die gesamte Tageszeit oder zu bestimmten Tageszeiten
dadurch abzugeben in der Lage sind, daß über einen Lüftermotor Heißluft abgegeben
werden kann, die über die Speicherelemente geführt erhitzt wird. Die hierfür verwendeten
Entladetemperaturregler waren in der Vergangenheit einfache Zweipunkt-Regler, also
solche Regler, die bei Erreichung einer gewissen Ist-Temperatur im Hinblick auf
die eingestellte Soll-Temperatur den beziehungsweise die Lüftermotore ausschalten
und beim Unterschreiten eines Temperaturwertes eine erneute Einschaltung der Lüftermotore
vornehmen. Durch diese Regelungs art ist ein s. g. Wärmeschock nicht zu verhindern,
da während des Stillstands des Lüftermotors sich die innerhalb der Wärmespeicherheizung
befindliche Luft sehr stark erhitzt, so daß beim Wiedereinschalten des Lüftermotors
über diesem - wenn auch nur kurzzeitig - sehr hoch erhitzte Luftströme geführt werden.
Durch das Hochfahren des Lüftermotors vom Stillstand zu seiner maximalen Drehzahl
ergibt sich auch darüber hinaus bei den bekannten Anordnungen eine nicht unerhebliche
Geräusch belästigung. Neben dieser Ein/Aus-Zweipunkt-Schaltung sind in den letzten
Jahren auch elektronische Proportional-Regler auf
auf dem Markt,
die es ermöglichen, den Lüftermotor nic t nur wahlweise ein- oder auszuschalten,
sondern die Dre -zahl des Lüftermotors proportional zu dem Wärmebedarf stufenlos
zu ändern in der Lage sind.
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Wärme speicherheizungen der hier interessierenden Art besitzen darüber
hinaus in den meisten Fällen integrierte Zusatzheizungen, die in aller Regel aus
einer leistungsstarken Heizspirale bestehend vor dem Lüfter angeordnet sind, und
die dann, wenn die vorhandene Wärmekapazität der Speicherheizung vor einer erneuten
Aufladung zu Ende geht, zuschaltbar sind. Die bekannten Proportionalregler müssen
bei Zuschaltung der Zusatzheizung jedoch außer Funktion gesetzt werden, da eine
durch die Ansteuerung des Lüftermotors möglich nur geringe Drehzahl die Wärme der
Zusatzheizung nicht schnell genug abführen könnte und durch Überhitzung der Entlüftereinrichtung
erhebliche Schäden auftreten könnten. Um hier vorzubeugen, ist es Bestand der Technik,
mit dem Einschalten der Zusatzheizung gleich-1 zeitig die Propörtional-Reglung abzuschalten,
das heißt, die manuelle Betätigung eines Schalters für das Einschalten der Zusatzheizung
schaltet gleichzeiti manuell die Proportional-Reglung der Drehzahl des Lüftermotors
ab und die Zusatzheizung auf Dauer ein, so daß während des Betriebes der Zusatzheizung
die Lüftermotore ständig mit voller Drehzahl laufen, ohne
daß irgendeine
weitere Regelung der Wärmeabgabe beziehungsweise des Abschaltens der Zusatzheizung
bei der erreichten Soll-Temperatur möglich ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen
durch eine Schaltungsanordnung, die sowohl eine Temperatur proportionale Regelung
der Drehzahl des Lüftermotors bei Normalbetrieb der Speicherheizung als auch eine
herkömmliche Zweipunkt-Reglung bei zusätzlicher Betätigung der Zusatzheizung ermöglicht,
ohne daß hierfür zwei solche dem Stand der Technik entsprechende getrennte Regelkreise
vorgesehen werden müssen.
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Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die im Kennzeicher des Anspruchs
1 angegebenen Merkmale erreicht.
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Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Aufgabenlösung ergeben sich aus
dem Unteranspruch.
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Die vorliegende Schaltungsanordnung erfüllt mit einem minimalen Aufwand
an elektronischen Bauteilen sowohl die volle Funktion einer Proportional-Schaltung
bei ausgeschalteter Zusatzheizung als auch diejenige
einer Zweipunkt-Reglung
bei eingeschalteter Zusatzheizung, so daß bei Vorgabe eines jeweils gewünschten
Soll-Wertes für die Raumtemperatur auf jeglichen weiteres manuellen Eingriff in
die Temperaturreglung mit oder ohne Zusatzheizung verzichtet werden kann. Die Raumtemperatur
wird automatisch stabil gehalten, und zwar bei Temperatur proportionaler Reglung
der Drehzahl des oder der Lüftermotore im Normalbetrieb gleichermaßen wie nach dem
Einschalten einer direkt aus dem Netz betriebenen Zusatzheizung mittels Zweipunkt-Reglung.
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Die beiliegende Zeichnung zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform
der Schaltungsanordnung,anhand derer nachfolgend die vorliegende Erfindung näher
erläutert werden soll.
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Ein Temperaturspannungswandler 1 besteht aus zwei Widerständen, nämlich
einem Vorwiderstand und einem den jeweiligen Ist-Wert der Temperatur wiedergebenden
NTC-Widerstand, die miteinander in Reihe liegen.
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Diesen Widerständen des Temperaturspannungswandlers 1 parallel geschaltet
ist ein weiterer Widerstand 2, der als Potentiometer ausgebildet veränderlich stufenlos
die Einstellung des Soll-Wertes der jeweiligen Raumtemperatur ermöglicht.
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Der Mittelabgriff des Potentiometer-Widerstandes 2 liegt an dem einen
Eingang eines Operationsverstärkers 3, während dessen anderer Eingang zwischen dem
Vorwiderstand und dem NTC-Widerstand des Temperaturspannungswandlers 1 geschaltet
ist.
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Beide Funktionsgruppen, 1 und 2, werden mit einer stabilen Betriebsspannung
UB versorgt. Gleichzeitig liegt jeder der Ein gänge des Operationsverstärkers jeweils
über einen konstanten Widerstand an einem von zwei Schaltkontakten eines Umschalters
4, die sich durch die Schalterstellung K1 und K2 kennzeichnen.
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Der Temperaturspannungswandler 1 liefert eine der jeweiligen Umgebungstemperatur
entsprechende proportionale Spannung und damit den Ist-Wert an den einen Eingang
des Operationsverstärkers 3, während der andere Eingang mit der der Soll-Wert-Temperatur
entsprechenden Spannung beaufschlagt ist. Wenn sich der Umschalter 4 in der Schalterstellung
K1 befindet, ist der invertierende Eingang des Operationsverstärkers, der gleichzeitig
Ist-Wert-Eingang ist, über den Gegenkopplungswiderstand RG mit seinem Ausgang verbunden.
Das Verhältnis der Widerstand;-werte von RG und dem NTC-Widerstand und Vorwiderstand
beeinflußt den Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers und damit die Breite
des Proportionalbandes. Im Ausführungsbeispiel ist das gleich dem Phasenwinkel >
0° -1800 und entspricht ca.
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1,5 K. Innerhalb des Proportionalbandes liefert der Operations verstärkerausgang
eine, der Differenz zwischen den beiden Eingangsspannungen proportionale Steuerspannung.
Das Ausgangssignal, das den Phasenwinkel einer dem Operationsverstärker 3 nachgeschalteten
Phasenanschnittsteuerung 5 beeinflußt, steuer
wie aus der Schaltung
ersichtlich, der über die Phasenanschnit1 :-steuerung 5 gesteuerte Lüftermotor bezüglich
seiner Drehzahl temperaturproportional. Über die in der Schalterstellung K1 in Reihe
zu einem sehr hochohmigen Widerstand, \, liegende Basis Emitterstrecke des Transistors
(6) kann ein nur sehr geringer Strom fließen, so daß auch über die Relaisspule,
6, ein nur sehr geringer Strom fließt, der um einige Größenordnungen klei ner ist,
als ein das Relais zum Schalten bringender Strom.
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Bei Betätigung des Umschalters 4 in der Weise, daß dieser von der
Schalterstellung K1 in die Schalterstellung K2 umgeschaltet wird, wird der Basisstrom
eines Transistors, der zu einem Schaltrelaiskreis 6 gehört, so beeinflußt, daß der
Kollektor/ Emitterstrom das im Ruhezustand durch einen Offenkontakt geken -zeichnete
Schaltrelais betätigt und dieser Schaltvorgang die Zusatzheizung in der aus der
Schaltung klar ersichtlichen Weise einschaltet. Bei der Schalterstellung K2 des
Umschalters 4 erfährt der Operationsverstärker 3 eine positive Rückführung des Ausgangssignals,
so daß dieser als bistabile Kippstufe arbeitet und damit ausgangsseitig nur zwei
unterschiedliche Potentiale vorliegen können, nämlich entweder +UB oder Erdpotential.
Diesen beiden Ausgangssignalen entsprechend erfolgt über die Phasenanschnittsteuerung
5 eine Verschiebung des Phasenwinkels der Netzspannung für den Lüftermotor entweder
von 0° oder von 1800, was gleichbedeutend damit ist, daß der Lüftermotor entweder
bei maximaler Drehzahl läuft oder
zum Stillstand kommt.
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Damit ist es über den Umschalter 4 möglich, in der Schalterstellung
K1 eine reine Temperatur proportionale Steuerung der Drehzahl des Lüftermotors vorzunehmen
und in der Schalterstellung K2 eine reine Zweipunkt-Steuerung, wobei damit gleichzeitig
die Zusatzheizung eingeschaltet wird.
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Über den Umschalter 4 fließt entsprechend der Schaltung nur ein sehr
geringer Strom, und die Funktionsweise der Proportional-Schaltung wird mit den gleichen
elektronischen Bauelementen erfüllt, wie sie für die Zweipunkt-Schaltung erforderlich
sind, wobei bei letzterer zusätzlich nur noch ein Widerstand,ein Transistor und
ein Schaltrelais hinzukommen.