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Schalturgfür elektrisch betriebene Heiz- oder Wärme-
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geräte, insbesondere schmiegsame Wärmegeräte Zusatz zu Patent ...
(Patentanmeldung P 27 57 334.8-34) Die Erfindung betrifft eine Schaltung für elektrisch
betriebene Heiz- oder Wärmegeräte, insbesondere schmiegsame Wärmegeräte, mit einem
Temperaturregelkreis für den Heizleiter des Gerätes, einem in Serie mit dem Heizleiter
an der Betriebs spannung liegenden steuerbaren, insbesondere elektronischen Schalter
und einem Taktgenerator zum periodischen Öffnen und Schliessen des Schalters, wobei
der Istwertgeber des Temperaturregelkreises unmittelbar der Heizleiter selbst ist,
der in den öffnungsintervallen des Schalters von einem Meßstrom durchflossen ist,
der kleiner ist als der in den Schließintervallen des Schalters fliessende Heizstrom,
und dessen Spannungsabfall im Heizleiter die Temperaturistwertspannung für den Temperaturregelkreis
bildet, wobei ferner im Temperaturregelkreis ein Speicher vorgesehen ist, der das
in den öffnungsintervallen erhaltene Ergebnis der Istwertmessung für die Steuerung
der Speisung des Heizleiters im Jeweils folgenden Schließintervall des Schalters
speichert,
und wobei der Schalter zugleich das Stellglied des Temperaturregelkreises bildet,
wozu die vom Temperaturregler und vom Taktgenerator gebildeten Steuerspannungen
so miteinander verknüpft sind, daß die Steuerspannung des Taktgenerators den Schalter
nur schließen kann, wenn im jeweils vorhergegangenen Öffnungsintervall die Temperaturistwertspannung
im Sinne niedrigerer Temperatur unter der Sollwertspannung des Temperaturreglers
hat, nach Patent ... (Patentanmeldung P 27 57 334.8-34).
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Bei der aus dem Hauptpatent bekannten Schaltung dieser Art wird der
den Heizleiter bei offenem Schalter durchfließende Meßstrom von einem Konstantstromgenerator
erzeugt, der aus der Betriebs spannung über einen Spannungsregler gespeist wird.
Der Konstantstromgenerator kann, worauf in der Beschreibung des Hauptpatentes schon
hingewiesen ist, durch einen Serienwiderstand ersetzt werden, der den Heizleiter
mit der durch den Spannungsregler stabilisierten Spannung verbindet. Dann tritt
aber der Nachteil auf, daß der Meßstrom durch den Serienwiderstand während der gesamten
Zeit fließt, in welcher der Schalter durch den Temperaturregler offen gehalten wird,
weil die Temperaturistwertspannung die Sollwertspannung erreicht oder überschritten
hat. Solche Offnungsintervalle können wesentlich länger sein, als der Taktfrequenz
des Taktgenerators entspricht, und daher zu einer erheblichen Belastung des mit
dem Heizleiter in Serie liegenden Widerstandes führen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Schaltung
nach dem EIauptpatent so weiter auszubilden und zu verbessern, daß nicht mlr auf
den Konstantstromgenerator, sondern auch auf den Spannungsregler verzichtet werden
kann, und daß die zur Bildung der Istwertspannung dienenden Widerstände auch bei
längeren Öffnungsintervallen des gemeinsam vom Taktgenerator und vom Temperaturregler
gesteuerten Schalters möglichst gering belastet werden.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelSt, daß parallel
zum Schalter eine Serienschaltung aus einem Brückenwiderstand und einem zweiten,
vom Taktgenerator steuerbaren Schalter angeordnet ist, daß parallel zur Serienschaltung
aus dem Heizleiter und dem Brückenwiderstand ein Spannungsteiler zur Bi1-dung der
Sollwertspannung vorgesehen ist, und daß der Taktgenerator den zweiten Schalter
nur bei offenem ersten Schalter und nur während eines kurzen Meßintervalles schließt.
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Der durch die Erfindung erreichte Vorteil besteht vor allem darin,
daß der Heizleiter und der Brücken widerstand den Istwertzweig und der Spannungsteiler
den Sollwertzweig einer vom zweiten Schalter allein nach Maßgabe des Taktgenerators
ein- und ausgeschalteten Meßbrücke bilden. Diese Meßbrücke wird auch dann jeweils
nur kurzzeitig zum Meßvorgang eingeschaltet, wenn der erste Schalter bei über dem
Sollwert
liegender Istwerttemperatur vom Temperaturregler länger
offengehalten wird, als der Taktfrequenz des Taktgenerators entspricht. Die Einschaltzeiten
der Meßbrücke brauchen nur wenige Millisekunden lang sein. Die Widerstände sowohl
im Istwertzweig als auch im Sollwert zweig der Meßbrücke sowie der zweite Schalter
erfahren daher im zeitlichen Mittel eine vergleichsweise nur sehr geringe Belastung,
und zwar auch dann, wenn der in Serie mit dem Heizleiter liegende Brückenwiderstand
vergleichbar mit dem Heizleiterwiderstand selbst gewählt wird, um eine möglichst
große Brückenempfindlichkeit zu erhalten. Da außerdem der zweite Schalter außerhalb
der Meßbrücke liegt, kompensiert sich seine Flußspannung beim Vergleich der Istwert-
und der Sollwertspannung. Gleiches gilt für änderungen der Betriebsspannung, so
daß im Ergebnis ein Spannungsregler für die Meßwertbildung überflüssig wird.
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Vorzugsweise ist auch der zweite Schalter ein elektronischer Schalter.
Außerdem empfiehlt es sich, den Brückenwiderstand und den Spannungsteiler für die
Bildung der Sollwertspannung an die beiden Enden eines Potentiometers anzuschließen,
an dessen Abgriff der zweite Schalter angeschlossen ist. Dies ermöglicht in besonders
einfacher Weise den BrUckenabgleich.
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Im folgenden wird die Erfindung an einem in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiel näher erläutert; die einzige Figur zeigt schematisch das Schaltbild
einer erfindungsgemäf3en Schaltung.
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In der Zeichnung ist eine mit Gleichspannung von beispielsweise +12
Volt betriebene Schaltung für elektrische Heiz- oder Wärmegeräte, nämlich für ein
schmiegsames Wärmegerät, dargestellt, wie sie beispielsweise für elektrische Heizdecken
in Kraftfahrzeugen Verwendung finden kann, die aus der Fahrzeugbatterie gespeist
werden sollen. Der Null einer der Betriebsspannung ist mit 0, der positive Spannungsleiter
mit V, der Heizleiter des Gerätes mit RH bezeichnet. In Serie mit dem Heizleiter
RH liegt an der Betriebsspannung O, V ein mit S1 bezeichneter Schalter, der als
Transistor ausgebildet ist. Die Schaltung verfügt weiter über einen Taktgenerator
TG zum periodischen Öffnen und Schließen des Schalters S1, sowie über einen Temperaturregelkreis
für den Heizleiter RH. Der Istwertgeber des Regelkreises ist unmittelbar der Heizleiter
RH selbst, der in den Öffnungsintervallen des Schalters S1 von einem Meßstrom durchflossen
ist, der dem Heizleiter RH über einen Brückenwiderstand RH'und einen zweiten, vom
Taktgenerator TG gesteuerten elektronischen Schalter S2 in Form ebenfalls eines
Transistors zugeführt wird, wobei der Heizleiter RH, der Brückenwiderstand RH' und
der Schalter S2 miteinander in Serie liegen und die Serienschaltung aus dem Schalter
S2 und dem Brückenwiderstand RH' parallel zum ersten Schalter S1 liegt. Die im Heizleiter
durch den Meßstrom bei offenem ersten Schalter S1 entstehende Istwertspannung ändert
sich nach Maßgabe des positiven Temperaturkoeffizienten des Heizleitermateriales
entsprechend der Leitertemperatur. Paralel zur Serienschaltung
aus
dem Heizleiter RH und dem Brückenwiderstand RH' liegt ein Spannungsteiler aus Widerständen
R1, R2 und einem Potentiometer P1, der zur Bildung der Sollwertspannung dient, die
am Abgriff des Potentiometers P1 abgenommen wird. Dieser Spannungsteiler liegt mit
seinem Widerstand R1 am einen und der Brückenwiderstand RH' am anderen Ende eines
Potentiometers P2, dessen Abgriff an den zweiten Schalter S2 angeschlossen ist.
Der Spannungsteiler R1, P1, R2 wird daher zusammen mit der Serienschaltung aus dem
Heizleiter RH und dem Brückenwiderstand RH' durch den zweiten Schalter S2 ein- bzw.
ausgeschaltet. Ersichtlich bildet die Serienschaltung aus dem Heizleiter RH und
dem Brückenwiderstand RH den Istwertzweig, der Spannungsteiler R1, Pl, R2 den Sollwertzweig
einer Meßbrücke, die durch das Potentiometer P2 abgeglichen werden kann und in der
nur während der Einschaltintervalle des zweiten Schalters S2 Strom fließt. Die Istwertspannung
wird mit der Sollwertspannung in einem Komperator K verglichen. Das Ergebnis dieses
Istwert-Sollwert-Vergleiches bewirkt einen entsprechenden Eingriff in die Regelstrecke,
im vorliegenden Fall also über den zugleich das Stellglied des Regelkreises darstellenden
ersten Schalter S1 in den Heizkreis des Heizleiters RH. Da dieser Eingriff jedoch
innerhalb der vom Taktgenerator TG erzwungenen Öffnungsintervalle des Schalters
S1 nicht möglich ist, verfügt der Regelkreis über einen von den Verknüpfungsgliedern
G2, G3 gebildeten und ebenfalls vom Taktgenerator TG über eine Reset-Verbindung
L1 gesteuerten Speicher, der das
in den Öffnungsintervallen des
Schalters S1 im husgang des Komparators K erhaltene Ergebnis des Istwert-Sollwert-Vergleiches
für die Steuerung der Speisung des Heizleiters RH im jeweils folgenden Schließintervall
des Schalters S1 speichert. Im Ergebnis wird von den Verkntipfungsgliedern G2, G3
dem Schalter S1 eine Steuerspannung zugeffihrt, die nach jedem Taktimpuls den Schalter
S1 dann wieder schließt, wenn im jeweils vorhergegangenen Öffnungsintervall die
Temperaturistwertspannung im Sinne niedrigerer Temperatur unter der Sollwertspannung
gelegen hat.
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Andernfalls bleibt der Schalter S1 auch in dem an das Öffnungsintervall
anschließenden nächsten Takt offen. Die Abfragung des Komparators K ist ebenfalls
durch den Taktgenerator TG über ein Gatter G1 gesteuert, was in der Zeichnung durch
die Wirkungslinie L2 angedeutet ist. Der zweite Schalter S2 wird unabhängig vom
Zustand des Speichers G2, G3 durch den Taktgenerator TG über die Verbindung L3 ein-
und ausgeschaltet, wobei das Einschaltintervall dem Ausschaltintervall des ersten
Schalters 51 entspricht, solange die Temperaturistwertspannung im Sinne niedrigerer
Temperatur unter der Sollwert spannung liegt.
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Das Einschaltintervall des zweiten Schalters S2 bleibt auch dann unverändert,
wenn die Temperaturistwertspannung die Sollwertspannung erreicht oder überschreitet
und daher der erste Schalter S1 über längere, vom Temperaturregler bestimmte Intervalle
ausgeschaltet bleibt. Das Gatter G1 wird zeitlich etwa nach dem Einschalten des
zweiten Schalters S2
freigegeben, damit die Meßwertabfrage am Komparator
K nicht durch Einschaltvorgänge gestört werden kann.
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Ehenso sperrt das Gatter G1 wieder etwas vor dem Abschalten des Schalters=S2.
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Durch Beschränkung der Einschaltintervalle des zweiten Schalters S2
auf wenige Millisekungen wird die Restleistung am Heizleiter RH und die Verlustleistung
am Brückenwiderstand RH' praktisch eliminiert. Dadurch wird der Regelumfang nach
unten bis Leistung praktisch Null erweitert. Der Brückenwiderstand RM' kann in seinem
Widerstandswert etwa gleich dem des Heizleiters RH gewählt werden, so daß ein Brückenverhältnis
von etwa 1:1 hergestellt und dadurch die maximale Brückenempfindlichkeit erzielt
werden kann.
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Der Brückenwiderstand RH', der Schalter S2, die Widerstände R1, R2
und die Poteniometer Pl, P2 können leistungsschwach, also baulich klein und billig
gewählt werden. Das gemeinsame Schalten beider Brückenzweige durch den Schalter
S2 vermeidet durch Schwankungen seiner Flußspannung sonst bedingte Störeinflüsse.
Ebenso kompensieren sich Schwankungen der Betriebsspannung. Auch können sich etwaige
uebergangs widerstände am Schleifer des Poterfiometers P2 ltht auf das Meßergebnis
auswirken. Das Potentiometer P2 kann niederohmig sein. Die Einstellung des Briicken-Nullpunktes
erfolgt dann praktisch ohne Rückwirkung auf den hochohmigen Sollwertzweig R1, P1,
R2, so daß zum Brückenabgleich kein Iterationsverfahren erforderlich ist.