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Beschreibung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung und Regelung
der Heizleistung eines elektrischen Heiz- und/oder Trocknungsgerätes mit parallel
an eine Wechselspannungsquelle angeschlossener Reihenschaltung eines ersten Widerstandes
und eines Gebläsemotors sowie der Reihenschaltung eines zweiten Widerstandes und
eines steuerbaren elektronischen Schalters sowie auf eine Anordnung zur Durchführung
des Verfahrens.
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Es sind Haarpflegegeräte bekannt, insbesondere Trockenhauben, bei
denen ein oder mehrere Heizwiderstände vorgesehen sind, die einzeln oder in Stufen
zusammen mit einem Gebläsemotor zur Abgabe eines Warm- oder Heißluftstromes an ein
Wechselstromnetz geschaltet werden.
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In einfachen Geräten liegt ein einzelner Heizwiderstand in Reihe zum
Gebläsemotor und kann mittels eines Schalters wahlweise überbrückt werden, so daß
eine zusätzliche Kaltstufe möglich ist, wobei vorauszusetzen ist, daß der Gebläsemotor
ohne einen zusätzlichen Vorwiderstand arbeitet. Mittels einer sogenannten "Halbwellensteuerung
kann durch Einfügen einer Diode in den Stromkreis des in Reihe zu dem Gebläsemotor
liegenden Heizwiderstandes eine Halbwelle der speisenden Wechselspannung abgeschnitten
werden, so daß sowohl der Gebläsemotor als auch der Heizwiderstand nur in etwa die
halbe Leistung abgeben. Auf diese Weise ist eine Zwischenstufe möglich, die den
Benutzer zwischen voller Heizleistung, halber Heizleistung bzw. Kaltstufe drei Möglichkeiten
läßt.
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Darüber hinaus sind Haartrockungsgeräte-, insbesondere Trockenhauben,
bekannt, bei denen ein Heizwiderstand in Reihe zu dem Gebläsemotor und einer Gleichrichterschaltung
geschaltet ist, während ein zweiter Heizwiderstand in Reihe zu einem elektronischen
Schalter parallel zu der erstgenannten Reihenschaltung an das speisende Wechselspannungsnetz
angeschlossen ist. Mittels des in Reihe zu dem zweiten Heizwiderstand geschalteten
elektronischen Schalters ist eine sehr feinfühlige Steuerung und Regelung der abgegebenen
Warmlufttemperatur in Abhängigkeit von dem jeweils eingestellten Wert möglich. Diese
Einstellung kann wahlweise stufenlos oder in Stufen erfolgen. Derartige Steuer-
und Regelschaltungen sind an sich bekannt und geben dafür gebräuchliche integrierte
Schaltkreise an. Ein für diesen Verwendungszweck geeigneter integrierter Schaltkreis
besteht aus einem monolithisch integrierten Nullspannungsschalter , der beispielsweise
von der Firma AEG-Telefunken unter der Bezeichnung U 106 BS vertrieben wird. Dieser
bekannte monolithisch integrierte Nullspannungs schalter dient zur Thyristor- und
Triac-Ansteuerung im Nulldurchgang für statische Schalter, zur Periodengruppensteuerung,
als Zweipunktregler, als Proportionalregler sowie als Leistungszeitgeber usw. im
Ein- und Dreiphasennetz.
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Die bekannten Steuer- und Regeleinrichtungen für elektrische Haarpflegegeräte
gewährleisten zwar ein weitgehendes Konstanthalten der vom Benutzer in
Stufen
oder stufenlos eingestellten Temperatur sowie einen Schutz des Benutzers sowie des
Gerätes vor einer möglichen Uberhitzung, beispielsweise infolge einer Verstopfung
der Lufteintrittslöcher des Gebläsemotors, eine Anpassung an das physiologische
Empfinden des Benutzers beim Trocknungsverlauf der Haare ist jedoch mit den bekannten
Steuer-und Regeleinrichtungen nicht möglich. Stattdessen ist ein ständiges Nachstellen
des jeweils eingestellten Temperaturwertes sowie eine ständige Oberwachung der jeweils
eingestellten Temperatur erforderlich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung
und Regelung der Heizleistung eines elektrischen Heiz- und/oder Trocknungsgerätes,
insbesondere eines elektrischen Haarpflegegerätes anzugeben, das eine automatische
Anpassung der für die Trocknung der Haare erforderlichen Temperatur der Trocken
luft an die Empfindung des Benutzers ermöglicht, sowie eine Anordnung zu schaffen,
die eine leichte Einstell- und Bedienbarkeit gewährleistet, die die Verwendung standardisierter
Bauelemente bei absolut sicherer Funktion ermöglicht und die sicherstellt, daß die
Temperaturanpassung ohne weiteres mit der Regelschaltung zum Konstanthalten der
Trockenlufttemperatur verbindbar ist.
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Diese Aufagbe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das
dadurch gekennzeichnet ist, daß die Heizleistung mit Beginn des Trocknungsvorganges
oder nach einer vorbestimmbaren Zeitspanne stetig oder
in Stufen
hyperbelförmig mit fortschreitender Heiz- oder Trocknungszeit bis zu einer konstanten
End-Heizleistung abnimmt.
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Die erfindungsgemäße Lösung gestattet es, zusätzlich zu einer Steuerung
und Regelung der Luftaustrittstemperatur eines Haarpflegegerätes die für die Trocknung
der Haare erforderliche Temperatur der Trocken luft an die Empfindung des Benutzers
in idealer Weise anzupassen, ohne daß dazu zusätzliche Stellmaßnahmen des Benutzers
oder einer Bedienungsperson erforderlich sind. Ein mit der erfindungsgemäßen Steuer-
und Regeleinrichtung versehenes Haarpflegegerät eignet sich daher nicht nur für
den privaten Gebrauch sondern auch für die Benutzung in Friseurgeschäften, ohne
daß das Bedienungspersonal gezwungen ist, in bestimmten zeitlichen Abständen die
Temperatür entsprechend dem Trocknungsverlauf der Haare zurückzustellen.
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Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind dadurch gekennzeichnet,
daß der Gradient des hyperbelförmigen Heizleistungsverlaufes veränderlich einstellbar
ist, daß die Größe der End-Heizleistung veränderbar ist und daß wahlweise die Größe
der End-Heizleistung von dem einstellbaren Gradienten abhängt.
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Die erfindungsgemäße Lösung sowie deren Varianten ermöglichen eine
automatische Anpassung der für die Trocknung der Haare erforderlichen Temperatur
der Trockenluft an die Empfindung des Benutzers , d.h.
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zu Beginn des Trocknungsvorganges, wenn die feuchte Kopfhaut und die
feuchten Haare eine hohe Temperatur erfordern und diese auch nicht als unangenehm
empfunden wird, wird die Leistung auf ein maximales Maß geregelt und mit fortschreitender
Trocknung, wenn die hohen Temperaturen als unangenehm empfunden werden, wird die
Heizleistung automatisch reduziert. Darüber hinaus hat der Benutzer die Möglichkeit,
den für ihn optimalen Verlauf der Heizleistung durch Wahl des jeweiligen Gradienten
sowie Wahl der End-Heizleistung zu wählen. Damit kann das Gerät auch von unerfahrenen
Benutzern, bei denen bei Verwendung der bekannten Haarpflegegeräte eventuelle Schäden
an den Haaren bzw. an der Kopfhaut durch zu hohe Luftaustrittstemperaturen hervorgerufen
werden könnten wie beispielsweise bei Kindern, ohne Bedienungsprobleme benutzt werden.
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Die manuell einstellbare Anpassung an den jeweiligen Verlauf der Heizleistungs-Reduzierung
sowie der jeweiligen End-Heizleistung oder auch wahlweise der Beginn der Heizleistungs-Reduzierung
kann stufenlos oder in Stufen erfolgen.
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Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter Impuslpakete abgibt, deren
Verhältnisse der Impuls längen zu den Impulspausen von der am Eingang des elektronischen
Schalters anliegenden, von einer ein RC-Glied enthaltenen Steuer- und Regelelektronik
abgegebenen Spannung abhängt.
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Diese Anordnung schafft die Voraussetzung für eine leichte Einstell-
und Bedienbarkeit der erfindungsgemäßen
Steuer- und Regeleinrichtung
sowie die Verwendung standardisierter Bauelemente, eine sichere Funktion und eine
ohne jegliche Schwierigkeiten mögliche Anpassung an eine ohnehin in dem Gerät installierte
Regeleinrichtung durch Verwendung derjenigen integrierten Schaltkreise, die für
derartige Regelfunktionen bereits vorhanden sind. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
und Anordnungen zur Durchführung der Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche 7 bis 15 zu entnehmen.
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Anhand von in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispielen der
erfindungsgemäßen Lösung soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke näher erläutert
werden. Es zeigen: Fig. 1 bis 5 verschiedene Möglichkeiten des zeitlichen Verlaufs
der Heizleistung und der Einstellung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, Fig.
6 ein Blockschaltbild der erfindungsgegemäßen Steuer- und Regelschaltung mit einer
Impulspaketsteuerung, Fig. 7 ein detailliertes Schaltbild des Blockschaltbildes
gemäß Fig. 6, Fig. 8 die Blockschaltung und Anschlußbelegung eines verwendeten monolithisch
integrierten Nullspannungsschalters, Fig. 9 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen
Anordnung mit elektronischer Steuer-und Regelschaltung, Impulspaketsteuerung sowie
einen Zeitgeber,
Fig. 10 ein detailliertes Schaltbild des Blockschaltbildes
gemäß Fig. 9, Fig. 11 einedetaillierte Schaltung des Blockschaltbildes gemäß Fig.
-9 mit stufenweiser Heizleistungs-Steuerung, Fig. 12 ein Funktions-und Blockschaltbild
des in den Schaltungen gemäß Fig. 10 und 11 verwendeten programmierbaren Zeitgebers
und Zählers, Fig. 13 Anwendungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anordnung mit verschiedenen
Trockenhauben und Fig. 14 Ausführungsbeispiele über den Funktions-Wahlschalter zu
zur -zur Heizleisungs-Verminderung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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In den Figuren 1 bis 5 sind verschiedene mögliche Kurvenverläufe der
Heizleistung P über der Trocknungszeit t dargestellt. Der grundsätzliche Verlauf
der Heizleistung P über der Zeit p gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist bereits
in Fig. 1 dargestellt, wobei sich in dieser Darstellung die Heizleistung P sofort
mit Beginn des Trocknungsvorganges mit einem der Trocknung angepaßten hyperbelförmigen
Verlauf auf eine konstante Endleistung'Pk reduziert.
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Die verschiedenen Möglichkeiten der Reduzierung der Heizleistung sind
durch die unterschiedlichen Kurvenverläufe a, b und c dargestellt, wobei der jeweilige
Gradient der Hyperbel gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung veränderlich
und einstellbar ist.
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In Figur 2 wird ebenfalls sofort mit Beginn des Trocknungsvorganges
die Heizleistung reduziert, wobei der jeweilige Kurvenverlauf gemäß den Kurven a,
b und c, d.h. der Gradient der Hyperbel gleich bleibt und die unterschiedlichen
Verläufe
der Heizleistung durch die in ihrer Höhe veränderbar einstellbaren Endleistung bedingt
sind. Darüber hinaus kann aber auch gemäß der gestrichelt eingetragenen Kurve cB
der Gradient zusätzlich verändert werden.
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In der zeitlichen Darstellung der Heizleistung P über der Trocknungszeit
t gemäß Fig. 3 setzt die Heizleistungs-Steuerung erst nach einer bestimmten, in
ihrer Größe vorwählbaren Zeit'ein, so daß sich unterschiedliche Kurvenverläufe a,
b und c ergeben, die von dem jeweiligen Einsatz zeitpunkt der Heizleistungsreduzierung
abhängen. In dieser Darstellung kann ebenfalls der Gradient des hyperbelförmigen
Heizleistungsveriaufes geändert werden, was in der Darstellung gemäß Fig. 3 mit
dem gestrichelt dargestellten Kurvenverlauf c' angedeutet ist.
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In Fig. 4 ist grundsätzlich derselbe Kurvenverlauf gegeben wie gemäß
der Darstellung der Fig. 3, jedoch kann zusätzlich zur Veränderung des Beginns der
Heizleistungs-Steuerung noch die Größe der End-Heizleistung verändert werden. Daraus
ergeben sich die verschiedenen Kurvenverläufe a, b und c, wobei auch hier eine zusätzliche
Änderung des Gradienten möglich ist, was ebenfalls durch den gestrichelt eingetragenen
Kurvenverlauf c' angedeutet ist.
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Schließlich können gemäß Fig. 5 die zuvor dargestellten stetigen Verläufe
der Heizleistungsverminderung auch stufig ausgeführt werden, wobei gemäß der vorliegenden
Erfindung
die stufenweise Reduzierung der Heizleistung einem hyperbelförmigem Verlauf angeglichen
ist. Eine zusätzliche Variante dieses Verfahrens besteht darin, daß die Zeiträume
der einzelnen Stufen unabhängig voneinander variiert werden können, was in dieser
Figur durch die variable Zeit t* angedeutet ist.
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Variationen der hier dargestellten erfindungsgemäßen Verfahrens abläufe
der Heiz leistungsverminderung liegen im Rahmen des Wissens des Durchschnittsfachmannes
und erfordern an dieser Stelle keine weiteren Erläuterungen.
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Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
anhand eines Blockschaltbildes in Fig. 6 dargestellt. An eine speisende Wechselspannungsquelle
U1, U2 sind parallel zwei Zweige angeschlossen, die zum einen aus der Reihenschaltung
eines Gleichrichters 6 mit einem Gebläsemotor 7 und einem ersten Heizwiderstand
1 sowie zum anderen aus der Reihenschaltung einer Steuer- und Regelelektronik 4
mit einem elektronischen Schalter 5 und einem zweiten Heizwiderstand 2 bestehen.
Während der erstgenannte Zweig keine weitere Möglichkeit zur Beeinflussung der Heizleistung
entfällt und lediglich in an sich bekannter Weise mit einer Drehzahlregelung des
Gebläsemotors 7 ausgerüstet sein kann, wird mit dem letztgenannten Zweig die Steuerung
und Regelung gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt. Die Funktionsweise
des
elektronischen Schalters 5 und der Steuer- und Regelelektronik 4 soll nachstehend
anhand des detaillierten Schaltbildes gemäß Fig. 7 näher erläutert werden.
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Das in Fig. 7 dargestellte detaillierte Schaltbild zeigt den parallel
an die speisende Wechselspannungsquelle U1, U2 angeschlossenen ersten Zweig, der
aus einer Gleichrichter-Brückenschaltung 6 besteht, an dessen Gleichspannungsklemmen
ein Gleichstrommotor 7 angeschlossen ist und in Reihe zu einem ersten Heizwiderstand
1 liegt. Der erste Heizwiderstand 1 dient gleichzeitig in bekannter Weise als Vorwiderstand
für den Gleichstrommotor 7. Parallel zu dem ersten Zweig ist ein zweiter Zweig,
bestehend aus der Reihenschaltung eines Triac 51 und eines zweiten Heizwiderstandes
2,ebenfalls parallel an die speisende Wechselspannungsquelle U1; U2 angeschlossen.
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Der Steueranschluß des Tria.c 51 ist über einen Widerstand 54 an den
Impulsausgang eines integrierten Nullspannungsschalters 52 angeschlossen. Dieser
an sich bekannte integrierte Nullspannungsschalter 52, der nachstehend näher erläutert
werden soll, verändert an seinem Ausgang das Verhältnis der Impuls längen zu den
Impulspausen in Abhängigkeit von seinem Eingangsanschluß 3, wodurch die mittlere
Leistungsaufnahme des zweiten Heizwiderstandes 2 verändert wird.
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Mit steigenden Impulspausen wird daher die Leistungsaufnahme des zweiten
Heizwiderstandes 2 geringer.
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Im Zusammenhang mit der detaillierten Darstellung des integrierten
Nullspannungsschalters 52 in Fig.
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8 soll dessen innerer Aufbau und dessen äußere Beschaltung näher erläutert
werden.
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Das in Fig. 8 dargestellte Blockschaltbild mit Anschlußbelegung des
integrierten Nullspannungsschalters, der beispielsweise aus einem von der Firma
AEG-Telefunken hergestellten integrierten Nullspannungsschalter vom Typ U 217 B
bestehen kann, enthält einen Differenzverstärker 521, der ausgangsseitig mit einer
Vollwellenlogik 525 verbunden ist. Die Eingänge des Differenzverstärkers 521 sind
sowohl mit der Anschlußklemme 3 als auch mit der Anschlußklemme 4 und zusätzlich
mit einer Drahtbruchuberwachung 524 verbunden.
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Die Anschlußklemme 8 ist über einen Widerstand 53 mit dem einen Pol
der speisenden Wechselspannungsquelle U1 verbunden und an eine Synchronisation 523
gelegt, deren Ausgangssignal der Vollwellenlogik 525 eingegeben wird. Ein weiteres
Ausgangs signal der Synchronisation 523 steuert einen Sägezahngenerator 522 an,
der sowohl mit der Anschlußklemme 1 als auch mit der Anschlußklemme 2 verbunden
ist. Die Anschlußklemme 2 -selbst ist über einen Kondensator 59 mit der Anschlußklemme
5 des integrierten Nullspannungsschalters 52 verbunden. Diese Klemme ist an eine
Versorgungsstufe 526 ebenso wie die Klemme 7 angeschlossen, wobei zwischen den Anschlußklemmen
5 und 7 ein Gleichspannungskondensator 55 und die Klemme 7 mit Masse verbunden ist.
Zusätzlich ist die Anschlußklemme 5
über einen Widerstand 62 und
eine Diode 61 mit dem einen Pol der Spannungsquelle verbunden. Das Ausgangssignal
der Vollwellenlogik 525 ist dem Eingang eines Impulsverstärkers 527 zugeführt, der
sein Ausgangs signal über die Klemme 6 an den Steueranschluß eines in Reihe zu einem
Lastwiderstand 2 liegenden Triac 51 abgibt, das in Reihe zu dem Lastwiderstand 2
an die beiden Pole der Spannungsquelle U1, U2 angeschlossen ist, wobei in diesem
Ausführungsbeispiel der zweite Pol der Spannungsquelle U2 mit Masse verbunden ist.
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Ergänzend zu der obendargestellten allgemeinen Beschreibung des integrierten
Nullspannungsschalters 52 mit seiner netzseitig AnschluBbelegung ist in dem Anwendungsbeispiel
gemäß Fig. 7 die AnschluB-klemme 1 über zwei in Reihe geschaltete Widerstände 57,
58 mit dem mit Masse verbundenen Pol der speisenden Spannungsquelle U2 bzw. mit
dem einen Anschluß des Geräteschalters 9 verbunden, wobei zwischen den beiden Widerstnden
57, 58 ein Abgriff zu der Anschlußbelegung 4 geführt ist. Zwischen den Anschlußbelegungen
2 und 4 des integrierten Nullspannungsschalters 52 ist zusätzlich ein Kondensator
56 vorgesehen, während von der Anschlußbelegung 4 ein weiterer Widerstand 60 zu
der Anschlußbelegung 5 führt.
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Erfindungsgemäß wird die Anschlußklemme 3 des integrierten Nullspannungsschalters
52 von einer Steuer-und
Regelungselektronik 4 angesteuert, die
in diesem Ausführungsbeispiel aus der Reihenschaltung eines Trimmpotentiometers
42 mit einem Widerstand 46 besteht, die einerseits an die Anschlußklemme 3 des integrierten
Nullspannungsschalters 52 und andererseits an den Geräteschalter 9 angeschlossen
sind und aus einem Transistor 41 besteht, dessen Kollektor an die Anschlußklemme
3 und dessen Emitter über einen Widerstand 44 sowie über die Reihenschaltung des
Widerstandes 62 mit der Diode 61 an den einen Pol der Spannungsquelle U1 angeschlossen
ist. Die Basis des Transistors 41 ist an die Verbindung eines einstellbaren Widerstandes
43 und eines Kondensators 45 angeschlossen, wobei der Widerstand 43 mit dem Geräteschalter
9 und der Kondensator mit seiner anderen Anschlußklemme an die Reihenschaltung des
Widerstandes 62;mit'der Diode 61 angeschlossen ist. Zusätzlich kann an die Verbindung
des Widerstandes 43 mit dem Kondensator 45 wahlweise ein mit dem Geräteschalter
9 gekoppelter Schalter 10 angeschlossen werden. Der veränderbare Widerstand 43 und
der-Kondensator 45 sind zusammen ein Zeit- bzw. DC-tGlied, mit dessen Hilfe die
Spannung an der Anschlußklemme 3 des integrierten Nullspannungsschalters 52 verringert
werden kann-.
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Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Anordnung verhält sich wie
folgt: Wie bereits oben erläutert wurde, wird mit Hilfe des integrierten Nullspannungsschalters
52 in an sich bekannter Weise eine:Impulspaketsteuerung der in dem
Heizwiderstand
R2 erzeugten Heizleistung durch entsprechende Ansteuerung des Triac im Spannungs-bzw.
Strom-Nulldurchgang des Triac 51 durchgeführt.
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Dabei wird das Verhältnis der Impulslängen zu den Impulspausen mit
fallender positiver Spannung am Anschluß 3 des integrierten Nullspannungsschalters
52 geringer, d.h. es verringert sich die mittlere Leistungsaufnahme des zweiten
Heizwiderstandes 2.
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Die Spannungsvertingerung selbst erfolgt erfindungsgemäß durch das
RC-Glied 43, 45. Beim Einschalten des Geräteschalters 9 wird der Anschluß 3 über
die Widerstandskombination 42, 46 mit positivem Potential versorgt, so daß bei entsprechender
Abstimmung mit Hilfe des Stellpotentiometers 42 das Triac 51 mit der vollen Wechselspannung
der Wechselspannungsquelle U1, U2 versorgt wird. Dadurch gibt der Heizwiderstand
2 die volle Heizleistung ab. Mit zunehmender Aufladung des Kondensators 45 über
den Widerstand 43 wird der Transistor 41 zunehmend durchgesteuert.
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Die Auflade-Zeitkonstante ist dabei - wie aus dieser Darstellung ohne
weiteres zu entnehmen ist-- über den einstellbaren Widerstand 43 veränderbar. Mit
zunehmender Durchsteuerung des Transistors 41 fällt das Potential an der Anschlußklemme
3 des integrierten Nullspannungsschalters 52 ab, wodurch sich eine kontinuierliche
Verminderung der von dem Heizwiderstand 2 abgegebenen Heizleistung ergibt. Der Gradient
des Heizleistungs-Abfalls wird dabei durch den Widerstand 43 des RC-Gliedes 43,
45 bestimmt.
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Der in dem RC-Glied 43, 45 vorgesehene und wahlweise mit dem Geräteschalter
9 gekoppelte Schalter 10 dient dazu, während des Trocknungsvorganges die Heizleistungs-
Verminderung
zu unterbrechen. Mit dem Schalter 10 wird der Kondensator 45 des RC-Gliedes 43,
45 abgetrennt, wodurch die Steuerspannung am Kondensator 45 bis auf eine zu vernachlässigende
Selbstentladung erhalten bleibt. Beim Wiedereinschalten des Schalters 10 wird dann
die Leistungssteuerung, d.h. die Heizleistungs-Verminderung des Widerstandes 2 an
der Stelle und mit der Leistung fortgesetzt, an der sie unterbrochen wurde.
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Bei vollständig gesperrtem Triac 51, d.h. bei einer Leistungsabgabe
Null des zweiten Heizwiderstandes 2, wird die Restleistung des Gerätes mit dem Aussetzen
der Impuls steuerung durch den ersten Heizwiderstand 1 bestimmt. Dabei dient der
erste Heizwiderstand 1 in an sich bekannter Weise gleichzeitig als Vorwiderstand
für den Gleichstrommotor 7.
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Eine Variante der Steuer- und Regelanordnung, die die Durchführung
eines Verfahrens gemäß den Fig. 3 und 4 ermöglicht, ist als Blockschaltbild in Fig.9
dargestellt. Analog zu der vorstehend beschriebenen Anordnung sind zwei parallele
Zweige an die speisende Wechselspannungsquelle U1, U2 angeschlossen, wobei der eine
Zweig aus der Reihenschaltung einer Gleichrichterschaltung 6 mit einem Gleichstrommotor
7 und einem ersten Heizwiderstand 1 besteht. Der zweite Zweig besteht aus der Reihenschaltung
einer Steuer-und Regelelektronik 4, einer Impulspaket-Steuerung 5 und einem zweiten
Heizwiderstand 2. Zusätzlich ist ein Zeitgeber 8 vorgesehen, der eingangsseitig
an den
einen Pol der speisenden Spannungsquelle U1 und ausgangsseitig
an die Steuer- und Regelelektronik 4 angeschlossen ist.
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Die detaillierte Schaltung des in Fig. 9 dargestellten Blockschaltbildes
ist in Fig. 10 dargestellt, wobei in dieser Darstellung gleiche Ziffern die gleichen
Elemente wie in der Darstellung gemäß Fig. 7 bezeichnen. Sowohl der Aufbau der parallelen
Zweige als auch die Beschaltung des integrierten Nullspannungsschalters 5 ist in
diesem detaillierten Schaltbild gemäß Fig. 10 identisch zu der Darstellung gemäß
Fig. 7. Gegenüber der Darstellung gemäß Fig. 7 ist lediglich der Aufbau der Steuer-
und Regelelektronik 4 variiert und zusätzlich der Zeitgeber 8 vorgesehen.
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Die Steuer- und Regelelektronik 4 besteht aus einem Transistor 41,
dessen Kollektor über ein Trimmpotentiometer 42 mit dem Geräteschalter 9 und dessen
Emitter mit einem RC-Glied, bestehend aus einem veränderbaren Widerstand 43 und
einem in Reihe dazu geschalteten festen Widerstand 44 sowie einem Kondensator 45
besteht, der parallel zu der Reihenschaltung der beiden Widerstände 43, 44 geschaltet
ist, verbunden ist.
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Die Basis des Transistors 41 ist an den Ausgang des Zeitgebers 8 angeschlossen.
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Dieser Zeitgeber 8 besteht aus einem programmierbaren Zeitgeber und
Zähler 81, der mit den Anschlußklemmen 3 und 4 direkt mit dem Geräteschalter 9 und
mit der
Anschlußklemme 7 mit dem Abgriff eines Potentiometers 82
verbunden ist, das in Reihe zu jeweils einem Widerstand 83 und 84 sowie einem mit
dem Widerstand 84 verbundenen Kondensator 85 an den Geräteschalter 9 einerseits
und an die Reihenschaltung der Diode 61 mit dem Widerstand 62 an den zweiten Pol
der Spannungsquelle Ul andererseits angeschlossen ist. Die AnschluBklemmen 2 und
6 des programmierbaren Zeitgebers und Zählers 81 sind mit einander verbunden und
über den Kondensator 85 an die Anschlußklemme 1 angeschlossen. DieAnschlußklemme
5 des programmierbaren Zeitgebers und Zählers 81 ist über einen Kondensator 86 an
die Anschlußklemme 1 angeschlossen, wobei beide Anschlußklemmen mit der Reihenschaltung
der Diode 61 und dem Widerstand 62 verbunden sind. Die Ausgangsklemme des programmierbaren
Zeitgebers-- und Zählers 81 ist über eine Diode 87 und einen Widerstand 88 mit der
Basis des Transistors 41 verbunden.
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Analag zu der Funktionsbeschreibung der Fig. 7 weist die Schaltung
gemäß Fig. 10 eine in bekannter Weise ausgeführte Impulspaketsteuerung zur Leistungsregelung
der im Heizwiderstand 2 erzeugten Heizleistung auf. Das Verhältnis der Impulslängen
zu den Impulspausen wird dabei mit fallender positiver Spannung an der Anschlußklemme
3 des integrierten Nullspannungsschalters 52 geringer, d.h. die mittlere Leistungsaufnahme
des zweiten Heizwiderstandes 2 geht mit geringer werdender positiver Spannung an
dieser Anschlußklemme zurück.
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Die Verringerung der positiven Spannung an der Anschlußklemme 3 des
integrierten Nullspannungsschalters 52 wird analog zu der Funktionsbeschreibung
der Fig. 7 durch das RC-Glied 43, 44 und 45 bestimmt, wobei der Einsatz der hyperbelförmigen
Leistungsverminderung durch den Zeitgeber 8 bestimmt wird. Nach einer durch das
mit den Eingangsklemmen des programmierbaren Zeitgebers und Zählers 81 verbundenen
Zeitglied 82, 85 bestimmter Zeitspanne sperrt der Zeitgeber 81 den Transistor 41
der Steuerungs- und Regelungselektronik 4. Dadurch entlädt sich der Kondensator
45 über die Widerstände 43 und 44 und ruft damit ein fallendes positives Potential
an der Anschlußklemme 3 des integrierten Nullspannungsschalters 52 hervor.
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Bis zum Sperren des Transistors 41 ist der Transistor 41 durch das
vom Zeitgeber 81 kommende negative -Potential durchgesteuert und am Anschluß 3 des
integrierten Nullspannungsschalters 52 liegt positives Potential an, so daß in dem
Heizwiderstand 2 die volle Leistung umgesetzt wird.
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Wie aus dieser Darstellung zu entnehmen ist, wird der Gradient des
Heizleistungsabfalls über den Widerstand 43 des RC-Gliedes 43, 44 und 45 im Emitterkreis
des Transistors 41 bestimmt.
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Ähnlich der Funktionsbeschreibung zur Darstellung gemäß Fig. 7 wird
die Restleistung, auf die die gesamte Leistungsaufnahme des Gerätes nach Aussetzen
der Impulspaketsteuerung abfällt, durch den ersten
Heizwiderstand
1 festgelegt. Dieser Heizwiderstand 1 dient in an sich bekannter Weise gleichzeitig
als Vorwiderstand für den Gleichstrommotor 7.
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Eine detaillierte Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens
gemäß dem in Fig. 5 dargestellten Kurvenverlauf ist in Fig. 11 näher dargestellt.
Auf diese detaillierte Schaltung ist ebenfalls das Blockschaltbild gemäß Fig. 9
anwendbar.
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Auch hier sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugsziffern versehen.
Aufbau und Funktion der Leistung teile, d.h. der parallel an der speisenden Wechselspannungsquelle
U1, U2 liegenden parallelen Zweige, entspricht ebenso den Darstellungen gemäß den
Fig.
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7 und 10 wie die Beschaltung des integrierten Nullspannungsschalters
52. Gegenüber der Darstellung gemäß Fig. 10 weist diese Schaltungsanordnung eine
Variante im Aufbau sowohl der Steuerungs- und Regelungselektronik 4 als auch im
Aufbau bzw. Abgriff- des Zeitgebers 8 auf. Diese Variante ist aus dem stufenweisen
Aufbau der Heizleistungsverminderung am Heizwiderstand 2 zu erklären.
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Die Anschlußklemme 3 des Nullspannungsschalters 52 ist über eine aus
einem Trimmpotentiometer 42 und einem Stellwiderstand 47 bestehende Reihenschaltung
an den Geräteschalter 9 einerseits und an die Reihenschaltung eines in Stufen stellbaren
Widerstandes angeschlossen. Dieser in Stufen einstellbare Widerstand besteht aus
in diesem Ausführungsbeispielvier
in Reihe geschalteten Widerständen
21 bis 24, denen jeweils die Anoden-Kathoden-Strecke von vier Thyristoren 25 bis
28 parallel geschaltet ist. Die Steueranschlüsse der Thyristoren 25 bis 28 sind
an die Emitter von vier Transistoren 30 bis 33 angeschlossen, deren Basis jeweils
an einen Ausgangsanschluß eines programmierbaren Zeitgebers und Zählers 11 angeschlossen
ist. Die Kollektoren der Transistoren 30 bis 33 sind mit dem Geräteschalter 9 verbunden,
während die Emitter zusätzlich über jeweils einen Widerstand 34 bis 37 an die Reihenschaltung
der Diode 61 mit dem Widerstand 62 angeschlossen sind.
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Der in Stufen einstellbare Widerstand 21 bis 24 bzw. 25 bis 28 ist
über einen Widerstand 29 ebenfalls mit der Reihenschaltung der Diode 61 und dem
Widerstand 62 über diese Reihenschaltung an den anderen Pol der Spannungsquelle
U1 angeschlossen. Die Basen der Transistoren 30 bis 33 sind an die Anschlußklemmen
1, 3, 6 und 9 des programmierbaren Zeitgebers und Zählers 11 angeschlossen, dessen
innerer Aufbau und Funktion anhand der nachstehenden Fig. 12 näher erläutert werden
soll. Die bezeichneten Anschlußklemmen 1, 3, 6 und 9 des programmierbaren Zeitgebers
und Zählers 11 sind zusätzlich über je einen Widerstand 17, 18, 19, 20 an den Widerstand
62 angeschlossen.
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Eingangsseitig ist die Klemme 9 sowie über einen Kondensator 15 die
Klemme 12 und ebenfalls über einen Kondensator 14 die Klemme 13 mit dem Widerstand
62 verbunden, während die Klemme 16 sowohl mit dem Kollektoren der Transistoren
30 bis 33 als auch über
einen einstellbaren Widerstand 12 mit der
Klemme 13 verbunden ist. Die Klemmen 14 und 15 sind untereinander über einen Widerstand
13 verbunden, während die Klemme11 über einen Widerstand 16 ebenfalls an die Kollektoren
der Transistoren 30 bis 33 und die Klemme 10 über einen nicht näher bezifferten
Widerstand an die Klemme 9 angeschlossen ist.
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Vor der Erläuterung der Funktionsweise der in Stufen verminderten
Heizleistung des Widerstandes 2 soll nachstehend zunächst anhand der Fig. 12 der
innere Aufbau des programmierbaren Zeitgebers und Zählers 11 erläutert werden.
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Der in Fig. 12 dargestellte programmierbare Zeitgeber/Zähler 11, der
beispielsweise aus einem von der Firma Gonda Elektronik GmbH in 7012 Fellbach hergestellten
Zeitgeber und Zähler vom Typ XR-2240 bestehen kann, lassen sich extrem lange Zeitverzögerungen
einstellen, ohne daß dabei. Einbußen an der Genauigkeit in Kauf genommen werden
müssen.
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Ein einzelner integrierter Schaltkreis liefert Zeitverzögerungen vom
Mikrosekundenbereich bis zu mehreren Tagen, wobei mit der Kombination von zwei integrierten
Schaltkreisen Verzögerungen bis zu drei Jahren erreicht werden können.
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Der programmierbare Zeitgeber/Zähler besteht aus einem Zeitgeber 112,
einem Acht-Bit-Zähler 111 und einem Steuer-Flip-Flop 113. Die Verzögerungszeit selbst
wird durch ein an die Anschlußklemme 13 anschließbares externes RC-Glied bestimmt
und kann
in oeliebigen Stufen programmiert werden.
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Im astabilen Betrieb liefert der programmierbare Zeitgeber und Zeitzähler
256 separate Frequenzen bzw. Pulsformen, die durch ein einziges RC-Glied gesteuert
werden. Alle Ein- und Ausgänge des programmierbaren Zeitgebers und Zeitzählers sind
TTL- und DTL-kompatibel.
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An den Ausgängen 1 bis 8 des programmierbaren Zeitgebers und Zählers
sind in binären Stufen Frequenzen von f0 (Ausgangsklemme 1) bis zu einem 1/128 der
Grundfrequenz fO (Ausgangsklemme 8) abgreifbar.
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Die Eingangsklemmen 16 und 9 sind mit positiver Spannung bzw. Masse
verbunden, während der Ausgang 15 einen Regelausgang und der Ausgang 14 einen Zeit-Basis-Ausgang
abgibt. Die Klemmen 10, 11, 12 betreffen einen Reset-, Trigger- bzw. Modulationseingang.
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Nachstehend soll die Funktionsweise der Schaltungsanordnung gemäß
Fig. 11 näher erläutert werden.
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Auch in dieser Schaltung wird in an sich bekannter Weise von der Impulspaketsteuerung
mittels des integrierten Nullspannungsschalters 52 Gebrauch gemacht.
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Durch Anlegen einer fallenden positiven Spannung an die Anschlußklemme
3 des integrierten Nullspannungsschalters 52 wird das Verhältnis der Impuls längen
zu der Gesamt-Impulsdauer verringert, so daß am zweiten Heizwiderstand 2 eine fallende
mittlere Leistung abgegeben wird.
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Dieser Effekt wird stufenweise durch den Zeitgeber/Zähler 11 hervorgerufen,
dessen zählausgänge 1, 3, 6 und 8 nacheinander positives Potential annehmen und
dadurch die Transistoren 30 bis 33 nacheinander durchsteuern. Da die Ausgänge der
Transistoren 30 bis 33 mit den Steueranschlüssen der Thyristoren 25 bis 28 des in-
Stufen schaltbaren Widerstandes verbunden sind, werden diese Thyristoren 25 bis
28 nacheinander gezündet. Dadurch werden die parallel zu der Anoden-Kathoden-Strecke
der Thyristoren 25 bis 28 geschalteten Widerstände 21 bis 24 des Spannungsteilers
stufenweise überbrückt und somit die Spannung an der Eingangsklemme 3 des integrierten
Nullspannungsschalters 52 stufenweise reduziert.
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Die Zeitfolge der einzelnen Stufen und damit der Gradient der stufenweisen
Leistungsverminderung der vom Widerstand 2 abgegebenen Heizleistung ist mittels
des RC-Gliedes 12, 14 an der Eingangsklemme 13 des programmierbaren Zeitgebers und
Zählers 11 einstellbar. Eine zusätzliche Variation der zeitlichen Abstufung kann
durch die Belegung und Beschaltung der Zählausgänge des programmierbaren Zeitgebers
und Zählers 11 erfolgen. Bei vollständiger Reduzierung der vom Heizwiderstand 2
abgegebenen Heizleistung ist die Restleistung, auf die die Gesamtleistung des Haarpflegegerätes
nach dem Aussetzen der Impulspaketsteuerung abfällt, durch den ersten Heizwiderstand
1 gegeben. Auch in dieser Schaltung dient der erste Heizwiderstand 1 in an sich
bekannter Weise gleichzeitig als Vorwiderstand für den Gleichstrommotor 7.
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Die,vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Anordnung sowie das nach
dieser Anordnung durchzuführende erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere
für die Steuerung und Regelung der Heizleistung von Trockenhauben. In Fig. 13 sind
' als Beispiel drei verschiedene Arten von Trockenhauben dargestellt, wobei die
Darstellungen gemäß Fig. 13 A und Fig. 13 B flexible Hauben und die in Fig. 13 C
dargestellte Trockenhaube eine Ständerhaube mit starrem Haubenteil beinhaltet. Die
elektronische Steuereinrichtung zur zeitabhängigen Veränderung der Heizleistung
kann im Gerät selbst, wie beispielsweise in der Darstellung gemäß Fig. 13 C als
auch in der Fernbedienung oder vorzugsweise in der Netzzuleitung untergebracht sein.
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Der Benutzer der Trockenhaube kann das für ihn persönlich-am besten
geeignete Programm vorwählen und dieses Programm ggf. auch während der Benutzung
der Trockenhaube verändern, Mögliche Ausführungsformen einer Fernbedienung sind
in Fig. 14 dargestellt, wobei Fig. 14 a einen Schiebewähler darstellt, während Fig.
14 b einen Drehwähler beinhaltet, wobei beide Formen, d.h. sowohl der Schiebewähler
als auch der Drehwähler, stufenlos oder in Stufen ausgeführt sein können. Die jeweils
festgelegten Programme A - D bzw. I bis V können eine Auswahl der in zeitlichen
Darstellungen der Heizleistung über der Zeit gemäß den Fig. 1 bis 5 beinhalten.
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Variationen und Kombinationen der einzelnen Verfahren gemäß den Fig.
1 bis 5 sind ohne weiteres möglich und Legen im Rahmen dieser Erfindung.