DE4429918A1 - Schaltungsanordnung zur Ansteuerung wenigstens eines elektrisch ansteuerbaren Magneten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung wenigstens eines elektrisch ansteuerbaren Magneten mit einer zielgerichteten Ansteuerleistung, durch welche der Magnet ein Schaltglied in eine gewünschte Schaltposition schaltet, in wel­ cher das Schaltglied gehalten ist.

Schaltungsanordnungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sind zur Ansteuerung von bei Mehrtemperaturen-Kühlschränken eingesetzten bistabilen Magnetventilen bekannt, welche zur Zu­ flußsteuerung von Kältemittel zu den in Fächern unterschiedli­ cher Temperatur angeordneten Verdampfern dienen. Derartige, bei Kühlgeräten zum Einsatz kommende Schaltungsanordnungen weisen eingangsseitig einen zur Auswertung von Steuerparametern, wie Temperaturregler-Signale dienenden Logikteil auf, mit dessen Hilfe schaltungsaussgangsseitig ein Triac oder zwei antiparal­ lel zueinander angeordnete Thyristoren zur Beaufschlagung des bistabilen Magnetventils mit der entsprechenden Ansteuerlei­ stung angesteuert sind. Bei diesen Halbleiter-Bauelementen kann infolge von Netzspannungs-Spitzen in ihrer Versorgungsspannung ein sogenanntes "Überkopfzünden" auftreten, durch welches ein ungewollter Ansteuerimpuls auf das Magnetventil erzeugt wird, wodurch dieses dann aus einer gewünschten, durch die Tempera­ turregler-Signale bedingten Ventilstellung in seine konträre Schaltposition übergeführt ist. Ein solches Vorkommnis kann zur Folge haben, daß die Temperatur in einem Gefrierfach eines Zweitemperaturen-Kältegerätes über den erlaubten Wert ansteigt, so daß das darin eingelagerte Gut zumindest in Aussehen und Ge­ schmack deutlich beeinträchtigt ist, während auf der anderen Seite ein Temperaturabfall im Kühlfach des Gerätes dazu führen kann, daß mit flüssigem Kühlgut gekühlte Behältnisse zerstört werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanord­ nung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 dahingehend zu ver­ bessern, daß auf einfache Weise ein unbeabsichtigt hervorgeru­ fener Positionswechsel einer bedarfsgemäßen Schaltposition des elektrisch ansteuerbaren Magneten vermieden ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Magnet nach seinem Umschalten des Schaltgliedes in die ge­ wünschte Schaltposition in vorbestimmten Zeitintervallen wie­ derholt mit zu dieser Schaltpostition korrespondierende Ansteu­ erleistung wenigstens kurzfristig beaufschlagt ist.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ist gewährleistet, daß der elektrisch ansteuerbare Magnet ohne zusätzliche Überwachungs- und damit verbundene Auswertemaßnahmen stets sicher in seiner bedarfsgemäßen Schaltposition gehalten ist, so daß ungewollte, ggf. zu Schadensfällen führende Fehlstellungen des elektrisch ansteuerbaren Magneten zuverlässig verhindert sind.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Gegenstan­ des der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Beaufschlagung des Magneten mit Ansteuerleistung Halbleiter-Bauelemente vorgesehen sind, welche nach dem Umschalten des Schaltgliedes in die ge­ wünschte Schaltposition in vorbestimmten Zeitintervallen wie­ derholt mit einem zur Bereitstellung der Ansteuerleistung die­ nenden Ansteuersignal beaufschlagt sind.

Durch eine derartige Lösung läßt sich auf besonders preiswerte und einfache Weise ein Elektromagnet ansteuern, wobei die An­ steuerelemente im Schadensfall rasch austauschbar sind.

Eine besonders einfache Konzeption für eine Logikschaltung, mit welcher gleichzeitig die Möglichkeit des Auftretens einer Fehlstellung des elektrisch ansteuerbaren Magneten minimiert ist, ergibt sich, wenn nach einer weiteren vorteilhaften Ausge­ staltung des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß die Zeitintervalle zwischen den Ansteuersignalen gleich lang bemes­ sen sind.

Entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Ge­ genstandes der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ansteuerlei­ stung durch die Halbwellen einer Wechselspannung gebildet ist, von denen jeweils eine Mehrzahl unmittelbar hintereinander als Signal folge erzeugt sind, wobei zwei aufeinanderfolgende Si­ gnalfolgen durch eine gegenüber der Zykluszeit der Halbwellen grobe Zeitdauer voneinander beabstandet sind.

Durch eine derartige Lösung ist die bedarfsgemäße Schaltpositi­ on eines durch den Elektromagneten betätigten Schaltgliedes in ausreichender Weise gewährleistet, wobei gleichzeitig der Ener­ gieverbrauch durch die Schaltungsanordnung und deren Beanspru­ chung minimiert ist.

Besonders exakt durch die entsprechenden Einflußgrößen bedarfs­ gemäß angesteuert ist eine Schaltungsanordnung, wenn gemäß ei­ ner letzten vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß die Erzeugung der Ansteuersignale selbsttätig durch eine Ansteuereinheit in Abhängigkeit wenig­ stens eines Ansteuerparameters erzeugt sind.

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung am Beispiel eines in der beigefügten Zeichnung vereinfacht dargestellten Zweitemperaturen-Kühlgerätes erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Zweitemperaturen-Kühlgerät bei geöffneten Türen mit einem Kühlfach und einem Gefrierfach, deren Temperaturen durch eine elektronische Regeleinrich­ tung gesteuert sind,

Fig. 2 einen Ausschnitt der elektronischen Regeleinrich­ tung mit einer elektronischen Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Ansteuersignalen zur Sicherung der bedarfsmäßigen Schaltposition eines bistabilen, den Kältemittelfluß zu den Kältefächern steuernden Magnetventiles,

Fig. 3 die zu den beiden Schaltpositionen des bistabilen Magnetventiles korrespondierenden Ansteuersignale, jeweils schematisch aufgetragen auf einer Zeitach­ se.

Gemäß Fig. 1 ist eine Kühl- und Gefrierkombination 10 darge­ stellt, deren wärmeisolierendes Gehäuse 11 zwei durch eine wär­ meisolierende Zwischenwand 12 thermisch voneinander getrennte, vertikal übereinander angeordnete und mit separaten Türen 13 und 14 verschließbare Lagerfächer aufweist. Dabei ist das hö­ herliegende, mit der Tür 13 verschließbare Lagerfach als Kühl­ fach 15 ausgebildet, welches mit in vertikalen Abständen über­ einander angeordneten, zum Abstellen von Kühlgut dienenden Eta­ geren 16 ausgestattet ist. Das andere unterhalb dem Kühlfach 15 angeordnete, durch die wärmeisolierende Zwischenwand 12 davon getrennte und mit der Tür 14 verschließbare Lagerfach 13 als Gefrierfach 17 ausgebildet, welches zur Aufnahme von Gefriergut mit schubladenartig ausziehbaren Gefriergutbehältern 18 ausge­ stattet ist.

Sowohl das Kühlfach 15 als auch das Gefrierfach 17 ist zur Auf­ rechterhaltung seiner bestimmungsgemäßen Lagerraum-Temperatur mit nicht gezeigten Verdampfern ausgestattet, welche in einen ebenso nicht gezeigten Kältekreis eingebunden sind, innerhalb welchem ein die Verdampfer mit flüssigem Kältemittel versor­ gender Verdichter angeordnet ist, welcher intermittierend be­ trieben ist, wobei die Ein- und Ausschaltphasen des Verdichters von den in den Lagerfächern herrschenden Temperaturen abhängig sind. Diese werden von nicht dargestellten Temperatursensoren erfaßt und in einer zu einer elektronischen Regeleinrichtung gehörenden Auswertelogik 19 einerseits zu in Temperaturanzeige­ elementen anzeigbaren Werten aufbereitet und andererseits zu in einer Schaltungsanordnung 30 weiter verarbeitbaren Digitalsi­ gnalen "A" und "B" verarbeitet (siehe hierzu Fig. 2).

Wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, stellen die ausgangs­ seitig an der Auswertelogik 19 anliegenden Digitalsignale "A" und "B" Eingangssignale für die Schaltungsanordnung 30 dar, wo­ bei ein positives Ausgangssignal "A" eine Kälteanforderung für das Kühlfach 15 signalisiert, während ein positives Ausgangssi­ gnal "B" eine Kälteanforderung für das Gefrierfach 17 bedeutet. Das an der Auswertelogik 19 anliegende Ausgangssignal "A" ist zu seiner Weiterverarbeitung über einen Strombegrenzungswider­ stand 30.1 einem Eingang eines NAND-Gatters 31 zugeführt, des­ sen zweiter Eingang mit einem Eingangssignal "C" beaufschlagt ist. Dieses kann sowohl den Spannungspegel logisch "1" als auch den Spannungspegel logisch "0" annehmen, welche jeweils durch einen an seinen beiden Eingängen zusammengeführten NAND- Schmitt-Trigger 32 erzeugt sind, wobei die Zeitdauer des jewei­ ligen Signalzustandes unterschiedlich lang bemessen ist. Diese Zeitdauer ergibt sich im Falle des logischen Pegels "1" durch die Ladezeit eines durch einen Ohm′schen Widerstand 33 und ei­ nes mit seiner Kathode an Massepotential angeschlossenen Kon­ densator 34, wobei dem RC-Glied zur Richtungsfestlegung des La­ destroms eine mit ihrem Kathodenanschluß an den Ohm′schen Wi­ derstand 33 angekoppelte Diode 35 vorgeschaltet ist. Die Zeit­ dauer des logischen Pegels "0" für das Eingangssignal "C" ist durch ein RC-Glied bestimmt, welches aus dem Kondensator 34 und einem Ohm′schen Widerstand 36 gebildet ist, dessen Widerstands­ wert zur Erzeugung einer längeren Zeitdauer für den logischen Pegel 0 deutlich über dem des Ohm′schen Widerstands 33 liegt.

Ferner ist die Auswertelogik 19 mit ihrem das Digitalsignal "A" bereitstellenden Ausgang über eine mit ihrem Anodenanschluß an diesen Ausgang angekoppelte Diode 37 mit einem zur Schaltungs­ anordnung 30 gehörenden Schaltungsabschnitt verbunden, welcher zur Auswertung der üblicherweise zum Betrieb von Haushaltsgerä­ ten erforderlichen Wechselspannung dient, welche durch einen mit "L" bezeichneten Leitungspol des Wechselspannungsnetzes an einen zur Strombegrenzung für den Betrieb von Logikbausteinen dienenden Widerstand 38 angekoppelt ist. Dieser ist mit zwei in Reihenschaltung angeordneten Dioden 39 und 40 verbunden, wobei die Diode 39 mit ihrem Kathodenanschluß mit dem Pluspol einer Gleichspannungsquelle U_B verbunden ist, während die andere Di­ ode 40 mit ihrem Anodenanschluß an Massepotential angeschlossen ist, welches zugleich den Nullpol "N" der Wechselspannung bil­ det. Das sich jeweils an der Verbindungsstelle zwischen den in Reihenschaltung angeordneten Dioden 39 und 40 einstellende Po­ tential ist eingangsseitig einem NAND-Schmitt-Trigger 41 zuge­ führt, dessen beide Eingänge miteinander verbunden sind. Der Ausgang des NAND-Schmitt-Triggers 41 ist an den Kathodenan­ schluß einer Diode 41.1 angeschlossen, welche anodenseitig ist mit einem Eingang eines NAND-Schmitt-Triggers 42 verbunden ist, welcher zugleich auch noch mit dem Ausgangssignal "B" der Aus­ wertelogik 19 beaufschlagt ist. An dem anderen Eingang des NAND-Schmitt-Triggers 42 liegt das Signal "C" an. Der Ausgang des NAND-Schmitt-Triggers 42 ist wie der des NAND-Schmitt-Trig­ gers 31 mit der Basis eines pnp-Transistors 43 verbunden, des­ sen Emitteranschluß an eine Gleichspannungsversorgung U_B ange­ schlossen ist, während sein Kollektoranschluß über einen den Kollektorstrom begrenzenden Ohm′schen Widerstand 44 mit Masse­ potential verbunden ist. Zwischen dem Kollektoranschluß des pnp-Transistors 43 und dem Ohm′schen Widerstand 44 ist der mit einem strombegrenzenden Vorwiderstand 44.1 beschaltete Gate-An­ schluß zum Abgriff für den Zündstrom eines Triacs 45 angeord­ net, mit dessen zweiten Hauptelektroden-Anschluß ein an den Leitungspol "L" einer 230 Volt Wechselspannung angekoppeltes bistabiles, zwei Strömungswege schaltendes elektrisch ansteuer­ bares Magnetventil 46 verbunden ist. Die andere Hauptelektrode des Triacs 45 ist mit dem Nullpol "N" der Wechselspannungsver­ sorgung verbunden.

Für den Fall, daß für das Kühlfach 15 aufgrund der darin ange­ stiegenen Temperatur Kältebedarf besteht, wird dieser durch ei­ nen bereits eingangs erwähnten, die Kühllufttemperatur überwa­ chenden Sensor erfaßt und das daraufhin von dem Temperatursen­ sor erzeugte Signal von der Auswertelogik 19 zu einer logischen "1" an deren Ausgang "A" umgesetzt. Dieser Pegel, welcher dem entsprechenden Eingang des NAND-Schmitt-Triggers 31 zugeführt ist, bewirkt zusammen mit einem gleichartigen, durch das Signal "C" erzeugten Pegel am Ausgang des NAND-Schmitt-Triggers 31 ei­ nen auf die Basis des als Schalter 43 dienenden pnp-Transistors 43 einwirkenden Low-Pegel (logisch "0"), wodurch dieser in lei­ tenden Zustand versetzt ist.

Das Eingangssignal "C" am Eingang des NAND-Schmitt-Triggers 31, welches durch die Beschaltung dem NAND-Schmitt-Triggers 32 in selbsttätiger Weise erzeugt ist, liegt nur während der Ladezeit des Kondensators 34 über dem Widerstand 33 als High-Pegel (lo­ gisch "1") an, während es für die Entladedauer des Kondensators 34 über den Widerstand 36 Low-Pegel aufweist, wobei beide Pe­ gelzustände durch Über- bzw. Unterschreiten einer vorbestimmten Schaltschwelle an dem eingangs verknüpften NAND-Schmitt-Trigger 32 bewirkt sind.

Das Ausgangssignal des NAND-Schmitt-Triggers 31 wird außerdem noch durch die Auswertung der Netzwechselspannung zum Betrieb der Kühl- und Gefrierkombination (z. B. 230 Volt) beeinflußt, wobei durch die negative Halbwelle dieser sinusförmigen Wech­ selspannung sowohl die Diode 40 als auch die Diode 37 in lei­ tenden Zustand versetzt wird, so daß an dem mit dem Signal "A" beaufschlagten Eingang des NAND-Schmitt-Triggers 31 etwa für die Dauer dieser Halbwelle Low-Pegel anliegt, wodurch der Aus­ gang des NAND-Schmitt-Triggers 31 auf High-Pegel übergeht und somit der pnp-Transistor 43 sperrt. Dagegen kann die positive Halbwelle der sinusförmigen Wechselspannung auf den ursprüng­ lich am Ausgang des NAND-Schmitt-Triggers 31 eingestellten Low- Pegel keinen Einfluß nehmen, so daß der somit durchgeschaltete pnp-Transistor 43 und die dadurch bewirkte Zündung des Triacs 45 eine Bestromung des bistabilen Elektro-Magnetventils 46 be­ wirkt, wo durch die gewünschte Positionsänderung des Ventil­ stellgliedes zur Umleitung des Kältemittels auf den Verdampfer des Kühlfachs 15 stattfindet.

Die Einflußnahme ist durch die Beschaltung des Ausgangs "A" der Auswertelogik 19 und dem Eingang des NAND-Schmitt-Triggers 41 mit der Diode 37 verhindert, welche in Sperrichtung bezüglich dem Ausgang "A" angeordnet ist, da bei einem für einen Nicht- Kältebedarf stehenden Low-Pegel am Ausgang "A" infolge der po­ sitiven Halbwelle der sinusförmigen Wechselspannung kein High- Pegel am Eingang des NAND-Schmitt-Trigers 31 anstehen kann, welcher in unerlaubter Weise ein Durchsteuern des Transistors 43 bewirken würde.

Für die Zeitdauer, für welche das Signal "C" High-Pegel auf­ weist und das Kühlfach 15 Kälte anfordert, wird das Magnetven­ til 46 entsprechend den positiven, in gleichen Zeitabständen aufeinander folgenden Halbwellen der sinusförmigen Wechselspan­ nung, wie sie in Fig. 3 unter Stellung "1" dargestellt sind, beaufschlagt, wodurch das als Anker für die Elektro-Magneten dienende Ventilstellglied des Magnetventils 46 in der gewünsch­ ten, bedarfsgemäßen Schaltposition gehalten ist. Entsprechend der Zeitdauer, welche in Fig. 3 unter Stellung "1" mit t_P (= Zeitdauer der Ansteuerpause) bezeichnet ist und im wesentlichen der Entladezeit des Kondensators 34 entspricht, weist das Si­ gnal "C" Low-Pegel auf, wodurch sich am Ausgang des NAND- Schmitt-Triggers 31 High-Pegel einstellt, welcher den pnp-Tran­ sistor 43 in Sperrzustand versetzt, so daß für diese Zeitdauer das Magnetventil 46 nicht mit Ansteuerleistung beaufschlagt ist. Nach Ablauf dieser Zeitdauer t weist das Signal "C" er­ neut High-Pegel auf, wodurch das Magnetventil 46 erneut mit An­ steuerleistung in Form der positiven Halbwellen der Netzwech­ selspannungsversorgung beaufschlagt ist, um sicherzustellen, daß das Ventilschaltglied des Magnetventils 46 wieder in die bedarfsgemäße Schaltposition zurückversetzt ist, wenn dieses beispielsweise infolge von sogenanntem "Überkopfzünden" des Triacs 45 aus dieser entfernt worden wäre. Hierbei hat sich als Zeitwert für die Ansteuerpause t eine Zeit von 30 s bereits als brauchbare Größe herausgestellt, während sich eine Zeit von 70 ms für die Dauer des Signals "C" als günstig erwiesen hat.

Sollte für das Gefrierfach 17 Kältebedarf bestehen, so wird dieses durch einen am Ausgang "B" der Auswertelogik 19 anlie­ genden High-Pegel signalisiert, welcher über einen strombegrenzenden Widerstand 30.2 eingangsseitig, wie auch das Signal "C", am NAND-Schmitt-Trigger 42 anliegt, welcher bei Kältean­ forderung für das Gefrierfach 17 zur Ansteuerung des pnp-Tranis­ tors 43 und somit auch zur zielgerichteten Ansteuerung des Magnetventils 46 über den Triac 45 dient. Dessen Ansteuerlei­ stung wird bei Kältebedarf für das Gefrierfach 17 durch die ne­ gativen Halbwellen einer sinusförmigen Wechselspannung, wie sie gemäß Fig. 3 unter Stellung "0" dargestellt sind, gebildet. Da­ bei wird der Verlauf der sinusförmigen Wechselspannung durch die Reihenschaltung der Dioden 39 und 40 bewertet, wobei durch die Schaltung des NAND-Schmitt-Triggers 41 in Verbindung mit der Diode 41.1 lediglich die negative Halbwelle bei einem ent­ sprechenden Pegel des Signals "C" am Ausgang des NAND-Schmitt- Triggers 42 einen Low-Pegel und somit ein Durchschalten des pnp-Transistors 43 zu bewirken vermag, während die positive Halbwelle der sinusförmigen Wechselspannung keine Steuerung des als elektronischen Schalters dienenden Transistors 43 hervorru­ fen kann. Durch die ausgangsseitige Beschaltung des NAND- Schmitt-Triggers 41 mit der Diode 41.1 ist bei einem High-Pegel zum Ausgang "B" der Auswertelogik 19 bewirkt, daß das entspre­ chende Eingangssignal am NAND-Schmitt-Trigger 42 dem Ausgangs­ signal des NAND-Schmitt-Triggers 41 folgt, während bei einem Low-Pegel am Ausgang "B" sichergestellt ist, daß dieser unab­ hängig vom Ausgangssignal des NAND-Schmitt-Triggers 41 am Ein­ gang des NAND-Schmitt-Triggers 42 erhalten bleibt. Analog zu der Ansteuerung des Magnetventils 46 mit den positiven Halbwel­ len gemäß der in Fig. 3 gezeigten Stellung "1", werden die ne­ gativen Halbwellen (Fig. 3 Stellung "0") als Ansteuerleistung nur für die Zeitdauer eines High-Pegels am Ausgang des NAND- Schmitt-Triggers 32 dem Magnetventil 46 zugeführt.

Um nach dem Umschalten des als Anker dienenden Ventilschalt­ gliedes in die für das Gefrierfach 17 bestimmte bedarfsgemäße Schaltstellung weiterhin gewährleisten zu können, daß sich das Ventilschaltglied des Magnetventils 46 in der gewünschten Posi­ tion befindet, wird dieses von Zeit zu Zeit mit einer als An­ steuerleistung dienenden Signalfolge in Form der negativen Halbwellen der sinusförmigen Wechselspannung beaufschlagt, wo­ bei die Länge der Signal folge durch die Zeitdauer des High-Pe­ gels für das Signal "C" und die Zeitdauer t_P zwischen den Si­ gnalfolgen durch die Dauer des Low-Pegels für das Signal "C" bestimmt ist.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung zur Ansteuerung wenigstens eines elektrisch ansteuerbaren Magneten mit einer zielgerich­ teten Ansteuerleistung, durch welche der Magnet ein Schaltglied in eine gewünschte Schaltposition schaltet, in welcher das Schaltglied gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (46) nach seinem Umschalten des Schaltgliedes in die gewünschte Schaltposition (15, 17) in vorbestimmten Zeitinterval­ len wiederholt mit einer zu dieser Schaltposition kor­ respondierenden Ansteuerleistung wenigstens kurzfristig beaufschlagt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Beaufschlagung des Magneten (46) mit Ansteuerleistung Halbleiter-Bauelemente (45) vorgesehen sind, welche nach dem Umschalten des Schaltgliedes in die gewünschte Schaltposition (15, 17) in vorbestimmten Zeitintervallen wiederholt mit einem zur Bereitstellung der Ansteuerleistung dienenden Ansteuersignal beauf­ schlagt sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zeitintervalle zwischen den Ansteuer­ signalen gleich lang bemessen sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ansteuerleistung durch die Halb­ wellen einer Wechselspannung gebildet ist, von denen jeweils eine Mehrzahl unmittelbar hintereinander als Signalfolge erzeugt sind, wobei zwei aufeinanderfolgen­ de Signal folgen durch eine gegenüber der Zykluszeit der Halbwellen grobe Zeitdauer voneinander beabstandet sind.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Erzeugung der Ansteuersignale selbst­ tätig durch eine Ansteuereinheit (32, 33, 34, 35, 36) in Abhängigkeit wenigstens eines Ansteuerparameters er­ zeugt sind.