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Die Erfindung betrifft eine Temperaturregeleinrichiung für Heiz- und
Kühl- oder Klimaanlagen, insbesondere für Fahrzeuge, wie Eisenbahnen, Kraftfahrzeuge,
Schiffe und Flugzeuge.
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Es ist bereits eine Temperaturregeleinrichtung, bestehend aus einer
temperaturempfindlichen Brücke, die über einen Verstärker und eine phasenempfindliche
Schaltung mit Steuermitteln einer Heizeinrichtung verbunden ist und die zwischen
einen Oszillator und den Verstärker geschaltet ist, der selbst mit der Phasenvergleichsschaltung
verbunden ist, bekannt.
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Weiterhin ist bereits eine Temperaturregeleinrichtung bekannt, bei
der ein in einem gleichstromgespeisten Meßkreis vorgesehener Widerstandsgeber über
mindestens einen magnetischen Verstärker ein die Stellung eines Regelorgans beeinflussendes
Relais steuert. Ferner ist eine temperaturempfindliche Brücke bekannt, bei der ein
weiterer Brückenwiderstand in Abhängigkeit von der Luftfeuchtigkeit in einem zu
klimatisierenden Raum verändert wird. Das Ausgangssignal dieser Brücke wird, gegebenenfalls
nach Verstärkung, einem Relais zugeführt.
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Der Nachteil dieser bekannten Temperaturregeleinrichtungen liegt darin,
daß sie es nicht gestatten, eine Vielzahl von Kühl- und/oder Heizstufen zu regeln.
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Demgegenüber liegt die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe darin,
eine Temperaturregeleinrichtung so auszugestalten, daß von ihr eine Vielzahl von
Kühl- und/oder Heizstufen gesteuert werden kann. _ Die Lösung der erfindungsgemäßen
Aufgabe ist bei einer Temperaturregeleinrichtung, bestehend aus einer temperaturempfindlichen
Brücke, die über einen Verstärker und eine phasenempfindliche Schaltung mit Steuermitteln
einer Heiz- oder Kühleinrichtung verbunden ist und die zwischen einen Oszillator
und den Verstärker geschaltet ist, wobei der Verstärker selbst über eine Phasenvergleichsstufe
mit einer Ausgangsstufe verbunden ist, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender
Merkmale: Die Phasenvergleichsstufe ist aus mindestens vier Einweggleichrichtern
gebildet, die jeweils aus einer Reihenschaltung einer 'Gleichrichterdiode mit zueinander
parallelgeschaltetem Kondensator und veränderbarem Widerstand bestehen und von denen
jeweils zwei gleichsinnig diodenseitig mit den beiden äußeren Anschlüssen.- der
Sekundärwicklung eines Verstärkerausgangstransformators und die widerstandsseitig
gemeinsam über die Sekundärwicklung eines Transformators für die Bezugswechselspannung
mit der Mittelanzapfung - der Sekundärwicklung des Ausgangstransformators verbunden
sind. Die AusgangsAtüfe besteht aus einer der Zahl der zu steuernden Heiz- und/oder
-Kühlstufen entsprechenden Anzahl von Relais und Transistoren, in deren Kollektor-Emittes-Kreisen
die Relaiswicklungen geschaltet sind und deren Basiselektroden mit den zugeordneten
Einweggleichrichtern jeweils im Punkt zwischen dem Widerstand und der Gleichrichterdiode
verbunden sind, während die Emitter in einem Punkt zusammengeführt sind, der über
Widerstände mit den Basiselektroden verbunden ist.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
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Die vollständige Schaltung enthält einen Sinus-Oszillator 1, eine
Thermistor-Brücke 2, einen Wechselstromverstärker 3, eine Phasenvergleichsschaltung
4 und eine Ausgangsstufe 5. Der Ausgang des Oszillators 1 ist an die Brücke
2 geführt, in welcher der Widerstand eines als Fühlglied dienenden Thermistor-Elementes
mit einem logarithmisch veränderbaren Widerstand verglichen wird. Das Regelsignal,
das bei nicht ausgeglichener Brücke entsteht, wird im Verstärker 3 verstärkt und
in der Stufe 4 hinsichtlich seiner Phase mit der Phase der Sinus-Schwingungen verglichen,
wodurch die Richtung der Abweichung des Brückengleichgewichtes bestimmt ist, da
ein Phasensprung von 180° auftritt, wenn die Brücke durch den abgeglichenen Zustand
geht. Das Ausgangssignal der Schaltstufe 4 wird in der Ausgangsstufe 5 zur Betätigung
von Relais benützt, um Heiz- oder Kühlmittel in Abhängigkeit von den Bedingungen
des Fahrzeuges zu betätigen.
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Der Oszillator 1 besteht aus einem Kondensator 6, einem Transformator
7 und dem Transistor B. Wie ersichtlich, dient die Primärwicklung 9 des Transformators
als Induktivität des Schwingungskreises. Die Frequenz der Schwingungen kann daher
durch Veränderung der Transformatorwicklungen abgestimmt werden. Eine Sekundärwicklung
10 speist die Brücke 2, und eine weitere Sekundärwicklung 10 a dient für den später
beschriebenen Phasenvergleich.
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In der Brücke 2, an welche der Wechselspannungsausgang des Oszillators
1 direkt angeschlossen ist, enthalten zwei Zweige die Brückenwiderstände 11, während
die anderen zwei Zweige durch einen als Temperaturfühler dienenden Thermistor 12
und einen Vergleichswiderstand 13 gebildet werden, wobei der Widerstand 13 als Temperaturwähler
dient, d. h. zur Einstellung der gewünschten Temperatur. Der Widerstand 13 ist kontinuierlich
veränderbar, vorzugsweise nach einer logarithmischen Kennlinie, so daß die einzuregelnde
Temperatur über einen weiten Bereich gewählt werden kann. Der Thermistor 12 ist
in dem Luftkreislauf der Klimaanlage angeordnet, so daß sein Widerstand sich mit
der Lufttemperatur z. B. im Fahrzeug ändert. Wenn diese Temperatur höher oder niedriger
ist als der gewünschte Wert, kommt die Brücke 2 aus dem Gleichgewicht, und ein kleines
Regelsignal tritt auf.
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Die Brücke 2 ist an die Treiberstufe des Verstärkers 3 angeschlossen,
welche aus einem Paar im Gegentakt geschalteter Transistoren 14 besteht. Die Treiberstufe
selbst ist über einen Phasenumkehr transformator 17 mit der Ausgangsstufe des Verstärkers,
bestehend aus den Transistoren 16, verbunden. Beide Stufen des Verstärkers werden
vorgespannt und stabilisiert durch die Spannungsteiler 18 und die Emitterwiderstände
19. Ein Vorwiderstand 33 erlaubt die Verwendung von Transistoren 14 für kleine Spannungen.
Die Widerstände 34 bilden einen Stromweg zur Brücke 2, wenn diese außer Gleichgewicht
ist. Wenn beispielsweise die Verbindung zwischen 11 und 12 positiv ist, im Hinblick
auf die Verbindung zwischen 11 und 13, dann fließt durch den oberen Widerstand 34
ein Strom, und ein Teil dieses Stromes fließt durch den unteren angeschlossenen
Widerstand 18, den Widerstand 19 und den Basis-Emitter-Kreis des unteren Transistors
14. An Stelle der Widerstände 34 kann ein Transformator mit primärseitiger Mittelanzapfung
verwendet werden.
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Die Schaltstufe 4 wird über einen Phasenumkehrtransformator
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gespeist. Das Bezugssignal aus der Sekundärwicklung 10 a wird derart in diese Schaltstufe
eingeführt, daß es mit dem Signal vom Verstärker 3 algebraisch addiert wird. Die
resultierenden Signale, die von der Phase und der Amplitude des verstärkten Signals
abhängen, werden an verschiedene Transistoren 22, 23 und 24 angelegt, wodurch diese
entsprechend der Größe und dem Vorzeichen der genannten Signale leitend werden und
nachgeschaltete Relais erregen. Von den nachgeschalteten Relais dient beispielsweise
das Relais 25 zur Einschaltung einer Kühlvorrichtung mit halber Leistung, das Relais
26 zur Einschaltung, dieser Kühleinrichtung mit voller Leistung und das Relais 27
zur Einschaltung einer Heizeinrichtung. Die drei genannten Transistoren werden mit
derselben Vorspannung betrieben. Eine Gleichstromquelle 32 dient für die Speisung
des Oszillators 1, des Verstärkers 3 und zur Erregung der Relais 25 bis 27.
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Die Verstärkerausgangssignale werden durch vier in Form von zwei Brücken
mit den Knotenpunkten a bis f und den Ladewiderständen 29 geschaltete Dioden 28
gleichgerichtet. Zur Siebung dienen die Kapazitäten 30. Ein Kondensator 31 korrigiert
die durch die Transistoren 14 und 16 hervorgerufenen Phasenverschiebungen.
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Falls gewünscht, kann ein zusätzlicher Transistor zur Steuerung eines
weiteren Heizrelais in dem unbesetzten Teil der Ausgangsschaltung, symmetrisch zum
Transistor 22, vorgesehen werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist
dieser zusätzliche Transistor nicht vorgesehen, wobei die Impedanz zwischen
d und f entsprechend ausgelegt ist.
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Im nachfolgenden sei die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltung
erläutert.
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Wenn die Basis eines oder mehrerer der Transistoren 22, 23 und 24
gegenüber dem Punkt d negativ vorgespannt ist, wird der Transistor leiten, wobei
die Größe des Stromes von der Größe dieser Vorspannung abhängt.
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Wenn die Temperatur im Fahrzeug den gewünschten Wert besitzt, ist
die Brücke 2 im Gleichgewicht, und der Verstärker 3 gibt kein Ausgangssignal ab.
Die einzige Spannung in der Phasenvergleichsschaltung ist durch das Bezugssignal
gegeben, welches an den Punkten a, b, e und f auftritt. Wenn die Punkte
a, b, e und f alle auf demselben Potential liegen, wird auch der Punkt d
auf diesem Potential liegen, und die Transistoren 22, 23 und 24 sind
gesperrt.
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Falls die Temperatur höher ist als der gewünschte Wert, kommt die
Brücke 2 aus dem Gleichgewicht, und ein Steuersignal wird erzeugt. Unter diesen
Umständen erscheint das Signal an den Punkten 21 c und 21 a, ist mit dem Bezugssignal
aus der Wicklung 10 a gegenphasig und wird von ihm subtrahiert, während die Signale
an den Punkten 21 c und 21 f in Phase mit dem Bezugssignal sind und zu ihm addiert
werden. Demzufolge ergibt sich eine Verminderung des Potentials an den Punkten
a und b und eine Zunahme der Potentiale an den Punkten e und f. Daher
werden die Punkte a und b negativ gegenüber dem Punkt d, und die Transistoren
22 und 23 werden leitfähig, wodurch die Relais 25 und 26 zur Einschaltung der Kühleinrichtung
erregt werden. Wenn die Potentiale an den Punkten e und f positiv gegenüber dem
Punkt d werden, wird der Transistor 24 und, falls vorgesehen, der zusätzliche Transistor
gesperrt. Bei Verkleinerung des Steuersignals werden die Spannungen an den Punkten
a und b steigen, während an den Punkten e und f die Spannungen absinken.
Daher werden auch die negativen Vorspannungen der Transistoren 22 und 23 absinken,
bis zunächst der Transistor 22 gesperrt wird und später der Transistor 23. Das Intervall,
das zwischen der Sperrung des ersten Transistors und der Sperrung des zweiten Transistors
besteht, kann verändert werden durch die Veränderung der Ladewiderstände 29, die
mit den Punkten e und b verbunden sind. Eine andere oder zusätzliche Möglichkeit
zur Veränderung des Intervalls besteht in der Veränderung des Wicklungsverhältnisses
für verschiedene Abgriffe der Sekundärwicklung des Transformators 21, an die die
Punkte b und e geführt sind.
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Sobald die Temperatur im Fahrzeug unter den gewünschten Wert absinkt,
kommt die Brücke 2 wieder aus dem Gleichgewicht, jedoch in entgegengesetzter Richtung
gegenüber dem vorher beschriebenen Fall. Die an den Punkten 21 c und 21 a auftretenden
Signale sind in Phase mit dem Bezugssignal und werden mit ihm addiert, während die
an den Punkten 21 c und 21 f auftretenden Signale in Gegenphase mit
dem Bezugssignal sind und von diesem subtrahiert werden. Die Punkte a und
b werden demzufolge eine Potentialerhöhung aufweisen und im Hinblick auf
d positiv werden, während die Punkte e und f im Hinblick auf d negativ werden.
Der Transistor 23 und, falls vorgesehen, der zusätzliche Transistor werden leitend
und erregen die der Heizvorrichtung zugeordneten Relais. Die Heizung wird wirksam
bleiben, bis wieder ein Gleichgewichtszustand erreicht ist.
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Es wurde gefunden, daß die Verwendung von zwei im Gegentakt geschalteten
Transistoren 14 in der Treiberstufe des Verstärkers 3 eine befriedigende Wirkung
der Schaltung ergibt, sogar unter Bedingungen, bei welchen sehr große Steuersignale
durch die Brücke 2 abgegeben werden, wie es beispielsweise der Fall ist, wenn die
auftretenden Temperaturen außerordentlich weit von den eingestellten Temperaturen
abweichen. In den Fällen, in denen derartige extreme Bedingungen nicht auftreten
werden, kann die Treiberstufe durch einen einzigen Transistor gebildet werden, der
von der Brücke 2 über einen Koppelkondensator gespeist wird, der die Gleichstromkomponenten
im Regelsignal abblockt.