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Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung und insbe-
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sonder eine Regeleinrichtung zur Regelung der Strom-bzw. Spannungsversorgung
einer Last.
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Der Ausdruck 'Regeleinrichtung" kann neben der Regelung im Sinne einer
geschlossenen Regel schleife auch die reine Steuerung umfassen.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Haushaltsgeräten,
beispielsweise von elektrischen Pfannen, Bügeleisen usw. im einzelnen bescirieben,
obgleich diese Erfindung nicht auf derartige Gerite beschränkt ist.
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Vielmehr kann das erfindungsgemässe Regelsystem auch bei anderen Heizgeräten,
wie beispielsweise bei Raumheizern und anderen Einrichtungen, beispielsweise bei
Kochtöpfen, Kesseln, Pfannen, Wassersiedern, Gaostern, Öfen und dgl., verwendet
werden.
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Bügeleisen weisen üblicherweise eine Bügelplatte, ein mit der Bügelplatte
in Wärmekontakt stehendes Heizelement sowie einen Ein-/Aus-Schalter zum Ein- und
Ausschalten des Hei#elements auf. Der Ein-/Aus-Schalter arbeitet gewöhnlich mit
einem Bi-Metall-2hermostaten zusammen, der an der Bügelplatte angebracht ist und
das Heizelement immer dann ausschaltet, wenn eine mit dem Ein-/Aus-bzw. Einstellschalter
eingestellte Temperatur von der Temperatur der Bügelplatte erreicht ist.
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Entsprechend weisen elektrische Bratpfannen und andere elektrische
Kochgeräte auch eine Grundplatte und ein mit der Grundplatte in Wärmekontakt stehendes,
thermostatisch gesteuertes bzw. geregeltes Reizelement auf.
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Die herkömmlichen Ein-/Aus- bzw. Einstellschalter weisen jedoch den
Nachteil auf, dass sie bei Einstellungen mit
relativ geringer Temperatur
nicht ausreichend gut und sicher steuern bzw. regeln oder gesteuert bzw. geregelt
werden können. Bi-Metall-2hermostaten ermöglichen zu grosse Temperaturabweichungen,
was zunächst zum Kochen und danach zur vollständigen Unterbrechung des Kochvorgangs
führt, wenn das Heizelement ein- und ausgeschaltet wird. Die herkömmlichen Schalter
können auch thermische Über- und Unterschwingungen der Temperatur der Bügel- oder
Grundplatte, die durch thermische Verzögerung der Bügel- oder Grundplatte des Geräts
hervorgerufen werden,nicht in ausreichendem Masse regeln bzw. steuern.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung
zu schaffen, mit der eine bessere Regelung möglich ist und die beschriebenen Nachteile
herkömmlicher Art vermieden werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit den'im kennzeichnenden Teil
des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Mit der erfindungsgemässen Regeleinrichtung ist eine Tenpe raturregelung
übe- einen breiten Temperatureinstellungsbereich und mit einem schnelleren Ansprechverhalten
möglich.
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Die vorliegende Erfindung schafft also Regelanordnungen, die insbesondere
für Bügeleisen, Bratpfannen oder entsprechende elektrische Geräte geeignet sind,
um die Strom- bzw.
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Spannungsversorgung derartiger Geräte zu regulieren.
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Die erfindungsgemässe Regeleinricht#ng ist insbesondere im Zusammenhang
mit Anwendungen besonders vorteilhaft, bei denen die elektrische Energie in Impulsform
oder in Form von Wechselstrom bzw. Wechselspannung der Last bereitgestellt wird.
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Der Temperaturfühler misst und überwacht unter anderem die Temperatur
der Bügelplatte oder der Grundplatte des Geräts.
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Der Temperaturfühler kann ein Sensor in Form eines temperaturabhängigen
Elements,
vorzugsweise ein Hochtem#eratur-Thermistor bzw. ein Thermistor für hohe Temperaturen
sein, der mit der Bügelplatte oder der Grundplatte des Geräts in Wärmekontakt steht.
Der Thermistor kann einen positiven oder negativen Temperaturkoeffizienten aufweisen.
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Vorzugsweise sollte der Thermistor einen negativen Temperaturkoeffizienten
besitzen. Wenn die erfindungsgemässe Regeleinrichtung zum Regeln eines elektrischen
Heizkörpers, eines Raumheizers oder dgl. verwendet werden soll, kann das temperaturempfindliche
Element auch an irgendeiner geeigneten Stelle angebracht werden, an der Temperaturänderungen
abgefühlt werden sollen.
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Die Temperaturabfühlung dient der Temperaturmessung an der Fläche
der Bügel- oder Grundplatte. Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass
die Temperaturänderung an der Oberfläche der Grund- oder Bügelplatte auf Grund des
längeren thermischen Wegs kleiner als an der Stelle des Temperatursensors ist. Die
Stelle, an der der Temperaturfühler angebracht wird, kann durch Untersuchungen ausgewählt
bzw. ermittelt werden, um eine thermische Verzögerung möglichst klein zu halten.
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Die Bedienungs- bzw. Einstelleinrichtung kann ein Steuerfeld mit einer
~Tastatur und/oder mit einem T,emperatureinsteller in Form einer Einstellscheibe,
etwa ein Potentiometer sein. Der Temperatureinsteller kann vom Benutzer des Geräts
zur Einstellung der gewünschten Betriebstempenatur eingestellt werden. Das tastenfeld
kann mehrere Druck- oder Berührungsschalter mit geringer Stromaufnahme aufweisen.
Die Schalter können leitende Gummitasten oder bei Berührung schaltende Elektroden
sein, wie sie üblicherweise im Zusammenhang mit integrierten Schaltungen verwendet
werden. Ein Ein-/Aus-Schalter für das Gerät kann auf dem Bedienungsfeld vorgesehen
sein.
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Gemäss einer bevorzugten Ausführungsforn-der Erfindung kann die Regeleinrichtung
eine Zeitsteuereinrichtung aufweisen, mit der das Heizelement nach Ablauf einer
vorgegebenen Zeitdauer automatisch abgeschaltet wird. Wenn eine solche Zeitsteuereinrichtung
vorgesehen ist, sollte vorzugsweise auch die Möglichkeit vorgesehen sein, diese
Zeitsteuereinrichtung von Hand ausser Funktion zu setzen.
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Dazu ist ein Handschalter erforderlich. Durch die Betätigung des Randschalters
kann auch die Regeleinrichtung ein- und ausgeschaltet werden.
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Gemä#ss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist
de Bedienungseinrichtung mehrere Zeitschalter auf, mit denen die gewünschte Betriebsdauer
jeweils eingestellt werden kann.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Regeleinrichtung
weist eine Anzeigeeinrichtung auf, die aus einer geeigneten Anordnung von Anzeigeelementen,
beispielsweise aus mehreren lichtemittierenden Dioden (LED-Dioden) bestehen kann,
um den Betriebszustand der Regeleinrichtung anzuzeigen. Vorzugsweise ist wenigstens
ein Anzeigeelement dafür vorgesehen, eine intermittierende bzw. diskontinuierliche
Anzeige immer dann zu schaffen, wenn die Temperatur oberhalb oder unterhalb der
eingestellten Temperatur liegt. Dieses oder jedes Anzeigeelement kann immer dann
eine konstante bzw.
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kontinuierliche Anzeige aufweisen, wenn die Temperatur des Geräts
die eingestellte Temperatur erreicht bzw. mit dieser übereinstisat.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform flackert das Anzeigeinstrument
schnell, wenn die Temperatur oberhalb der eingestellten Temperatur liegt, und das
Anzeigeelement flackert langsam, wenn die Temperatur unterhalb der eingestellten
Temperatur liegt. Bei einer weiteren Ausführungsform können die Anzeigeelemente
die gleiche oder eine
ähnliche alternierende Anzeige, beispielsweise
mit einer Flackerfrequenz von 2 Hz aufweisen, wenn die Temperatur über oder unter
der gewünschten bzw. eingestellten Temperatur liegt. Die Anzeigeeinrichtung kann
auch so ausgebildet sein, dass sie nur dann anzeigt, wenn die Temperatureinstellung
geändert wird. Vorzugsweise wird die Anzeigeeinrichtung dann eingeschaltet, wenn
der Temperatureinsteller während eines vorgegebenen Zeitraums, beispielsweise innerhalb
von 2 Sekunden wenigstens um 5 % verändert wird.
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Das Anzeigeelement kann stetig bzw. kontinuierlich aufleuchten, wenn
die Temperatur der Bügel- bzw. Grundplatte die gewünschte, eingestellte Temperatur
erreicht hat. Die kontinuierliche Anzeige sollte möglichst nicht von Temperaturschwankungen
in der Bügel- bzw. Grundplatte beeinflusst sein, die durch Änderungen oder Schwankungen
der thermischen Last (beispielsweise beim Ausschütten) hervorgerufen werden.
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Auf diese Weise kann die Anzeigeeinrichtung auf eine für einen den
gewünschten Kochvorgang (im Fall eines Kochgeräts) oder ein bestimmtes Gewebe (im
Fall eines Bügeleisens) zu hohe Temperatur aufmerksam machen. Die Anzeige-' einrichtung
ist vorzugsweise auf dem Bedienungsfeld angeordnet.
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Die Anzeigeelemente können mit den Schaltern des Bedienungsfeldes
im Zusammenhang stehen. Ein Anzeigeelement kann dem jeweiligen Schalter derart zugeordnet
sein, dass bei Betätigen eines Schalters das zugeordnete Anzeigeelement aufleuchtet,
um anzuzeigen, dass dieser bestimmte Schalter betätigt wurde.
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Die erfindungsgemässe Regeleinrichtung kann weiterhin einem akustischen
Signalgeber bzw. eine akustische Warneinrichtung
aufweisen. Der
akustische Signalgeber ist vorzugsweise mit der optischen Anzeigeeinrichtung kombiniert
und warnt bei Temperaturänderungen des Geräts akustisch. Der akustische Signalgeber
kann ein Piezotongeber sein, der aslf eine geeignete Tonfrequenz eingestellt bzw.
abgestimmt ist.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Piezotongebers
gibt dieser einen diskontinuierlichen bzw. intermittierenden Ton mit derselben oder
einer ähnlichen Frequenz wie die Anzeigeelemente der optischen Anzeige ab. Wenn
die Temperatur eine neu eingestellte Temperatur erreicht, kann der Piezotongeber
dann eine bestimmte Zeit, beispielsweise eine Sekunde lang einen Ton abgeben.
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Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann
der Prozessor eine Trigger- bzw. Ansteuerschaltung aufweisen, die die Laststeuerstufe
schaltet.
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Der Prozessor kann auch ein Mikroprozessor sein, der seinerseits eine
diskrete integrierte Schaltung in LSI-Bauweise oder ein Mikroprozessor auf einem
einzigen Chip bzw. in Form eines einzigen Bauteils ist.
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Der Prozessor ~#miasst vorteilhafterweise eine Steuereinheit und einen
Speicher. Er kann auch einen Festwertspeicher aufweisen. Der Mikroprozessor und
der Festwertspeicher können auf einem einzigen Mikrocomputer-Chip untergebracht
sein. Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Mikrocomputer
ein Vier-Bft-Element auf einem einzigen Chip, wie es beispielsweise von der Firma
Hitachi als Typ HMCS 42 angeboten wird. Der Mikrocomputer kann auch ein Vier-Bit-Bauteil
der Firma National Semiconductor aus der COPS-Familie, etwa die Schaltung COP 311L
sein. Der Prozessor erhält Information
vom Temperaturfühler und
von der Bedienungseinrichtung zugeleitet und verarbeitet diese Information dann.
Vorzugsweise wird die abgefühlte Temperatur kontinuierlich oder immer wieder mit
der durch den Temperatureinsteller eingestellten Temperatur verglichen.
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Vorzugsweise besitzt die erfindungsgemässe Regeleinrichtung einen
Daktsignalgenerator, der dem Prozessor Taktsignale bereitstellt und eine Takt- bzw.
Zeitsteuerschaltung, beispielsweise eine RC-Oszillatorschaltung aufweist, die mit
dem Prozessor verbunden ist. Die Taktsignalfrequenz der RC-Oszillatorschaltung kann
vorteilhafterweise 420 KHz betragen. Im Taktsignalgenerator können Schaltungen vorgesehen
sein, die die Null-Durchgäne der Netzspannung feststellen. Gemäss einer vorzugsweisen
Ausführungsform kann eine 50 Hz (oder eine 60 Hz) Rechteckschwingung zur Zeitsteuerung
und zum Null-Durchgang-Bezug von der Netzspannung abgeleitet werden.
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Die Laststeuerstufe der vorliegenden Erfindung steht vorzugsweise
mit dem Prozessor in Verbindung und reguliert die Spannung bzw. den Strom, die bzw.
der der Last, beispielsweise einem sich aufheizenden Widerstandselement, zugeleitet
wird. Der Prozessor kann die Last steuer stufe ihrerseits steuern, um die der Last
bereitgestellte elektrische Energie zu regulieren. Wenn der Last elektrische Energie
in Impulsform bereitgestellt wird, sollte der Prozessor die Laststeuerstufe ansteuern,
wenn die zu übertragende Energie am kleinsten ist. Dadurch werden Störsignale oder
ein Rauschen auf Grund der Schaltvorgänge klein gehalten und Hochfrequenzfilter
oder dgl. brauchen nicht oder nur in geringem Umfang verwendet zu werden.
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Die Last steuer stufe weist vorzugsweise einen Festkörper-bzw. einen
Halbleiterschalter, beispielsweise einen siliciumgesteuerten Gleichrichter oder
einen riac auf, mit
dem der Strom bzw. die Spannung für die Last
geschaltet wird. Der Prozessor kann mit der Laststeuerstufe über eine Schnittstelle
bzw. ein Schnittstellenelement verbunden sein, das gemäss einer bevorzugten Busführungsform
ein Schaltelement, beispielsweise einen Transistor, aufweist.
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Der Prozessor gemäss der vorliegenden Erfindung weist vorzugsweise
einen Trigger- bzw. Ansteuersignalgenerator auf, der für die Laststeuerstufe Trigger-
bzw. Ansteuerimulse liefert. Jeder Triggerimpuls wird in zeitlicher tibereinstimmung
mit dem Null-Durchgang der Netzspannung erzeugt, um dadurch das zuvor beschriebene
Rauschen beim Schaltvorgang klein zu halten. Die Triggerimpulse können oder sollten
relativ kurze Impulsdauern aufweisen, um die Energieaufnahme bzw. -verluste in der
Triggerschaltung möglichst gering zu halten. Vorzugsweise weisen die Triggerimpulse
Impulsdauern von 100/us auf.
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Der Prozessor steuert die Laststeuerstufe, indem er die Zeitdauer,
während der die elektrische Energie in einer vorgegebenen Regeiperiode bzw. einem
vorgegebenen Regelzeitraum, beispieLsweise von 1 Sekunde, der Last bereitgestellt
werden ##llte, ermittelt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann
der Prozessor ein Tast- bzw. ein Schaltverhältnis zwischen Null und fünfzig vollen
Zyklen der Energie ermitteln, die alle fünfzig Zyklen der Last bereitgestellt werden
sollen.
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Der Prozessor ermittelt das Tastverhältnis vorzugsweise in Abhängigkeit
von der Temperaturdifferenz zwischen dem Temperaturfühler und der mit dem Temperatureinsteller
eingestellten Temperatur. Darüberhinaus kann der Prozessor das Tastverhältnis in
Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, mit der sich die Temperatur ändert, festlegen
Wenn die Temperaturänderungsgeschwindigkeit am Temperaturfühler dafür herangezogen
wird, kann die Regeleinrichtung die
Strom- bzw.Spannungszufuhr
in einer Weise regeln, dass die thermischen Überschwingungen, die normalerweise
auf Grund von thermischen Verzögerungen der Grund- bzw. Bügelplatte auftreten, klein
gehalten werden können. Wenn beispielsweise die Last oder die Temperatureinstellung
sich plötzlich ändert, kann das Ansprechverhalten der Regeleinrichtung bei einem
plötzlichen Temperaturabfall, beispielsweise beim Hineinschütten der kalten, zu
kochenden Speisen auf diese Weise wesentlich verbessert werden.
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Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung berechnet der
Prozessor die Anzahl der Zyklen der Energie (das Tastverhältnis), die während der
darauffolgenden Regelperiode an die Last abgegeben werden soll, in der folgenden
Weise: N ist gleich der Anzahl der Zyklen (0 bis 50) der der Last bereitgestellten
Energie.
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PT ist gleich der mit dem Temperatureinsteller eingestellten Temperatur
(ob), FT ist gleich der vom Temperaturfühler festgestellten Temperatur (°C) der
Bügel- bzw. Grundplatte des Geräts.
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(23) ist der Index für die nächste Regelperiode.
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(22) ist der Index für die gerade, ablaufende Regelperiode.
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(T1) ist der Index für die vorausgegangene Regelperiode.
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Es gilt dann n(T3) gleich N(T2) plus A(PU(T2) - Zu(22)) -B (FR(T2)
- FT(T1)).
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Die Werte für die Koeffizienten A und B können 3 bzw. 2 sein. Es ist
jedoch vorteilhaft, diese Werte auf einem
Emulator zu ermitteln,
um optimale Ansprechzeiten ohne zu grosse Überschwingungen zu erhalten.
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Wenn die erfindungsgemässe Regeleinrichtung in einem elektrischen
Bügeleisen verwendet wird, kann die auf Grund der thermischen Trägheit der Bügelplatte
vorhandene thermische Über schwingung zusätzlich durch eine Verringerung der der
Last bereitgestellten Energie klein gehalten werden, wenn sich die vom Temperaturfühler
festgestellte Temperatur der mit dem Gemperatureinsteller eingestellten Temperatur
nähert. Der Prozessor kann das Tastverhältnis derart verkleinern, dass die der Last
zugeführte Energie auf 75 % der vollen Energie verringert wird, wenn die vom Temperaturfühler
festgestellte Temperatur eine Temperatur erreicht, die 400 C unterhalb der eingestellten
Temperatur liegt. Wenn der Temperaturfühler eine- Temperatur von etwa 100 C unterhalb
der ein-gestellten Temperatur misst, kann die Energie proportional dazu bereitgestellt
werden.
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Insbesondere, wenn die erfindungsgemässe Regeleinrichtung bei einem
Bügeleisen verwendet wird, schaltet der Prozessor die Strom- bzw. Lpannungsversorgung
für die Last immer dann ab, wenn das Gerät in seiner Ruhelage oder nicht in Benutzung
ist. Es konnte nämlich festgestellt werden, dass die Änderung der Zyklenanzahl der
der Last bereitgestellten Energie in einer Regelperiode unabhängig von der Art der
Last bzw. des Heizelements bei nicht benutztem Bügeleisen kleiner ist, als wenn
das Bügeleisen benutzt wird.
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Der Prozessor kann daher vorzugsweise Einrichtungen aufweisen, die
ermitteln, ob die Anderungsrate der Zyklenzahl der der Last bereitzustellenden Energie
bzw. Spannung unterhalb eines Schwellwerts liegt. Der Schwellwert kann auf dem Bedienungsfeld
eingestellt werden oder fest im Programm gespeichert sein.
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Der Prozessor misst die Zeitdauer, während der die Anderungsrate der
Zyklen unterhalb des Schwellwerts liegen, beispielsweise mit einem Abschaltzähler.
Jedesmal, wenn eine Änderung grösser als der Schwellwert auftritt, wird der Abschaltzähler
auf Null zurückgesetzt. Wenn die Änderung unterhalb des Schwellwerts ist, wird der
Abschaltzähler während einer Regelperiode um eins in seinem Zählerstand erhöht,
bis er den Abschaltzählerstand erreicht.
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Der Abschaltzählerstand kann entsprechend gewählt werde.
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Vorzugsweise ist der Abschaitzählerstand 200 bis 300 Regelperioden
oder etwa 4 bis 6 Minuten.
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Wenn der Zählerstand des Abschaltzählers den Abscháltzählerstand erreicht,
schaltet der Prozessor den Strom bzw.
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die Spannung für die Last ab. Dadurch wird das Bügeleisen automatisch
ausgeschaltet, wenn es unbeaufsichtigt gelassen wird oder in seiner Ruhestellung
steht.
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Der Prozessor kann zusätzlich auch immer dann, wenn das Bügeleisen
nicht benutzt wird und sich in der waagerechten Lage befindet, eine schnellere Abschaltung
vornehmen.
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Dafür kann das Regelsystem Einrichtungen aufweisen, die feststellen,
ob sich das Bügeleisen in horizontaler oder vertikaler Lage befindet. Der die horizontale
Lage feststellende Detektor kann ein Quecksilber-(Schwerkraft-) Schalter sein, der
mit dem Prozessor verbunden ist. Wenn der die horizontale Lage feststellende Detektor
ermittelt, dass das Bügeleisen in seiner horizontalen Lage ist, verringert der Prozessor
den Abschaltzählerstand. Bei spielsweise kann der Prozessor den Abschaltzählerstand
auf etwa 30 Regelperioden oder auf etwa 30 Sekunden verringern.
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Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsforn zeigt die Anzeigeeinrichtung
das Abschalten an. Beispielsweise leuchten die Anzeigeelemente dann während einer
kurzen Dauer diskontinuierlich bzw. intermittierend auf, worauf dann eine relativ
längere Pause folgt, und dies wird dann
solange wiederholv, bis
das Gerät rückgesetzt wird. Vorzugsweise besteht die diskontinuierliche Anzeige
aus 12 eingeschalteten, 12 ausgeschalteten, 12 eingeschalteten und 50 ausgeschalteten
Zyklen. Diese Anzeigefolge kann kontinuierlich weiterlaufen, Bei Verwendung eines
akustischen Signalgebers können die Töne mit derselben Reihenfolge und mit derselben
Frequenz abgegeben werden. Die Regeleinrichtungen können durch Ausschalten des Netzschalters
wieder rückgesetzt werden, so dass dann das Gerät wieder normal arbeitet.
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Der Prozessor kann auch Zeitsteuereinrichtungen bzw.
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Möglichkeiten für eine Betriebszeiteinstellung aufweisen, wie dies
bereits beschrieben wurde. Die Betriebszeiteinstellung schaltet die Last steuer
stufe nach Verstreichen eines vorgegebenen Zeitraums, etwa durch Abschalten der
Triggerschaltung ab. Die Zeitsteuereinrichtung kann durch Betätigen von Zeiteinstellschaltern
auf dem Bedienungsfeld gesteuert werden. Vorzugsweise wird die Zeitsteuereinrichtung
nicht beeinflusst, wenn der Temperatureinsteller in seine Aus-Stellung zurückgedreht
wird. Dabei wird die Last von der Stromversorgung abgeschaltet, es sollte jedoch
der Zustand der Zeiteinstellung oder die Möglichkeit zur Überbrückung durch Handbetrieb
dadurch nicht beeinflusst werden. Die Zeitschalter dienen jeweils' dazu, eine jeweils
andere Zeitdauer zu wählen. Durch Schalten mehrerer Zeit schalter kann auch die
Betriebszeit kumulativ eingestellt werden. Wenn ein Zeit schalter einmal betätigt
wurde, und dieser Schalter dann nochmals betätigt wird, so hat diene nochmalige
Betätigungen keinen Einfluss bis die Einstellzeit abgelaufen oder die Aufhebung
durch Handbetrieb vorgenommen ist.
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Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können mit
den Zeitschaltern Betriebszeiten von 1/4 Stunden, 1/2 Stunden, 1 Stunde bzw. 2 Stunden
eingestellt werden.
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Das Schalten aller vier Schalter ergibt dann eine Gesamtbetriebsdauer
von 3 3/4 Stunden. Der Prozessor kann diese Zeiten für die Verwendungen der Regeleinrichtung
bei Heizkörpern usw. auf 1, 2, 4 oder 8 Stunden ändern.
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Die Anzeigeelemente der Anzeigeeinrichtung zeigen gemäss einer bevorzugten
Ausführungsform die Zeit an, die noch verbleibt bis die Laststeuerstufe von der
Zeitsteuereinrichtung automatisch abgeschaltet wird. Die LED-Elemente können auch
ihren Anzeigezustand ändern, um die bis zum automatischen Abschalten verbleibende
Zeit anzuzeigen.
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Durch eine von Hand zu betätigende Aufheb-Einrichtung, kann die Zeitsteuereinrichtung
zu jedem Zeitpunkt ausser Funktion gesetzt werden. Die Anzeigeeinrichtung kann dann,
wenn die eingestellte Zeit abgelaufen ist, eine diskontinuierliche Anzeige abgeben,
um beispielsweise darauf hinzuweisen, dass der Kochvorgang abgeschlossen ist.
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Bei Verwendung eines akustischen Signalgebers kann dieser nach Ablauf
der eingestellten Zeit Tonsignale abgeben.
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Bei Verwendung eines Piezotongebers kann dieser während einer Dauer
von 1 Sekunde einen Ton abgeben, der darauf hinweist, dass die eingestellte Zeit
abgelaufen ist.
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Nach Ablauf der eingestellten Zeit ist gemäss einer bevorzugten Ausführungsform
vorgesehen, eine Warmhaltung vorzunehmen. Die Warmhalt-Anordnung hält das Beizelelement
bzw.
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die Last auf einer konstanten etwas erhöhten Temperatur, nachdem die
eingestellte Zeit abgelaufen ist. Die etwas erhöhte Temperatur sollte vorzugsweise
über 600 C liegen, um die Entstehung bzw. die Vermehrung von Bakterien zu verhindern.
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Die Wa#mhalteanordnung kann ein festes Element enthalten bzw. aus
einem festen Element bestehen, dessen Widerstandswert, der gewünschten Warmhaltetemperatur
entspricht. Der Prozessor stellt den Widerstandswert des festen Elements anstelle
den Widerstandswert des Temperatureinstellers fest.
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Der Demperaturfühler ist vorzugsweise über eine geeignete Schnittstelle,
die einen Analog-/Digital-Wandler enthten kann, mit dem Prozessor verbunden. Vorzugsweise
besteht der Analog-/Digital-Wandler aus einem Integrationskondensator. Der Kondensator
kann abwechselnd vom Temperatureinsteller oder dem Temperaturfühler aufgeladen werden.
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Vorzugsweise wird ein Fondensator mittels eines Transistors rückgesetzt,
der vom Prozessor gesteuert wird.
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Der Analog-/Digital-Wandler kann ein Schmitt-Trigger sein, der zu
Beginn jeder Aufladperiode eingeschaltet wird und mit dem Schmitt-Trigger-Abschaltpegel
abschaltet. Dies ist sowohl für den Temperatureinsteller als auch für den Temperaturfühler
möglich.
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Der Vorteil des zuvor beschriebenen Analog-/Digital-Umsetzers liegt
darin, dass er nur die sich wiederholenden Ergebnisse für zwei aufeinanderfolgende
Regelperioden bereitstellen muss, um festzustellen, ob sich der Temperatureinsteller
geändert hat. Ein Analog-/Digital-Umsetzer dieser Art ermöglicht darüberhinaus grosse
Änderungen in den absoluten Ablesungen auf Grund langzeitlicher Änderungen (die
länger als 2 Sekunden sind) der Taktfrequenz und des Eingangs- bzw. Eingabeschwellwert
des Prozessors.
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Der Temperaturfühler ist vorzugsweise so angeordnet, bzw.
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eingestellt, dass der Temperatureinsteller und der Temperaturfühler
linear sind und bei gleicher Temperatur denselben Wert aufweisen.
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Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemässe
Regeleinrichtung eine Sicherheitsabschaltung auf. Bei Übertemperaturen schaltet
der Prozessor die Laststeuerstufe ab.
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Vorzugsweise wird die Laststeuerstufe immer dann abgeschaltet, wenn
die Temperatur des Temperaturfühlers über 220 C ansteigt. Die Laststeuerstufe kann
zusätzlich auch dann abgeschaltet werden, wenn der Temperaturfühler nicht mehr oder
nicht mehr richtig arbeitet bzw. sein Anschluss unterbrochen ist, oder wenn die
festgestellte Temperatur einer sehr kleinen Temperatur, beispielsweise 100 C entspricht.
Die Anzeigeeinrichtung kann eine solche Sicherheitsabschaltung anzeigen. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform der Anzeigeelemente können diese di skontinuierlich
mit zwei Zyklen bei 2-Hz aufleuchten, worauf dann die Anzeigeelemente eine halbe
Sekunde nicht mehr aufleuchten. Dieser Ablauf kann sich dann wiederholen. Bei Verwendung
eines akustischen Signalgebers kann dieser in derselben Weise Töne abgeben.
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Das Netzteil für die Regeleinrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung
kann in irgendeiner geeigneten Weise ausgebildet sein. Vorzugsweise besit#t das
Netzteil einen Einweg-Gleichrichter und einen direkt am Netz angeschlossenen Vorwiderstand.
Der Einweg-Gleichrichter weist vorzugsweise eine in Reihe geschaltete Diode auf.
Darüberhinaus kann auch eine Zener-Diode und ein oder mehrere Filterkondensatoren
vorgesehen sein.
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Gemäss einer bevorzugten Ausführungsforn der Erfindung weist die Regeleinrichtung
eine Verzögerungsschaltung und Elemente auf, mit denen der Prozessor rückgesetzt
wird, wenn sich der Strom bzw. die Spannung in der Regel-' einrichtung stabilisiert
hat.
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Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
ein Energieregler zum Regeln der Energie bzw. der Spannung oder des Stroms vorgesehen,
die bzw.
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der der Last bereitgestellt wird, und zwar. unter Verwendung einer
Phasenregelung des Wechselstrom-Netzteils.
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Der Energieregler kann in der zuvor beschriebenen Weite einen Temperaturfühler
und eine Laststeuerstufe- aufweisen und besitzt vorzugsweise eine Triggerschaltung,
mit der die Laststeuerstufe angesteuert wird. Der Energieregler kann weiterhin Bedienungseinrichtungen
aufweisen, wie sie zuvor beschrieben wurden und die einem Temperatureinsteller besitzen,
um dem Benutzer die Einstellung der gewünschten Temperatur zu ermöglichen. Vorzugsweise
ist der Temperatureinsteller ein Potentiometer.
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Die Laststeuerstufe weist vorzugsweise einen Festkörper-bzw. Halbleiterschalter,
beispielsweise einen mit der Last in Reihe geschalteten Triac auf, dessen Gate-Elektrode
die von der Triggerschaltung erzeugten Triggerimpulse angelegt erhält.
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Die Zeitsteuerung der an der Gate-Elektrode des Triacs anliegenden
Triggerimpulse in Abhängigkeit vom Null-Durchgang der Versorgungsspannung im Netzteil
bestimmt den Durchlasswinkel des Triacs. Je grösser die Verzögerung der Triggerimpulse
vom Null-Durchgang ist, umso geringer ist die an die Last gelangende Energie. Die
Triggerschaltung erzeugt Triggerimpulse mit einer Verzögerung, die bezüglich de
Null-Durchgangs veränderbar ist. Die Verzögerung der Triggerimpulse kann mittels
des Tempera tureinstellers verstellt werden.
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Die Triggerschaltung weist vorzugsweise wenigstens eine Impulsverzögerungsschaltung
auf, die aus einem Tiefpaßfilter oder einer Integrierschaltung bestehen kann. Vorzugsweise
besitzt die Triggerschaltung zwei Verzögerungsschaltungen, deren Zeitkonstanten
jeweils wesentlich kleiner als die Zeitdauer der Triggerimpulse sind. Beispielsweise
kann die Zeitkonstante der Verzögerungsschaltungen 1,5 % bzw. 3,3 % der Impulsdauer
der Triggerimpulse betragen. Jedes Tiefpaßfilter kann einen Widerstand und
einen
Kondensator umfassen. Der Widerstand von einem der beiden Tiefpaßfilter umfasst
vorzugsweise auch den Temperatureinsteller.
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Die Tnggerschaltung kann auch eine Schwellwertsanordnung, vorzugsweise
einen Diac enthalten. Die Schwellwertanordnung ist dafür vorgesehen, die Abhängigkeit
der Triggerimpulse von Unterschieden oder Änderungen in den Triac-Gate-Elektroden-Eennlinien
klein zu halten.
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Bei der Triggerschaltung werden vorzugsweise zwei Verzogerungsschaltungen
verwendet, damit der Triac auch bei kleinen Durchlasswinkeln sicher spaltet und
Hysterysis-Effekte klein gehalten werden. Der Temperaturfühler verhindert eine Überhitzung
des Heizelements bzw. der Last und weist vorzugsweise einen Thermistor mit negativer
Temperaturkennlinie auf. Vorzugsweise ist der Thermistor einer der beiden Impulsverzögerungsschaltungen
parallelgelegt. Der Thermistor verhindert, dass riggerimpulse zur Laststeuerstufe
gelangen, wenn Übertemperaturen auftreten. Die Temperatur, bei der die Triggerimpulse
über dem Thermistor abgeleitet werden, können durch einen zusätzlichen, in Reihe
mit dem Thermistor liegenden Widerstand eingestellt werden.
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Die Regeleinrichtung bzw. der Energieregler gemäss der vorliegenden
Erfindung kann vorzugsweise im Handgriff eines Bügeleisens, einer Bratpfanne, eines
elektrischen Kochtopfs oder eines entsprechenden Geräts untergebracht werden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise
näher erläutert . Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemässen
Regeleinrichtung,
Fig. 2 die erfindungsgemässe Regeleinrichtung
für die Verwendung in einem Bügeleisen, einem Kochtopf oder einem entsprechenden
Gerät, Fig. 3 eine schematische Schaltungsanordnung eines Energiereglers gemäss
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, Fig. 4 die graphische Darstellung
der Temperatur-/Widerstands-Kennlinie eines Hochtemperatur-Thermistors, Fig. 5 eine
schematische Schaltungsanordnung für eine bevorzugte erfindungsgemässe Ausführungsform
einer Heizregelschaltung zur Verwendung in einem Bügeleisen oder einem entsprechenden
Gerät, Fig. 6 eine schematische Schaltungsanordnung einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemässen Heizsteuerschaltung für die Verwendung in einer elektrischen
Bratpfanne oder einem entsprechenden Gerät, und Fig. 7 eine schematische Schaltungsanordnung
einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Heizregelschaltung für eine
elektrische Pfanne oder ein entsprechendes Gerät.
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Die in Fig. 1 dargestellte Regeleinrichtung umfasst einen Prozessor
10, einen Temperaturfühler 11, eine Bedienungs-bzw. Einstell-Einrichtung 13, einen
Taktgenerator 14, einen Speicher 15, eine Anzeigeeinrichtung 16 und eine Laststeuerstufe
18. Die Regeleinrichtung reguliert die Versorgung der Last 19 mit dem vom Netzteil
17 bereitgestellten Versorgungsstrom.
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Die in Fig. 2 dargestellte bevorzugte Heizregelanordnung gemäss der
vorliegenden Erfindung umiasst einen Mikrocomputer 20, einen Thermistor 21 für hohe
Temperaturen der über eine Schnittstelle 21a mit dem Mikrocomputer 20 verbunden
ist.
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Ein Bedienungsfeld 23, eine LED-Anzeige 24 und ein akustischer Signalgeber
28 sind über ochnittstellen 23a, 24a bzw. 28a mit dem Mikrocomputer 20 verbunden,
der über eine Schnittstelle 25a mit einem Triacschalter bzw. einem Schalter in Form
eines Zweiweg-Thyristors 25 in Verbindung steht. Der Triacschalter 25 liegt zwischen
dem Wechselstromnetzanschluss 27 und dem Reizelement 26 des Geräts oder der Heizanordnung.
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Der in Fig. 3 dargestellte Energieregler gemäss einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung umfasst eine Triggerschaltung 30, einen Temperaturfühler 31, eine
Bedienungseinrichtung 32 und eine Laststeuerstufe 33. Der Energieregler dient der
Regulierung der vom Netzteil 34 der ~Last 35 bereitgestellten elektrischen Energie.
Die Triggerschaltung 30 erhält vom Netzteil 34 ein Synchronisierungssignal zugeführt.
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Die in Fig. 5 dargestellte Heizre,gelschaltung umfasst einen Vier-Bit-Mikrocomputer
50, der auf einem einzigen Chip ausgebildet ist. Der Mikrocomputer steht über die
Anschlüsse 11 und 14 mit einem geeigneten Netzteil in Verbindung, das einen, Einweg-Gleichrichter
mit einer Diode D1,
einem Widerstand Rl und einem Kondensator C1,
der über eine Zener-Diode Zl auf -10 V geklemmt ist, umfasst.
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Die Bedienungs- bzw. Einstelleinrichtungweist ein Temperatureinstell-Pote#tiometer
VR1 und einen (nicht dargestellten) Netzschalter auf.
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Die Anzeigeeinrichtung umfasst eine LED-Diode LD1. Der LED-Diodenstrom
wird von einem Widerstand R5 begrenzt.
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Über den Anschluss 27 des Mikrocomputers 50 werden der Laststeuerstufe
Triggerimpulse vom Mikrocomputer 50 bereitgestellt. Die Laststeuerstufe umfasst
den Griac TRl und den Treibertransistor £1. Die eine Impulsdauer von etwa 100/us
(also ein Tastverhältnis von 1 %) aufweisenden Triggerimpulse gelangen über einen
Widerstand R6 an den Basisanschluss des Transistors T1, um den Versorgungsstromabfluss
klein zu halten. Die Triggerimpulse werden bei jedem Null-Durchgang von Mikrocomputer
bereitgestellt, um den Schalt strom und das damit zusammenhängende Hochfrequenz-Rauschen
gering zu halten.
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Die Bereitstellung der Triggerimpulse steht in Beziehung zum Null-Durchgant;-Iingangssignal
am Eingang DO (Anschluss 8) des Mikrocomputers, Der Eingangs-Bezugswert wird von
einer Elemmschaltung festgelegt, die Dioden D2, D3 und einen Widerstand R4 umfasst.
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Der Triacschalter TRl verbindet den Netz anschluss mit dem Heizelement
51, wenn er von den Triggerimpulsen in den leitenden Zustand gebracht wird. Die
Versorgungs- bzw. Stromregelung erfolgt dadurch, dass pro Regelperiode zwischen
O und 50 vollen Zyklen gewählt wird. Für einen Netzanschluss mit 50 Bz beträgt die
Regelperiode eine und für einen Regelanschluss mit 60 Hz beträgt die Regelperiode
0,83 Sekunden.
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Der Mikrocomputer ist so verdrahtet, dass er bei Anschalten
des
Netzes rückgesetzt wird. Die interne Taktfrequenz wird durch externe Zeitsteuerelemente
eingestellt, die einen Widerstand R3 und einen Kondensator C3 umfassen. Änderungen
des Steuerprogramms sind nicht erforderlich, wenn von einer Netzfrequenz von so
Rz auf eine Netzfrequenz von 60 Hz übergegangen wird oder umgekehrt.
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Der Temperaturfühler ist in Fig. 5 im oberen rechten Teil der Schaltung
dargestellt und besteht aus einem Thermistor 52, welcher mit einem Analog-Digital-Wandler
verbunden werden kann. Der Analog-Digital-Wandler umfasst einen insgesamt mit dem
Bezugszeichen 53 versehenen Schmitt-Trigger, einen Rücksetztransistor T2 und einen
Kondensator C2.
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Der Mikrocomputer vergleicht den Widerstandswert des Thermistors 52
mit dem Widerstandswert des Temperatureinstell-Potentiometers VR1. Die Kalibrierung
des Widerstands vR1 und der Reihenwiderstände R9 ist so gewählt, dass der Widerstandswert
aus der Summe der Widerstände'VRi und R9 etwa gleich dem Widerstandswert des Ehermistors
52 bei einer vorgegebenen Temperatur ist.
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Das Temperatur-Regelprogramm hält die Widerstandswerte des Potentiometers
und des Thermistors auf demselben Wert.
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Der Mikrocomputer verändert das Heizeingangssignal jeweils pro Regelperiode
einmal. Der Mikrocomputer berechnet die Anzahl der Zykleneinstellung des Heizeingangssignals
unter Heränziehung der Temperaturdifferenz und der Änderungsgeschwindigkeit der
Temperatur. Dieser Vorgang dient dazu, thermische Verzögerungen zwischen dem Heizelement
und dem Thermistor auszugleichen und Regelüberschwingungen möglichst klein zu halten,
wenn eine grosse Temperaturdifferenz auf Grund einer Änderung der Potentiometereinstellung
oder auf Grund einer plötzlichen Änderung der Last auftritt.
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Der Analog/Digital-Wandler weist einen Integrierkondensator C2 auf,
der am negativen Anschluss der Versorgungsquelle liegt. Der Kondensator C2 wird
abwechselnd über das Potentiometer VR1 und dem Widerstand R9 einerseits oder dem
Thermistor 52 durch Wahl der Anschlüsse 19 oder 20 des Mikrocomputers 50 aufgeladen.
Der aufgeladene Kondensator wird über den Transistor T2 rückgesetzt. Der Schmitt-Trigger,
der die Transistoren T3 und T4 sowie die Widerstände R10-R14 umfasst, wird zu Beginn
jeder Aufladperiode in den leitenden Zustand versetzt und beim Schmitt-Trigger-Abschaltpegel
wieder in den nicht-leitenden Zustand gebracht. Dies tritt entweder bei der Potentiometereinstellung
oder dem Thermi storwert auf.
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Das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers ist entsprechend dem Widerstandswert
des Potentiomters oder des Thermistors in seiner Impulsbreite moduliert. Dieses
Ausgangsignal tritt am Kollektor des Transistors T4 auf und gelangt an den Anschluss
7 des Mikrocomputers 50. Die aufeinai#einanderfolgenden Impulse an diesem Eingang
7 entsprechen dem Thermistor- bzw. Potentiometer-Widerstandswert.
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Beim Einschalten cer Geräts und immer dann, wenn sich der Potentiometerwert
in zwei Regelperioden um mehr als 5 % ändert, leuchtet die LED-Diode LD1 auf und
zeigt eine Temperaturdifferenz gegenüber der eingestellten Temperatur an.
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Wenn die Thermistor-Temperatur zu hoch ist, leuchtet die LED-Diode
LDi pro Regelperiode zweimal auf, d. h. sie wird 13 Zyklen ein- und 12 Zyklen ausgeschaltet.
Wenn die Thermistor-Temperatur zu gering ist, leuchtet die LED-Diode LD1 einmal
pro Regelzyklus auf, d. h. sie wird während 25 Zyklen ein- und während 25 Zyklen
ausgeschaltet. Wenn die Temperatur dagegen den gewünschten eingestellten Wert erreicht,
bleibt die LED-Diode LD1 ständig eingeschaltet und zeigt dadurch an, dass die richtige
Temperatur vorliegt.
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Die in Fig. 5 dargestellte Heizsteuerschaltung weist eine Möglichkeit
zum Ausschalten auf, wenn das Gerät nicht benutzt wird. Der Mikrocomputer 50 ist
so programmiert, dass er die Netzspannung nach einer Verzögerungszeit von 300 Regelperioden
(5 Minuten) bei einer Nicht-Benutzung des Geräts von der Last abschaltet. Der Mikrocomputer
50 besitzt. zu diesem Zwecke einen Abschaltzähler. Der Abs'chaltzähler wird immer
dann zurückgesetzt, wenn eine Änderung der Zyklenzahl der Stromversorgung des Heizelements
51 über einem vorgegebenen Schwellwert liegt.
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Wenn diese Änderung unter den Schwellwert fällt, wird der Zähler während
jeder Regelperiode um einen Zählerstand weiter gezählt, bis er die Abschaltzeit
(300 Perioden) erreicht.
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Ein Quecksilberschalter 54 befindet sich immer dann im leitenden Zustand,
wenn sich das Gerät in horinzontaler Lage befindet. Auf diese Weise verringert der
geschlossene Schalter 54 die Ausschaltzeit von 300 Perioden auf 30 Perioden (30
Sekunden). Auf diese Weise wird der Demperaturanstieg durch das Abschalten der Versorgungsspannung
klein gehalten, wenn das Bügeleisen mit. der Bügelfläche stehen und unbewacht gelassen
wird.
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Der Mikrocomputer 50 besitzt darüberhinaus eine Sicherheits-Abschalteinrichtung.
Bei eingeschaltetem Gerät fragt der Mikrocomputer die Thermistor-/Kondensator-Aufladzeit
ab, und wenn diese Zeit unter einem Wert abfällt, der einer sehr geringen Temperatur
(-10° C) entspricht, schaltet der Mikrocomputer die Stromversorgung von Hitzeelement
ab.
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Ein akustischer Signalgeber oder Summer 55 ist mit dem Mikrocomputer
verbunden, und gibt beim Abschalten der Stronversrogung ein akustisches Warnsignal
ab. Der akustische Signalgeber gibt einen Dauerton ab, wenn das Heizelement aus
irgendeinem Grund durch den Mikrocomputer
von der Stromversorgung
abgeschaltet ist.
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Der Mikrocomputer 50 reduziert den dem Heizelement 51 bereitgestellten
Strom immer dann, wenn der Temperaturfühler eine Temperatur feststellt, die etwa
400 C unter der Potentiometer-Einstelltemperatur liegt. Wenn die vom Temperaturfühler
festgestellte Temperatur etwa 100 C unter der Potentiometer-Einstelltemperatur liegt,
wird der Versorgungsstrom bzw. die Versorgungsspannung proportional bereitgestellt.
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Die in Fig. 6 dargestellte Heizregelschaltung umfasst einen Vier-Bit-Mikrocomputer
60 auf einem einzigen Chip bzw.
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in Form eines einzigen Bauteils. Der Mikrocomputer 60 ist über Anschlüsse
Vcc und GND mit einem geeigneten Netzteil verbunden. Da Netzteil enthält einen Einweg-Gleichrichter
mit einer diode DlO, einem Widerstand R20 und Kondensatoren C10 und C117 die über
eine Zener-Diode Z2 auf 5,6 V geklemmt sind. Dioden D11 und D12 halten den Filterkondensator
C10 von (50/60 Bz)-Rechteckimpulsen frei, die für den Null-Durchgangs-Eingang L6
bzw. die Schalteingänge B1 und L5 des Mikrocomputers 50 verwendet werden.
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Das Bedienungsfeld umfasst mehrere Zeit schaltelemente S2-S5 und ein
Handschaltelement 56. Das Bedienungsfeld besitzt weiterhin ein Temperatur-Einstellpotentiometer
VR2 und einen (nicht dargestellten) Netzschalter. Auf dem Bedienungsfeld oder vorzugsweise
an einer Stelle, die dem Benutzer nicht zugänglich ist, können Verbindungsglieder
für die Warmhaltung (Anschluss G2), die 1/4/1-Stunden-Zeiteinstellung (Anschluss
G1) und die 50/60 Ei Einstellung (Anschluss S1) vorgesehen sein.
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Mit den Zeit schaltern S2-S5 werden die Zeitsteuereinrichtungen des
Mikrocomputers betätigt bzw. eingeschaltet. Durch Betätigen der Schalter S2-S5 werden
die Zeitdauern von
1/4, 1/2, 1 bzw. 2 Stunden gewählt. Das Einschalten
von mehreren Schaltern ergibt höhere Betriebsdauern, beispielsweise ergibt sich
durch das Einschalten aller vier Schalter eine Gesamt dauer von 3 3/4 Stunden. Durch
Verbinden des Anschlusses GI mit Masse lässt sich die Betriebsdauer um das Vierfache
erhöhen. Die Wahl dieser Verbindungsglieder ändert die Wirkungsweise der Schalter
S2-S5 derart, dass Einschaltzeiten von 1, 2, 4 bzw. 8 Stunden erreicht werden. Am
Ende der auf diese Weise eingestellten Einschaltzeiten unterbricht der Mikrocomputer
60 automatisch die Stromzuführung zum Heizelement 61.
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Die Anzeigeeinrichtung weist LED-Dioden LD2-LD5 für die Zeiteinstellung
und eine LED-Diode LD6 für die Anzeige des augenblicklichen Zustands auf. Die Zeiteinstell-Dioden
LD2-LD5 leuchten bei Betätigen der Zeiteinstellschalter S2-55 jeweils auf. Es sei
darauf hingewiesen, dass die Anschlüsse L1-L5 des Mikrocomputers 60 Eingänge und
Ausgänge bzw. bidirektionale Eingänge sind. Die Widerstände R2?-R26 begrenzen jeweils
den Strom in den LED-Dioden LD2-LD6.
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ueber den Anschluss G3 des Mikrocomputers 60 werden riggerimpulse
der Laststeuerstufe bereitgestellt, die einen Triac R2 und einen Treibertransistor
T7 aufweist. Die Triggerimpulse mit einer Impulsdauer von etwa 100/us (d. h. einem
Tastverhältnis von etwa 1 %) gelangen an die.
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Basiselektrode des Transistors 27 um den Versorgungsstromabschluss
klein zu halten. Die Triggerimpulse werden vom Mikrocomputer bei jeden Null-Durchgang
bereitgestellt, um den Schalt strom und das damit zusammenhängende Hochfre#uenz-Rauschen
gering zu halten.
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Das Bereitstellen der Triggerimpulse.wird auf die Null-Durchgänge
des Netzteils bezogen, wobei die Null-Durchgänge dem Mikrocomputer über den Null#Durchgangs-Eingang
L6 bereitgestellt
werden. Das Bezugseingangssignal kommt über
die Klemmdiode D11 vom Einweg-gleichgerichteten Ausgangssignal der Beistunosdiode
D10.
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Wenn der Triacschatter TR2 durch die Triggerimpulse in den leitenden
Zustand çersetzt wird, gelangt Strom an das Heizelement 61. Die Regelung bzw. Steuerung
des Versorgungsstroms wird durch Wählen zwischen 0 bis 50 vollen Zyklen in jeder
Regelperiode durchgeführt. Wie zuvor bereits beschrieben, beträgt die Regelperiode
1 Sekunde bei einer Netzfrequenz von 50 Hz und 0,83 Sekunden bei einer Netzfrequenz
von 60 Hz.
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Der Mikrocomputer Ist so geschaltet, dass er nach der Einschaltung
rückgesetzt wird. Eine Rücksetzschaltung setzt den Mikrocomputer zurück, nachdem
sich die Versorgungsspannung bzw. der Versorgungsstrom stabilisiert hat. Die Rücksetzschaltung
umfasst eine Verzögerungsschaltung mit einem Widerstand R30, einem Kondensator C30
und einer Diode D13. Das Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung liegt am Rücksetz-(RESET-)-Anschluss
des Mikrocomputers 60 an. Die TaktSrequenz wird durch externe Zeiteinstellelemente,
die einen Widerstand R31 und einen Kondensator C31 aufweisen, eingestellt. Diese
Taktfrequenz wird auf 420 EHz eingestellt.
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Der Temperaturfühler ist in Fig. 6 auf der rechten Seite von Fig.
6 dargestellt. Der #!#emperaturfühler enthält einen Thermistor 62, der mit einem
Analog/Digital-Wandler verbunden ist, welcher einen Kondensator C20 und einen Rücksetz-Transistor
T6 auSweist.
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Der Mikrocomputer vergleicht den Widerstandswert des Thermistors 62
mit dem Widerstandswert des Tempertureinstell-Potentiometers VR2. Die Kalibrierung
des Widerstands #2 und des Reihenwiderstands R21 ist so gewählt, dass VR2 + R21
bei
irgendeiner gegebenen Temperatur etwa gleich dem Widerstandswert des Thermistros
62 und des Parallelwiderstands R27 ist. Die Dioden Dl4-D16 weisen gleiche Kennlinien
auf.
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Das Gemperatur-Regelprogramm hält die Widerstandswerte des Potentiometers
(einschliesslich der Reihenwiderstands R21) gleich dem Widerstandswert des Thermistors
(einschliesslich des Parallelwiderstands R27). Der Mikrocomputer stellt das Heizeingangssignal
einmal pro itegelperiode ein. Der Mikrocomputer berechnet die Anzahl der Zykleneinstellung
für das Reizeingangssignal unter Verwendung der Temperaturdifferenz und der Temperaturänderungs-Geschwindigkeit,
wie sie zuvor beschrieben worden war. Der Thermistor 62 weist einen negativen Temperaturkoeffizienten
auf. Eine vorteilhafte Widerstands-/Temperatur-Kennlinie des Thermistors 62 ist
in Fig. 4 graphisch dargestellt.
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Der Analog-/Digital-Wandler weist einen mit einer positiven Versorgungsquelle
verbundenen Integrationskondensator C20 und einen Transistor T5 als Schwellwertvergleicher
auf.
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Der Kondensator C20 wird abwechselnd vom Potentiometer VR2 + R21 oder
dem Thermistor 62 und dem Parallelwiderstand R27 durch Wahl des Anschlusses D7 bzw.
des Anschlusses D2 des Mikrocomputers 60 auf Massepotential entladen. Der Kondensator
C20 wird vom Transistor 26, der sein Steuersignal vom Anschluss L8 des Mikrocomputers
60 erhält, auf die positive Versorgungsspannung rückgesetzt.
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Das Ausgangssignal des Schwellwertvergleichers ist in Abhängigkeit
vom Widerstandswert des Potentiometers oder des Thernistors in seiner Impulsbreite
moduliert. Dieses Ausgangssignal tritt am Emitter des Transistors T5 auf und gelangt
an den Anschluss L7 des Mikrocomputers 60. Die aufeinanderfolgenden Impulse an diesem
Eingang L7 entsprechen den Widerstandswerten des Thermistors bzw. des Potentiometers.
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Am Ende der eingestellten Betriebszeit schaltet der Mikrocomputer
60 auf einen "Warmhalte"-Betrieb um, um das Heizelement bzw. den Heizer auf einer
konstanten Temperatur von 650 C zu halten-, und zwar dadurch, dass ein Wert des
Widerstands VR2 gewählt wird, der der gewünschten Warmhaltetemperatur entspricht.
Beim Warmhaltebetrieb vergleicht der Analog-/Digital-Wandler den (festen) Widerstand
VR2 mit dem Thermistor 62 (und dem Parallelwiderstand R27), indem die Anschlüsse
G2 oder D2 des Mikrocomputers 60 jeweils gewählt werden. Wenn ein Warmhaltebetrieb
nicht erforderlich oder gewünscht ist, kann der Anschluss G2 an Masse gelegt werden.
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Während des anfänglichen Aufwärmens und nach einer Änderung bei der
Temperatureinstellung leuchtet die den gegenwärtigen Zustand anzeigende LED-Diode
LD6 auf, um anzuzeigen, dass die Temperatur noch nicht die richtige ist. Während
des Aufwärmens oder Abkühlens leuchtet die LED-Diode, LD6 mit einer Frequenz von
2 Hz auf. Wenn die Temperatur die neue eingestellte Temperatur erreicht hat, leuchtet
die LED-Diode LD6 ständig.
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Wenn ein (nicht d#rgestellter) Piezo-Signalgeber mit dem Anschluss
5K des P.ikrocomputers 60 verbunden ist, so tönt dieser mit derselben Frequenz,
in der auch die den gegenwärigen Zustand anzeigende LED-Diode LD6 leuchtet.
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Der Mikrocomputer 60 weist eine Sicherheits-Abschaltung auf. Bei eingeschaltetem
Gerät schaltet der Mikrocomputer das Heizelement ab, wenn der Wert des Thermistors
30 Sekunden lang gleich dem Wert des Widerstands R27 (d. h.
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wenn der Thermistor in einem offenen Schaltkreis liegt) ist. Die Stromversorgung
wird auch dann abgeschaltet, wenn die Temperatur des Thermistors 2200 C übersteigt.
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In beiden Fällen wird die Ansteuerung des Triacs ausser
Funktion
gesetzt, und die den gegenwärtigen Zustand anzeigende LED-Diode LD6 leuchtet bei
zwei Zyklen mit einer Frequenz von 2 Hz auf, wonach dann eine halbe Sekunde Verzögerungszeit
folgt. Dies wiederholt sich dann ständig.
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Wenn der Piezosignalgeber angeschlossen ist, wird er mit derselben
Frequenz und in derselben Art wie die LED-Diode LD6 moduliert.
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In Fig. 7 weist eine bevorzugte Ausführungsform des Temperaturreglers
einen Temperaturfühler in Form eines Thermistors 72 und eine Temperatureinstelleinrichtung
in Form eines Potentiometers VR3 auf. Der Thermistor 72 ist über einen Widerstand
R73 mit einer Triggerschaltung verbunden, die Tiefpaß-RC-Filterschaltungen aufweist.
Die beiden RC-Schaltungen liegen in Reihe und ermöglichen bei kleinen Durchlasswinkeln
eine grössere Regelung, wobei gleichzeitig der Hysterysis-Effekt klein gehalten
wird.
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Das Ausgangssignal der Triggerschaltung gelangt über einen Diac bzw.
eine Zweiweg-Schaltdiode DC1 zur Laststeuerstufe.
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Die Laststeuerstufe weist einen Triac TR3 auf, der mit dem Heizelement
71 in Reihe liegt. Die Gate-Elektrode des Triacs erhält die Triggerimpulse vom Diac
DCI zugeleitet, der dazu vorgesehen ist, die Abhängigkeit der Trigger-, schaltung
von Schwankungen oder Änderungen der Triac-Gate-Elektroden-Kennlinien klein zu halten.
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Die Triggerschaltung erhält Triggerimpulse direkt vom Netz bzw. vom
Netzteil. Die Triggerimpulse werden von einer ersten Verzögerungschaltung, die ein
Potentiometer VR3 und einen Widerstand R70 sowie einen zu diesem Widerstand R70
in Reihe geschalteten Kondensator C70 aufweist, sowie von einer zweiten Verzögerungsschaltung
verzögert, die einen Widerstand R71 und einen Kondensator C71 umfasst.
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Der Reihenwiderstand R70 dient'dem Schutz des Potentiometers VR3',
indem der Reihenwiderstand R70 den Ladestrom
begrenzt. Der Diac
DC1 ist dann leitend, wenn die Spannung am Kondensator C71 die Diac-Durchbruchsspannung
erreicht.
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Der Kondensator entlädt sich dann über den Diac und steuert den Triac
auf. Weil der Triac bei beiden Polaritäten des Gate-Elektroden-Signals aufgesteuert
wird, erfolgt eine Aufsteuerung des Triacs bei jeden Ralbzyklus der Netzfrequenz.
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Durch die Verwendung einer doppelten RC-Verzögerungsschaltung wird
der Phasenwinkel erweitert, so dass der Triac auch bei kleinen Durchlasswinkeln
aufgesteuert werden kann.
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Das Hysterysis-Verhalten wird verbessert, weil die auf dem Kondensator
C71 befindliche Ladung nach dem Abschalten des Diacs durch die Ladung auf dem Kondensator
C70 teilweise wieder hergestellt wird.
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Der Thermistor 72 steht mit der Bügelfläche oder der Bügelplatte des
Geräts wärmemässig in Verbindung. Durch Verwendung eines Thermistors 72 mit einem
negativen Temperaturkoeffizienten (val. Fig. 4), leitet der Thermistor die Triggerimpulse
immer dann nach Masse ab, wenn die Temperatur des Thermistors einen eingestellten
Wert übersteigt. Dieser Wert kann durch Erhöhen des Widerstandswerts des Widerstands
R73 angehoben werden.
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Zwei Drosseln L70 und L71 sowie ein Kondensator C73 befinden sich
in der Versorgungsleitung, um Hochfrequenz-Einstrahlungen möglichst klein zu halten.
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Der Thermistor 72 muss bei 3000 C kontinuierlich arbeiten können und
sollte bei etwa 2500 C einen sehr geringen Widerstand aufweisen.
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Die Erfindung wurde anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben.
Dem Fachmann sind jedoch zahlreiche Abwandlungen und Ausgestaltungen möglich, ohne
dass dadurch der Erfindungsgedanke verlassen wird.