DE3121550A1

DE3121550A1 - Automatische temperatursteuervorrichtung fuer ein elektrisches geraet wie eine elektrische heizdecke

Info

Publication number: DE3121550A1
Application number: DE19813121550
Authority: DE
Inventors: Takashi Nara Iwasa; Hirokuni Yamatokoriyama Murakami; Yasukiyo Kawanischicho Nara Ueda
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1980-05-30
Filing date: 1981-05-29
Publication date: 1982-04-01
Also published as: US4485296A; DE3121550C2; GB2077000A; AU7092281A; GB2138600A; GB2138600B; CA1183925A; AU528370B2; GB2077000B

Description

LEINWEBER & ZIMMERMANN

PATENTANWÄLTE

Dipl.-Ing. H. Leinweber Dipl.-Ing. Heinz Zimmermann Dipl.-Ing. A. Gf. v. Wengersky

Rosental 7 · D-8000 München 2

2. Aufgang (Kustermann-Passage) Telefon (089) 2603989
Telex 528191 lepatd
Telegr.-Adr. Leinpat München

den 29. Mai 1981

Unser Zeichen kr C

A5603-05

MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL CO.LTD., Osaka / Japan

Automatische Temperatursteuervorrichtung für ein elektrisches Gerät wie eine elektrische Heizdecke

Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Temperatursteuervorrichtung zur Verwendung in einem elektrischen Gerät wie eine elektrische Heizdecke, ein elektrischer Teppich oder dergleichen.

Eine herkömmliche automatische Temperatursteuervorrichtung für eine e]dctrische Heizdecke ist gemäß der Darstellung von Fig. 1 aufgebaut. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Wechselstromquelle, 2 einen Schalter und 3 einen eine Doppelfunktion des Heizens und der Temperaturerfassung aufweisenden Reiter, der ein Heizelement 4, einen Fühler 5 und ein Steuerelement 6 aufweist.

Der Leiter 3 weist einen in Fig. 2 dargestellten Aufbau auf, bei dem das Steuerelement 6 schraubenwendelförmig auf einen

isolierenden Kern 7 aufgewickelt ist. Ferner trennt der Fühler 5 das Heizelement 4 von dem Steuerelement 6. Das.Bezugszeichen 8 bezeichnet einen isolierenden Überzuq. In der Praxis ist der Leiter 3 innerhalb einer elektrischen Heizdecke schlangenförmig angeordnet. Der Fühler 5 weist einen negativen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes auf und ist gewöhnlich durch einen aus einem temperaturempfindlichen Material hergestellten Plastikthermistor gebildet. Dieser Fühler 5 besitzt eine Impedanz Z, die zu der Temperatur T in der in.Fig. 3 dargestellten Weise in Beziehung steht, wobei die Impedanz Z einen resultierenden Wert aus einer kapazitiven Impedanz Z„ und einer Ohmschen Impedanz Z darstellt, und die Temperaturabhängig- \ keitseigenschaften des Fühlers 5 sind bei niedrigen Temperaturen stark durch die kapazitive Impedanz Z_n und bei hohen Temperaturen stark durch die Ohmsche Impedanz Z_n beeinflußt. Wenn an einen Plastikthermistor eine Gleichspannung angelegt wird, wird der Plastikthermistor polarisiert und erleidet eine Verschlechterung im Sinne einer Erhöhung seiner Impedanz, so daß ein Plastikthermistor unter Anwendung einer Wechselspannung eingesetzt werden muß, die hinsichtlich ihrer positiven und negativen Polarität so gleichförmig wie möglich ist.

Im folgenden wird das in Fig. 1 dargestellte herkömmliche Beispiel mehr in Einzelheiten beschrieben. In Fig. 1 ist ein schaltendes Element 11 (in diesem Beispiel ist ein allgemein als siliciumgesteuerter Gleichrichter oder SCR be- . kanntes Halbleitersteuerelement verwendet) mit dem Heizelement 4 zwischen Leitungen 9 und 10 in Reihe geschaltet. Ebenso Sind dazwischen Widerstände 12 und 13 miteinander in Reihe geschaltet. Zwischen der Verbindung der Widerstände 12 und 13 und einer Steuerelektrode oder einem Gate des SCR 11 sind ein einstellbarer Widerstand 14, ein Widerstand 15, das Steuerelement 6, eine Diode 17 und ein Triggerelement 18 in Reihe geschaltet. Zwischen dem Steuerelement 6 und dem Heizelement 4

J ίΖ IDOU

ist ein Kondensator 19 angeordnet. Bei dieser automatischen Temperatursteuervorrichtung wird der Kondensator 19 während positiver Halbwellen der Wechselstromquellenspannung, in denen die Leitung 9 relativ zu der Leitung 10 auf einem positiven Potential liegt, auf ein Potential aufgeladen, das durch die Widerstandswerte der Widerstände 12 und 13, des einstellbaren Widerstandes 14,des Widerstandes 15 und des Fühlers 5 bestimmt ist, und sobald das Potential des Kondensators 19 eine Durchbruchsspannung des Triggerelementes 18 erreicht, wird an das Gate des SCR 11 ein Triggerimpuls angelegt, so daß der SCR 11 eingeschaltet wird, um eine elektrische Leistung an das Heizelement 4 anzulegen. Der Leitungsphasenwinkel des SCR 11 wird ungefähr 0°, wenn sich das Heizelement 4 auf niedriger Temperatur befindet und demzufolge der Fühler 5 eine hohe Impedanz aufweist, wodurch an das Heizelement 4 maximale elektrische Leistung angelegt wird, Dagegen wird, wenn die Temperatur des Heizelementes 4 hoch und die Impedanz des Fühlers 5 niedrig ist, der Leitungsphasenwinkel ungefähr 90°, um die Zufuhr elektrischer Leistung an das Heizelement 4 herabzusetzen. Auf diese Weise wird die automatische Temperatursteuerung ausgeführt. Da der Phasenwinkel durch den einstellbaren Widerstand 14 verändert wird, kann der Benutzer die gewünschte Heizdeckentemperatür einstellen, indem er einen geeigneten Widerstandswert des einstellbaren Widerstandes 14 auswählt.

Die vorstehend erwähnte automatische Temperatursteuervorrichtung weist jedoch die folgenden Nachteile auf. Da nämlich der die Diode 17 einschließende Schaltkreis zu dem Fühler 5 parallelgeschaltet ist, ist die an dem Fühler 5 währen positiver Halbwellen anliegende Wechselspannung von der an ihm während negativer Halbwellen anliegenden Wechselspannung verschieden. Folglich wird der Fühler 5 polarisiert und erleidet eine Verschlechterung im Sinne einer Erhöhung seiner Impedanz,

-X-

was die Gefahr nach sich zieht, daß sich die gesteuerte Temperatur zu höheren Temperaturen hin verschiebt. Überdies wird im Falle einer Störung der verwendeten Komponenten, wie bei einem Kurzschluß des Triggerelementes 18, die Zufuhr elektrischer Leistung an das Heizelement 4 unkontollierbar unter Aufrechterhaltung eines maximalen Wertes an elektri- . scher Leistungszufuhr, wodurch die Gefahr hervorgerufen wird, daß das Heizelement 4 überheizt wird. Außerdem tritt die gleiche Gefahr auf, wenn der SCR 11 kurzgeschlossen wird oder in dem SCR 11 ein Selbsttriggerungsfehler auftritt, bei dem der SCR 11 angeschaltet wird, ohne durch Triggerimpulse getriagert zu sein. Es ist daher möglich, daß diese gefahrbringenden Umstände im schlimmsten Fall zu einem Unfall mit menschlicher Körperverletzung führen, da eine elektrische Heizdecke von Säuglingen oder alten Menschen verwendet wird, die selbst nicht dazu in der Lage sind, eine überhitzte Heizdecke wegzustoßen. D.irüborJiinaus brJnql die die Phase-nwinkelsteuerung eines SCR verwendende automatische Temparatursteuervorrichtung den ungünstigen Umstand mit sich, daß Rauschstörungen erzeugt werden, die insbeondere zu einer überlagerung ifi eiruMH Rüd.ic>eiti|irfln«ier führen, «lor diirch otiu?ii jjit Bett liegenden Benutzer verwendet wird.

Ein erstes Hauptziel der Erfindung liegt in der Schaffung einer automatischen TemperaturSteuervorrichtung, die ein an eine Wechsclstromquelle angeschlossenes Heizelement aufweist, sowie ο inen P¹Uh I or zur Erfassung der Temperatur ^:df>π Heizelementes, einen tuinperaturablnihgigen Schaltkreis niLt einem Transistor in Basisschaltung, dessen Basis-EmJtter-Schalt:- kreis zu dem Fühler in Rcihtj geschaltet und über dessGö Basis-Emitter-übergang eine Diode geschaltet ist, wobei der PN-Übergang der Diode und der Basis-Emitter-Übergang des Transistors zueinander entgegengesetzt- paral IeI geschaltet sind, Wodurch ein Kollektorstrom des Transistors in Basisschaltung als ein Temperatursignal verwendet ist, einen elek-

ιζιöbυ

4? /f-

trischen Potentialeinstellschaltkreis zur Erzeugung eines elektrischen Potentials, um hierdurch eine gewünschte Temperatur voreinzustellen, einen Vergleicherschaltkreis zum Vergleich eines Ausgangssignals des temperaturabhängigen Schaltkreises mit dem des elektrischen Potentialeinstellschaltkreises und eine durch ein Ausgangssignal des Vergleicherschaltkreises ausgesteuerte schaltende Einrichtung zur Regelung einer dem Heizelement zugeführten elektrischen Leistung und welche im Sinne der Anlegung einer gleichförmigen Wechselspannung an den Fühler ausgelegt ist, so daß eine Polarisierung des Fühlers verhindert und dessen genaue Temperaturerfassung sichergestellt ist.

Ein dem ersten Hauptziel untergeordnetes Nebenziel besteht in der Schaffung einer automatischen Temperatur-Steuervorrichtung, die außerdem einen Integrationsschalt-r kreis zur Integration des Ausgangssignals des temperaturabhängigen Schaltkreises (des Kollektorstroms des Transistors in Basisschaltung) aufweist, um ein an den Vergleicherschaltkreis anzulegendes Integrationsausgangssignal zu erzeugen und seinen Integrationsbetrieb während positiver Halbwellen der Wechselstromquellenspannung, während derer dem Heizelement elektrische Leistung zugeführt wird, anzuhalten, wodurch einlstabiles und genaues Temperatursignal geliefert wird.

Ein weiteres dem ersten Hauptziel untergeordnetes Nebenziel besteht in der Schaffung einer sicheren automatischen Temperatursteuervorrichtung, die ferner einen Stromversorgungsunterbrechunqsschaltkreis mit einem zu dem aus dem Fühler und dem Basis-Emitter-Schaltkreis des Transistors bestehenden Reihenschaltkreis in Reihe geschalteten Heizwiderstand oder Heizleiter und einer mit der Wechselstromquelle verbundenen Schmelzsicherung, die durch die in dem Heizwiderstand erzeugte Wärme durchgeschmolzen werden kann,

um die elektrische Leistunqszuführunq für das Heizelement zu unterbrechen, aufweist, wodurch, wenn das Heizelement derart überheizt wird, daß der Fühler geschmolzen und das Heizelement und das Steuerelement miteinander kurzgeschlossen werden, der Heizwiderstand mit einer das 17-fache einer Nennlast betragenden Überlast beaufschlagt wird, um dadurch im Sinne einer Unterbrechung der elektrischen Leistungszuführung für das Heizelement aufgeheizt zu werden. . ■ -

Ein zweites Hauptziel der Erfindunq besteht in der Schaffung einer hochsicheren automatischen Temperatursteuervorrichtung, die ein an eine Wechselstromquelle angeschlossenes Heizelement aufweist sowie einen Fühler zur^Erfassung der Temperatur des Heizelementes, einen temperaturabhängigen Schaltkreis zur Erfassung der Temperatur des Heizelementes durch Erfassuna einer Impedanz des Fühlers mittels des mit dem Fühler in Kontakt befindlichen Steuerelementes, einen elektrischen Potentialeinstellschaltkreis zur Erzeugung eines elektrischen Potentials, um hierdurch eine gewünschte Temperatur voreinzustellen, einen Impulsgeberschaltkreis zur Erzeugung eines Nulldurchganqsimpulses, einen Impulsdiskriminatorschaltkreis, durch den erfaßbar ist, ob das an ihn angelegte Eingangssignal einen Impuls darstellt und durch den als ein Ergebnis der Erfassung des Eingangsimpulses ein mit dem Eingangsimpuls in Phase befindlicher Ausganasimpuls erzeugbar ist, einen Vergleicherschaltkreis zum Vergleich des Ausgangssignals des temperaturabhängigen Schaltkreises mit dem des elektrischen Potentialeinstellschaltkreises synchron zu dem Nulldurchgangsimpuls und zur Anlegung eines Nulldurchgangsimpulses an den Impulsdiskriminatorschaltkreis, wenn die Temperatur des Heizelementes· unterhalb eines voreingestellten Temperaturniveaus liegt, und eine durch ein Ausgangssignal des Impulsdiskriminationsschaltkreises getriggerte schaltende Einrichtung zur Zuführung elektrischer Leistung für das Heizelement, wobei die schaltende Ein-

J IZ (DOU

-sr -

richtung durch den Nulldurchgangsimpuls getriggert wird, um eine automatische Temperatursteuerung unter verminderter Rauscherzeuaung zu ermöglichen, und wobei das Auftreten jeder Störung in den jeweiligen Komponentenschaltkreisen in Synchronismus mit dem Nulldurchgangsimpuls geprüft wird, so daß die Zuführung elektrischer Leistung für das Heizelement unter-· brochen wird, wenn das Auftreten einer Störung erfaßt worden ist.

Ein dem zweiten Hauptziel untergeordnetes Nebenziel besteht in der Schaffung einer hochsicheren automatischen Temperatur steuervorrichtung, bei der der Vergleicherschaltkreis einen elektrischen Schaltkreis zur Festlegung des Ausgangssignals des elektrischen Potentialeinstellschaltkreises auf ein elektrisches Potentialniveau, das um einen vorbestimmten Wert niedriger ist als eine Sphaltkreisgleichstromversorgungsspannung, wenn ein Nulldurchgangsimpuls nicht auftritt, aufweist, so daß die Ausgangssignale des temperaturabhängigen Schaltkreises und des elektrischen Potentialeinstellschaltkreises miteinander synchron zu eingehenden Nulldurchgangsimpulsen verglichen werden, um dadurch ausgehende Nulldurchgangsimpulse zu erzeugen, und wobei es, selbst wenn irgendein Fehler in dem Ausgangssignal des temperaturabhängigen Schaltkreises auftritt und ein fehlerhaftes Ausgangssignal den Anschein erweckt, daß die Temperatur des Heizelementes seht . niedrig ist, möglich ist, die Zufuhr elektrischer Leistungzu dem Heizelement zu unterbrechen.

Ein weiteres dem zweiten Hauptziel untergeordnetes Nebenziel besteht in der Schaffung einer hochsicheren automatischen Temperatursteuervorrichtung, bei der ein siliciurogesteuerter Gleichrichter oder SCR als die schaltende Einrichtung verwendet ist und ein SCR-Fehlererfassungsscha^tkreis zur Erfassung eines Nichttriggerungs-Leitungsfehlers (Selbsttriggerung) des SCR vorgesehen ist, um die elektrische · Leistungs-

-8-

zufuhr für das Heizelement zu unterbrechen.

Ein weiteres dem zweiten Hauptziel untergeordnetes Nebenziel besteht in der Schaffung einer billigen und hochsicheren automatischen Temperatursteuervorrichtung, bei der der Impulsdiskriminatorschaltkreis durch Widerstände, einen Kondensator und schaltende Elemente gebildet ist und bei der in Abwesenheit der eingehenden Nulldurchgangsimpulse der Kondensator elektrische Ladung, die von der Schaltkreisgleichstromversorgung über die Widerstände geliefert wird, speichert und bei Empfang der eingehenden Nulldurchgangsimpulse die schaltenden Elemente angeschaltet werden, um die gespeicherte elektrische Ladung zur schaltenden Einrichtung hin zu entladen, wodurch die Anlegung von Triggerimpulsen an die schaltende Einrichtung verhindert wird, wenn in den elektrischen Schaltkreisen der Vorrichtung eine Störung auftritt.Ein noch weiteres dem zweiten Hauptziel untergeordnetes Nebenziel besteht in der Schaffung einer hochsicheren automatischen Temperatursteuervorrichtung , die außerdem einen Unterbrechungsfühlerschaltkreis aufweist, durch den die Anlegung von Nulldurchgangsimpulsen an den Impulsdiskriminatorschaltkreis verhindert wird, wenn ein Bruch des Steuerelementes auftritt, indem eine scheinbare Verschiebung des Ausgangssignals des temperaturabhängigen Schaltkreises auf die Seite eines Niedrigtemperaturzustandes und dessen dortiger Verbleib beim Auf- '· treten eines derartigen Bruches des Steuerelementes verursacht wird, wodurch ein Anstieg der gesteuerten Temperatur verhindert wird. .

Ein noch weiteres dem zweiten Hauptziel untergeordnetes Nebenziel besteht in der Schaffung einer hochsicheren automatischen Temperatursteuervorrichtungf bei der eine Anzahl .' elektrischer Schaltkreise, wie der Unterbrechungsfühlerschalt- * kreis, der Veraleicherschaltkreis usw., derart geschaltet sind,

daß - 9 -

J I/ I DDU

Nulldurchgangsimpülse aufeinanderfolgend durch die Schaltkreise übertragen werden und von dem letzten der Schaltkreise herrührende Auscrangs impulse an den Impulsdiskriminator schaltkreis als dessen Eingangssignale angelegt werden, wodurch ein Fehler der Schaltkreiskomponenten in dem übertragungsweg der Nulldurchq-angsimpulse überprüft werden kann, ohne zusätzliche Komponenten zur Verwendung in der Prüfung zu erfordern und die Zuführung elektrischer Leistung zu der Heizkomponente unterbrochen werden kann, wenn in den Schaltkreisen ein Fehler auftritt.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung, auf die bezüglich aller nicht im Text beschriebenen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigt:

Fig. 1 ein Schaltbild einer herkömmlichen automatischen Temperatursteuervorrichtung für eine elektrische Heizdecke,

Fig. 2 den Aufbau eines in der herkömmlichen

elektrischen Heizdecke verwendeten Leiterß, der eine Doppelfunktion des Heizens und der Temperaturerfassung aufweist,

Fig. 3 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Impedanz und Temperatur eines in dem Leiter verwendeten Fühlers,

Fig. 4 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer automatischen Temperatursteuervorrichtung für eine elektrische Heizdecke,

- 10 -

Fig. 5, 6 und 7 Schaltbilder, in denen Einzelheiten der jeweiligen Blöcke von Fig. 4 dargestellt sind, und

Fig. 8 und 9 Zextablaufdiagramme, in denen Spannungsund Stromwellenformen der Schaltkreise von Fig. 4 bis 7 dargestellt sind.

Zuerst wird auf ein in Fig. 4 dargestelltes Blockdiagramm Bezug genommen. Zum besseren Verständnis der Erf in-.· dung sollten gleichzeitig auch die Fig. 8 und 9 herangezogen werden. In Fig. 4 ist'eine Spannung V_n einer Wechsel-

stromquelle 1 an einen aus einer Diode 20, einem Widerstand 21 und einem Kondensator 22 bestehenden Stromkreis durch Schließen eines Schalters 2 angelegt, um eine als eine Gleichstromversorgung für die Schaltkreise zu verwendende Gleichspannung V_,_ herzustellen. Ein temperaturabhängiger Schaltkreis,

wie er durch einen Block 23 bezeichnet ist, erfaßt einen Strom I_c, welcher von der Verstärkung eines elektrischen Stromes herrührt, der durch eine Erdleitung der Wechselstromquelle 1, den temperaturabhängigen Schaltkreis 23, einen Heizwiderstand oder Heizleiter 33, das Steuerelement 6, den Fühler 5, das Heizelement 4 und die andere Versorgungsleitung der Wechselstromquelle 1 fließt, wobei seine Größe mit der Änderung der Impedanz des Fühlers 5 während negativer Halbwellen der Spannung V der Wechselstromquelle 1 veränderlich ist, und der einen gleichzeitigen Fluß eines Stromes I_T hervorruft, welcher im wesentlichen mit dem Strom I_c identisch ist. Da der Fühler 5 kapazitiv wirkt, eilt d:. 3ser Strom I_g in der Phase um ungefähr 90° voraus, wie in Fig. 8 dargestellt, und überlappt in der Phase positive Halbwellen der Wechsel-

- 11 -■■ . -

ο IZ

Stromquellenspannung, in denen ein SCR 11 angeschaltet ist, so daß die Wellenform des Stromes I durch den Einfluß

eines von dem Heizelement 4 erzeugten Potentialgradienten verzerrt ist. Natürlich ist der Strom I nicht verzerrt,

wenn der SCR 11 abgeschaltet ist. Daher weist die Größe des Stroms I_g eine große Abhängigkeit von der Anwesenheit oder Abwesenheit der Verzerrung auf, was unerwünschte Änderungen in der Beziehung zwischen der Temperatur des Heizelementes 4 und der Größe des Stromes I„ zur Folge hat.

Durch einen Integrations schaltkreis, wie er durch einen Block 24 bezeichnet ist, ist der Strom I integrierbar und

eine zu der Temperatur des Heizelementes 4 umgekehrt proportionale Ausgangsspannung V erzeugbar. Aus den vorstehend

angegebenen Gründen integriert der Integrationsschaltkreis 24 den Strom I_m bei dem ein Bereich des Stroms I„, in dem

Jl O

die Verzerrung auftritt, ausgenommen ist.In dem Maße wie die Temperatur des Heizelementes 4 ansteigt, fällt die Impedanz des Sensors 5 ab, was einen anwachsenden Strom I_

und eine abfallende Spannung V zur Folge hat. Durch einen

elektrischen Potentialeinstellschaltkreis, wie er durch einen Block 25 bezeichnet ist, ist ein Potential V erzeugbar. Das Potential V„ ist manuell veränderbar und kann durch

den Benutzer eingestellt werden, um eine günstigste gesteuerte Temperatur zu erhalten. Ein Block 26 bezeichnet einen Impulsgeberschaltkreis, der verschiedene Impulse V-, V₁₇₁ ,

"" ' U Δ I

Vp und V in Synchronbeziehung zu der Wechselstromquellenspannung V_Ar erzeugt. Der Impuls V₇₁ stellt Nulldurchgangsimpulse dar, die an Nulldurchcrangspunkten erzeugt werden, durch die die Wellenform der Wechselstromquellenspannung

- 12 -

/9-

V_ÄC von negativen Halbwellen zu positiven Halbwellen hindurchgeht.

Ein Block 27 bezeichnet einen Unterbrechungsfühlerschaltkreis, durch den eine Trennung oder ein Bruch des Steuerelementes 6 erfaßbar ist und der eine an das Steuerelement · 6 synchron zu den Nulldurchgangsimpulsen V₁ anzulegende

Spannung V_v erzeugt und der außerdem weitere Nulldurchgangsimpulse V₇₂ synchron zu den Nulldurchgangsimpulsen V₇₁ erzeugt, wenn das Steuerelement 6 weder getrennt noch unterbrochen ist, wodurch ein Stromdurchgang ermöglicht ist. Ohne den Unterbrechungsfühlerschaltkreis 27 würde eine beim Auftreten einer Trennung oder eines Bruches des Steuerelementes 6 auftretende Verringerung des durch den Fühler 5 fließenden Stromes I„ ein

eine verringerte Temperatur des Heizelementes 4 anzeigendes Signal hervorrufen, wodurch ein gefährlicher Anstieg der gesteuerten Temperatur über eine voreingestellte Temperatur hinaus hervorgerufen würde.

Ein Block 28 bezeichnet einen Vergleicherschaltkreis, der in der Abwesenheit der an ihn angelegten Nulldurchgangsimpulse V₁₇₀ die von dem elektrischen Potential einstell-

schaltkreis a25 herrührende Auscrangsspannung V auf einen Pegel von V-,- -V= V , wobei V„ ein konstanter Spannungsabfall

t^O Γ OP Jt

in Durchlaßrichtung einer Diode ist, festlegt und der in der " Anwesenheit der von dem Unterbrechungsfühlerschaltkreis 27 herrührenden Nulldurchfyangsimpulse V₀ den festgelegten Pegel

in Synchronbeziehung zum Empfang der Nulldurchgangsimpulse freigibt und die von dem Integrationsschaltkreis 24 herrührende Ausgangsspannung V , die zu der Temperatur'des Heiz-

- 13

J \l ISbU

elementes 4 umqekehrt proportional ist, mit einer Spannung V vergleicht, die den Wert der von dem elektrischen Potentialeinstellschaltkreis 25 herrührenden Ausgangsspannung V₀

zu dieser Zeit darstellt, wodurch die weiteren Nulldurchgangsimpulse Vj₇-. in Phase mit den Nulldurchgangsimpulsen V₂₂ erzeugt werden, wenn die erfaßte Temperatur unterhalb eines voreingestellten Temperaturniveaus liegt.

Ein Block 29 bezeichnet einen Impulsdiskriminatorschaltkreis, der nach Empfang der von dem Vergleicherschaltkreis 28 herrührenden Nulldurchgangsimpulse V„_ weitere Nulldurchgangsimpulse V . in Phase mit den Nulldurchgangsimpulsen V„_ erzeugt, wobei die Impulse V . an das Gate des SCR 11 angelegt werden, um diesai zu triggern und dem Heizelement 4 elektrische Leistuncr zuzuführen. Wenn die erfaßte Temperatur ein voreingstelltes Temperaturniveau überschreitet oder wenn ein Fehler in dem Impulsgeberschaltkreis 26, Unterbrechunqsfühlerschaltkreis 27 oder Vergleicherschaltkreis auftritt, wird an den Impulsdiskriminatorschaltkreis 29 kein Eingangsimpuls V₁₇_ angelegt und es gibt daher keinen

UO

Ausgangsimpuls V . von dem Impulsdiskriminatorschaltkreis 29, wodurch der SCR 11 ungetriggert bleibt. Wenn in dem Impulsgeberschaltkreis 26, Unterbrechungsfühlerschaltkreis 27 oder Vergleicherschaltkreis 28 ein Fehler auftritt, jedoch das Eingangssignal V _ kontinuierlich dem Impulsdiskriminator-

Ao

schaltkreis 29 zugeleitet wird, wird das Ausgangsignal· V₇₄ des Impulsdiskriminatorschaltkreises 29 auf einen Pegel herabgesetzt (in der Praxis nicht mehr als 0,2 Volt), der so niedrig ist, daß er zur Triggerung des SCR 11 nicht ausreicht. Daher wird der SCR 11 auch in diesem Fall nicht getriggert. Außerdem ist der Impulsdiskriminatorschaltkreis 29 selbst derart konstruiert, daß sein Ausgangssignal V₇₄ verschwindet oder auf einen zur Triggerung des SCR 11

- 14 -

unzureichend niedrigen Pegel herabgesetzt wird, wenn in dem Impulsdiskriminatorschaltkreis 29 selbst ein Fehler auftritt.

Bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau werden die von dem Impulsgeberschaltkreis 26 gelieferten Nulldurchgangsimpulse nacheinander durch den Unterbrechungsfühlerschaltkreis 27 und Vergleicherschaltkreis 28, dessen zuverlässiger Betrieb sichergestellt werden muß, hindurch übertragen und durch das am Ende vorhandene Ausgangssignal wird der Impulsdiskriminatorschaltkreis 29 zur Triggerung des SCR 11 veranlaßt. Auf diese Weise stellen die jeweiligen Schaltkreise zusammen mit der Erfüllung ihrer richtigen Funktion während der Erzeugung der Nulldurchgangsimpulse sicher, daß in ihnen kein Fehler auftritt. Es ist daher möglich, gleichzeitig und unverzüglich die beiden Funktionen zu erreichen, sicherzustellen, daß die Schaltkreise in einem hochbetriebssicheren Zustand gehalten werden, ohne jedoch eine irgendwie geartete große Erweiterung von Schaltkreisen oder Komponenten für die Gewähr, eines sicheren Betriebs der Vorrichtung zu benötigen. Selbst wenn zusätzlich zu den beiden elektrischen Schaltkreisen

. des Unterbrechungsfühlerschaltkreises 27 und Vergleicherschaltkreises 28, wie sie in der obigen Konstruktion beispielhaft erläutert sind, weitere Schaltkreise, deren sicherer Betrieb zu gewährleisten ist, im Spiele sind, kann das vorerwähnte Sicherheitssystem ohne "*" weiteres einen hochsicheren Betrieb der Vorrichtung gewährleisten. Aus diesem Grunde wird darauf hingewiesen, daß dieses Sicherheitssystem einen weiten Anwendungsbereich besitzt.

Ein Block 30 bezeichnet einen SCR-Fehlererfassüngsschaltkreis. Wenn festgestellt wird, daß der SCR 11 trotz der Abwesenheit der von dem Vercrleicherschaltkreis 29 herrührenden Nulldurchgangsimpulse V " angeschaltet wird, legt der SCR-Fehlererfassungsschaltkreis 30 eine hohe Last an den Heizwiderstand 31, wobei diese Last 17 χ so hoch ist wie die Nenn-

- 15 -

- w-

last des Heizwiderstandes 31, indem die von dem Impulsgeberschaltkreis 26 herrührenden Ausgangsimpulse V„ und V .verwendet

werden, so daß der Heizwiderstand 31 aufgeheizt wird, um das Durchschmelzen einer Schmelzsicherung 32 zu bewirken, wodurch die elektrische Leistungszuführung für das Heizelement 4 unterbrochen wird. Demzufolge kann die elektrische Leistungszuführung für das Heizelement 4 selbst dann unterbrochen werden, wenn der SCR 11 kurzgeschlossen worden oder eine Selbsttriggerung desselben aufgetreten ist.

Ein Leiter 3 besitzt die Funktion der Erfassung einer unnormalen Aufheizung, wenn unbeabsichtigt in dem Leiter 3 eine unnormale Wärmemenge erzeugt wird. Wenn nämlich das Heizelement 4 unnormal aufgeheizt wird, bis seine Umgebungstemperatur den Schmelzpunkt (167°C) des aus einem Plastikthermistor bestehenden Fühlers 5 erreicht, gelangt das Steuerelement 6 infolge einer in dem Steuerelement 6 von der Vorgeschichte seiner Wendelbildung verbliebenen Zugspannung mit dem Heizelement 4 in einen Kurzschlußkontakt. Sodann wird der Heizwiderstand 33 von der Wechselstromquellenspannung V-._ beaufschlagt und hierdurch von einem großen Laststrom, der 17 χ so groß ist wie sein Nennlaststrom aufgeheizt. Demzufolge wird die Schmelzsicherung 32 durchgeschmolzen, um die elektrische Leistungszufuhr für das Heizelement 4 zu unterbrechen.

Vorstehend ist der Gesamtaufbau des Sicherheitssystems der erfindungsgemäßen automatischen Temperatursteuervorrichtung beschrieben. Nun wird der Aufbau jedes der einzelnen in dem System verwendeten Schaltkreise mehr in Einzelheiten beschrieben.

In Fig. 5 sind Einzelheiten des Impulsgeberschaltkreises 26 dargestellt, in dem die Wechselstromquellenspannung" V_Ar, durch ein von einem Widerstand 34 und einem Kondensator 35 gebildetes Filter in eine Wechselspannung V ' umgewandelt wird,

- 16 -

deren Phase leicht verzögert ist, wie es in Fig. 8 dargestellt ist , und die Wechselspannung V ' wird einem Punkt 36 zügeführt. Wenn die Wechselspannung V₇. -' während einer ansteigenden positiven Halbwelle eine durch eine Konstantstromquelle 37 und eine Diode 38 bestimmte Bezugsspannung V_ überschreitet,

wird ein Vergleicher 39 invertiert, um eine Ausgangsspannung Vp zu erzeugen. Wenn danach die Wechselspannung V₇. ' weiterhin' ansteigt und einen Pegel gemäß der Summe der Bezugsspannung

V und eines Basis-Emitter-Vorwärtsspannungsabfalls V__ eines Transistors 40 erreicht, werden die Transistoren 40 und 41 angeschaltet, um einen Ausgangsimpuls V_, zu erzeugen, der auf Erdpotential abfällt. Demzufolge ist der Punkt des Abfalls von

V notwendigerweise gegenüber dem Punkt des Anstiegs von V verzögert, während der Punkt des Anstiegs von V notwendigerweise dem Punkt desJAbfalls von V vorauseilt .Wenn die Wechselspannung V' in eine negative Halbwelle übergeht, wird ein Transistor 43 angeschaltet, wodurch Transistoren 46 und 47, die infolge ihrer Speisung durch KonstantStromquellen 44 und 45 leitend gewesen sind, abgeschaltet werden und gleichzeitig ein Ausaangsimpuls V.. erzeugt wird, der auf Erdpotential abfällt. Das Bezugszeichen 49 bezeichnet einen Basis-Emitter-Widerstand für den Transistor 47.

Durch Anlegung des solchermaßen erzeugten Impuls V_p und V_n an einen Stell- bzw, einen Rückstellanschluß eines Flip-Flop 50 und sodann folgende Anlegung eines Q-Ausgangs des Flip-Flop 50 und des Impulses V^ an einen NOR-Schaltkreis 51, wird der Nulldurchgangs impuls V₁₇₁ an dem Ausgangsanschluß des

ώ I -

NOR-Schaltkreises 51 erzeugt«

Vorstehend ist eine Beschreibung der Wechselspannung V._ „',deren Phase gegenüber derjenigen der Wechselstromque.1-lenspannung V₇.- leicht verzögert ist, angegeben worden, sowie des Impulses V , der während negativer Halbwellen der Wechsel-

- 17 - ·'■ ■ ■

- w-

spannung V_n-' ansteigt, des Impulses V, der während positiver Halbwellen der Wechselspannung V ' ansteigt und des Impulses V_n, der während positiver Halbwellen der Wechselspannung V ' abfällt, und während der positiven Periode des Impulses V ansteigt.

Unter Bezugnahme auf Fig. 6, in der in Einzelheiten der wesentliche Aufbau der Erfindung dargestellt ist, werden Einzelheiten des temperaturabhängigen Schaltkreises 23, des Integrationsschaltkreises 24, des elektrischen Poterfcialeinstellschaltkreises 25, des Unterbrechungsfühlerschaltkreises 27, des Vergleicherschaltkreises 28 und des Impulsdiskriminatorschaltkreises 29 beschrieben. Zum besseren Verständnis der Erfindung sollte ebenfalls auf Fig. 8 Bezg genommen werdem.

Der temperaturabhängige Schaltkreis 23 weist einen Transistor 52 in Basisschaltung und eine Diode 53 auf, die antiparallel zu dem Basis-Emitter-Schaltkreis des Transistors

52 miteinander verbunden sind, so daß der PN-Übergang der Diode

53 und der Basis-Emitter-Übergang des Transistors 52 umgekehrt parallel zueinander geschaltet sind. Während positiver Halbwellen der Wechselstromquellenspannung V wird die elektrische Leistungszuführung für das Heizelement 4 gesteuert und während negativer Halbwellen der Wechselstromquellenspannung V wird die Impedanz des Fühlers 5 als ein Äquivalent für die Temperatur des Heizelementes 4 erfaßt. Der während negativer Halbwellen der Wechselstromquellenspannung V durch den Fühler

Av-

5 fließende Strom I ist gleich dem Emitterstrom des Transistors 52.

In Fig. 8 ist mit χ eine Periode bezeichnet, in der dem Heizelement 4 elektrische Leistung zugeführt wird und mit γ eine Periode, in der die elektrische Leistungszufuhr für das Heizelement 4 unterbleibt. Da der Fühler 5 wie in Fig. 3 dargestellt, eine kapazitive Impedanz aufweist, eilt die

-18-

Phase des Fühlerstromes I_ derjenigen der Wechselstromquellenspannung V _r um ungefähr 90° voraus, so daß ein Bereich des Fühlerströmes I_c die Periode zur Steuerung der elektrischen Leistungszufuhr für das Heizelement 4 überlappt. Demzufolge beeinflußt ein in dem Heizelement 4 während der elektrischen Leistungszufuhr für das Heizelement 4 hervorgerufener elektrischer Potentialgradient den Fühlerstrom I_ im Sinne einer Ver- · zerrung der Wellenform des überlappenden Bereichs des Fühlerstromes Ig, wie es in Fig, 8 dargestellt ist. Natürlich verschwindet die Verzerrung innerhalb der Periode y von Fig. 8. Während positiver Halbwellen der Wechselstromquellenspannung V geht der durch den Fühler 5 hindurchfließende Strom I_c durch die Diode 53 hindurch. Da die Größe der Vorwärtsspannung der Diode 53 und die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 52 im wesent,-' liehen einander gleich sind und ferner beide der vorgenannten Spannungen viel kleiner sind als die Spannung V, _c, ist der Fühler 5 durch eine symmetrische Wechselspannung gespeist, , wodurch die fortschreitende Verschlechterung des Fühlers 5 durch den Polarisationseffekt unterdrückt ist. Dem Heizwiderstand 33 wird die Wechselstromquellenspannung V_H_ aufgeprägt, wenn das Heizelement 4 zur Erreichung einer unnormal hohen Temperatur, bei der der Fühler 5 schmilzt, aufgeheizt wird und das Heizelement 4 gelangt in Kurzschlußkontakt mit dem Steuerelement 6, wodurch der Heizwiderstand 33 aufgeheizt wird, um die Schmelzsicherung 32 durchzuschmelzen. Der Widerstandswert des Heizwiderstandes 33 (im vorliegenden Beispiel 390 Ohm) ist viel kleiner als der Widerstand des Fühlers 5, so daß die Einfügung des Widerstandes 33 in dem Fühlerstrom I_c keinen Fehler hervorruft.

Der Kollektorstrom I , dessen Größe im wesentlichen zu der des Fühlerstroms I_c gleich ist, fließt durch den Kollektor des Transistors 52, Es würde jedoch in Abhängigkeit von der Zufuhr oder der unterbrechung der Leistungszufuhr für das Heizelement 4 eine Verzerrung in dem Fühlerstrom I_c auftreten oder verschwinden, was daher eine entsprechende Fluktuation der ·.-■" ,

-19-

- <vr-

Größe des Fühlerstroms I_c oder des Kollektorstroms I zur Folge hätte. Zur Beseitigung des oben beschriebenen Nachteils ist der Integrationsschaltkreis 24 vorgesehen, um die Verzerrungskomponente des Kollektorstroms I abzuschneiden und durch Integration des Kollektorstroms Ι_φ, dessen Verzerrungskomponente entfernt worden ist, ein die gesteuerte Temperatur anzeigendes Gleichstromsignal zu erzeugen.

Der Integrationsschaltkreis 24 weist einen Kondensator 54 zur Integration des Kollektorstroms Ι_φ auf und einen Entladewiderstand 55 zur allmählichen Entladung einer auf dem Kondensator 54 vorhandnen elektrischen Ladung. Ein Transistor 56 ist zum Abschneiden der Verzerrungskomponente vorgesehen. Dieser Transistor 56,-■ der unter der Steuerung einer Konstantstromquelle 58 in dem leitenden Zustand verbleibt, wird abgeschaltet, um die Verzerrungskomponente herauszuschneiden, wenn ein in den Basisschaltkreis des Transistors 56 geschaltete:*- Transistor 57 durch den Impuls V_p, der während positiver Halbwellen der Wechselstromquellenspannung V ansteigt, angeschaltet wird. Es ist eine Diode 59 vorgesehen, um die Abschaltung des Transistors 56 sicherzustellen, wenn der Transistor 57 angeschaltet worden ist.

Es folgt eine Beschreibung der durch den oben erwähnten Aufbau hergestellten Beziehung zwischen der Temperatur des Heizelementes 4 und der Ausgangsspannung V- des IntegrationsSchaltkreises 24. Wenn die Temperatur des Heizelementes 4 ansteigt, sinkt die Impedanz des Fühlers 5 ab und der Fühlerstrom I„ und der Kollektorstrom I_ steigen an . Folglich steigt die Integrationsspannung des Kondensators 54 an und sinkt die Auscrancrsspannung V₁ des Integrationsschaltkreises 24 ab. Wenn andererseits die Temperatur des Heizelementes 4 abfällt, kehrt sich die oben erwähnte Situation um und die Ausgangsspannung V₁ des Integrationsschaltkreises 24 steigt aruDaher ändert sich

- 20 -

2g

-etr-

die Ausgangs spannung V des IntegrationsscheLtkreises 24 umgekehrt proportional zu der Temperatur des Heizelementes 4.

Als nächstes weist der elektrische Potentialeinstellschaltkreis 25 einen über die Schaltkreisgleichstromversorgung V „ geschalteten, aus einem Widerstand 60, einstellbaren Widerstand 61 und Widerstand 62 bestehenden Reihenschaltkreis auf, und sein Ausgangspotential V₁₃ wird an einem Verbindungspunkt des Wider-Standes 60 und des einstellbaren Widerstandes 61 abgenommen. Der Widerstandswert des einstellbaren Widerstandes 61 kann durch den Benutzer verändert werden, um das Ausgangspotential V des elektrischen Potentialeinstellschaltkreises 25 einzustellen.

Es folgt eine Erklärung des Unterbrechungsfühlerschaltkreises 27. Der Unterbrechungsfühlerschaltkreis 27 weist einen Transistor 68 auf, der durch Speisung mit einem Konstantstrom, aus einer Konstantstromquelle 63 über Dioden 64, 65, 66 und angeschaltet ist, wenn der Nulldurchgangsimpuls V₁₇₁ nicht an die Basis eines Transistors 70 angelegt ist. Ein Widerstand stellt einen Basis-Emitter-Widerstand für den Transistor 68 dar. Wenn der Nulldurchgangsimpuls V₁₇₁ an die Basis des Transistors 70 angelegt wird, wird der Transistor 70 eingeschaltet, wodurch die Einschaltung eines Transistors 74 durch einen Widerstand 71 und eine durch eine Diode 72 und einen Transistor 73 .·' gebildete Stromspiegelschaltung verursacht wird, um ein Ausgangspotential V an dem Emitterausgang des Transistors 74 zu erzeugen. Wenn das Steuerelement 6 weder getrennt noch zerstört ist, wird ein Strom von der Konstantstromquelle 63 geliefert, um durch das Steuerelement 6 zu fließen und gleichzeitig die Abschaltung des Transistors 68 hervorzurufen, wodurch der Nulldurchgangsimpuls Vp an dem Kollektor des Transistors 68 erzeugt wird. Wenn das Steuerelement 6 getrennt oder zerstört ist, kann durch das Steuerelement 6 kein Strom fließen, selbst wenn der Transistor 74 eingeschaltet ist, so daß der Transistor 68 weiterhin leitend bleibt und daher kein NuIldurchqangsimpuls V- erzeugt wird. Das Bezugszeichen 75 bezeichnet einen *

he.

- 21 -

Basis-Emitter-Widerstand für den Transistor 74. Es sind Dioden 76, 77 und 78 vorgesehen, um den Transistor 74 gegen Spannungsstöße zu schützen. Die Dioden 64, 65, 66 und 67 sind vorgesehen, um die Abschaltung des Transistors 68 sicherzustellen, wenn der Transistor 74 eingeschaltet wird.

Wie aus der obigen Beschreibung vorgeht, wird, wenn das Steuerelement 6 weder getrennt noch zerstört ist, der Nulldur chaangs impuls V „ in Phase mit dem Nulldurchgangsimpuls V_n,., erzeugt, wenn der Nulldurchgangsimpuls V_n, an die Basis des Transistors 70 angelegt wird.

Nun folat die Erklärung des Vergleicherschaltkreises 28. Durch den Vergleicherschaltkreis 28 ist das Ausgangspotential V des Integrationsschaltkreises 24 mit dem Ausgangspotential V des elektrischen Potentialeinstellschaltkreises 25

^b erb

vercrleichbar. In Abwesenheit des von dem Untrechungsfühlerschaltkreis 27 herrührenden Nulldurchgangsimpulses \f bleibt der Transistor 68 leitend, und ein Transistor 80 verbleibt ebenfalls in dem leitenden Zustand, wobei sein Basisstrom durch einen Widerstand 79 aezogen wird, wodurch sichergestellt ist, daß das Ausgangspotential V_ des elektrischen Potentialeinstell-Schaltkreises 25 auf einen Pegel V_„ festgelegt wird, der um

far

den Vorwärtsspannungsabfall V_ einer Diode 81 niedriger ist als die Schaltkreisgleichstromversorgungsspannung V„. Folglich besteht zwischen dem Ausaangspotential V des elektrischen Potentialeinstellschaltkreises 25 und dem Ausgangspotential V des Ihtegrationsschaltkreises 24 die Beziehung V_e -^ V wodurch der Ausrrangspegel des Vergleichers 82 auf einen niedrigen Wert aebracht wird. Wenn der Nulldurchganasimpuls V„„ durch

ΔΛ

die Abschaltung des Transistors 68 erzeucrt wird, wird der Transistor 80 abgeschaltet, um das Ausgangspotential V_c des

elektrischen Potentialeinstellschaltkreises 25 aus seinem festaeleaten Potentialpegel freizugeben, um das Ausgangspotential

-22-

V_T des Integrationsschaltkreis 24 mit dem von dem elektrischen Potentialeinstellschaltkreis 25 gelieferten voreingestellten Wert Vg_T von V zu vergleichen. Bei diesem Vergleich gelangt während der in Fig. 8 dargestellten Periode x, in der die Temperatur des Heizelementes 4 unterhalb der voreingestellten Temperatur verbleibt, jedesmal wenn die Beziehung V < V erfüllt wird, das Ausgangssignal des Vergleiches 82 auf einen hohen Pegel, um hierdurch den Nulldurchgangsimpuls V„_ zu erzeucren. Andererseits gilt während der Periode y, während der die Temperatur des Heizelementes 4 auf einem höheren Wert verbleibt als die voreingestellte Temperatur, die Beziehung V ^ V_T , um das Auscrangssignal des Vergleichers 82 auf einem niedrigen Pegel zu halten, wodurch die Erzeugung der Nulldurchgangsimpulse V₇₁. verhindert wird. Das Bezugszeichen 83 bezeichnet einen Basis-Emitter-Widerstand für den Transistor 80. _a Die Diode 81 dient einem weiter unten beschrienen nützlichen Zweck. Wenn in dem temperaturabhängigen Schaltkreis 23 oder dem Integrationsschaltkreis 24 ein Fehler auftritt, nämlich wenn beispielsweise in dem Transistor 52 ein Stromkreisöffnungsfehler auftritt, nimmt das Ausganqspotential V₁ des Integrationsschaltkreises 24 den gleichen Wert an wie die Schaltkreisgleichstromversorgungsspannung V_rr,. Angenommen die Diode 81 wäre nicht vorgesehen, würde das Ausgangspotengial V des Potentialeinstellschaltkreises 25, das auf einen um die Emitter-Kollektor-Sättigungsspannung V des Transistors 80 niedriger als die Schaltkreisgleichstromversorgungsspannung V liegenden Pegel V„„ festgelegt ist, wenn der Transistor 80

or

leitet, synchron zu der Erzeugung des Nulldurchgangsimpulses V„ auf seinen nicht festgel^jten Potentialpegel V freigegeben. Daher wird normalerweise die Beziehung V_T3 V aufrechterhaltean, durch die der Ausganqspegel des Vergleichers auf hohen Pegel gelangt, wodurch die Erzeugung des ausgangsseitigen Nulldurchgangsimpulses V₁₇₀ durch den Vergleicherschaltkreis 28 verhindert wird. Es wird darauf hingewiesen, daß der Vergleicher 82 eine Eingangsverschiebungsspannung

- 23 -

-8ΤΓ-

V aufweist. Wenn daher die Beziehung V -*■ (V - V)

crilt, wird der Ausgangspegel des Vergleichers 82 niedrig, Wenn der Transistor 80 eingeschaltet wird. Demzufolge wird der Nulldurchcrangsimpuls V₁₇- fortwährend durch den Vergleicherschaltkreis 28 erzeugt, was eine gefährliche überheizung des Heizelementes 4 zur Folge hat. Dank der Anbrinaung der Diode 81 ist es jedoch möglich, das Potential V_c weiterhin durch den Wert des Vorwärtsspannungsanfalls V„ über der Diode 81 auf den Pegel V.-,_m herabzusetzen, selbst wenn der Transistor 80 leitend ist, wodurch der durch die Einaanasverschiebespannuncr des Vergleichers 82 hervorgerufene nachteilige Einfluß ausgeschaltet ist.

Es folcrt eine Erklärung des Impulsdiskriminatorschaltkreises 29. Wenn der Impulsdiskriminatorschaltkreis 29 die Nullduarchgangsimpulse V₁₇-, von dem Vergleicherschaltkreis nicht empfängt (d.h. wenn der Ausgangspegel des Vergleichers 82 niedrig is^), sind Transistoren 84 und 85 nichtleitend und ein Kondensator 86 wird allmählich durch einen Widerstand 87 von der Schaltkreisgleichstromversorgungsspannung V_cc aufgeladen. Nachdem die Basis des Transistors 84 die von dem Vergleicherschaltkreis 28 herrührenden Nulldurchgangsimpulse V empfängt, wird der Transistor 84 durch einen

lsi

Widerstand 88 leitfähg gesteuert und der Transistor 85 wird ebenfalls durch einen Widerstand 89 leitfähig gesteuert. Demzufolge entlädt sich eine in dem Kondensator 86 gespeicherte elektrische Ladung unter Bildung des Nulldurchgangsimpulses V„. durch den Transistor 85 und einen Widerstand 90 auf das Gate des SCR 11. Das Bezugszeichen 91 bezeichnet einen Basis-Emitter-Widerstand für den Transistor 85 und das Bezugszeichen 92 einen Gatewiderstand für den SCR 11.

- 24 -

-SfT-

Der Impulsdiskriminatorschaltkreis 29 benutzt eine spezielle Eiaenschaft der augenblicklich ansteigenden Impulswellenform der Nulldurchgancrsimpulse an den Nulldurchgangspunkten, um hierdurch eine Impulsdisktimination zu bewirken. In diesem Beispiel ist es, da das Verhältnis einer Periode des Auftretens zu einer Periode des Nichtauftretens der Nulldurchgangsimpulse als 1 : 42 oder mehr gewählt ist, selbst wenn der Widerstand 87 einen beträchtlich hohen Widerstandswert aufweist, möalich, an Nullgäffg^spunkten den Impuls V₇₄ ■©η einer zur Triggerung des SCR 11 hinreichenden Größe zu erzeugen. Beispielhaft kann in diesem Falle, wenn die Schaltkreisgleichstromversorgungsspannung V 5 Volt und der Widerstandswert des Gatewiderstands 92 des SCR 11 1 ΚΛ beträgt, der Widerstand 87 einen Widerstandswert von 33 Kj/L aufweisen. Demzufolge wird, selbst wenn ein den Transistor 85 fortwährend leitend steuernder Fehler auftritt (beispielsweise in den Fällen eines Stromkreisöffnungsfehlers jeweils des Transistors 52, der Diode 64 und des Widerstandes 79, und eines Kurzschließungsfehlers des Transistors 85) das Gate des SCR 11 nur mit einer Spannung beaufschlagt, die nicht größer ist als eine Teilung der Schaltkreisgleichstromversor-. guncrsspannung V _ durch die Widerstände 87, 90 und 92, in diesem Fall beispielsweise 0,15 Volt. Da die angelegte Spannung eine Nichttriggerunasspannung V,™ des SCR 11 nicht überschreitet, wird der SCR 11 nicht getriggert und die elektrische Leistungszufuhr für das Heizelement 4 unterbrochen. Dieser Zustand ist in Fig. 8 durch eine Periode ζ angezeigt. Die Periode ζ von Fig. 8 ist untervder Annahme dargestellt, daß in dem Transistor 52 ein Stromkreisöffnunqsfehler aufgetreten ist.

In Fiq_# 7 ist ein konkreter Aufbau des SCR-Fehlererfassungsschaltkreises 30 dargestellt. Dieser Schaltkreis wird unter gleichzeitiger Bezugnahme auf Fig. 9 beschrieben.

-er -

In Fig. 9 bezeichnet die Periode "a" einen Zustand, in dem sich der SCR 11 normal verhält, aber nichtleitend ist, die Periode "b" einen Zustand, in dem sich der SCR 11 normal verhält und leitend ist, die Periode "c" einen Zustand, in dem bei dem SCR 11 ein Selbsttrigrrerungsfehler aufgetreten ist und die Periode "d" einen Zustand, in dem bei dem SCR 11 ein Kurzschließungsfehler aufgetreten ist. In Fig. 7 bilden Widerstände 93 und 94, ein Transistor 95, Dioden 96 und 97, ein Transistor 98, eine Konstantstromquelile 99, ein Widerstand 100 und ein Transistor 101 einen elektrischen Schaltkreis zur Bestätiaung der Abschaltung des SCR 11. Während negativer Halbwellen der Wechselstromquellenspannung V sind die Transistoren 95 und 98 abgeschaltet und der Transistor 101 eingeschaltet, so daß sich die Kollektorapannungswellenform V des Transistors 100 auf einem niedricren Pegel befindet. Innerhalb der Periode "a" von Fig. 9, in der der SCR 11 nichtleitend ist, steigt während positiver Halbwellen der Wechselstromquellenspannung V_n eine Eingancrswechselspannung V an, wenn die Wechselstromquellenspannung V ansteigt, so daß die Transistoren 95 und einaeschaltet werden und der Transistor 101 abgeschaltet wird, um seine Kollektorspannung V^ auf einen hohen Pegel anzuheben. Das Bezugszeichen 102 bezeichnet einen Flip-Flop-Schaltkreis , der zur Speicherung der Anwesenheit oder Abwesenheit des von dem Vergleicherschaltkreis 28 crelieferten Nulldurchcrangsimpulses V₃ vorgesehen ist.

Innerhalb der Periode "a", in der die Temperatur des Heizelementes 4 höher ist als die voreingestellte Temperatur, wird der Nulldurchcrancrsimpuls V -. nicht erzeucrt und der Flip-Flop-Schaltkreis 102 wird durch den eingehenden Rückstellimpuls ν rückcrestellt gehalten, um seine Ausgangsspannung V auf einem niedricren Pegel zu halten. Das Bezugszeichen 103 bezeichnet einen NOR-Schaltkreis, der eine Ausgangsspannung ν_γ eines hohen Peaels liefert, wenn sich alle seine Eingangsspannungen auf einem niedrigen Pecrel befinden, der jedoch keinerlei Ausgangs-

-26-

Ureines hohen Peqels während der Periode "a" liefert, da die Impulse V_D und/oder V eines hohen Pegels während de] Periode "a" an den NOR-Schaltkreis 103 angelegt sind.

Innerhalb der Periode "b" wird der Impuls V erzeugt,

Z Δ

um den SCR 11 einzuschalten, wenn die Temperatur des Heizelementes 4 unter die voreingestellte Temperatur abfällt. Die Einganqsspannunq V steiqt während positiver Halbwellen der Wechselstromquellenspannunq V _ nicht an, so daß sich daraus erqibt,daß die Transistoren 95 und 98 nichtleitend bleiben und der Transistor 101 leitend bleibt, um seine Kollektorspannung V₀₀ auf einem niedrigen Pegel zu halten. Andererseits wird der Flip-Flop-Schaltkreis 102 durch den eingehenden Stellimpuls V , gesetzt und hält seine Ausgangsspannung V₀ während positiver Halbwellen der Wechselstromspannung V _ auf einem hohen Peqel. Demzufolge werden Hochpeqeleingangssignale für den NOR-Schaltkreis 103 durch die Impulse V₀ und/oder V₀ aufrechterhalten, um die Erzeuaunq einer Hochpegel-Ausgangsspannung durch den NOR-Schaltkreis 103 zu verhindern. Auf diese Weise ist in dem Normalbetrieb die Erzeugung einer Hochpecrel-Ausqanqsspannunq durch den NOR-Schaltkreis "103 verhindert.

Innerhalb der Periode "c", in der der SCR 11 infolge seiner Selbsttriqgerung trotz der Abwesenheit des Impulses V₂₃ leitet, hält der Flip-Flop-Schaltkreis 102 seine Ausaangsspannung V₀ weqen der Abwesenheit eines an ihn gerichteten einaehenden Stellimpulses auf einem niedrigen Peqel. Folglich tritt während positiver Halbwellen der Wechselspannung V eine Periode auf, in der alle Eingangssignale für den NOR-Schaltkreis 103 einen niedrigen Pegel annehmen, um die Ausaangsspannung V_y des NOR-Schaltkreises 103 auf einen hohen Pegel anzuheben. Folqljßh wird ein SCR 104 getriggert, um den Heizwiderstand 31 mit einer hohen Last, die 17 χ so aroß ist wie seine Nennlast, zu beaufschlagen.

- 27 -

Auf diese Weise wird der Heizwiderstand 31 aufgeheizt, um die Schmelzsicherung 32 durchzuschmelzen, wodurch die elektrische Leistuncrszufuhr für das Heizelement 4 unterbrochen wird.

Innerhalb der Periode "d", in der der SCR 11 infolge eines Kurzschließungsfehlers trotz der Abwesenheit des Impulses V _ leitet, wird der SCR 104 auf dieselbe Weise getriggert wie in der Periode "c", und der Heizwiderstand 31 wird aufgeheizt, um die Schmelzsicherung 32 durchzuschmelzen, so daß die elektrische Leistungszufuhr für das Heizelement 4 unterbrochen werden kann.

In Fig. 7 ist eine Diode 105 zum Schutz des Transistors 95 und der Dioden 96 und 97 gegen eine hohe Rückwärtsspannung , die während necrativer Halbwellen der Wechselstromquellenspannung V_Ar auftritt, vorgesehen. Das Bezuaszeichen 106 bezeichnet einen fotowiderstand für den SCR 104.

-28-

Bezugszeichenaufstellung

1 Wechselstromquelle

2 Schalter

3 Leiter

4 Heizelement

5 Fühler ■ '

6 Steuerelement

7 isolierender Kern

8 isolierender Überzug

9 Leitungen

10 Leitungen

11 schaltendes Element, siliciumgesteuerter Gleichrichter

12 Widerstände

13 Widerstände

14 einstellbarer Widerstand

15 Widerstand

17 Diode

18 Triggerelement

19 Kondensator

20 Diode ■

21 Widerstand

22 Kondensator

23 temperaturabhängiger Schaltkreis

24 Integrationsschaltkreis

25 elektrischer Potentialeinstellschaltkreis

26 Impulsgeberschaltkreis

27 Unterbrechungsfühlerschaltkreis

28 Vergleicherschaltkreis

29 Impulsdiskriminatorschaltkreis

30 SCR-Fehlererfassungsschaltkreis

-Τ"

31 Heizwiderstand, Heizleiter

32 Schmelzsicherung

33 Heizwiderstand, Heizleiter

34 Widerstand

35 Kondensator

36 Punkt

37 Konstantstromquelle

38 Diode

39 Vergleicher

40 Transistoren

41 Transistoren 43 Transistor

44, 45, 46, 47 Transistoren

49 Basis-Emitter-Widerstand

50 Flip-Flop

51 NOR-Schaltkreis

52 Transistor

53 Diode

54 Kondensator

55 Entladewiderstand 56, 57 Transistor

58 Konstantstromquelle

59 Diode

60 Widerstand

61 einstellbarer Widerstand

62 Widerstand

63 Konstantstromquelle 64, 65, 66, 67 Dioden

68 Transistor

69 Widerstand

70 Transistor

71 Widerstand

72 Diode

73, 74, Transistor

75 Basis-Emitter-Widerstahd

76, 77, 78 Dioden

79 Widerstand

80 Transistor

81 Diode

82 Vergleicher

84, 85 Transistoren

86 Kondensator

87, 88 Widerstände

89, 90 Widerstände

91 Basis-Emitter-Widerstand

92 Gate-Widerstand 93, 94 Widerstände 95 Transistor

96, 97 Dioden

98 Transistor

99 Konstantstromquelle

Widerstand Transistor Flip-Flop-Schaltkreis NOR-Schaltkreis SCR

Diode Gate-Widerstand

Claims

3 fr * ti * · · O

Patentansprüche :

1 Λ Automatische Temperatursteuervorrichtung für ein elelctrisches Gerät wie eine elektrische Heizdecke, gekennzeichnet durch ein zur Speisuna durch eine Wechselstromquelle (1) mit dieser verbundenes Heizelement (4) , einen aus einem thermosensitiven, eine mit dem Ausmaß der Temperaturänderung sich ändernde Impedanz aufweisenden Material bestehenden Fühler (5) zur Erfassung der Temperatur des Heizelementes (4), einen temperaturabhängigen Schaltkreis (23) mit einem Transistor (52) in Basisschaltung, dessen Basis-Emitter-Schaltkreis zu dem Füh-.·· ler (5) in Reihe geschaltet ist, wobei die Reihenschaltung über die Wechselstromquelle (1) geschaltet ist und einer derart über den Basis-Emitter-Übergang des Transistors (52) geschalteten Diode (53) , daß der PN-Übergang der Diode (53) und der Basis-Emitter-Übergang des Transistors (52) in zueinander entgegengesetzter Richtung gekoppelt sind, wodurch ein Kollektorstrom des basisgeschalteten Transistors (52) als ein Temperatureignal verwendet ist, einen elektrischen Potentialeinstellschaltkreis (25) zur Erzeuauncf eines elektrischen Potentials für eine Einstellung einer gewünschten Temperatur, einen Vergleicherschaltkreis (28) zum Vergleichen eines Ausgangssignals des temperaturabhänqd/TenlSchaltkreiReH (23) mit einem Ausgangs signal fies elektrischen Potentialein- , Stellschaltkreises (25) , und eine durch ein Ausgangssignal des Vergleicherschaltkreises (28) angesteuerte und mit dem Heizelement (4) in Reihe geschaltete schaltende Einrichtung (11) zur RegeluncT der elektrischen

für fins Haizi/lemeni (4).

_ OQ _

O I L I OOU
2. Automatische Temperatursteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das thermesensitive Material des Fühlers (5) zwischen das Heizelement (4) und das Steuerelement (6) eingebracht ist , wobei das Heizelement (4), der Fühler (5) und das Steuerelement (6) zu einem Leiter (3) zusammengesetzt sindU
3. Automatische Temperatursteuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Integrationsschaltkreis (24) zum Integrieren des Ausgangssignals des temperaturabhängigen Schaltkreises (23) und zur Erzeugung eines dem Vergleicherschaltkreis (28) zuzuführenden Integrationsausgangssignals .
4. Automatische Temperatursteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Stromzuführungsunterbrechungschaltkreis mit einem zu der aus dem Steuerelement (6) und dem Basis-Emitter-Schaltkreis des basisgeschalteten Transistors (52) bestehenden Reihenschaltung in Reihe geschalteten Heizwiderstand (33) und einer mit der Wechselstromquelle (1) in Reihe geschalteten Schmelzsicherung (32) , wobei, wenn das thermosensitive Material des Fühlers (5) durch die Überheizung des Heizelementes (4) zur Herstellung eines Kurzschlußkontaktes zwischen dem Heizelement (4) und dem Steuerelement (6) geschmolzen wird, die Schmelzsicherung (32) durch die von dem Heizwiderstand (33) erzeuqte Hitze durchgeschmolzen wird, um die elektrische Leistungszufuhr für das Heizelement (4) zu unterbrechen.
5. Automatische Temperatursteuervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrationsschaltkreis (24) das Intergrieren des Ausgangssignals des temperaturabhängigen Schaltkreises (23) während positiver Halbwellen der Wechselstromquellenspannung, während derer das Heizelement (4) mit elektrischer Leistung beauf schlaat wird, unterbricht.
6. Automatische Temperatursteuervorrichtung für ein elektrisches Gerät wie eine elektrische Heizdecke, gekennzeichnet durch ein zur Speisung durch eine Wechselstromquelle (1) mit dieser verbundenes Heizelement (4), einen aus einem thermosensitiven, eine mit dem Ausmaß' der Temperaturänderung sich ändernde Impedanz aufweisenden Material bestehenden Fühler (5) zur Erfassung der Temperatur des Heizelementes (4), einen temperaturabhängigen Schaltkreis (23) zur Erfassung der Temperatur des Heizelementes (4) durch Erfassung der Impedanz des Fühlers (5), einen elektrischen Potentialeinstellschaltkreis (25) zur Erzeugung eines elektrischen Potentials für eine Einstellung einer gewünschten Temperatur, einen Impulsgeberschaltkreis (26) zur Erzeugung eines Nulldurchcrangsimpulses, einen Impulsdiskriminator schaltkreis (29) um zu erfassen, ob ein an ihn angelegtes Eingangssignal einen Impuls darstellt und um als Ergebnis der Erfassung des Eingangsimpulses einen mit dem Eingangsimpuls in Phase befindlichen Ausgangsimpuls zu erzeugen, einen Vergleicherschaltkreis (28) zum Vergleichen eines Ausaangssianals des temperaturabhängigen Schaltkreises (23) mit einem Ausgangssignal des elektrischen Potentialeinstellschaltkreises (25) synchron zu dem Nulldurchgangsimpuls und zur Erzeugung eines nächsten Nulldurchgangsimpulses, wenn die

- 31 -

O I

-Jf-

Temperatur des Heizelementes (4) unterhalb einer voreingestellten Temperatur liegt, und eine durch den Ausgangsimpuls des Impulsdiskriminator Schaltkreises (29) ge,trigger te schaltende Einrichtung (11) zur Regulierung der.elektrischen Leistungszufuhr für das Heizelement (4).
7. Automatische Temperatursteuervorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch mindestens ein mit dem Fühler 5 zusammenwirkendes Steuerelement (6) zur Lieferung eines temperaturabhängigen elektrischen Stroms, der in Abhängigkeit von der Impedanz des Fühlers (5) veränderlich ist, wobei das thermosensitive Material des Fühlers (5) zwischen das Heizelement (4) und das Steuerelement (6) eingebracht ist und dadurch das Heizelement (4), der Fühler (5) und das Steuerelement (6) zur Bildung eines Leiters (3) zusammengesetzt sind.
8. Automatische Temperatursteuervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicherschaltkreis (28) einen Schaltkreis zur Festlegung des Ausgangspegels des elektrischen Potentialeinstellschaltkreises (25) auf ein elektrisches Potential, das um eine vorbestimmte Größe niedriger ist als eine Schaltkreisgleichstromversorgungsspannung, während einer Periode, in der der Nulldurchgangsimpuls nicht auftritt, aufweist.
9. Automatische Temperatursteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß die schaltende Einrichtung (11) durch einen siliciumgeT steuerten Gleichrichter oder SCR gebildet ist, und daß ein SCR-Fehlererfassungsschaltkreis (30) zur Erfassung des Leitens des SCR 11, wenn der SCR 11 nicht getriggert ist, und um dadurch die elektrische Leistungszufuhr für das Heiz-

-32-

element (4) zu unterbrechen, vorgesehen ist.
10. Automatische Temperatursteuervorrichtung nach . einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsdiskriminatorschaltkreis (29) Widerstände, einen Kondensator (86) und Schaltelemente aufweist und der Kondensator (86) in der Abwesenheit des eingehenden Nulidurchgangsimpulses eine von der Schaltkreisgleichstromversorgung durch den Widerstand zugeführte elektrische Ladung speichert und bei Empfang des Nulldurchgangsimpulses die. Schaltelemente angeschaltet werden, um die in dem Kondensator (86) gespeicherte elektrische Ladung zur schaltenden Einrichtung (11) hin zu entladen.
11. Automatische Temperatursteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, gekennzeichnet durch einen Unterbrechungsfühlerschaltkreis (27) zur Verhinderung der Zuführung des Nulldurchgangsimpulses an den Impulsdiskriminatorschaltkreis (29), wenn in dem Steuerelement (6) ein Bruchfehler auftritt.
12. Automatische Temperatursteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von den Unterbrechungsfühlerschaltkreis (27), den Vergleicherschaltkreis (28) usw. einschließenden elektrischen Schaltkreisen derart geschaltet sind, daß. der Nulldurchgangsimpuls nacheinander durch die elektrischen Schaltkreise übertragen wird und ein Endausgangsimpuls von dem elektrischen Schaltkreis an den Impulsdiskrimi- · natorschaltkreis (29) angelegt wird.