DE2135010B2 - Aufladesteuerung für elektrische Speicherheizgeräte - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Aufladesteuerung für elektrische Speicherheizgeräte mit einem Hauptsteuergerät, welches ein Steuersignal nach Maßgabe der die Aufladung beeinflussenden Faktoren, z. B. der Außentemperatur, in Form eines Rechtecksignals mit veränderlichem Taktzeitverhältnis liefert, und mit einem Nebensteuergerät, durch welches em Rechtecksignal mit einem Tastverhältnis erzeugt wird, das gegenüber dem von dem Hauptsteuergerat vorgegebenen Tastverhältnis individuell modinzierbar ist, wobei eine Aufladung des Speicherheizgerät« nach Maßgabe des von dem Nebensteuergerät modifizierten Taktzeitverhältnisses erfolgt.

Bei dem Hauptsteuergerat handelt es sich üblicherweise um ein zentrales Steuergerät, welches ein wUterungsabhängiges Steuersignal liefert und fur mehrere Wohneinheiten gemeinsam vorgesehen ist. Es kann dann ein Nebensteuergerät als »Wohnungsstation« in den einzelnen Wohnungen bzw. m einzelnen Räumen vorgesehen sein, um das witterungsabhäneiee Signal von dem zentralen Hauptsteuergerat entsprechend den Bedürfnissen des jeweiligen Wohnungsinhabers, der Art der Nutzung des Raumes usw. individuell zu modifizieren. Bei einer bekannten Anordnung (DT-OS 19 05 069) ist in der Wohnungsstation ein anzugs- und abfallvcrzögertes Relais vorgesehen, wobei die Anzugs- und Abfallverzögerung des Relais einstellbar und damit das Taktzeitverhältnis in gewissen Grenzen veränderbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach aufgebautes und rein elektronisches Nebensteuergerät für eine Aufladesteuerung der eingangs erwähnten Art zu schaffen.

Die Aufiadesteuerung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Nebenstcuergerät ein stromrichtungsabhängiges Zeitglied enthält, dem das Rechtecksignal von dem Hauptsteuergerat zugeführt wird und dessen Ausgangssignal der ansteigenden und der abfallenden Flanke des Rechtecksignals mit unterschiedlich einstellbaren Zeitkonstanten folgt, daß das Ausgangssignal des Zeilgliedes einen oberen und einen unteren Schwellwertschalter beaufschlagt, von denen der erstere bei Überschreiten eines oberen und der letztere bei Unterschreiten eines unteren Schwellwertes jeweils ein Steuersignal abgibt, und daß eine bistabile Stufe, deren Zustand das Ausgangssignal des Nebensteuergerätes bildet, von dem ersteren Steuersignal gesetzt und von dem letzteren Steuersignal gelöscht wird.

An der Vorderflankc des von dem Hauptsteuergerat kommenden Rechtccksignals erfolgt durch das Zeitglied eine einstellbare Verzögerung, so daß das Ausgangssignal des Zeitgliedes etwa nach einer Exponentialfunktion mit einer bestimmten Zeitkonstanten ansteigt. Von der Größe dieser Zeitkonstantc hängt die Zeit ab, die vom Erscheinen der Vorderflanke des Rechtecksignals bis zum Erreichen des oberen Schwellwertes am Ausgang des Zeitgliedes vergeht. Der obere Schwellwertschalter wird somit mit einer einstellbaren Verzögerung gegen die Vorderflanke des Rechtecksignals schalten. An der Rückflanke des Rechtecksignals, wenn also das Signal am Eingang des Zeitgliedes stufenartig verschwindet, geht durch die ebenfalls einstellbare Zeitkonstante des Ausgangssignal des Zeitgliedes wieder nicht sofort auf Null zurück, sondern fällt exponentiell ab. Es vergeht eine durch die einstellbare Zeitkonstantc bestimmte Zeit, bis der un'.crc Schwellwert unterschritten wird und der untere Schwellwertschalter das Steuersignal abgibt. Von diesen beiden Steuersignalen wird eine bistabile Stufe geschaltet, die das modifizierte Ausgangssignal liefert.

Eine Aufladesteuerung, bei welcher das Taktzeitverhältnis durch Betätigung eines einzigen Stellglie-

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- _s stetig veränderlich ist, wird dadurch erhalten, ED₁ um eine Zeit τ, verzögert ist. Es ergeben sich

Saß das Zeitglied einen Einstellwiderstand enthält, eine Einzeit /_fft, und eine Auszeit i_Av. Dabei gilt: " dessen Schleifer die Rechteckspannung von dem

Hauptsteuergerät anliegt, und daß die beiden Enden _ t_±z

Jjeses Einstellwiderstandes über gegensinnig zuein- 5 -^υζ ~ T ~ >

■nder geschaltete Dioden sowie vorzugsweise über '- ^Az

«usätziiche Widerstände an einem Kondensator an- _ t_Fw

legen, an welchem die den Schwellwertschaltern zu- ^tJ*' " ~' , ~ ·

Jihrte Ausgangsspannung des Zeitgliedes abpegrif- ^/:u' ■■"* I_n wird. ^lu hz + Άζ = t_Ew + t_Aa.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß einer der Grenzwertsclialter zugleich Damit wird die bistabile Stufe für die Erzeugung des Ausgangs- ^ _ _r

lianals bildet und durch den anderen Grenzwertschal- ED_W = ED₂ + -·— -- ·

Jer rückstellbar ist. 15 t_Ez+t_Az

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausfüh-

mnesbeispiel unter Bezugnahme auf die zugehörigen Je nachdem, ob τ., ~>τ_ν Tj>t₂ oder T₁ = T₂ ist,

Zeichnungen näher erläutert: wird die Ausgangs-Einschaltdauer größer, kleiner

Fig· 1 ze'g^{1 die} Signalverläufe des R^chtecksignals oder gleich der Eingangs-Einschaltdauer des Neben-

von dem Hauptsieuergerät und des modifizierten 20 Steuergeräts.

Rechtecksignals von dem Nebensteuergerät; Wie dies erreicht wird, ist aus dem Blockschaltbild

Fig 2 zeigt ein Blockschaltbild einer erfinduncs- von Fig. 2 im Prinzip ersichtlich,

«mäßen Anordnung; " Das Eingangssignal mit der Einschaltdauer ED₁,

FiR 3 zeig^{1 ein} Schaltbild des bei der Erfindune welches in Fig.2 mit U₁, bezeichnet ist, also das

verwendeten Verzögerungsglieds; 25 Rechtecksignal von dem Hauptsteucrgerat, wird au

Fi e 4 veranschaulicht die Wirkungsweise des Ver- ein stromricluungsabhängiges, einstellbares Zeitglied

zöeenmgsgliedes; 10 gegeben. Das Ausgangssignal U_(: des einstel baren

Fie 5 ist ein vollständiges Schaltbild eines erfin- Zeitiiliedes 10 beaufschlagt einen oberen Scnwellwert-

dunesgemäßen Nebensteuergeräts. schalter 12 und einen unteren Schwellwertschalter 14.

Fie 1 veranschaulicht die Wirkungsweise das er- 30 Der obere Schwellwertschalter 12 gibt ein Meuer-

finduneseemäßen Nebensteuergeräts. Die Steuerung signal auf eine Leitung 16, wenn U_(: einen obeien

Her Aufladung des Speicherheizgerät geschieht in Schwellwert OS überschreitet. Der untere Scnwell-

Hhlicher Weise durch die Beaufschlagung eines wcrlschaltcr 14 gibt ein Steuersignal auf eine Leitung

Steuerwiderstandes mit variabler Leistung. Die Lei- 18, wenn U, einen unteren Schwellwcrl US unler-

stunessteuerung wird durch variables Einschaltver- 35 schreitet. Das Signal auf der Leitung 16 wird autuen

Ss bei konstanter Spannung erreicht. Mit Setzeingang einer bistabilen Stufe 20 gegeben und das

naltms Dei κ _v ^ ^ ^ Leitung 18 auf den Loscheingang der

t_E = Einzeit, bistabilen Stufe 20. Die bistabile Stufe 20 liefert an

/ - Auszeit ihren Ausgang 22 ein Ausgangs-Rechtecksignal U_A

^tA ' _T. 40 mit einem TaktzeitverhältnisED_W (Fig. 1), wobei τ,

P_m. = Mittelwert der Leistung, _{und r yon der Einstc}iiung des Zeitgliedes 10 abhängt.

ED = relative Einschaltdauer Das Zeitglied 10 ist in F i g. 3 dargestellt. Die E^n-

gangsspannung U,, die an einem Eingangswiderstand K

ergibt sich abfällt, liegt an dem Schleifer eines Einstelhviderstan-

t/2 _t U² __ 45 des«,.. Die Enden dieses EinstellwiderstandesRp lie-

^pmi= _D · : r_t ⁼ R uen über Festwiderstände R₁ sowie Dioden D₁ una D₂

^{R ίι}'⁺'^Λ I_n einem KondensatorC, an welchem die Ausgangs-

Dabei muß lediglich darauf geachtet werden, daß spannung U_(: des Zeitglieds abgegriffen wird. Die

die Periodendauer (/,- + /,) klein gegen die ther- Dioden D₁ und D₂ sind dabei zueinander entgcgen-

m scL zitkonTante 'de! Steuerwiderstandes ist. Das 50 gesetzt gepolt. Wenn mit λ das Teileryerhaltn^des

^steuergerät liefert ein Signa, Einste Hwider ^^%£«V& ^ &

ED = f(0_A), Aufladezcitkonstantc (über Diode D₁) als

&_A = Außentemperatur. ^ C(R₁ + cxR_P)-

Zur Anpassung der einzelnen Wohnungen bzw.

Räume wird ein Nebensteuergerät, eine sogenannte Die Enlladezeitkonstante ist

Wohnungsstation, verwendet, wobei das Taktsignal . +(l-eORpl·

ED_W der Wohnungsstation gegenüber dem zentralen ι 1 ν

Taktsignal ED₇ des Hauptstcuergerätes in gewissen 6o Einstellwiderstandes R₁, läßt

Grenzen veran erbar scm solL ^ ^^ ^^-«,„i. von Aufadezeitkons,ante^ Ent-

eines Rechtecksignals von dem Hauptstcucrgcrät dar- ladezeitkonstante stetig verandern. Dam t lasse„ sich

gesSlS mit der Einzeit,, und der Auszeit ,„,. Durch die Zeiten τ, und T₂ verändern d« vcjgche^ b.s nach

das Nebensteuergerät wird ein Signal ED_n- erzeugt. 6₅ Anlegen der Spannung IU, an dtr_Vord.rtan κ cüc.

dessen Vorderflanke gegenüber der Vorderflanke des Eingangssignals der Kondensator C aut den οncren

S J ab ED₇Un! eine Ze't τ, verzögert ist und dessen Schwelhvert ™.™W^J™·**^^

Rückflanke gegenüber der Rückflankc des Signals der Spannung U_n an der Ruckflankc des Lingangs

signals der Kondensator wieder auf den unteren Schwellwert entladen ist. Die Grenzen der beiden Schwellwertschalter 12 und 14 werden zweckmäßigerweise symmetrisch zu '' gelegt, so daß sich für

/

\ = 0,5 gleiche Verzögerungszeiten τ - τ., ergeben. In F i g. 4 sind die Auflade- und Entladekurvcn für diesen Fall λ -·=-■ 0,5 und τ, — r₂ dargestellt.

Eine wichtige Forderung ist, daß während der Auf- und Entladung der Kondensator C nicht durch Eingangsströme der Schwellwertschalter belastet wird. Es ist außerdem vorteilhaft, wenn durch die Schwellwertschalter eine Begrenzung der Ausgangsspannung des Zeitgliedes nach oben und unten auf den oberen bzw. unteren Schwellwert erfolgt.

F i g. 5 zeigt eine vollständige Schaltung, bei welcher das Zeitglied gegenüber Fig.3 geringfügig abgewandelt ist und bei welcher weiterhin der obere Grenzwertschalter zugleich die Funktion des Speichers von F i g. 2 miterfüllt. Die Eingangsspannung {//· von dem Hauptsteuergerät liegt über einen Widerstand R₂ und eine Diode D₃ an der Basis eines Transistors T,. Die Basis des Transistors T₁ liegt außerdem über den Widerstand Λ an einer Versorgungsspannung von +12V. Der Transistor T₁ liegt mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke parallel zu dem Zeitglied 10, welches über den Widerstand/?, ebenfalls an die Versorgungsspannung gelegt ist. Das Zeitglied enthält den Einstellwiderstand R_P, dessen Schleifer über R₁ mit der Versorgungsspannung 4 12 V verbunden ist und dessen beide Enden über zwei zueinander entgegengerichtet gepolte Dioden D₁ und D₂ mit dem Kondensator C verbunden ist, wobei in Reihe mit der Diode D₂ noch ein Widerstand R₁ liegt. Der Transistor T, ist leitend für U₁ ~ 0 und gesperrt für negative Werte von U_E. Bei U₁ 0 wird somit das Zeitglied 10 durch den leitenden Transistor T₁ kurzgeschlossen. Bei negativen Werten von U_r, also dem Rechtecksigna], liegt an dem Zeitglied die Versorgungsspannung an, da der Transistor T₁ gesperrt ist.

Die an dem Kondensator Γ abfallende Spannung wird über eine Leitung 24 einmal auf den unteren Grenzwertschalter 14 gegeben. Dieser enthält zwei Transistoren T₃ und T_A, die zueinander komplcmentär sind. Die Leitung 24 ist mit der Basis des Transistors T₃ verbunden, dessen Emitter über einen Spannungsteiler bestehend aus den Widerständen R_x + R_t und R₅ an der Versorgungsspannung Hegt und in dessen Kollektorkreis zwei Widerstände R₆ und R₇ liegen. Zwischen den beiden Widerständen wird eine Spannung abgegriffen, die auf die Basis des Transistors T₄ gegeben wird. Der Kollektor des Transistors T₄ ist über eine Leitung 26 mit einem Löscheingang des oberen Grenzwertschaltcrs 12 verbunden.

Der obere Grenzwertschalter 12 enthält ebenfalls zwei zueinander komplementäre Transistoren T₅ und T_n. Dabei liegt der Transistor T, mit seinem Emitter an einem Spannungsteiler, bestehend aus dem Widerstand R₃ und den Widerständen A₄ -I- A₅, wobei der Spannungsteiler, wie gesagt, an der Versorgungsspannung von +12V liegt. Die Basis des Transistors T, ist einmal über eine Diode D₄ mit der Ausgangsleitung 24 des Zcitgliedes 10 verbunden und zun anderen über eine Diode D₅ mit der Löschleitung vor dem unteren Grenzwertschalter 14. Im Kollektorkreii des Transistors T. liegen zwei Widerslände R_n und R₉ zwischen denen die Basis des Transistors T_G anliegt Ein Widerstand R₁₀ liegt zwischen dem Kollektor de; Transistors T₀ und der Diode D₅ bzw. Leitung 26. Die Ausgangsspannung (unten in F i g. 1) wird an den· Kollektor des Transistors T₁. abgegriffen und fällt ar einem Ausgangswiderstand Zf₁₁ ab.

Bei Erscheinen der Vorderflanke des Rechtecksignals von dem Hauptsteuergerät wird U_E negativ der Transistor T₁ also gesperrt. Hierdurch wird die Versorgungsspannung an das Zeitglied 10 gelegt. Übei R₁ und den linken Teil von R_P wird der Kondensator C mit einer an R_n eingestellten Zeitkonstante aufgeladen. Wenn ein oberer Schwellwert OS von dei Spannung am Kondensator C erreicht wird, der durch den Spannungsteiler R₃ und R₄ + R₅ bestimmt ist dann wird die Basis des Transistors T₆ positiv gegenüber dem Emitter. Es fließt ein Strom über .R₈ und R₉ Durch den Spannungsabfall an A₈ wird die Basis dc< Transistors T₆ negativ gegenüber dem Emitter, so dat auch der Transistor T₀ leitend wird. Über den Widerstand R_1Q erfolgt eine Mitkopplung, so daß die Schaltung 12 ein Kippvcrhalten zeigt. Durch das Leitendwerden des Transistors T_n wird die Ausgangsspannunj U_A auf den Wert von +12 V gebracht, während vorher bei gesperrtem Transistor T₀ der Ausgang übei den Widersland A_n auf 0 V gehalten wurde.

Bei der abfallenden Flanke des Rechtecksignals U₁ wird der Transistor T₁ leitend und schließt das Zeitglied 10 kurz. Der Kondensator C entlädt sich dann über D₂, R₁, die rechte Hälfte von R_P und T₁. Die Entladezeitkonstante im Verhältnis zur Ladezeitkonstante des Zeitglieds 10 bestimmt sich durch die Stellung des Schleifers des Widerstands R_P. Wenn dei untere Schwellwert US, der durch den Spannungsteiler R₃ 4 R ₄ und R₅ bestimmt ist, unterschritten wird, wird der Transistor T₃ leitend, weil die Basis des Transistors negativ gegenüber dem Emitter wird. Es fließt ein Strom über R₆ und R₇, wobei durch den Spannungsabfall an A₇ die Basis des Transistors T₄ positiv gegenüber dem Emitter wird. Es wird dann über Leitung 26 die positive Mitkopplungsspannung zwischen Widerstand R₁₀ und Diode D₅ geerdet, se daß der Transistor T, sperrt und somit in seinen Ausgangszustand zurückgestellt wird.

Bei der beschriebenen Anordnung dient also dei obere Grenzwertschalter 12 zugleich als bistabile Stufe für die Erzeugung des Ausgangssignals, die über Leitung 26 von dem unteren Schwellwertschalter 14 rückstellbar ist.

Der Transistor T₁ wird in an sich bekannter Weise über einen Trenntransformator und Gleichrichter angesteuert. Der Ausgang U_A steuert, in ebenfalls bekannter Weise, einen Triac mit Nullpunkttrigger.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

21 35 ΟΙΟ Patentansprüche:

1. Aufladesteuerung für elektrische Speicherheizgeräte mit einem Hauptsteuergerät, welches ein Steuersignal nach Maßgabe der die Aufladung beeinflussenden Faktoren, z. B. der Außentemperatur, in Form eines Rechtecksignals mit veränderlichem Taktzeitverhältnis liefert, und mit einem Nebensteuergerät, durch welches ein Rechtecksignal mit einem Taktzeitveihältnis erzeugt wird, das gegenüber dem von dem Hauptsteuergerät vorgegebenen Taktzeitverhältnis individuell modifizierbar ist, wobei eine Aufladung des Speicherheizgerätes nach Maßgabe des von dem Nebensteuergerät modifizierten Taktzeitverhältnisses erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Nebensteuergerät ein stromrichtungsabhängiges Zeitglied (10) enthält, dem das Rechtecksignal von dem Hauptsteuergerät zugeführt ao wird und dessen Ausgangssignal der ansteigenden lind der abfallenden Flanke des Rechtecksignals mit unterschiedlich einstellbaren Zeitkonstanten folgt, daß das Ausgangssignal des Zeitgliedes einen oberen und einen unteren Schwellwerk Schalter (12, 14) beaufschlagt, von denen der er-Stere (12) bei Überschreiten eines oberen und der letztere (14) bei Unterschreiten eines unteren Schwel !wertes jeweils ein Steuersignal abgibt, und daß eine bistabile Stufe (20), deren Zustand das Ausgangssignal des Nebensteuergerätes bildet, von dem ersteren Steuersignal gesetzt und von dem letzteren Steuersignal gelöscht wird.

2. Aufladesteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied einen Einstellwiderstand (R_P) enthält, an dessen Schleifer die Rechteckspannung von dem Hauptsteuergerät anliegt, und daß die beiden Enden dieses Einstellwiderstandes über gegensinnig zueinander geschaltete Dioden (D₁, D₂) sowie vorzugsweise über zu-Sätzliche Widerstände (R₁) an einem Kondensator (C) anliegen, an welchem die den Schwellenwertschaltern (12, 14) zugeführte Ausgangsspannung des Zeitgliedes abgegriffen wird.

3. Aufladesteuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Grenzwertschalter (12) zugleich die bistabile Stufe für die Erzeugung des Ausgangssignals bildet und durch den anderen Grenzwertschalter (14) rückstellbar ist.

4. Aufladesteuerung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Schwellwertschalter (12, 14) eine Begrenzung der Ausgangsspannung des Zeitgliedes nach oben und unten auf den oberen bzw. unteren Schwellwert erfolgt.