DE2442924C3 - Temperaturregelvorrichtung für elektrisch beheizbare Glasscheiben - Google Patents
Temperaturregelvorrichtung für elektrisch beheizbare GlasscheibenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Temperaturregelvorrichtung für elektrisch beheizbare Glasscheiben, bei der die
temperaturabhängige Widerstandsänderung des Heizwiderstandes als Meßgröße dient.
Die Regelung des Heizstromes ist insbesondere bei durchsichtigen Heizscheiben aus Verbundglas wichtig,
um Schäden an der thermoplastischen Zwischenschicht infolge einer Überhitzung zu vermeiden. Die Heizwiderstände
Hegen nämlich innerhalb oder neben der thermoplastischen Zwischenschicht, und eine Überhitzung
dieser Zwischenschicht kann zu bleibenden Schlieren oder zu anderen Fehlern wie Blasenbildung,
Ablösungen usw. führen, die bei der Durchsicht stören. Andererseits kann auch bei anderen Heizscheibensyste-
men, bei denen die Heizwiderstänae nicht innerhalb einer thermoplastischen Zwischenschicht angeordnet
sind, sondern unmittelbar auf der Glasoberfläche selbst, in manchen Fällen eine Regelung des Heizstromes
erwünscht sein, um den Energieverbrauch zu senken bzw. eine Überhitzung zu vermeiden.
Es ist bekannt, bei Verbundglasscheiben mit eingelegten Widerstandsdrähten eine Regelungsvorrichtung für
den Heizstrom vorzusehen, die, wie bei den bekannten Brückenschaltungen, von der temperaturabhängigen
Widerstandsänderung der Heizdrähte gesteuert wird (DT-PS9 07 971).
Meß-Regel-Systeme dieser bekannten Art unter Zuhilfenahme einer Brückenschaltung zur Messung des
elektrischen Widerstandes erfordern einen relativ komplizierten Aufbau und sind entsprechend teuer. In
der Praxis haben sich daher für die Temperaturregelung von elektrisch beheizbaren Glasscheiben andere Systeme
durchgesetzt, die ausnahmslos so aufgebaut sind, daß
ein zusätzlicher Temperaturfühler vorgesehen ist, der zur Steuerung der Regelvorrichtung dient. Elektrische
Heizscheiben dieser Art sind z. B. in der US-PS 29 32 710 und in den DT-OS 22 21 055, 22 48 094 und
23 50 404 beschrieben.
Heizscheiben mit einem zusätzlichen Temperaturfühler als Meßglied für den Regelkreis sind aber auch nicht
ohne Nachteile. So stört z. B., daß die Temperaturfühler meist innerhalb der Glasscheibe sitzen. Wenn aus
irgendeinem Grund die Anschlußdrähte abreißen, oder
wenn der Temperaturfühler selbst beschädigt wird und seine Funktionsfähigkeit verliert, kann meist die
Regelfunktion nicht wiederhergestellt werden, weil der Temperaturfühler nicht ausgebaut bzw. repariert
werden kann, ohne daß die Glasscheibe zerstört wird.
Für elektrisch beheizbare öfen, Heizkörper u. dg!, ist
bereits eine Temperaturregelungsvorrichtung bekannt, bei der die Widerstandsänderung de?, Heizwiderstandes
als Maß für die Temperatur durch Messung der Stromstärke festgestellt, und bei Überschreiten der
gewünschten Temperatur der Leistungsschalter zum Ausschalten des Stromes angesteuert wird, und bei der
ein Taktzeitschalter vorgesehen ist, der bei ausgeschaltetem Heizstrom diesen in vorbestimmten Zeitabständeu
wieder einschaltet und den Meß- und Regelvorgang wieder in Gang setzt (DT-PS 3 08 321).
Die Verwendung einer solchen für Heizöfen vorgesehenen Temperaturregelungsvorrichtung für die Regelung
von heizbaren Glasscheiben, und insbesondere von heizbaren Verbundglasscheiben, ist in der bekannten
Form nicht möglich, weil sie nicht mit der hierfür notwendigen Regelgenauigkeit arbeitet. Bei elektrisch
beheizbaren Verbundglasscheiben, bei denen die Heizwiderstände innerhalb der thermoplastischen Zwischenschicht
des Verbundglases angeordnet sind, muß nämlich die Temperatur mit einer außerordentlich
geringen Toleranzbreite eingehalten werden, und zwar auch bei Spannungsschwankungen, die z. B. in Fahrzeugen
wie Lokomotiven, Schiffen usw. bis zu ± 10% erreichen können. Spannungsschwankungen gehen aber
im Quadrat in die Temperatur der Heizwiderstände ein, während auf der anderen Seite eine außerordentliche
hohe Temperaturkonstanz notwendig ist, um Schlierenbildungen innerhalb der thermoplastischen Zwischenschicht
zu vermeiden, die die klare Durchsicht stören.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aufbauend auf dem eingangs genannten Prinzip, nämlich für die
Temperaturmessung die Widerstandsänderung des Heizwiderstandes zu benutzen, eine Temperaturrege-
vorrichtung für elektrisch beheizbare Glasscheih
η zu schaffen, die auch bei größeren Spannungsschwankungen mit hoher Regelgena jigkeit arbeitet.
Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die gemeinsa-Anwendung der folgenden Merkmale, wobei die
Merkmale a) bis e) an sich bekannt sind:
\ ais Maß für die Widerstandsänderung di^nt der den
Heizwiderstand durchfließende Strom, b) bei Überschreitung der gewünschten Temperatur
wird der Leistungsschalter zum Ausschalten des Heizstromes angesteuert,
\ es ist ein Taktzeitschalter vorgesehen, der bei
ausgeschaltetem Heizstrom diesen in vorbestimmten Zeitabständen wieder einschaltet und den Meß-
und Regelvorgang erneut in Gang setzt, d} die den Heizstrom regelnde Meß- und Schaltvorrichtung
und der Taktzeitschaker sind elektrische
Bauteile, . .
■. diese Bauteile wirken mit einem im Meßkreis
befindlichen Operationsverstärker zusammen, Π das Kippverhalten des Operationsverstärkers wird
zur Eliminierung des störenden Einflusses von Netzspannungsschwankungen durch die Eingangsbeschaltung
in der Weise abhängig gemacht, daß die durch diese Einflüsse bedingten Auswirkungen
der Stromschwankungen kompensiert werden. Durch die Gesamtkombination dieser Merkmale wird
pine Temperaturregelvorrichtung geschaffen, die in «Öhst für den Fachmann überrascher V/eise die
seiDsi r ___
bei elektrisch ^heizbaren
aus zwei Silikatglasscheiben und einer zwischen diesen angeordneten thermoplastischen Zwischenschicht, gewöhnlich
aus Polyvinylbutyral. In dieser thermoplastischen Zwischenschicht sind dünne Widerstandsdrähte
als Heizleiter eingelegt, die ggf. über gemeinsame Sammelschienen in Gruppen zusammengefaßt, und an
den Klemmen 12, 13 an das Stromnetz angeschlossen sind. Anstelle von durchsichtigen Glasscheiben kann es
sich selbstverständlich auch um nicht durchsichtige ίο Glasscheiben, beispielsweise um Badezimmerspiegel
oder um Verkehrsspiegel handeln. Immer wenn es darauf ankommt, eine Glasoberfläche durch elektrische
Beheizung von einem Feuchtigkeitsbelag oder einem atmosphärischen Niederschlag wie Regen, Eis oder
Schnee freizuhalten, ist die zu beschreibende Einrichtung anwendbar. Dabei brauchen die Heizleiter auch
nicht unbedingt innerhalb der thermoplastischen Zwischenschicht angeordnet zu sein, sondern können auch
auf einer Oberfläche der Glasscheibe selbst sitzen. Oder es können anstelle von Widerstandsdrähten auch
leitende Metall- oder Halbleiterschichten vorgesehen
sein. . . ,
In dem dargestellten Schaltbeispiel ist die heizbare
Glasscheibe U am Wechselstromnetz von 220 V
angeschlossen. Der Heizstrom wird mit Hilfe des
elektronischen Leistungsschalters 14 automatisch ein-
und ausgeschaltet.
Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, umfaßt die elektronische Schaltung folgende Teile, deren Aufbau und
Funktion nachfolgend im einzelnen beschrieben wird.
hen bereits bekannt, statt mechanischer elektrische Rauteile zu verwenden, doch hat man es nicht für
möelich gehalten, von dem Heizstrom als Meßgröße Auszugehen und trotzdem eine genügende Regelgenau-Lkeit
zu erzielen (DT-AS 12 95 111). Erfindungsgemäß wird vor allem durch die besondere Beschallung des
Operationsverstärkers auf einfache Weise der Einfluß
von Spannungsschwankungen des Heizstromes ausge- «■haltet so daß selbst bei Spannungsschwankungen von
+ 10%'die Temperatur der Heizscheibe mit einer
den eigentlichen Regelteil E 711Pimnder
Übertragers geschaltet, wuuo u.v. ... u.. ..„_...
nis zu dem den Heizwiderstand durchfließendem Strom stehende Spannung an der Sekundärwicklung des
Übertragers als Meßgröße für die Ansteuerung des Operationsverstärkers dient.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Temperaturregelvorrichtung
zeichnet sich dadurch aus, daß die Meßspannung, ggf. nach Gleichrichtung, unter Zwischenschaltung eines als Einstellglied für die
Solltemperatur der Glasscheibe dienenden Spannungsteilers dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers
zugeführt wird, während an dem nicht invertierenden Eingang eine fest vorgegebene Spannung
anliegt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand zweier Schaltpläne näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 das Blockschaltbild des neuen Heizscheibenreglers
und
F i g. 2 den elektronischen Schaltplan des eigentlichen Regelteils in einer Detaildarstellung.
Die elektrisch beheizbare Glasscheibe 11. die in den
Schaltbildern nur schematisch dargestellt ist, ist normalerweise eine durchsichtige Verbundglasscheibe
Temperatur der Heizscheibe abhängt.
Anstelle eines Übertragers mit Primär- und Sekundärwicklung, die eine galvanische Trennung vom
Stromkreis der Heizscheibe erlaubt, kann ggf. auch eine einfache Drossel oder ein Shunt vorgesehen sein.
Voraussetzung bei Verwendung eines Übertragers oder einer Drossel ist jedoch, daß der Arbeitsbereich
magnetisierungsmäßig gesehen im Linearbereich liegt.
Die an den Klemmen 20,21 der Sekundärwicklung des Übertragers anliegende Spannung steht indirektem
Verhältnis zum Heizstrom und wird als Meßgröße benutzt. Über den nachgeschalteten Gleichrichter
nebst Siebkette wird die als Meßgröße dienende Wechselspannung gleichgerichtet. Die gleichgerichtete
Meßspannung wird über den Spannungsteiler 24 und den Widerstand 25 dem invertierenden Eingang 4 des
Operationsverstärkers 27 zugeführt. Der Spannungsteiler 24 dient als Einstellglied für die Solltemperatur der
Glasscheibe.
Über den nichtinvertierenden Eingang 3 wird dem Operationsverstärker 27 durch die Festwiderstände 28,
29, 31 und den Einstellwiderstand 30 ein Sollwert
vorgegeben. Verringert sich nun mit zunehmender Erwärmung der Heizscheibe infolge der Erhöhung des
elektrischen Widerstandes der Heizleiter die Spannung an dem invertierenden Eingang 4, so daß sie niedriger
wird als der Sollwert am Eingang 3, dann entsteht am Ausgang 7 des Operationsverstärkers, der vorher auf
Null-Potential lag, eine Spannung, die als Steuersignal dem Logikbaustein 34 im Steuerteil C zugeführt wird.
Über den Logikbaustein 34 und die Ansteuergruppe D wird infolgedessen der elektronische Leistungsschalter
14 in Form eines Triacs ausgeschaltet und dadurch der Heizstromkreis unterbrochen.
Das Teilerverhältnis der Widerstände 29, 30 und 31 am nicht invertierenden Eingang in Verbindung mit der
Speisespannung LJ3 bzw. Vc bestimmt die Kippschwelle
des Operationsverstärkers. Da die Kippschwelle fest eingestellt ist, ergibt sich eine automatische Verlagerung
der Kippschwelle entsprechend den Netzspannungsschwankungen, wodurch die auf diese Netzspannungsschwankungen
zurückzuführenden Änderungen der Meßspannung am Eingang 4 des Operationsverstärkers
kompensiert werden. Es können auf diese Weise Netzspannungsschwankungen von ±10% vom Nennwert
hingenommen werden, ohne daß dadurch die Genauigkeit der Temperaturmessung und -regelung
leidet. Mit Hilfe des Spannungsteilers 30 wird der Schaltpunkt auf den gewünschten Wert eingestellt. Die
Schalthysterese des Operationsverstärkers ist abhängig von dem Teilerverhältnis der Widerstände 28 und 32
sowie dem der Widerstände 29,30 und 31.
Der Steuerteil Cweist einen elektronischen Taktzeitschalter 35 auf, der in konstanten Zeitabständen über
den Verstärker 36 und die Zündschaltung 37 den Leistungsschalter 14 für eine kurze Zeitspanne einschaltet.
Die Taktzeit läßt sich über den veränderbaren Widerstand 38 einstellen. Der elektronische Taktzeitschalter
35 wird beispielsweise so ausgelegt, daß der Leistungsschalter in Intervallen von etwa 10 see
eingeschaltet wird. Ist der Heizwiderstand noch zu warm, dann wird also der Leistungsschalter 14 über den
vorher beschriebenen Regel- und Steuerteil unmittelbar,
ίο d. h. in Bruchteilen einer Sekunde, wieder ausgeschaltet.
Nach weiteren 10 see erfolgt eine erneute Einschaltung des Leistungsschalters 14, und der Zyklus der periodischen
Temperaturabfragung wiederholt sich, bis die Temperatur des Heizwiderstandes unter den eingestellten
Sollwert gesunken ist und der Leistungsschalter 14 infolgedessen eingeschaltet bleibt.
Der Spannungsversorgungsteil B dient dazu, den Regelteil E und den Steuerteil C einschließlich der
Ansteuergruppe D für den Leistungsschalter 14 mit der nötigen Betriebsspannung zu versorgen. Mit Hilfe des
Transformators 41 wird die Versorgungsspannung dem Netz entnommen und über den Gleichrichter 42
gleichgerichtet.
Über den regelbaren Spannungsteiler 43 wird der Operationsverstärker 27 mit der nicht stabilisierten
Spannung angesteuert, um, wie oben erwähnt, die durch Netzschwankungen bedingten Meßspannungen zu
kompensieren. Der Steuerteil und der elektronische Taktzeitgeber dagegen werden über den Spannungssta-
bilisator 44 mit einer konstanten Spannung von 15 V versorgt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Temperaturregel vorrichtung für elektrisch
beheizbare Glasscheiben, bei der die temperaturabhängige Widerstandsänderung des Heizwiderstandes
als Meßgröße dient, gekennzeichnet durch die gemeinsame Anwendung der folgenden
Merkmale, wobei die Merkmale a) bis e) an sich bekannt sind:
a) als Maß für die Widerstandsänderung dient der den Heizwiderstand durchfließende Strom.
b) bei Überschreitung der gewünschten Temperatur wird der Leistungsschalter (t4) zum
Ausschalten des Heizstroms angesteuert,
c) es ist ein Taktzeitschalter (35) vorgesehen, der bei ausgeschaltetem Heizstrom diesen in
vorbestimmten Zeitabständen wieder einschaltet und den Meß- und Regelvorgang erneut in
Gang setzt,
d) die den Heizstrom regelnde Meß- und Schaltvorrichtung und der Taktzeitschalter (35) sind
elektrische Bauteile,
e) diese Bauteile wirken mit einem im Meßkreis befindlichen Operationsverstärker (27) zusammen,
f) das Kippverhalten des Operationsverstärkers (27) wird zur Eliminierung des störenden
Einflusses von Netzspannungsschwankungen durch die Eingangsbeschaltung (29, 30, 31) in
der Weise abhängig gemacht, daß die durch diese Einflüsse bedingten Auswirkungen der
Stromschwankungen kompensiert werden.
2. Temperaturregelvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Heizwiderstand die Primärwicklung (15) eines
Übertragers geschaltet ist, wobei die in direktem Verhältnis zu dem den Heizwiderstand durchfließenden
Strom stehende Spannung an der Sekundärwicklung (22) des Übertragers als Meßgröße für die
Ansteuerung des Operationsverstärkers dient.
3. Temperaturregelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspannung,
ggf. nach Gleichrichtung, unter Zwischenschaltung als Einstellglied für die Solltemperatur der
Glasscheibe dienenden Spannungsteiler (30) dem invertierenden Eingang (4) des Operationsverstärkers
(27) zugeführt wird, während an dem nicht invertierenden Eingang (3) eine fest vorgegebene
Spannung anliegt.
Priority Applications (3)
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DE19742442924 DE2442924C3 (de) | 1974-09-07 | Temperaturregelvorrichtung für elektrisch beheizbare Glasscheiben | |
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DE19742442924 DE2442924C3 (de) | 1974-09-07 | Temperaturregelvorrichtung für elektrisch beheizbare Glasscheiben |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2442924A1 DE2442924A1 (de) | 1976-04-01 |
DE2442924B2 DE2442924B2 (de) | 1977-03-10 |
DE2442924C3 true DE2442924C3 (de) | 1977-10-20 |
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