DE2442924C3 - Temperaturregelvorrichtung für elektrisch beheizbare Glasscheiben - Google Patents

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

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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. V_c 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)

Patentansprüche:

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. Temperaturregelvo^rrichtung 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.