DE2719706C2 - Vorrichtung für die Anzeige des Betriebszustandes und der Leistungsaufnahme eines elektrischen Verbrauchers - Google Patents

Vorrichtung für die Anzeige des Betriebszustandes und der Leistungsaufnahme eines elektrischen Verbrauchers

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Anzeige des Betriebszustandes und der Leistungsaufnahme eines elektrischen Verbrauchers, welcher über einen elektronischen Regler am Netz angeschlossen ist, wobei die Energieversorgung des Reglers von der Netzspannung über einen Widerstand und eine Gleichrichterdiode in Verbindung mit einem Stützkondensator und einer Z-Diode gewonnen wird und eine Leuchtanzeige für den Betriebszustand angeordnet ist.
Zur Einstellung der Heizleistung, z. B. von Kochplatten oder Backöfen sind zur Zeit mehrere Systeme bekannt:
Zunächst gibt es Stufenschalter mit einer Betriebszustands- und Leistungsanzeige mittels eines Drehknopfes. Dabei sind mehrere Heizleistungsstufen Über verschiedene Widerstände einstellbar. Der bekannte 7-Takt-Schalter hat sechs Leistungsstufen zur wahlweisen Einstellung von drei Heizwiderständen in Parallel-, Hintereinander- und Einzelschaltung. Die Leistungsänderung erfolgt nur in kleineren und größeren Stufen. Es fehlt eine An- und Fortkochautomatik. Der Betriebszustand und die gewählte Leistung können nur z. B. an einem Drehknopf mit Zahlenangabe abgelesen werden, wobei eine Leuchte gegebenenfalls den Betriebszustand hervorhebt. Nachteilig ist für den Bedienenden die ständige Überwachung des Kochvorganges, bei dem die notwendige Leistungsänderung geschätzt und von Hand vorgenommen werden muß.
Bei einem anderen System, bei dem die Energieregelung durch einen Leistungssteller stufenlos erfolgt, werden der Betriebszustand und die Heizleistung ebenfalls durch einen Drehknopf und eine Leuchte
ίο sichtbar gemacht Hier ist eine Istwertanzeige auch mittels einer zweiten Leuchte möglich. Da diese entsprechend dem Ein- und Ausschaltrhythmus taktet, ist dem Bedienenden jedoch kein Hinweis auf die tatsächliche Heizleistung gegeben.
Eine Automatikregelung in der eingangs beschriebenen Art ist durch die DE-OS 26 08 295 vorgeschlagen worden, bei der der Regler die Kochplatte automatisch bewirkt Hierbei wird auch eine Betriebszustands-Anzeige durch eine Lampe und durch den Drehknopf kenntlich gemacht der ebenfalls beleuchtbar sein kann. Die Kochguttemperatur ist stufenlos einstellbar. Wenn auch der Bedienende aus Erfahrung den Wärmebedarf für das Kochgut kennt weiß er jedoch nicht weiche Leistung im Verlauf des Anheiz- und Kochvorganges der Anordnung jeweils zugeführt wird. Eine entsprechende Istwertanzeige ist nicht vorhanden.
Außerdem sind spannungssteuernde LED-Ketten an sich bekannt Nach dem Aufsatz »Neue Wege der Schaltungstechnik« aus »elektronik Industrie 9-1976«, Seite 200, läßt sich die Steuerung einer leuchtenden Skalenleiter durch sequentielles Einschalten von lichtemittierenden Dioden erreichen, die eine linear angeordnete Kette bilden. Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei elektroni sehen Temperaturreglern, neben der Betriebszustands- anzeige auch die Anzeige für die mittlere Leistungszufuhr von getakteten elektrischen Heizungen über eine leuchtende Skalenleiter zu ermöglichen. Erfindungsgemäß wird dies dadt'ch gelöst daß in dem Anzeigeelement eine steuerbare lichtemittierende Dioden-Kette (LED-Kette) und eine lichtemittierende weitere Diode in Serie geschaltet sind, die in Reihenschaltung hinter dem Widerstand und der Gleichrichterdiode vom eingeprägten Halbwellenstrom der Energieversorgung des Reglers während der entsprechenden Anzeige durchflossen werden, daß die Aussteuerung der LED-Kette für die Anzeige der Leistungsaufnahme durch eine Steuerspannung vom Regler — dem Proportionalbereich des Reglers entsprechend — über zugehörige Dioden, Widerstände und den einzelnen lichtemittierenden Dioden der LED-Kette parallel geschalteten Transistoren erfolgt, während die lichtemittierende weitere Diode für die Anzeige des Betriebszustandes ständig vom Strom durchflossen wird.
Hierdurch wird ständig kenntlich gemacht, in welchem Leistungszustand sich der Verbraucher befindet, wodurch ein wirtschaftliches Kochen möglich gemacht ist.
Eine besondere Ausführungsart der Erfindung gibt an, daß die Anpassung der Steuerspannung für die Aussteuerung der LED-Kette an den Proportionalbereich des Reglers durch einen im Regler angeordneten zusätzlichen Verstärker in Verbindung mit einer
Z-Diode erfolgt.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das Anzeigeelement als getrennte Einheit über drei Verbindungsleitungen auf den Regler
aufsteckbar ist
Die Anzeigeeinrichtung nach der Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt
F i g. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild Ober die Verbindung eines elektronischen Reglers mit der Anzeigeeinrichtung.
Fig.2 zeigt ein Blockschaltbild des mit der Anzeigeeinrichtung verbundenen Reglers.
Fig.3 zeigt das Schaltbild des Reglers und der mit ihm verbundenen Anzeigeeinrichtung.
F i g. 4 zeigt ein Diagramm über einen Regelvorgang des Reglers und des dazugehörigen Anzeigevorganges.
Fig.5 zeigt vier Ausbildungsmöglichkeiten der äußeren Anzeigeeinheit
In F i g. 1 ist ein Prinzipschaltbild über die Verbindung des elektronischen Reglers mit der Anzeigeeinrichtung dargestellt Mit 1 ist der Regler bezeichnet mit 47 das Netzteil der Spannungsversorgung und mit 48 das elektronische Anzeigeelement das zwischen dem 2η Netzteil und dem Steuerkreis liegt
Fig.2 zeigt ein Blockschaltbild des elektronischen Reglers in einer Ausbildung als Proportionai-Temperaturregler mit getakteter Energiepaketsteuerung mit der Anzeigeeinrichtung. Dabei bestehen die Grundbauele- 2ϊ mente aus einem Hauptschalter I, einem Netzteil II, einem Sägezahngenerator III, einem Meßzweig IV mit Sollwertgeber und Temperaturfühler, einem Vorverstärker V, einem Komparator VI, einem Lastschaltglied VII, einem Nachverstärker VIII und einer LED-Anzeige IX.
Die spezielle Ausgestaltung des elektronischen Reglers als Proportional-Temperaturregler mit getakteter Energiepaketsteuerung und Leistungsanzeige ist in F i g. 3 gezeigt Danach ist dieser Proportional-Tempe- y, raturregler über einen 2polig unterbrechenden Schalter 7 mit einem Wechselstromnetz über die Klemmen 101 und 106 verbunden. Das Netzteil II besteht aus der Gleichrichterdiode 6 und dem Vorwiderstand 5, der die Gleichspannung für den nachfolgenden elektronischen Steuerkreis 1 vermindert sowie einer Z-Diode 9 und einem Kondensator 10, durch die die Versorgungsspannung des Steuerkreises stabilisiert wird.
Die Schaltung des Steuerkreises 1 besteht aus vier Operationsverstärkern 11, 23,34 und 42. Diese können 4-. als getrennte Bauteile von völlig gleichem Typ vorgesehen werden. Sie können jedoch auch vorteilhaft in einem einteiligen integrierten Schaltkreis ausgeführt sein.
Der Operationsverstärker 11 fungiert als Zägezahn- ίο generator III, der Operationsverstärker 34 als Vorverstärker V, der Operationsverstärker 42 als zusätzlicher Verstärker (Nachverstärker VIII) und der Operationsverstärker 23 als Komparator VI.
Der Meßzweig IV setzt sich zusammen aus dem Sollwert-Potentiometer 2 mit dem vorgeschalteten Widerstand 27 und dem NTC-Fühler 3 mit dem parallel geschalteten Linearisierungswiderstand 32 und dem vorgeschalteten Widerstand 28. Durch diesen Meßzweig wird die Steuerspannung erzeugt, die in dem f>o Vorverstärker 34 mit seiner Außenbeschaltung. bestehend aus den Widerständen 31, 33, 37 und den beiden Siebkondensatoren 35 und 38 verstärkt wird.
Die somit verstärkte Steuerspannung wird in dem zusätzlichen Verstärker 42 mit seiner Außenbeschal- M tung, bestehend aus den Widerständen 39, 40, 43, 45 nochmals verstärkt, durch die Z-Diode 44 um deren Schwellwert angehoben und in das Anzeigeelement IX, 48 geführt
Mit dem Operationsverstärker 11 und seiner Aulisnbeschaltung, nämlich den Widerständen 15,16, 17 und 20 sowie den Kondensatoren 22 und 36 wird eine Sägezahnspannung erzeugt, die in dem Operationsverstärker 23 mit der Vergleichsspannung, die aus dem Operationsverstärker 34 über den Widerstand 46 kommt verglichen wird.
Zur Erreichung eines exakten Schaltpunktes wird die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 23 über den Widerstand 29 auf seinen Eingang zurückgekoppelt Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 23 erregt das Relais 4, dem eine Diode 30 zum Schutz des Operationsverstärkers 23 parallel geschaltet ist
Die über die Z-Diode 44 in das Anzeigeelement 48 geführte negative Steuerspannung ermöglicht ein nacheinanderfolgendes Schalten von lichtemittierenden Dioden 49 bis z. B. 53, die in einer Kette (LED-Kette) angeordnet sind. Die Anzahl der Kettenglieder kann je nach Bedarf beliebig gewählt werden, wobei es allerdings auch auf die Höhe der Speisespannung ankommt
Ober die Anschlüsse 103, 103' fließt über die Widerstände 55 bis 59 soviel Basisstrom zu den Transistoren 60 bis 64, bis diese gesättigt sind und die lichtemittierenden Dioden 49 bis 53 überbrückt und verlöscht sind. Sinkt die Steuerspannung ab, dann verzweigt sich der Strom zwischen den Wegen über die Dioden 65 und 65' so lange, bis die Steuerspannung einen bestimmten Wert erreicht hat so daß der Transistor 60 sperrt und die Diode 49 aufleuchtet Ein weiteres Absinken der Steuerspannung bewirkt eine Stromverzweigung über die Dioden 66 und 66', so daß nunmehr der Transistor 61 sperrt und die Diode 50 aufleuchtet Diese Reaktion setzt sich bei stets weiterem Absinken der Steuerspannung fort, bis nacheinander die Dioden 67/67', 68/68' und 69/69' durchflossen werden und damit die lichtemittierenden Dioden 51, 52 und 53 aufleuchten. Steigt umgekehrt die Steuerspannung wieder an, verlöschen folglich auch wieder nacheinander die Dioden von 53 bis 49.
Die lichtemittierende weitere Diode 54, die ständig von Strom durchflossen wird, ist dazu bestimmt, den jeweiligen Schaltzustand anzuzeigen, d h. den Pin- oder Ausschaltzustand der Anordnung.
Bei dieser Einrichtung regelt der Proportional-Temperaturregler die Heizleistung, z. B. einer Kochplatte oder eines Backofens vollautomatisch und denjenigen Wert, der für wirtschaftliches und schnelles Kochen erforderlich ist. Er informiert den Bedienenden über die Funktion.
Hierbei gibt die lichtemittierende Diodenkette oder • Rente ständig einen Aufschluß über die Wirksamkeit des Temperaturreglers und über die Energiezufuhr ins Kochgut
Die Arbeitsweise des Reglers kann dadurch beobachtet werden. Es wird z. B. dabei sichtbar, wenn der Regler selbständig die Heizleistung von »Ankochen« auf »Fortkochen« reduziert Es wird andererseits erkenntlich, wenn der Regler die Heizleistung erhöht, z. B. dann, wenn beim Kochen kaltes Wasser nachgefüllt wird. Dadurch wird ein schnelles und wirtschaftliches Kochen ermöglicht, welches außerdem den Bedienenden vom Überwachen und .Nachregulieren des Kochvorganges entbindet. Es wird für die Anzeigeeinrichtung keine zusätzliche Energie benötigt.
In Fig.4 ist die Betriebszustands- und Leistungsanzeige der mittels des elektronischen Proportional-Tem-
peraturreglers erbrachten Leistung anhand eines Diagrammes dargestellt.
Dabei ist auf der Ordinate die Temperatur in 0C und die eingestellte Leistung in Prozent der Einschaltdauer (% ED) der Heizung aufgetragen, während auf der Abszisse die Aufheizzeit in Minuten angegeben ist. Die F i g. 4 betrifft ein Diagramm bei einer Einstellung einer Leistungsstufe entsprechend 20% der Einschaltdauer (ED), bei der 21 Wasser erwärmt werden. Die Kurve öK ?eigt die gemessene Temperatur des Kochgutes, während die Kurve ϋτ die gemessene Temperatur des temperaturabhängigen Widerstandes anzeigt. Die Kurve Pm entspricht der erforderlichen mittleren Leistung.
Es ist zu ersehen, daß sich während der Aufheizperiode der Regler auf 100% Einschaltdauer einstellt. Nach Annäherung an die Solltemperatur beginnt die Leistungsreduzierung durch Takten, indem die Einschaltzeiten der Heizung kontinuierlich kleiner werden, bis für ilen roriküCngäng über eine längere Periode die Restleistung ausreicht und zur Einhaltung der vorgewählten Leistungsstufe dann nur kurzzeitige Einschaltperioden benötigt werden.
Unter dem Diagramm sind die Anzeigezustände der LED-Kette entsprechend der mittleren Leistung dargestellt. Beim Einschalten der Anordnung leuchtet die Betriebszustandsleuchte auf, und da die Leistung 100% einsetzt, auch alle Dioden der LED-Kette. Jeder lichtemittierenden Diode sind nach dem Ausführungsbeispiel 20% Einschaltdauer (ED) der Heizleistung zugeordnet. Entsprechend dem automatischen Regelablauf erlöschen die Dioden nacheinander oder leuchten wieder auf, bis ein Beharrungszustand erreicht ist. In der Darstellung sind 10 markante Leistungsanzeigenstände abgegriffen.
In Fig. 5 sind vier verschiedene Ausbildungen von Anzeigeeinheiten veranschaulicht, welche jeweils die LED-Kette enthalten.
Mit 70 ist eine lineare Aufzeichnung einer LED-Kette mit den punktförmigen lichtemittierenden Dioden 49 bis 53 bezeichnet.
Die obere weitere Diode 54 zeigt den Schaltzustand (»Eir« oder »Aus«) an.
Die farbliche Abstimmung, ζ. B. für die lichtemittierende weitere Diode 54 gleich grün und für die lichtemittierenden Dioden 49 bis 53 gleich rot gibt dem Bedienenden eine schnelle und gute Übersicht über die Leistungsregelung.
Statt der linearen Anordnung kann auch eine Schwellpfeilanordnung der lichtemittierenden Dioden 49 bis 53 vorgesehen sein, wie dies die Ausbildung mit dem Schwellpfeil 72 zeigt.
in Die Ausbildung nach der Anordnung 73 stellt eine kreisförmige Aufzeichnung der lichtemittierenden Dioden 49 bis 53 zusammen mit der den Schaltzustand anzeigenden lichtemittierenden weiteren Diode 54 dar.
Bei diesen äußeren Gestaltungen der Anzeigeeinhei-
ii ten werfen die punktförmigen lichtemittierenden Dioden ihr Licht durch entsprechend gestaltete Fenster der Abdeckungen 70, 72, 73 wobei zwischen den Fenstern stets ein Zwischenraum verbleibt.
NJanh r\f*r Δiicfiihrimcr Hpr Δ nvpicrppinhpil 71 hpi Hpr
rechteckig gestaltete lichtemittierende Dioden 49' bis 54' Wand an Wand aneinandergereiht sind, ergibt sich jeweils ein kürzeres oder längeres stufenloses Leuchtband (je nach Energiezu- oder -abfuhr), dieses Leuchtband kann sowohl in der dargestellten rechtecki-
2Ί gen Bandform als auch in Form eines Schwellpfeiles 72 oder einer Kreisringanordnung 73 ausgebildet sein, d. h., daß darm jedoch die Zwischenräume zwischen den Dioden. «■■ >e bei den Punktausführungen fehlen.
Die Stromversorgung für das Anzeigeelement 48
jn erfolgt über die Klemmen 102, 102' und 104, 104', während die Steuerspannung über die Klemmen 103 und 103' zugeführt wird.
Mit 101 und 106 sind die Netzanschlußklemmen für die gesamte Anordnung bezeichnet. 105, 105' und 106' sind Fühleranschlußklemmen und 107 ist die Anschlußklemme für die geschaltete Phase.
Das Anzeigeelement 48 kann eine getrennte Baueinheit sein und über die drei Verbindungsleitungen 102", 103" und 104" auf den Regler 1 aufgesteckt werden.
(Nur bei Verwendung des Reglers 1 ohne Anzeige 48 werden die Klemmen 102 und 104 des Reglers 1 mit einer Brücke 74 überbrückt.)
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche;
1. Vorrichtung für die Anzeige des Betriebszustandes und der Leistungsaufnahme eines elektrischen Verbrauchers, welcher über einen elektronischen Regler am Netz angeschlossen ist, wobei die Energieversorgung des Reglers von der Netzspannung Ober einen Widerstand und eine Gleichrichterdiode in Verbindung mit einem Stützkondensator und einer Z-Diode gewonnen und eine Leuchtanzeige für den Betriebszustand angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Anzeigeelement (48) eine steuerbare lichtemittierende Dioden-Kette (LED-Kette) (49 bis 53) und eine lichtemittierende weitere Diode (54) in Serie geschaltet sind, die in Reihenschaltung hinter dem Widerstand (5) und der Gleichrichterdiode (6) vom eingeprägten Halbwellenstrom der Energieversorgung des Reglers (t) während der entsprechenden Anzeige dsndiflossen werden, daß die Aussteuerung der LED-Kcttc (49 bis 53) für die Anzeige der Leistungsaufnahme durch eine Steuerspannung vom Regler (1) — dem Proportionalbereich des Reglers (1) entsprechend — über zugehörige Dioden (65 bis 69, 65' bis 69'), Widerstände (55-59) und den einzelnen lichtemittierenden Dioden der LED-Kette (49 bis 53) parallel geschalteten Transistoren (60 bis 64) erfolgt, während die lichtemittierende weitere Diode (54) für die Anzeige des Betriebszustandes ständig vom Strom durchflossen wird.
2. Vorrichti'ng nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassung der Steuerspannung für die Aussteuerung der LED-Kette (49 bis 53) an den Proportionalbereich des Reglers (l) durch einen im Regler (1) angeordneten zusätzlichen Verstärker (42) in Verbindung mit einer Z-Diode (44) erfolgt.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigeelement (48) als getrennte Einheit über drei Verbindungsleitungen (102", 103", 104") auf den Regler (1) aufsteckbar ist.
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