DE3811893C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Heizeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Zur potentialgetrennten Erfassung von Lastströmen finden bisher fast ausschließlich Strom­ wandler Verwendung. Ein Beispiel für die Anwendung eines Strom­ wandlers in einer Stromüberwachungsschaltung ist in der EP 00 33 633 A2 beschrieben.

Der entscheidende Nachteil dieses herkömmlichen Meßverfahrens liegt darin, daß dieses nur bei Wechselströmen anwendbar ist. Außerdem haben diese Wandler einerseits keine große Meßgenauig­ keit und weisen andererseits keine günstige Handhabung auf, da die Sekundärseite des Wandlers immer eine Mindestbelastung erfordert. Weitere Nachteile bilden der verhältnismäßig große Platzbedarf und das Gewicht sowie die verhältnismäßig aufwen­ digen Herstellkosten eines solchen Stromwandlers.

Nach der DE-OS 26 19 101 ist eine Anordnung zum Konstanthalten der Betriebstemperatur eines elektrischen Heizleiters bekannt­ geworden, die mit einem im Stromkreis des Heizleiters liegen­ den Stellglied und mit einer das Stellglied nach dem ohmschen Widerstand des Heizleiters steuernden Vergleichseinrichtung ausgestattet ist. Mit dieser bekannten Anordnung soll die Be­ triebstemperatur eines elektrischen Heizleiters derartig aus­ gebildet werden, daß damit die Heizleitertemperatur von einer durch Betriebsänderungen nicht beeinflußbaren Betriebsgrund­ einstellung des Stellgliedes ausgehend, nach dem temperatur­ abhängigen ohmschen Widerstand des Heizleiters auf einer beliebig vorzugebenden Höhe konstant regelbar ist.

Diese Aufgabe soll nach dieser bekannten Anordnung dadurch gelöst werden, daß zwei, und zwar einmal den Heizstrom und einmal die Spannung über dem Heizleiter erfassende Meß­ kanäle, die je einen Gleichrichter enthalten und einer der erfassenden Meßkanäle einen veränderbaren Bewertungswider­ stand enthält, mit dem Eingang eines Reglers verbunden sind und zusammen mit diesem eine ein Stellglied steuernde Ver­ gleichseinrichtung bilden, durch welche auf gleich große Zeitflächen der Spannung über dem Heizleiter und des Heiz­ stromes geregelt wird und damit die Temperatur des Heiz­ leiters konstant gehalten wird. Diese Anordnung bedient sich ebenfalls eines Stromwandlers.

Um die Überwachung der Funktion einer Heizanordnung, ins­ besondere um die Überwachung eines Heizelementes in der Fixierstation eines elektrostatischen Druckers oder Kopier­ gerätes anzugeben bzw. zu ermöglichen, ist in der DE-OS 29 44 796 eine Serienschaltung beschrieben, die aus einem Schaltelement und mindestens einem Heizelement besteht und bei der das Heiz­ element in eingeschaltetem Zustand des Schaltelementes von einem Wechselstrom durchflossen wird.

Die Überwachung bei dieser bekannten Anordnung soll sich in der Weise vollziehen, daß in der Heizanordnung ein Meßelement an die Primärwicklung eines Übertragers angeschlossen ist, daß ferner an die Sekundärwicklung des Übertragers eine Verstärker­ schaltung zur Feststellung der Spannung über dem Meßelement angeordnet ist, die ein impulsförmiges Taktsignal abgibt, sobald die Spannung am Meßelement einen Schwellwert über­ schreitet. Ferner soll ein Flip-Flop vorgesehen sein, an dessen Rücksetzeingang der Ausgang der Verstärkerschaltung angeschlossen ist. Schließlich ist in dieser bekannten Anordnung noch ein Oszillator vorgesehen, der mit einer zweiten, gegenüber der ersten Frequenz kleineren Frequenz schwingt und der an den dynamischen Eingang des Flip-Flops angeschlossen ist. Diese bekannte Anordnung arbeitet also ebenfalls unter Verwendung eines Wandlers, wobei eben die Überwachung von Gleichströmen nicht möglich ist.

Die US-PS 32 81 749 betrifft eine Stromregelung durch Heißleiter. Ein Abgleich bei definierter Umgebungstemperatur erfolgt dabei unter Ausnutzung eines magnetischen Effekts des Heißleiters.

Ferner ist in der Zeitschrift "der elektromeister + deutsches elektrohandwerk/de", Heft 7/1977, Seiten g 54. g 55, die Wir­ kungsweise der Differential-Feldplatte beschrieben. Diese Feldplatte besteht aus zwei nebeneinander angeordneten, magnetisch steuerbaren Widerständen. Eine solche Anordnung genügt heutigen Anforderungen für Einrichtungen der eingangs bezeichneten Art in keiner Weise und kann für den Erfindungs­ gegenstand nicht in Betracht gezogen werden.

Außerdem ist aus der Praxis eine Stromüberwachung bekannt, die mit Halleffekt-Sensoren arbeitet. Eine integrierte Hall­ effektschaltung mit analogem Ausgang ist auch in "Siemens­ bauteile report 17" (1979), Heft 6, Seiten 225-227, erläutert. Für Temperaturregler sind diese Halleffekt-Sensoren in bezug auf die Meßgenauigkeit nicht empfindlich genug.

Im Gegensatz zu den bekannten Halleffekt-Sensoren sind neuerdings magnetoresistive Sensoren auf dem Markt (Valvo KMZ 10B), welche empfindlicher und in einem höheren Temperaturbereich anwendbar sind. Das verwendete Bauelement besteht aus 4 magnetfeldabhängigen Widerständen, die als Meßbrücke geschaltet sind und sowohl durch Gleich- wie auch durch Wechselfelder beeinflußt werden.

Ausgehend von diesem zuletzt genannten, bekannten Bauelement, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile auszu­ schalten. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im Kenn­ zeichen des Anspruchs 1 näher beschriebenen Merkmale gelöst. Insbe­ sondere wird dabei erreicht, daß die diesem Bauelement zugeordnete Wirkung insgesamt gesehen, effektiver und vorteilhafter wird. Dazu ist vorgesehen, daß in Serie zur bewegten Kontaktfeder eines Aus­ gangsrelais mit Umschaltkontakt und in Serie zur Last eine Luftspule geschaltet ist. In dieser Luftspule ist ein magnetoresistiver Sensor derart eingebracht, daß das durch den Laststrom hervor­ gerufene Magnetfeld gemessen wird.

Weitere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Einzelheiten der Erfindung sind einem Blockschaltbild zu entnehmen und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Der Temperaturregler setzt sich entsprechend dem Blockschaltbild generell aus folgenden Einzelelementen zusammen: 1 bedeutet einen Regler-Baustein mit Ausgangsrelais mit Schaltkon­ takt 2, wobei im Lastkreis eine Luftspule 3 in Serie zur beweglichen Kontaktfeder 11 des Ausgangsrelais 2 und in Serie zur Last 4 ge­ schaltet ist.

Ein magnetoresistiver Sensor 5 z.B. ein Valvo KMZ 10B wird dem Mag­ netfeld der Luftspule 3 ausgesetzt, wobei die magnetische Feldstärke des Magnetfeldes sich in Abhängigkeit des Laststromes ändert. Da der Sensor eine Innenschaltung als Wheatston-Brücke aufweist, können diese Magnetfeldänderungen als Spannungsänderungen abgegriffen werden. Diese Spannungsänderung wird in den Stufen 6, 7 und 8 verstärkt, gleichgerichtet und mit einer Referenzspannung verglichen, um das Analog-Signal in ein digitales Signal umzuformen.

Ein an der Relaisspule abgegriffener Steuerpegel wird gemeinsam mit dem Pegel des digitalen Signals an ein zustandsgetrigger­ tes Flip-Flop 9 geführt. Bei durchgeschaltetem Relais muß der logische Zustand des Laststroms übernommen und gespeichert werden, um z.B. eine nachgeschaltete Alarm- bzw. Anzeigeeinrichtung 10 anzusteuern.

Die Luftspule 3 und der magnetoresistive Sensor 5 bilden eine bau­ liche Einheit derart, daß eine sichere galvanische Trennung zwischen Laststromkreis und Steuerelektronik gewährleistet ist. Die Stufe 6 kann auch durch ein Potentiometer mit einer variablen Verstärkung ausgestattet sein. Weiter ist noch vorge­ sehen, daß die gesamte Auswerteschaltung bestehend aus den Stufen 6, 7 und 8, einschließlich des Flip-Flop 9 als inte­ grierter Schaltkreis ausgebildet sein kann und daß bei ge­ schlossenen Schaltkontakten des Ausgangsrelais 2 und gleich­ zeitigem High-Signal am Komparatorausgang 8 ein Umkippen des Flip-Flop-Ausgangs erfolgt. Dieses Signal bleibt so lange be­ stehen, bis bei geschlossenen Schaltkontakten des Aus­ gangsrelais 2 das Ausgangssignal des Komparators 8 in dem Low- Zustand übergeht.

Unter High-Signal versteht man in diesem Fall ein Unterschreiten des eingestellten Strompegels, während ein Low-Signal dessen Überschreiten bedeutet.

Claims (4)

1. Elektrische Heizeinrichtung, enthaltend einen Heizwider­ stand, eine elektronische Regelschaltung mit einer Ein­ richtung zur Überwachung des Stromflusses durch den Heiz­ widerstand, wobei ein Regelsignal erzeugt wird, das den Heizkreis beeinflußt und eine galvanische Trennung zwischen Regelschaltung und Heizkreis über ein Relais vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsschaltung für den Stromfluß durch eine Last, z. B. durch den Heizwiderstand (4) eine Luftspule (3) enthält, die im Heizkreis zwischen dem Schaltkontakt und den Heizwiderstand geschaltet ist,
daß in der Luftspule (3) ein magnetoresistiver Sensor (5) zur Messung des durch den Stromfluß durch den Heizwiderstand (4) entstehenden Magnetfeldes angeordnet ist,
daß das Ausgangssignal des magnetoresistiven Sensors (5) durch eine Auswerteschaltung (6, 7) gleichgerichtet wird, in einem Komparator (8) mit einem Referenzsignal verglichen und daraus ein digitales Signal gewonnen wird, das gemeinsam mit dem Relaissteuer­ signal der Regelschaltung einem zustandsgetriggerten Flip- Flop (9) zugeführt wird, wobei bei geöffnetem Schaltkontakt des Relais das digitale Signal gespeichert und durch das Flip-Flop (9) eine Alarmeinrichtung (10) aktiviert wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertschaltung aus mehreren Stufen (6, 7, 8, 9) besteht und die Alarmeinrichtung (10) als eine Leuchtdiode und/oder als Relais und/oder als akustischer Signalgeber ausgebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Stufe (6) der Auswerteschaltung eine variable Verstärkung, die durch ein Potentiometer eingestellt wird, aufweist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Auswerteschaltung als integrierter Schaltkreis ausgebildet ist.