DE3150601A1

DE3150601A1 - "einrichtung zum steuern einer fluessigkeitstemperatur"

Info

Publication number: DE3150601A1
Application number: DE19813150601
Authority: DE
Inventors: Kazumi Tokyo Ishima
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1980-12-19
Filing date: 1981-12-21
Publication date: 1982-07-08
Also published as: US4467183A; DE3150601C2

Description

Anwaltsakte: 31 989 ■

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Steuern einer Flüssigkeitstemperatur auf einen vorbestimmten Wert.

Es ist eine'Flüssigkeitstemperatur-Steuereinrichtung.bekannt, bei welcher ein Heizer oder ein ähnliches Heizelement

igverwendet ist, um eine Flüssigkeit auf einen vorgegebenen, gewünschten Wert zu erwärmen. Eine derartige Einrichtung weist im allgemeinen einen Fühler, um eine Flüssigkeitstemperatur zu fühlen und um eine Spannung zu erzeugen, welche die gefühlte Temperatur anzeigt, einen Heizer zum Er-

15Wärmen der Flüssigkeit, eine BezugsSpannungsquelle, um eine vorbestimmte Bezugsspannung zu erzeugen, einen Differenzverstärker, um die Ausgangsspannung des Fühlers in der Bezugsspannung zu vergleichen, um deren Spannungsdifferenz zu erzeugen, eine Heiζeransteuerung, um Energie dem Heizer

20^entsprechend der Spannungsdifferenz zuzuführen, und einen Zeitgeber auf, um die Heizeransteuerung eine vorbestimmte Zeitlang zu betreiben. Mit dieser herkömmlichen Einrichtung kann verhindert werden, daß die Flüssigkeit überhitzt oder thermisch über die Bezugstemperatur hinaus erwärmt wird,

253a durch den Zeitgeber die Heizeransteuerung betätigt wird, und somit die Flüssigkeit - nur für die Betriebszeitdauer erwärmt wird.

Ein Nachteil ergibt sich jedoch aus der Betriebszeitdauer 3Cfles Zeitgebers, welche so gewählt ist, daß ein optimaler Anstieg der Flüssigkeitstemperatür gefördert wird, wenn die Flüssigkeitstemperatur auf einem üblichen oder normalen Pegel ist. Selbst wenn die Flüssigkeitstemperatur, bevor sie durch die Einrichtung gesteuert wird, im wesentlichen 3%leich der geforderten Soll- oder Bezugstemperatur oder beispielsweise nur etwas tiefer als diese Temperatur ist, wird die Flüssigkeit zwangsläufig zumindest während der Betriebs-

— 2 —

■*■ Zeitdauer des Zeitgebers geheizt, obwohl ein solches Aufheizen kaum nötig ist. Dies hat dann einen unnötigen Zeitaufwand und eine Energieverschwendung zur Folge- Wenn jedoch die Flüssigkeitstemperatür vor einer Steuerung weitaus tie-

5fer ist als die Bezugstemperatur, das heißt, wenn die Betriebsdauer des Zeitgebers für den Heizer zu kurz ist, um die Flüssigkeit ausreichend aufzuheizen, muß eine lange Zeitspanne vergehen, bis die Bezugstemperatur von der Flüssigkeit erreicht wird.
10

Gemäß der Erfindung soll daher eine Einrichtung zum Steuern einer Flüssigkeitstemperatur geschaffen werden, welche durch ein steuerbares Heizen der Flüssigkeit eine Flüssigkeitstemperatur schnell und wirksam auf einen geforderten Bezugs-¹°wert ändern kann. Gemäß der Erfindung ist dies bei einer Einrichtung zum Steuern einer Flüssigkeitstemperatur auf einen vorbestimmten Wert durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen

der Erfindung sind in an den Unteransprüchen angegeben. 20

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Flüssigkeitstemperatur vor einer Steuerung dadurch auf die Bezugstemperatur angehoben, daß die Größe und/oder die Anlegezeitdauer der Energie zum Erregen und Anschalten des THeizers unter Zugrundelegung einer Differenz zwischen einer Spannung, die der tatsächlichen oder Isttemperatur entspricht, und einer Bezugsspannung, welche der Bezugstemperatur entspricht, geändert wird.

30
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Flüssigkeitstemperatur vor einer Steuerung dadurch auf die Bezugstemperatur angehoben, daß die Größe und/oder die Anlegezeitdauer der Energie zum Erregen des Heizers unter Zugrundelegung eines anderen Parameters geändert wird, welcher die Summe aus einer ersten Spannungsdifferenz zwischen einer Spannung, die der Isttemperatur entspricht, und einer Bezugsspannung, die der Bezugstemperatur entspricht, und aus

O _t_

einer zweiten Spannungsdifferenz zwischen einer Spannung, die einer Flüssigkeitstemperatur nach dem Start der Steuerung entspricht, und der Spannung ist, welche der Bezugstemperatur entspricht.

Durch die Erfindung ist somit eine Einrichtung geschaffen, welche wirksam und sicher eine Temperatüraufbausteuerung von einer nicht gesteuerten Temperatur auf eine gewünschte Bezugstemperatur durchführt, was sich sehr stark von der ^O üblichen oder normalen Steuerung unterscheidet, welche auf die Anstiegssteuerung folgt. Somit ist dann durch die Erfindung eine insgesamt verbesserte Flüssigkeitstemperatur-Steuereinrichtung geschaffen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Gesamtaufbaus einer herkömmlichen Flüssigkeitstemperatur-Steuer-

• einrichtung;

Fig. 2a bis 2c Ausgangswellenformen einer Energiequelle,

eines Zeitgebers und einer HeiζeranSteuereinrichtung in der herkömmlichen Einrichtung

der Fig. 1;

Fig. 3 Kurven, welche die Arbeitsweisen der Einrichtung der Fig. T für verschiedene Flüssigkeitstemperatüren wiedergeben;

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Flüssigkeits-Temperatursteuereinrichtung gemäß der Erfindung;

5_a bis 5_C/ 6a bis Qc und 7a bis 7c Ausgangswellenformen einer Energiequelle, eines Zeitgebers und

einer Heizeransteuereinrichtung in der Einrich

^ tung der Fig. 4 für jeweils verschiedene

Flüssigkeitstemperaturen;

Fig. 8 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsg form der Erfindung;

Fig. 9 ein Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform der-Erfindung;

]_q Fig. 10 ein Blockschaltbild einer vierten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 11a bis 11c und 12a bis 12c Ausgangswellenformen einer Energiequelle, eines Zeitgebers und eines Heizer-Stroms der in Fig. 10 dargestellten Einrichtung

jeweils für verschiedene Flüssigkeitstemperaturen ;

Fig. 13 ein Blockschaltbild einer fünften Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 14 einBlockschaltbild einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 15a bis 15c und 16a bis 16c Ausgangswellenformen einer Energiequelle, eines Zeitgebers, eines Heizerstroms und von ersten und zweiten Leistungsverstärkern in der Einrichtung der Fig. 14;

Fig. 17 ein Blockschaltbild einer siebten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 18a bis 18d und 19a bis 19d Ausgangswellenformen einer Energiequelle, eines Zeitgebers, eines Leistungsverstärkers und der Heizerleistung

der in Fig. 17 dargestellten Einrichtung jeweils für verschiedene Flüssigkeitstemperaturen;

- 5/6 -

Fig. 20 bis 22 Blockschaltbilder der achten bis zehnten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 23 ein Blockschaltbild einer elften Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 24a bis 24d, 25a bis 25d, 26a bis 26d Ausgangswellenformen einer Energiequelle, eines Addierers, eines Zeitgebers, einer ersten Heizeransteuereinrichtung der in Fig. 23 dargestellten Ein

richtung jeweils für verschiedene Flüssigkeitstemperaturen ;

Fig. 27 ein Blockschaltbild einer zwölften Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 28 ein Blockschaltbild einer dreizehnten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 29a bis 29d und 30a bis 3Od Ausgangswellenformen einer Energiequelle, eines Addierers, eines Zeitgebers und ersten Heizeransteuereinrichtung der in Fig. 28 dargestellten Einrichtung jeweils für verschiedene Flüssigkeitstemperaturen; ·

Fig. 31 und 32 Blockschaltbilder einer vierzehnten und

fünfzehnten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 33 ein Blockschaltbild einer siebzehnten Ausfüh- ^O rungsform der Erfindung;

Fig.34a bis 34e und 35e bis 35e Ausgangswellenformen einer

Energiequelle, eines Addierers, eines Zeitgebers, eines Leistungsverstärkers und der Heizerleistung der in Fig. 33 dargestellten Einrich

tung jeweils für verschiedene Flüssigkeitstemperaturen ;

Fig. 36 und 37 Blockschaltbilder der siebzehnten und achtzehnten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 38a und 38b Schaltungen von zwei Beispielen eines Temperaturfühlers;

Fig. 39 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Zeitgebers und

Fig. 40a bis 4Oe Ausgangswellenformen verschiedener Abschnitte des in Fig. 39 dargestellten Zeitgebers,

In Fig. 1 weist eine herkömmliche Flüssigkeitstemperatur-Steuereinrichtung einen Fühler 10 zum Fühlen der sich ändernden Flüssigkeitstemperatur, einen Differenzverstärker 12, eine Bezugsspannungsquelle 14, die eine vorbestimmte Bezugsspannung erzeugt, einen Zeitgeber 16, der für eine vorbestimmte Zeitspanne betreibbar ist, eine Heizeransteuereinrichtung 18 und einen Heizer 20 auf, der zum Aufheizen der Flüssigkeit verwendet wird. Der Fühler 10 und der Heizer 20 sind über die Flüssigkeit jeweils thermisch aneinander gekoppelt.

Die Arbeitsweise der Flüssigkeitstemperatur-Steuereinrichtung der vorbeschriebenen Ausführung ist in Fig. 2a bis 2c dargestellt. Wenn eine Energiequelle der Steuereinrichtung angeschaltet wird, wie in Fig. 2a dargestellt ist, wird der Zeitgeber 16 für eine vorbestimmte Zeitspanne betrieben, wie in Fig. 2b dargestellt ist, so daß .eine

höhere Spannung von der Heizeransteuereinrichtung 18 für die Betriebszeitdauer des Zeitgebers 16 an den Heizer 20 angekoppelt wird, wie in Fig. 2c dargestellt ist. Mit einer solchen Steuerung kann mit Erfolg verhindert werden, daß die Flüssigkeit thermisch zuweit aufgeheizt wird.

Wie vorstehend ausgeführt, ist die Betriebszeitspanne des Zeitgebers 16 im allgemeinen so gewählt, daß sich die

t» * <0

..·:..!. · .1.:.'. ■■'.'.■ j? 150601 -X-

·] Temperatur des Heizers 20 optimal aufbauen kann, wenn die Flüssigkeitstemperatur normal ist. Hierdurch wird dann eine Flüssigkeitstemperatur-Anstiegskurve A geschaffen, die in Fig. 3 dargestellt ist, in welcher auf die Ordinate die g Temperatur T und auf der Abszisse die Zeit t aufgetragen ist. Jedoch kann sich die Umgebungstemperatur" so ändern, daß die Flüssigkeitstemperatur auf einen Pegel angestiegen ist, der im wesentlichen gleich der Soll- oder Bezugstemperatur T_ ist. In diesem Fall ist das Anlegen einer Span-

IQ nung an den Heizer 20, solange der Zeitgeber 16 betätigt wird, unnötig, und eine Energieverschwendung, da die Flüssigkeitstemperatur weit über die Bezugstemperatur T hinaus ansteigt, wie durch eine Aufbaukurve in Fig. 3 dargestellt ist. Es ist dann eine ziemlich lange Zeitspanne erforderlich, bis sich eine solche hohe Flüssigkeitstemperatur durch normale Strahlung erniedrigt. Folglich ist die Betriebszeit des Zeitgebers 16 Ursache für einen erheblichen Zeit- und Energieverbrauch, wenn sie nicht null ist. Wenn dagegen die Umgebungstemperatur verhältnismäßig niedrig ist, wird die Flüssigkeitstemperatur aufgebaut, wie durch eine Anstiegskurve C in Fig. 3 dargestellt ist, was wiederum wegen des vorstehend beschriebenen Aufbaus des Zeitgebers 16 eine sehr lange Zeit in Anspruch nimmt.

Die Flüssigkeitstemperatur-Steuereinrichtung gemäß der Erfindung, bei welcher die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten nicht auftreten, wird nunmehr anhand von verschiedenen Ausführungsformen beschrieben, die in Fig. 4 bis 37 dargestellt sind. In Fig. 4 weist die Flüssigkeitstemperatur-Steuereinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform einen ersten und einen zweiten Flüssigkeitstemperaturfühler 4 0 bzw. 42 auf. In der Flüssigkeitstemperatur-Steuereinrichtung sind ferner ein erster und ein zweiter Differenzverstärker 44 bzw. 46, eine Bezugsspannungsquelle 48, ein Zeitgeber 50, eine Heizeransteuereinrichtung 52 und ein Heizer 54 vorgesehen. Der erste Fühler 4 0 spricht auf eine Flüssigkeitstemperatur vor

• * λ m · β ο

einem Steuer- oder Heizabschnitt an, während der zweite Fühler 4 2 auf eine Flüssigkeitstemperatur nach dem Beginn einer Steuerung anspricht. Die Temperatur des Heizers 54 wird so angesehen, daß sie im wesentlichen mit der der Flüssigkeit übereinstimmt. Der Heizer 54 und der zweite Fühler 52 sind thermisch aneinander gekoppelt. Der Zeitgeber 50 ist so ausgelegt, daß er einen verhältnismäßig kurzen Impuls erzeugt, wenn seine Eingangsspannung verhältnismäßig niedrig ist, einen verhältnismäßig langen Impuls erzeugt, wenn sie verhältnismäßig hoch ist und keinen Impuls erzeugt, wenn sie null oder negativ ist. Ein derart ausgelegter und bemessener Zeitgeber 50 kann ohne weiteres aus einem Integrator und einem Vergleicher aufgebaut werden. Die Bezugsspannungsquelle 48 wird dazu verwendet, die Flüssigkeitstemperatur über den Heizer 54 bei einem üblichenSteuerbetrieb auf einen vorgegebenen Wert zu steuern.

Wenn eine (nicht dargestellte) Energiequelle für die Steuereinrichtung angeschaltet ist, fühlen die Fühler 4 0 und 42 einzeln die Flüssigkeitstemperatur, und ihre Ausgangsspannungen werden an die Differenzverstärker 44 bis 46 angelegt. Die Fühlerausgangsspannungen werden einzeln durch die entsprechenden Operationsverstärker mit einer Bezugsspannung verglichen, welche von der Bezugsspannungsquelle 48 an die Operationsverstärker angekoppelt ist und eine Bezugs- oder Solltemperatur darstellt. Der Ausgang des Differenzverstärkers 44 wird dem Zeitgeber 50 zugeführt, während der Ausgang des Differenzverstärkers 46 der Heizeransteuereinrichtung 52 zugeführt wird. Wenn die gefühlte Temperatur etwas niedriger als die Bezugstemperatur ist, ist auch der Ausgangspegel des Fühlers 40 verhältnismäßig niedrig, so daß dann der Zeitgeber 50 einen Impuls verhältnismäßig kurzer Dauer erzeugt, wie in Fig. 5b dargestellt

®° ist. Dieser Zeitgeber-Ausgangsimpuls wird an die Heizeransteuereinrichtung 52 angelegt, wodurch bei der genau festgelegten Impulsdauer eine vorbestimmte verhältnismäßig

- 10-

hohe Spannung von der Ansteuereinrichtung 52 an den Heizer 54 angelegt wird, wie in Fig. 5c dargestellt ist. Nachdem der Impulsausgang des Zeitgebers 50 endet, wird zugelassen, daß die Ansteuereinrichtung 52 den Heizer 54 mit einer gesteuerten Spannung entsprechend einem Ausgang des Differenzverstärkers 46 versorgt. Wenn die mittels des Fühlers 40 gefühlte Flüssigkeitstemperatur viel tiefer ist als die Bezugstemperatur, erzeugt inzwischen der zugeordnete Differenzverstärker 44 eine weitaus höhere Ausgangsspan-

lOnung, so daß der Zeitgeber 50 seinerseits einen Impuls mit der in Fig. 6b dargestellten Dauer erzeugt, welcher viel langer ist als der in Fig. 5b. Dann wird, wie in Fig. 6c dargestellt, während eines längeren Zeitabschnitts eine hohe Spannung von der Ansteuereinrichtung 52 an den Heizer 54 angelegt. Wenn dagegen die von dem Fühler 40 gefühlte Flüssigkeitstemperatur im wesentlichen dieselbe wie die Bezugstemperatur oder sogar höher als diese ist, liegt kein Impuls von dem Zeitgeber 50 an, wie in Fig. 7b dargestellt ist, und folglich wird die Ausgangsspannung der Ansteuereinrichtung 52 allein durch die Ausgangsspannung des zweiten Fühler 4 2 vorgeschrieben, um dadurch den üblichen Steuerbetrieb zu schaffen. Auf diese Weise -ist bei der dargestellten Ausführungsform der Nachteil der herkömmlichen Einrichtung dadurch beseitigt, daß an den Heizer 54 eine

Spannung veränderlicher oder steuerbarer Dauer in der Aufbaustufe des Heizerbetriebs angelegt wird.

In Fig. 8 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt, welche im wesentlichen der der Fig. 4 entspricht, außer daß eine Strombegrenzungsschaltung 56 zwischen der Ansteuereinrichtung 52 und dem Heizer 54 vorgesehen ist. In Fig. 8 sind die Funktionsblöcke, die denen der Fig. 4 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Durch die Strombegrenzungsschaltung 56 ist wirksam eine Beschädigung an dem Heizer 54 verhindert, zu welcher es kommen würde, wenn die Differenz zwischen der tatsächlichen oder Isttemperatur der Flüssigkeit und der Bezugstemperatur so

- 11 -

groß war, daß die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 46 übermäßig hoch würde, um die Energiezufuhr von der Ansteuereinrichtung 52 an den Heizer 54 über eine vorgesehene, zulässige Leistung des Heizers hinaus zu erhöhen.

In Fig. 9 ist eine dritte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, welche eine vereinfachte Schaltungsausführung aufweist. Die Blöcke in Fig. 9, welche denen in Fig. 4 .entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.

-^Q Wie dargestellt, ist ein einziger Temperaturfühler 4 0 und ein einziger Differenzverstärker 44 vorgesehen, der mit dem Temperaturfühler 40 verbunden ist. Der Zeitgeber 50 ist so ausgelegt, daß er für einen bestimmten Zeitabschnitt arbeitet, welcher durch eine Spannungsdifferenz festgelegt ist, die einer Differenz zwischen einer tatsächlichen Flüssigkeitstemperatur und der Bezugstemperatur entspricht. Nach einer Betätigung des Zeitgebers 50 führt die Steuereinrichtung in üblicher Weise eine Flüssigkeitstemperatursteuerung durch. Bei dieser Anordnung ist kein zweiter Temperaturfühler 52 und auch kein zweiter Differenzverstärker 46 erforderlich, so daß dadurch eine erheblich vereinfachte Schaltung geschaffen ist.

Wie bisher beschrieben, ist bei den ersten bis dritten, in Fig. 4, 8 und 9 dargestellten Ausführungsformen im allgemeinen ein Zeitgeber vorgesehen, dessen Betriebszeit entsprechend der Differenz zwischen einer Spannung, welche einer Flüssigkeitstemperatur entspricht, welche beim Anschalten der Energiequelle gefühlt wird, und einer Bezugsspannung steuerbar festgelegt ist, die einer geforderten Bezugstemperatur entspricht. Hierdurch kann eine gesteuerte bzw. einer Steuerung unterzogene Flüssigkeit in einer Aufbaustufe während eines Zeitabschnitts aufgeheizt werden, welcher der Temperatur der Flüssigkeit vor einem Steuervorgang angepaßt ist. Folglich wird nicht nur der Zeitabschnitt^ der für die Aufbau- oder Anheizstufe erforderlich ist, wodurch ein unnötiger ·Zeitverbrauch verhindert ist, sondern

- 12 -

OttO OQV *·*

* ο ο ο «op β · ·««

es wird auch Energie gespart.

In Fig. 10 ist eine vierte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, welche der Ausführungsform der Fig. 8 entspricht, und in welcher folglich entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. In dieser Ausführungsform ist die Heizeransteuereinrichtung 52 durch eine Spannungs-Strom-Umsetzschaltung 60 gebildet. Der Spannungs-Strom-Umsetzer 60 erzeugt einen Strom, welcher einer Ausgangsspannung des ersten Differenzverstärkers 44 proportional ist, d.h. der Ausgangsstrom des Umsetzers 60 ist null, wenn die Ausgangsspannung des Verstärkers 44 null ist. Der Zeitgeber 50 versorgt den Umsetzer 60 mit einem Impuls vorbestimmter Dauer, sobald die Energiequelle angeschaltet wird. Der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers 46 ist über die Strombegrenzungsschaltung 56 und eine einen Strom in umgekehrter Richtung verhindernde Diode 62 an den Heizer 54 angekoppelt.

wenn eine Energiequelle angeschaltet wird, wie in Fig. 11a dargestellt, werden die Ausgangsspannungen der beiden Fühler 40 und 42 durch die entsprechenden Differenzverstärker 44 und 60 mit einer Bezugsspannung verglichen, welche von der Bezugsspannungsquelle 48 angelegt wird und welche eine Bezugstemperatür darstellt. Der Ausgang des Differenzverstärkers 44 wird dem Umsetzer 60 zugeführt. Beim Anschalten der Energiequelle wird der Zeitgeber 50 für eine bestimmte Zeitspanne betätigt, wie in Fig. 11b dargestellt ist, um den Umsetzer 60 mit einem Impuls konstanter Dauer zu versorgen. Wenn die tatsächliche Flussigkeitstemperatur niedriger als die Bezugstemperatur ist, erzeugt der Differenzverstärker 44 eine verhältnismäßig niedrige Spannung, so daß ein verhältnismäßig niedriger Aufbaustrom dem Heizer 54 für die Betriebszeitspanne des Zeitgebers 50 zugeführt

wird, wie in Fig. 11c dargestellt ist. Der Heizer 54 wird auch von der Strombegrenzungsschaltung 56 über die Diode 52 mit einem Steuerstrom versorgt. Wenn die Flüssigkeits-

- 13 -

temperatur weiterhin niedriger als die Bezugstemperatür ist, wird die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 44 erhöht, um dadurch den Ausgangsstrom des Umsetzers 60 zu erhöhen. Dieser erhöhte Ausgangsstrom des Umsetzers wird dem Strom des Strombegrenzers 56 überlagert, wie in Fig. 12c dargestellt ist, wodurch der Heizer 54 mit einem höheren Strom erregt wird. Wenn dann die Flüssigkeitstemperatur im wesentlichen gleich der Bezugstemperatur oder höher als diese ist, wird die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 44 null, und folglich wird die Ausgangsspannung des Umsetzers 60 trotz eines Ausgangs von dem Zeitgeber 50 null. Somit kann dann nur der Steuerstrom durch den Heizer 54 fließen. Gleichzeitig mit dem auf diese Weise verhinderten, unwirtschaftlichen Stromfluß kann auch ein überstarkes Anheizen bzw. ein "thermisches Überschwingen"der Flüssigkeit ausgeschlossen werden.

In Fig. 10 ist die einen Gegenstrom verhindernde Diode unerläßlich, um zu verhindern, daß der Strombegrenzer 56 ^O i_n a_er Aufbaustufe der Steuerung eine Last an dem Umsetzer 60 darstellt. Sollte die Diode 62 fehlen, könnte der Strombegrenzer beschädigt werden oder die Aufbausteuerung könnte praktisch ausfallen bzw. versagen.

In Fig. 13 ist eine fünfte Ausführungsform derErfindung dargestellt, welche der Ausführungsform der Fig. 10 entspricht, außer daß der Umsetzer 60 durch einen Leistungsverstärker 70 ersetzt ist, und daß die Strombegrenzungsschaltung 56 zwischen dem Leistungsverstärker 70 und dem

Heizer 54 angeordnet ist. In Fig. 6 sind daher dieselben Schaltungsblöcke wie in Fig. 10 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In der dargestellten Anordnung wird der Ausgang des Differenzverstärkers 44 durch den Leistungsverstärker 70 verstärkt, um eine für einen Aufbau aus-

reichende Leistung zu haben, d.h. er wird so verstärkt, daß nur der Strom erhöht wird, während die Spannung auf demselben Pegel gehalten wird. Der Ausgang des Leistungs-

- 14 -

-y-

Verstärkers 70 wird für eine Zeitspanne, welche durch den Zeitgeber 50 festgelegt ist, an den Heizer 54 angekoppelt. Wenn der Spannungsunterschied über die vorgesehene, zulässige Leistung des Heizers 54 hinaus ansteigt, wird er dazu verwendet, den Strom zu begrenzen, der durch einen zweiten Strombegrenzer 56a fließt. Hierdurch wird die Energie begrenzt, welche dem Heizer 54 während einer Aufbauphase zugeführt wird, wodurch eine wirksame Aufbausteuerung gefördert wird, ohne daß ein Schaden an dem Heizer 54 oder ein ähnlicher Unglücksfalle zu befürchten ist.

In Fig. 14 ist eine sechste Ausführungsform der Erfindung dargestellt, welche im wesentlichen der Ausführungsform der Fig. 13 gleicht, und folglich sind auch die gleichen Blöcke wie die in Fig. 13 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Ein charakteristisches Merkmal der Anordnung der Fig. 14 besteht darin, daß eine erste einen Stromfluß in umgekehrter Richtung verhindernde Diode 72 zwischen einem ersten Leistungsverstärker 70 und dem Strombegrenzer 56

angeordnet ist, während der Ausgangsanschluß des zweiten Operationsverstärkers 46 über einen zweiten Leistungsverstärker 70a und eine zweite einen Stromfluß in umgekehrte Richtung verhindernden Diode 74 mit dem Strombegrenzer 56 verbunden ist. Wenn eine Energiequelle angeschaltet wird, wie in Fig. 15a dargestellt, wird der Zeitgeber 50 für eine vorbestimmte Zeitspanne betrieben, wie in Fig. 15b dargestellt ist. Während dieser Zeitspanne verstärkt dann der erste Leistungsverstärker 70 die Ausgangsspannung des

Differenzverstärkers 44 auf eine Leistung, die für einen 30

Aufbaubetrieb erforderlich ist, und dann wird dessen Ausgang über die Diode 72 und den Strombegrenzer 56 dem Heizer 54 zugeführt. Inzwischen verstärkt der zweite Leistungsverstärker 70a den Ausgang des Differenzverstärkers 46, und dessen Ausgang wird über die Diode 74 und den Strombegrenzer 56 dem Heizer 54 zugeführt. Der durch den Heizer 54 fließende Strom steigt folglich an, wie in Fig., 17c dargestellt ist.

- 15 -

In Pig. 14 verhindert die erste Diode 72, daß ein Strom während einer Aufbausteuerphase in den zweiten Leistungsverstärker fließt, während die zweite Diode 74 verhindert, daß ein Strom während eines üblichen Steuervorgangs in den ersten Leistungsverstärker 70 fließt. Durch den Strombegrenzer 56 wird somit der Strom auf einen vorbestimmten Wert ge drückt, sobald dessen Eingangsspannung einen bestimmten Pugel erreicht. Wenn beispielsweise der erste oder zweite Leistungsverstärker 70 oder 70a einen Kurzschluß bewirkt, wie in Fig. 16c dargestellt ist, schütztder Strombegrenzer 56 den Heizer 54 vor einem überheizen oder Durchbrennen, wozu es sonst aufgrund eines übermäßig hohen Stromes kommen würde, der in den Heizer 54 fließt, wie in Fig. 12b dargestellt ist. Wenn ein ungewöhnlicher Strom durch den Heizer

!5 54 fließt, kann der über den Strombegrenzer 56 fließende Strom null gemacht werden.

Eine siebte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 17 dargestellt, in welcher dieselben Elemente wie in den verschiedenen vorherigen Ausführungsformen mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind. In Fig. 17 ist der Ausgang des ersten Differenzverstäkers 74 sowohl an den Leistungsverstärker 70 als auch an den Zeitgeber 50 angekoppelt. Der Zeitgeber 50 erzeugt einen Impuls mit einer Dauer,

^° welche einer Ausgangsspannung des ersten Differenzverstärkers proportional ist. Der Ausgang des Zeitgebers wird zusammen mit dem Ausgang des Leistungsverstärkers an eine erste Ansteuereinrichtung 52 angekoppelt, deren Ausgang dem Heizer 54 zugeführt wird. Der Ausgang des zweiten Dif-

ferenzverstärkers 56 wird über eine zweite Ansteuereinrichtung 52a und eine einen Stromfluß in umgekehrter Richtung verhindernde Diode 62 dem Heizer 54 zugeführt.

Wenn die Flüssigkeitstemperatur etwas niedriger als eine

Bezugstemperatur ist, bleibt die Ausgangsspannung des ersten Fühlers 40 verhältnismäßig niedrig, was dazu führt, daß beim Anschalten der Energiequelle die Spannung von dem

- 16 -

• ·· a

-γ a ersten Differenzverstärker 44 an den Zeitgeber 50 und den Leistungsverstärker 70 angelegt wird. Folglich ist, wie in Fig. 18b und 18c dargestellt, die Betriebszeit des Zeitgebers 50 verhältnismäßig kurz, die Ausgangsenergie des Leistungsverstärkers 70 verhältnismäßig kleine, und auch die dem Heizer 54 zugeführte Energie verhältnismäßig gering, wie in Fig. 18c dargestellt ist. Wenn die Flüssigkeitstemperatur weitaus niedriger als der Bezugspegel ist, sind der Ausgang des ersten Fühlers 50 und folglich der des Differenzverstärkers 44 verhältnismäßig hoch, so daß der Zeitgeber 50 über einen längeren Zeitabschnitt arbeitet. Hierdurch wird die Ausgangsenergie des Leistungsverstärkers 70 und dadurch, die Energie erhöht, die dem Heizer 54 zugeführt wird, wie in Fig. 19d dargestellt ist.

Durch die in Fig. 17 dargestellte Einrichtung ist ein sogenanntes "thermisches überschwingen" der Flüssigkeit verhindert, da die Energie während eines Aufbaubetriebs bzw. einer Anstiegsphase entsprechend der Beziehung zwischen der tatsächlichen Flüssigkeitstemperatur und der Bezugstemperatur gesteuert wird. Wenn die Betriebszeit des Zeitgebers 50 und die Ausgangsenergie des Leistungsverstärkers 70.so vorgewählt sind, daß sie mit der niedrigsten Flüssigkeits~ temperatur vor einem Steuervorgang im Einklang bzw. verträglich sind, wirkt der für einen Aufbau erforderliche Zeitabschnitt kürzer, wenn die Flüssigkeitstemperatur angehoben ist, wodurch der Nachteil derherkömmlichen Einrichtung beseitigt ist.

^O Wenn die Flüssigkeitstemperatur gleich oder höher als die Bezugstemperatur ist, weist der Zeitgeber 50 der Einrichtung in Fig. 17 eine Betriebszeit von null auf, und der Leistungsverstärker 70 erzeugt einen Nullausgang· Beim Anschalten der Energiequelle wird die Ausgangsspannung

³^ des zweiten Fühlers 72 durch den zweiten Differenzverstärker 46 mit der von der Bezugsspannungsquelle 48 angelegten Bezugsspannung verglichen. Die zweite Ansteuer-

-y- 23'

einrichtung 52b führt dem Heizer 54 über die Diode 62 Energie zu. Auf diese Weise wird, selbst nachdem die tatsächliche Flüssigkeitstemperatur die Bezugstemperatur erreicht, wodurch die Ausgänge des Zeitgebers 50 und des Leistungsverstärkers 70 null gemacht werden, die Flüssigkeitstemperatur in üblicher Weise gesteuert. Die Funktion der Diode besteht darin, zu verhindern, daß ein Strom von der ersten Heizeransteuereinrichtung 52 in die zweite Heizeransteucreinrichtung 52a fließt, wenn deren Ausgangsspannung niedri- ^q ger ist als die der Ansteuereinrichtung 52.

In Fig. 20 ist eine achte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, welche im wesentlichen der der Fig. 17 entspricht, und folglich sind die gleichen Blöcke mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Flüssigkeitstemperatur-Steuereinrichtung in Fig. 20 weist den Strombegrenzer 56 auf, der mit dem Ausgangsanschluß der ersten Ansteuereinrichtung 52 verbunden ist; bei ihr wird ein Ausgang des ersten Differenzverstärkers 44 dem Zeitgeber 50, der ersten Ansteuereinrichtung 52 und dem Strombegrenzer 56 zugeführt, während der Leistungsverstärker 70 weggelassen ist. Wie in den.vorherigen Ausführungsformen wird der Zeitgeber 50 für eine Zeitdauer betrieben, welche durch eine Ausgangsspannung des ersten Differenzverstärkers 44 festgelegt ist, welcher eine Differenz zwischen der Flüssigkeitstemperatur und der Bezugstemperatür anzeigt. Entsprechend dem Ausgang des Differenzverstärkers 44 wird der Heizer auch mit Energie von der ersten Ansteuereinrichtung 52 versorgt. Wenn die tatsächliche Flüssigkeitstemperatur viel niedriger als die Bezugstemperatur ist, muß dem Heizer 54 ein hoher Strom über eine entsprechend lange Zeitdauer zugeführt werden, um die Flüssigkeit auf die Bezugstemperatur aufzuheizen. Dies kann dann zu einem Durchbrennen des Heizers 54 und schlimmstenfalls zu einem Feuer führen. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, wird der dem Heizer 54 zuzuführende Strom auf einen zulässigen Bereich beschränkt, indem die Betriebsspannung des Strom-

- 18 -

begrenzers 56 so gewählt wird, daß der Unterschied zwischen der Ausgangsspannung des Fühlers 50 und der Bezugsspannung etwas den zulässigen Grenzwert des Heizers.54 über schreitet. Hierdurch ist eine sichere Betriebsweise gewährleistet, obwohl etwas von der Aufbauzeit geopfert ist.

In Fig. 21 ist eine neunte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, welche ebenfalls der der Fig. 17 entspricht, und folglich sind die gleichen Blöcke mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Ein wesentliches Merkmal dieser Ausführungsform besteht darin, daß der Spannungs-Stroitir-Umsetzer 60 zwischen den ersten Differenzverstärker 44 und die erste Heizer-Ansteuereinrichtung 52 geschaltet ist. Die Flüssigkeitstemperatur-Steuereinrichtung der Fig.

21 wird im wesentlichen auf die gleiche Weise wie die der Fig. 17 beschrieben, und folglich wird sie nicht mehr im einzelnen beschrieben. Der Strombegrenzer 56 kann auch mit dem Eingangsanschluß des Heizers 54 verbunden sein.

in Fig. 22 ist eine zehnte Ausführungsform derErfindung dargestellt, welche der Ausführungsform derFig. 21 entspricht, weshalb die gleichen Blöcke auch mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Ein Charakteristisches Merkmal dieser Ausführungsform besteht darin, daß der Ausgang

²^ des Umsetzers 60 durch die Ausgänge des ersten Differenzverstärkers 44 und des Zeitgebers 50 gesteuert wird. Auch die Arbeitsweise dieser Einrichtung wird nicht im einzelnen beschrieben, da sie im wesentlichen dieselbe ist wie die

der Fig. 17.
30

Jede der in Fig. 17 und 20 bis 22 dargestellten Einrichtungen ist so ausgelegt, daß der Heizer mit einer Energie für eine Zeitspanne erregt wird, welche durch eine Spannungsdifferenz zwischen der Spannung von dem ersten Temperaturfühler 4 0 und der Bezugsspannung von der Energiequelle 48 festgelegt sind, wenn die Energiequelle für einen Aufbaubetrieb angeschaltet wird. Durch diese Einrich-

- 19 -

β ·

β β

tung ist somit verhindert, daß die Flüssigkeit der Aufbaustufe "thermisch überschwingt". Auch ist verhindert, daß die Flüssigkeitstemperatur über den Bezugspegel hinaus schwingt bzw. ansteigt, wenn die Spannungsdifferenz zwisehen dem ersten Fühler und der Bezugsspannungsquelle null ist, da unter dieser Voraussetzung die angelegte Aufbauspannung null ist, um einen üblichen Steuerbetrieb zu schaffen.

In Fig. 23 ist eine elfte Ausführungsform der Erfindung dar gestellt, in welcher die gleichen Blöcke wie in den vorhergehenden Ausführungsformen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Der Hauptunterschied dieser Ausführungsform gegenüber den vorher beschriebenen Ausführungsformen liegt darin, daß ein Addierer 100 zwischen den beiden Differenzverstärkern 4 4 und 4 6 und dem Zeitgeber 50 angeordnet ist. Der Addierer 100 summiert die Ausgänge der Differenzverstärker 44 und 46 auf und legt die aufsummierte Spannung an den Zeitgeber 50 an.

Während des Betriebs fühlen die beiden Temperaturfühler und 42 einzeln Flüssigkeitstemperaturen, und ihre Ausgangs spannungen werden an die beiden Differenzverstärker 44 bzw. 46 angelegt. Jeder Differenzverstärker 44 oder vergleicht die Eingangsspannung mit einer Bezugsspannung, welche an ihn von der Bezugsspannungsquelle 48 aus angelegt worden ist. Die Ausgänge der Differenzverstärker 44 und 46 werden an den Addierer 100 angelegt. Der Ausgang des Differenzverstärkers 46 wird auch an die zweite Hei-

^ow zer-Ansteuereinrichtung 52a angelegt.,deren Ausgang dann über die Diode 62 dem Heizer 54 zugeführt wird, um einen normalen Steuerbetrieb zu bewirken.

Der Zeitgeber 50 in. Fig. 23 wird durch einen Ausgang des Addierers 100 gesteuert. Wenn die Flüssigkeitstemperatur etwas niedriger ist als die Bezugstemperatur, ist, wenn die Energiequelle angeschaltet wird, wie in Fig. 24a dar-

- 20 -

!gestellt ist ,ist cue Ausgangsspannung des Addierers 100 verhältnismäßig niedrig, wie inFig. 24b dargestellt ist. Unter dieser Voraussetzung hat dann der Ausgangsimpuls des Zeitgebers 50 eine verhältnismäßig kurze Dauer, wie in Fig. 24c ^dargestellt ist, so daß durch die Ansteuereinrichtung 52 eine Aufbauenergie erzeugt wird, welche verhältnismäßig klein ist, wie in Fig. 24d dargestellt ist. Wenn die Flüssigkeitstemperatur viel niedriger ist als die Bezugstemperatur, ist die Ausgangsspannung des Addierers 100, die

lobeim Anschalten der Energiequelle anliegt, verhältnismäßig hoch, wie in Fig. 25b dargestellt ist. Dann erzeugt der Zeitgeber 50 einen Impuls, dessen Dauer verhältnismäßig lang ist, wie in Fig. 25c dargestellt ist, wodurch die erste Ansteuereinrichtung 52 den Heizer 54 mit einer verhältnis-

lömäßig großen Aufbauenergie versorgt. Wenn ferner die Flüssigkeitstemperatur im wesentlichen gleich oder höher als die Bezugstemperatur ist, ist der Ausgang desAddierers 100, der beim Anschalten der Energiequelle anliegt, null, wie in Fig. 26b dargestellt ist, und folglich ist der Ausgang

20des Zeitgebers 50 ebenfalls null, so daß kein Ausgangsimpuls von dem Zeitgeber 54 anliegt, wie in Fig. 26c und 26d dargestellt ist. Der Heizer 54 wird in diesem Fall dann durch einen Ausgang der zweiten Ansteuereinrichtung 52 erregt, um einen üblichen Steuerbetrieb durchzuführen.

Die in Fig. 23 dargestellte Flüssigkeitstemperatur-Steuereinrichtung istaufauf die gleiche betreibbar, wenn im Unterschied zu den dargestellten zwei Fühlern nur ein einziger Temperaturfühler verwendet wird. Sollte jedoch der einzige Temperaturfühler (weit) entfernt von dem Heizer 54 angeordnet sein, würde die Flüssigkeit "thermisch überschwingen" wenn die Energiequelle unmittelbar nachdem sie abgeschaltet wird, angeschaltet würde, um einen Heizzyklus zu beenden. Folglich ist, während der erste Fühler 4 0

^5weit entfernt von dem Heizer 54 angeordnet ist, der zweite Fühler 4 2 in der Nähe des Heizers 54 angeordnet. Die Diode 62, die zwischen den beiden Heizer-Ansteuereinrichtungen

- 21 -

-2/M* 52 und 52a angeordnet ist, dient dazu, zu verhindern, daß ein Strom von der ersten Ansteuereinrichtung 52 in die zweite Ansteuereinrichtung 52a fließt, wenn die Ausgangsspannung der ersteren (52) hoch und die der letzteren(52a) niedrig ist.

In Fig. 27 ist eine zwölfte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, welche der Ausführungsform derFig. 23 entspricht, so daß die gleichen Elemente mit den gleichen Be-

IQ zugszeichen bezeichnet sind. In dieser Ausführungsform ist die Strombegrenzungsschaltung 56 zwischen die beiden ·· Heizer-Ansteuereinrichtungen 52 und 52a geschalten. Wie derBeschreibung der vorstehenden Ausführungsform zu entnehmen ist, hat der Strombegrenzer 56 die Aufgabe, den Heizer 54 vor einer Beschädigung zu schützen, wenn der Unterschied zwischen der Flüssigkeits- und der Solltemperatur so hoch ist, daß die beiden Ansteuereinrichtungen und 52a übermäßig hohe Ausgänge erzeugen, um die Heizerleistung über den vorgesehenen Wert hinaus erhöht.

.-

Wie oben ausgeführt, sind die Fig. 23 und 27 dargestellten Ausführungsformen im allgemeinen dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber durch einen aufsummierten Ausgang des Addierers betrieben wird, welcher die Spannungsunter- ° schiede zwischen den beiden Temperaturfühlern und der Bezugsspannungsquelle aufsummiert. Durch ein entsprechendes Festsetzen der Anheizzeit unter Zugrundelegung einer Flüssigkeitstemperatur wird bei einer solchen Anordnung an Zeit eingespart, die für einen Aufbauvorgang erfor-

derlich ist, und dadurch wird auch Energie eingespart.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß ein Fehler ausgeschlossen werden kann, wenn unterschiedliche Flüssigkeitstemperaturen durch die beiden Fühler einzeln gefühlt werden.

Wunmehr wird anhand von Fig. 28 eine dreizehnte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In Fig. 28 sind die

- '22 -

gleichen Blöcke wie die, welche in Fig. 23 und 27 dargestellt sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Temperaturfühler 40 und 42, welche einzeln Flüssigkeitstemperaturen fühlen, geben ihre Ausgangsspannungen an die ihnen zugeordneten Differenzverstärker 44 und 46 ab, durch die sie mit einer Bezugsspannung verglichen werden, welche von der Bezugsspannungsquelle 46 aus angelegt wird. Die Ausgänge der Differenzverstärker 44 und 46"werden an den Addierer 100 angekoppelt, dessen Ausgang wiederum an die erste Ansteuereinrichtung 52 angekoppelt wird. Der Ausgang des Differenzverstärkers 46 wird auch an die zweite Ansteuereinrichtung 52a angekoppelt, deren Ausgang für einen normalen Steuerbetrieb über die Diode 62, dem Heizer 54 zugeführt wird.

Der Ausgang des Addierers 100 in Fig. 28 wird zum Steuern des Ausgangs der ersten Ansteuereinrichtung 52 verwendet. Wenn die Flüssigkeitstemperatur etwas niedriger als die Bezugstemperatür ist, erzeugt der Addierer 100 eine ver-

20hältnismäßig niedrigeAusgangsspannung, wie in Fig. 29b dargestellt ist, wenn die Energiequelle angeschaltet wird, wie in Fig. 29a dargestellt ist. Die erste Ansteuereinrichtung 52 erzeugt einen verhältnismäßig niedrigen Ausgang, wie in Fig. 29d dargestellt ist, während der Zeitgeber 50 für eine vorgegebene Zeitspanne betätigt wird, wie in Fig. 29c dargestellt ist, so daß für den Aufbauvorgang verhältnismäßig wenig Energie benötigt wird. Wenn die Flüssigkeitstemperatur viel niedriger als die Bezugstemperatur ist, erzeugt der Addierer 100 eine verhältnismäßig' hohe Aus-

gangsspannung, wie in Fig. 30b dargestellt ist, wenn die Energiequelle angeschaltet wird, wie in Fig. 30a dargestellt ist. Unter dieser Voraussetzung ist dann der Ausgang der Ansteuereinrichtung 52 während einer vorgegebenen Betriebszeit des Zeitgebers 50 verhältnismäßig groß, wie in Fig. 3Od dargestellt ist, um dem Heizer eine verhältnismäßig hohe Energie zuzuführen. Wenn die Flüssigkeitstemperatur im wesentlichen dieselbe oder höher ist als die

- 23 -

Bezugstemperatur, ist der Ausgang des Addierers 100, der beim Anschalten der Energiequelle anliegt, null, und somit ist der Ausgang der ersten Ansteuereinrichtung 52, der beim Aufbau der Energiezufuhr an den Heizer 54 erhalten bleibt,

B null.

Eine vierzehnte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig.

31 dargestellt, in welcher die gleichen Blöcke wie in Fig.28 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Die Einrichtung in Fig. 31 hat eine Strombegrenzungsschaltung 56, die mit dem Eingangsanschluß des Heizers 54 verbunden ist.-Bei dieser Anordnung ist verhindert, daß ein übermäßiger Strom durch den Heizer 54 fließt, um ein Feuer oder einen Schaden an dem Heizer 54 zu vermeiden, wenn es einen Kurzschluß in der Heizer-Ansteuereinrichtung 52 und/oder 52a kommt.

Eine fünfzehnte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig.

32 dargestellt, in welcher die gleichen Blöcke wie in Fig. 28 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Der Aufbau und die Arbeitsweise dieser Ausführungsform sind im wesentlichen dieselben wie bei der Ausführungsform der Fig. 28, außer daß die erste Ansteuereinrichtung 52 durch den Spannungs-Strom-Umsetzer 60 ersetzt und die Arbeitsweise dadurch ein wenig abgewandelt ist. Der in der Ausführungsform der Fig. 31 verwendete Strombegrenzer 56 kann auch bei der Schaltung der Fig. 32 vorgesehen werden.

In Fig. 33 ist eine sechzehnte Ausführungsform der Erfindung

dargestellt, wobei die Elemente, die in den vorherigen Ausführungsformen verwendet sind, auch mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsformen ist bei der Ausführungsform in Fig. 33 der Leistungsverstärker'70 zwischen dem Addierer 100 und derersten Heizer-Ansteuereinrichtung 52 angeordnet. Die Ausgänge der Temperaturfühler 4 0 und 42, welche die Flüssigkeitstemperaturen anzeigen, sind mit den ihnen

- 24 -

ld 1* !.'rl!'=.": J? 150601

-2^ 30·

zugeordneten Differenzverstärkern 44 und 46 verbunden, wodurch sie mit einer von der Bezugsspannungsquelle 48 angelegten Bezugsspannung verglichen werden. Die Spannungsunterschiede werden von den beiden Differenzverstärkern 44 und 46 an den Addierer 100 angelegt. Der aufsummierte Ausgang des Addierers 100 wird dem Leistungsverstärker 70 zugeführt, so daß eine dem Addiererausgang entsprechende Energie an die erste Ansteuereinrichtung 52 angekoppelt wird. Der Ausgang des Addierers 100 wird auch dem Zeitgeber 50 "LO zugeführt, dessen Ausgang eine Dauer hat, die dem Addiererausgang entspricht. Für die Betriebszeit des Zeitgebers wird dann die Ausgangsenergie des Leistungsverstärkers 50 über die erste Ansteuereinrichtung 52 dem Heizer 54 zugeführt. Die Ausgangsspannung des zweiten Differenzverstärkers 46 wird an die zweite Ansteuereinrichtung 52a angekoppelt, deren Ausgang über die Diode 62 für einen üblichen Steuerbetrieb dem Heizer 54 zugeführt wird.

Der Ausgang des Addierers 100 in Fig. 33 wird dazu verwendet, die Ausgangsenergie des Leistungsverstärkers 70 und die Betriebszeit des Zeitgebers 50 zu steuern. Wenn die Flüssigkeitstemperatur etwas niedriger als die Bezugstemperatur ist, erzeugt der Addierer 100 eine verhältnismäßig niedrige Ausgangsspannung, wie aus Fig. 34b zu ersehen ist, wenn die Energiequelle angeschaltet ist, wie aus Fig. 34a zu ersehen ist. Der Ausgangsimpuls des Zeitgebers 50 hat dann eine verhältmäßig kurze Dauer, wie in Fig. 34c dargestellt ist, während der Leistungsverstärker 70 eine verhältnismäßig geringe Leistung erzeugt, so daß dem Heizer 54 verhältnismäßig wenig Energie zugeführt wird, wie in Fig. 34e dargestellt ist. Wenn die Flüssigkeitstemperatur viel niedriger als die Bezugstemperatür ist, erzeugt der Addierer beim Anschalten der Energiequelle, was in Fig.35a dargestellt ist, eine verhältnismäßig hohe Spannung, wie in Fig. 35b dargestellt ist. Unter dieser Voraussetzung hat dann der Ausgangsimpuls des Zeitgebers 50 eine verhältnismäßig lange Dauer, wie

- 25 -

in Fig. 35 c dargestellt ist,während der Leistungsverstärker 70 eine verhältnismäßig große Leistung erzeugt, wie in Fig. 35d dargestellt ist, so daß dem Heizer 54 während des Aufbaubetriebs eine hohe Energie zugeführt wird, wie in Fig. 35e dargestellt ist. Wenn jedoch die Flüssigkeitstemperatur gleich oder höher ist als die Bezugstemperatur, ist der Ausgang des Addierers 100, der beim Anschalten der Energiequelle anliegt, null, wodurch die für die Aufbauphase notwendige Energie auf null gehalten wird. 10

In Fig. 36 ist eine siebzehnte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, in welcher die gleichen Blöcke wie in Fig. 23 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. In dieser Ausführungsform wird der Ausgang des Leistungs-Verstärkers 70 durch den Ausgang des Zeitgebers 50 gesteuert. Der Strombegrenzer 56, welcher den der Fig. 23 entspricht, ist mit dem Eingangsanschluß des Heizers 54 verbunden, um einen in den Heizer 54 fließenden Strom zu begrenzen, wenn die Ausgangsspannung des Addierers 100 einen

vorbestimmten Pegel überschreitet.

In Fig. 37 ist eine achtzehnte'Ausführungsform der Erfindung dargestellt, in welcher die gleichen Blöcke wie in Fig. 33 auch mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Die Ausführungsform der Fig. 37 unterscheidet sich von der der Fig. 33 dadurch, daß der Leistungsverstärker 70 durch den Spannungs-Strom-Umsetzer 60 ersetzt ist. Folglich wird der Ausgang des Addierers 100 durch den Umsetzer 60 in einen entsprechenden Strom umgesetzt. Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform ist folglich genau dieselbe wie die der Einrichtung in Fig. 33 und braucht daher nicht weiter beschrieben zu werden. Der Strombegrenzer 56, der in der Ausführungsform der Fig. 36 verwendet ist, kann auch mit dem Ausgangsanschluß des Um-35

setzers 60 der in Fig. 37 dargestellten Ausführungsform verbunden werden.

- 26 -

Schließlich sind in Fig. 38a und 38b, 39 und 40a bis 4Oe einige Beispiele der Temperaturfühler und von Zeitgebern beschrieben. In Fig. 38a und 38b weisen die Temperaturfühler 40 und 42 wärmeempfindliche Elemente 80 auf, deren Widerstand sich mit der Umgebungstemperatur ändert, z.B. Thermistoren oder temperaturempfindliche Widerstände. Das wärmeempfindliche Element 80 in Fig. 38a ist in Reihe mit einem Widerstand 82 geschaltet. Wenn die Eingangsspannung V ist, der Widerstandswert des Widerstands 82 R₁ und der widerstandswert des wärmeempfindlichen Elements 80 R₂ ist, läßt sich die Spannung V_Q, die an der Verbindung zwischen dem wärmeempfindlichen Element 80 und dem Widerstand 82 anliegt,, ausdrücken durch:

v₀ - ^_ v.

Aus dieser Gleichung ist zu ersehen, daß sich die Spannung V₀ an dem Verbindungspunkt ändert, wenn der Widerstandswert des wärmeempfindlichen Elements 80 entsprechend der 20Temperatur geändert wird, d.h. eine Temperatüränderung kann als eine Spannungsänderung abgenommen werden. In Fig. 38b ist das wärmeempfindliche Element 80 mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 84 verbunden, dessen nichtinvertierender Eingang geerdet ist. Ein

Widerstand 86 ist zwischen den invertierenden und den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 84 geschaltet. Wenn die Eingangsspannung W auf einem konstanten Pegel gehalten ist, ändert sich der Stromeingang an dem Operationsverstärker 84 entsprechend einer Widerstands-

änderung in dem wärmeempfindlichen Element 80. Dieser Strom wird in eine Spannung V„ umgesetzt, welche sich ausdrücken läßt durch:

^R3
0 R₁

wobei R., der Widerstandwert des Widerstands 86 ist. Bei einer Beziehung von R₁ < R, wird dann nach einer Verstärkung

- 27 -

die Spannung V_Q zugeführt.

In Fig. 39 und 40a bis 4Oe weist der Zeitgeber 50 eine Schaltung auf, mit welcher ein Impuls erzeugt wird, dessen Dauer proportional einer Eingangsspannung ist. Wie in Fig. 39 dargestellt, ist der Zeitgeber 50 aus einer Abfragehalteschaltung 90, einem Vergleicher 92, einem Differenzierer 94 und einem Flip-Flop 96 gebildet. Wenn dem Zeitgeber Energie zugeführt wird, wie in Fig. 40a dargestellt ist, erzeugen die Halteschaltungen 90, der Vergleicher 92 und der Differenzierer 94 nacheinander Ausgänge, wie in Fig. 40b bis 4Od dargestellt ist. Das Flip-Flop 96 erzeugt dann einen Ausgangsimpuls, dessen Dauer der Eingangsspannung entspricht. Die Haltecharakteristik der Halteschaltung 90 wird dadurch auf einem gewünschten Wert gesteuert.

Ende der Beschreibung

Claims

DR. BERG " J)ifL.-INDCi! STABF'. j 3150601

DIPL.-ING. SCHWADE ·" DRT.^:DR: SANDMAlR

PATENTANWÄLTE Postfach 860245 · 8000 München 86

Anwaltsakte: 31 989 * " ...■:.: *9⁵:':

Ricoh Company, Ltd. Tokyo / Japan

Einrichtung zum Steuern einer Flüssigkeitstemperatur

Patentansprüche

ί ΛΛ Einrichtung zum Steuern einer Flüssigkeitstemperatur auf einen vorbestimmten Wert, gekenn zeichnet durch einen Heizer (54) zum Aufheizen der Flüssigkeit, durch eine Bezugseinrichtung (48) zum Erzeugen eines den vorbestimmten Pegel anzeigenden Bezugsausgangs, durch einen ersten Fühler (40) zum Fühlen einer nichtgesteuerten Temperatur der Flüssigkeit, um einen ersten Fühlausgang zu erzeugen, welcher den nichtgesteuerten Temperaturpegel anzeigt, durch einen ersten Differenzverstärker (44) zum Vergleichen des ersten Fühlausgangs mit dem Bezugsausgang, um einen ersten Differenzausgang zu erzeugen, welcher die Differenz zwischen dem vorbestimmten Pegel und dem nichtgesteuerten Temperaturpegel darstellt, durch einen zweiten Fühler (42) zum Fühlen einer gesteuerten Temperatur der Flüssigkeit, welche durch den Heizer (54)

Bankkonler Hypo-Bank München 4410122850 (BLZ 7U0?·-¹!!) Swifl CoJe HYPO I)K MM Bayet Vcreinsbank München 453100 (BLZ 7(K)2O27O) Postscheck München 65343-808 (BLZ 70010080)

VII/XX/Ktz Telegramme: ©(089)988272 BERGSTAPFPATENT München 988273 TELEX: 988274 0524560BERGd 983310

-2 -

aufzuheizen ist, um einen zweiten Fühlausgang zu erzeugen, welcher den sich ändernden gesteuerten Temperaturpegel anzeigt, durch einen zweiten Differenzverstärker (46) zum Vergleichen des zweiten Fühlausgangs mit dem Bezugsausgang, um einen zweiten Differenzausgang zu erzeugen, welcher die Differenz zwischen dem vorbestimmten Pegel und dem sich ändernden, gesteuerten Temperaturpegel darstellt, durch einen Zeitgeber (50) zum Erzeugen eines Ausgangsimpulses mit einer veränderlichen Impulsdauer, durch eine Heizer-Ansteuerschaltung (52; 52a; 60, 62, 70) zum Erzeugen eines Energieausgangs entsprechend dem zweiten Differenzausgang, um eine veränderliche Ansteuerenergie an den Heizer (54) anzulegen, und durch eine Steuereinrichtung zum Steuern des Zeitgebers (50) und der Heizer-Ansteuerschaltung (52, 52a, 60, 62, 70), so daß zumindest die Impulsdauer des Zeitgebers und die Ansteuerenergie der Heizer-Ansteuerschaltung (52, 52a, 60, 62, 70) entsprechend dem ersten Differenzausgang geändert wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Fühler (40, 42) einen einzigen Fühler aufweisen > und daß die beiden Differenzverstärker (44, 46) einen einzigen Differenzverstärker aufweisen .
3 - Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Differenzausgang einen Spannungsausgang aufweist, und daß die Heizer-Ansteuerschaltung einen Spannungs-Srom-Umsetzer (60) zum Erzeugen eines

Stroms aufweist, der dem Spannungsausgang proportional ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e k e η·.ιη zeichnet, daß die Heizer-Ansteuerschaltung ferner einen Strombegrenzer (56) aufweist, der zwischen den Heizer

und die Heizer-Ansteuerschaltung (52) geschaltet ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η -'

zeichnet, daß die Heizer-Ansteuerschaltung ferner eine Reihenschaltung aus einem Strombegrenzer (56) und einer einen Gegenstromfluß verhindernden Einrichtung (62) aufweist, wobei die Reihenschaltung zwischen den zweiten Differenzverstärker (46) und den Heizer (54) geschaltet ist.
6 ο Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizer-Ansteuerschaltung eine erste Reihenschaltung aus einem Leistungsverstärker (70) und einem ersten Strombegrenzer (56) und eine zweite Reihenschaltung aus einem zweiten Strombegrenzer (56a) und einer einen Gegenstromfluß verhindernden Einrichtung (62) aufweist, wobei die erste Reihenschaltung zwischen den ersten Differenzverstärker (44) und den Heizer (54) und die zweite Reihenschaltung zwischen den zweiten Differenzverstärker (46) und den Heizer (54) geschaltet ist.
7 ο Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizer-Ansteuerschaltung eine erste Reihenschaltung aus einem ersten Leistungsverstärker (70), einer ersten einen Gegenstromfluß verhindernden Einrichtung (72) und einem Strombegrenzer (56) und eine zweite Reihenschaltung aus einem zweiten Leistungsverstärker (70a) und einer zweiten, einen Gegenstromfluß verhindernden Einrichtung (74) aufweist, wobei die erste Reihenschaltung zwischen den ersten Differenzverstärker und den Heizer (54) und die zweite Reihenschaltung zwischen den zweiten Differenzverstärker (46) und den Strombegrenzer (56) geschaltet ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizer-Ansteuerschaltung eine erste Reihenschaltung aus einem Leistungsverstärker (70) und einer ersten Heizer-Ansteuereinrchtung (52) und eine zweite Reihenschaltung aus einer zweiten Heizer-Ansteuereinrichtung (52a) und einer einen Gegenstromfluß verhindernden Einrichtung (62) aufweist, wobei die erste Reihenschaltung zwi-

sehen den ersten Differenzverstärker (44) und den Heizer (54) und die zweite Reihenschaltung zwischen den aweiten Differenzverstärker (46) und den Heizer (54) geschaltet ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die. Heizer-Ansteuerschaltung eine erste Heizer-Ansteuereinrichtung (52), die zwischen den ersten Differenzverstärker (44) und den Heizer (54) geschaltet ist, und eine Reihenschaltung aus einer zweiten Heizer-Ansteuereinrichtung (52a) und einer den Gegenstromfluß verhindernden Einrichtung (62) aufweist, wobei die Reihenschaltung zwischen den zweiten Differenzverstärker (46) und den Heizer (54) geschaltet ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizer-Ansteuerschaltung ferner einen Stronibegrenzer (56) aufweist, der zwischen die erste Heizer-Ansteuereinrichtung (52) und den Heizer (54) geschaltet ist.
11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch g e k e η η ze ichne t, daß die Heizer-Ansteuerschaltung ferner einen Spannungs-Strom-Umsetzer (60) aufweist, der zwischen den ersten Differenzverstärker (44) und die erste Heizer-Ans teuer einrichtung (52) geschaltet ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 1 _r dadurch gekennzeichnet, daß die Heizer-Ansteuerschaltung einen

Spannungs-Strom-Begrenzer (60) , der zwischen den ersten Differenzverstärker (44) und den Heizer (54) geschaltet ist, und eine Reihenschaltung aus einer Heizer-Ansteuereinrichtung (52a) und einer den Gegenstromfluß verhindernden Einrichtung (6 2) aufweist, wobei die Reihenschaltung zwischen den zweiten Differenzverstärker (46) und den Heizer (54) geschaltet ist.
13. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Addierer (100) zwischen den ersten Differenzverstärker (44) und den Zeitgeber (50) geschaltet ist, um die beiden Differenzausgänge aufzusummieren, um einen aufsummierten Ausgang zu erzeugen, welcher an dem Zeitgeber (50) angelegt ist, und daß die Heizer-Ansteuerschaltung eine erste Heizer-Ansteuereinrichtung (52) , die zwischen den Zeitgeber (50) und den Heizer (54) geschaltet ist, und eine Reihenschaltung aus einer zweiten Heizer-Ansteuereinrichtung (52a) und einer den Gegenstromf-l-uß verhindernden Einrichtung (62) aufweist, wobei die Reihenschaltung zwischen den zweiten Differenzverstärker (46) und den Heizer (54) geschaltet ist.
14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch g e k e η η zei chnet, daß die Heizer-Ansteuerschaltung ferner einen Strombegrenzer (56) aufweist, der zwischen die erste Heizer-Ansteuereinrichtung (52) und den Heizer (54) geschaltet ist.
. 15. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Addierer (100) zwischen den ersten Differenzverstärker (44) und die Heizer-Ansteuerschaltung (52, 52a, 62) geschaltet ist, um die beiden Differenzausgänge aufzusummieren, um einen aufsummierten Ausgang zu erzeugen, wobei die Heizer-Ansteuerschaltung eine erste Heizer-Ansteuereinrichtung (52), die zwischen den Addierer (100) und den Heizer(54) geschaltet ist, und eine Reihenschaltung aus einer zweiten Heizer-Ansteuereinrichtung (52a) und einer den Gegenstromfluß verhindernden Einrichtung (62) aufweist, wobei die Reihenschaltung zwischen den zweiten Differenzverstärker (46) und den Heizer (54) geschaltet ist.
16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizer-Ansteuerschaltung einen . Strombegrenzer (56) aufweist, der zwischen die erste Hei-

zer-Ansteuereinrichtung (52a) und den Heizer (54) geschaltet ist.
17. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

zeichnet, daß ein Addierer (100) zwischen den ersten Differenzverstärker (44) und die Heizer-Ansteuerschaltung (60, 52a, 62) geschaltet ist, um die beiden Differenzausgänge aufzusummieren, um einen auf summierten Ausgang zu erzeugen, wobei die Heizer-Ansteuerschaltung einen Spannungs-Strom-Umsetzer (60), der zwischen den Addierer (100) und den Heizer (54) geschaltet ist, und eine Reihenschaltung aus einer Heizer-Ansteuereinrichtung (52a) und einen den Gegenstromfluß verhindernden Einrichtung (62) aufweist, wobei die Reihenschaltung zwischen den zweiten Differenzverstärker (46) und den Heizer (54) geschaltet ist.
18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizer-Ansteuerschaltung ferner einen Strombegrenzer (56) aufweist, der zwischen den Spannungs-Stromumsetzer (60) und den Heizer (54) geschaltet ist.
19. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Addierer (100) zwischen den ersten Differenzverstärker (44) und die Heizer-Ansteuerschaltung (52, 52a, 62, 70) geschaltet ist, um die beiden Differenzausgänge aufzusummieren, um dadurch einen aufsummierten Ausgang zu erzeugen, wobei die Heizer-Ansteuerschaltung eine erste Reihenschaltung aus einem Verstärker (70) und.

°® einer ersten Heizer-Ansteuereinrichtung (52) und eine zweite Reihenschaltung aus einer zweiten Heizer-Ansteuereinrichtung (52a) und einer den Gegenstromfluß verhindernden Einrichtung (62) aufweist, wobei die erste Reihenschaltung zwischen den Leistungsverstärker (70) und den Heizer (54) und die zweite Reihenschaltung zwischen den zweiten Differenzverstärker (46) und den Heizer (54) geschaltet ist.
20. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Addierer (100) zwischen den ersten Differenzverstärker (44) und die Heizer-Ansteuerschaltung (52a, 56, 62, 70) geschaltet ist, um die beiden Differenzausgänge aufzusummieren, um einen aufsummierten Ausgang zu erzeugen, wobei die Heizer-Ansteuerschaltung eine erste Reihenschaltung aus einem Leistungsverstärker (70) und einem Strombegrenzer (56) und eine zweite Reihenschaltung aus einer Heizer-Ansteuereinrichtung (52a) und einer den Gegenstromfluß verhindernden Einrichtung (62) aufweist, wobei die erste Reihenschaltung zwischen den Addierer (1D0) und den Heizer (54) und die zweite Reihenschaltung zwischen den zweiten Differenzverstärker (46) und den Strombegrenzer (56) geschaltet ist.
21„ Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Addierer (100) zwischen den ersten Differenzverstärker (44) und die Heizer-Ansteuerschaltung (52a, 60, 62) geschaltet ist, um die beiden Differenzausgänge aufzusummieren, um einen aufsummierten Ausgang zu erzeugen, wobei die Heizer-Ansteuerschaltung einen Spannungs-Strom-Umsetzer (60), der zwischen den Addierer (100) und den Heizer (54) geschaltet ist, und eine Reihenschaltung aus einer Heizer-Ansteuereinrichtung (52a) und einer den Gegenstromfluß verhindernden Einrichtung (62) aufweist, wobei die Reihenschaltung zwischen den zweiten Differenzverstärker (46) und den Heizer (54) geschaltet ist.
22. Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die Heizer-Ansteuerschaltung ferner einen Strombegrenzer (56) aufweist, der zwischen den Spannungs-Strom-Umsetzer (60) und den Heizer (54) geschaltet ist.