DE3228202C2 - Schaltungsanordnung zur Regelung der Betriebstemperatur des Heizkörpers eines elektrischen Lötgerätes, insbesondere Lötkolbens - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Regelung der Betriebstemperatur des Heizkörpers eines elektrischen Lötgerätes, insbesondere Lötkolbens

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Abstract

Bei einer Schaltungsanordnung zur Regelung der Be triebs temperatur der Heizwicklung eines elektrischen Lötkolbens soll mit möglichst geringem schaltungstechnischen Bauaufwand unter Einsparung eines Thermoelement-Meßfühlers, der unter hohem mechanischen Aufwand im Bereich der Lötspitze bzw. der Heizwicklung angeordnet wurde, die Widerstandsänderung der Heizwicklung selbst ausgewertet werden. Hierzu sieht die Erfindung einen in den Heizstromkreis eingesetzten Meßwiderstand und ein zwischen diesem und dem Heizelement geschalteten TRIAC-Schaltelement vor, das von einer Komparatorschaltung in Abhängigkeit vom Spannungsabfall am Meßwiderstand aufgeschaltet wird oder nur die zur Messung der Einschaltschwelle benötigten Impulse einer Impulserzeugerschaltung durchläßt, die über eine Nullpunkterkennungsschaltung zum Nulldurchgang der Wechselspannung synchronisiert wird. Erfindungsgemäß wird ferner der Spannungsabfall mit einer Vorgabespannung verglichen und bei deren Erreichen ein Integrationskondensator aufgeladen, dessen Spannung den Komparator im Verhältnis zu einer Vergleichsspannung steuert. Das TRIAC ist eingeschaltet, solange die Spannung am Ausgang des Integrationskondensators die Vergleichsspannung übersteigt, und ausgeschaltet, solange diese Spannung kleiner ist als die Vergleichsspannung. In diesem Falle bildet der Integrationskondensator ein Zeitglied zum Nachheizen der Heizwicklung.

Description

55
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Schaltungen (20,30,40 und 50) einen integrierten Operationsverstärker (25 bzw. 35 bzw 45 bzw. 55) umfaßt und daß der nicht invertierende Eingang (21) des Operationsverstärkers (25) der Nullpunkterkennungsschaltung (20) mit einem bestimmten Anteil der Wechselspannung des Heizstromkreises beaufschlagt wird, wohingegen der invertierende Eingang (22) auf Massepotential liegt, derart, daß beim Übergang der Wechselspannung vom negativen und positives Potential, bezogen auf die Masse, d. h. also im Nulldurchgang, der Ausgang (23) des Operationsverstärkers (25) ein positives Signal abgibt und über einen nachgeschalteten Kondensator (C4) auf den nicht invertierenden Eingang (32) des Operationsverstärkers (35) der Impulserzeugerschaltung (30) übertragen wird und somit die vom Operationsverstärker (35) abgegebenen Impulse mit dem Nulldurchgang synchronisiert.
Die Erfindung bezieht ich auf eine Schaltungsanordnung zur Regelung der Betriebstemperatur des Heizkörpers eines elektrischen Lötgerätes, insbesondere Lötkolbens, wobei der Heizkörper als Heizelement und als Meßelement zur Temperaturregelung verwendet wird.
Aus der DE-OS 28 47 482 ist es bekannt, bei einem Lötgerät in Form eines Lötkolbens das Heizelement in Verbindung mit einer elektronischen Regeleinrichtung auch als Temperaturfühler zu verwenden. Eine Ausführungsform einer verwendbaren elektronischen Regeleinrichtung ist hieraus jedoch nicht vorbekannt.
Aus der DE-AS 21 09 470 ist ein elektrischer Lötkolben vorbekannt, bei welchem im Bereich des Heizelementes ein Temperaturfühler angeordnet ist, der in die Schaltungsanordnung zur Regelung der Betriebstemperatur des Heizkörpers eingeschaltet ist. Die Anordnung des Temperaturfühlers muß jedoch in unmittelbarer Nähe zum Heizelement bzw. zur Lötspitze erfolgen, wodurch ein erhöhter mechanischer Aufwand bei der Herstellung des Lötkolbens erforderlich ist.
Aus der DE-AS 16 15 310 ist eine Regeleinrichtung für Heizelemente vorbekannt, bei welcher ebenfalls in der Nähe der Heizelemente ein Topfbodenfühler angeordnet ist, worauf ebenfalls ein mechanischer Mehraufwand bei der Herstellung des Gerätes selbst resultiert. Darüber hinaus wird bei dieser bekannten Schaltungsanordnung der mittlere Stromfluß durch den Heizwiderstand des Heizelementes für Regelzwecke verwendet, d. h. zur Konstanthaltung der Heizleistungen.
Es ist ferner aus der DE-OS 26 46 705 vorbekannt, bei einem elektrischen Lötkolben ein Thermoelement in der Lötspitze und damit im Bereich des Heizkörpers anzuordnen, das als Wärmefühler dient. Mittels einer Schaltungsanordnung werden die Meßwerte des Thermoelementes aufgenommen und verarbeitet und zur Regelung der Betriebstemperatur des Heizkörpers verwendet, der aus einer Heizwicklung besteht. Nachteilig bei dieser Anordnung des Thermoelementes ist ebenfalls einer erhöhter mechanischer Aufwand bei der Herstellung der Lötspitze bzw. des Lötkolbens selbst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei welcher mit möglichst geringem schaltungstechnischen Aufwand und unter Verwendung des Heizelementes gleichzeitig als Meßelement zur Temperaturregelung Spannungsänderungen der Versorgungsspannung kompensiert
werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Hierbei wird ein Mittelwertgleichrichter in Form eines integrierten Operationsverstärkers zur Korrektur des aus dem mittleren Strom gewonnenen Temperatursignales bei wechselnder Versorgungsspannung verwendet, so daß ein durch Abweichen der Versorgungsspannung verursachter Temperaturfehler korrigiert werden kann. Dies erfolgt durch Messung des Mittelwertes der Versorgungsspannung und Verwendung des Mittelwertes der Versorgungsspannung als Referenzspannung für den integrierten Operationsverstärker, der Soll- und Ist-Temperaturwerte vegleicht. Die Erfindung beruht somit darin, eine Kompensation der Versorgungsspannung durchzuführen, um hierdurch höchste Genaugigkeit bei der Regelung der Temperatur der Lötspitze zu erzielen. Dabei wird der Vorteil der Vermeidung eines separaten, dem Heizelement zugeordneten Meßelfmentes ausgenutzt.
Integrierte Schaltkreise, die integrierte Operationsverstärker enthalten, sind bereits aus der Zeitschrift »Rege-Jungstechnische Praxis und Prozeß-Rechentechnik« 1974, ;Heft 1, Seiten Ml bis M5 vorbekannt.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung läßt sich mit geringem technischen Aufwand herstellen, da insbesondere kein separater Wärmefühler im Bereich der Lötspitze bzw. des Heizkörpers des elektrischen Lötgerätes benötigt wird. Erfindungsgemäß werden lediglich ein Meßwiderstand und ein Triac-Schaltelement in den Heizstromkreis des Heizkörpers eingeschaltet, wobei das Triac-Schaltelement insbesondere in Abhängigkeit vom Spannungsabfall am Meßwiderstand aufgeschaltet wird.
Als Heizkörper kann eine Heizwicklung oder ein Keramik-Heizelement dienen. Wesentlich ist, daß der Heizkörper ein PTC-Verhalten oder gegebenenfalls auch ein NTC-Verhalten aufweist. Der zu verwendende Heizkörper hat ein Kalt-Heiß-Verhältnis von beispielsweise 4:1, wohingegen herkömmlich verwendete Heizkörper bei Lötkolben ein solches Verhältnis 1 : 1 aufweisen, d. h. keinen meßbaren Temperaturkoeffizienten besitzen.
Wesentlich bei vorliegender Erfindung ist, daß die Schaltungsanordnung ein ständiges Umschalten zwischen Messen und Heizen durchführt, wobei der vorhandene Heizkörper gleichzeitig als Temperatur-Meßelement ausgenutzt wird und somit eine Doppelnutzung des Heizkörpers vorliegt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Hingewiesen wird insbesondere auf die Unteransprüche 2 bis 4, aus denen die vorteilhafte Regelung der Schaltungsanordnung mittels dreier Meßspannungen hervorgeht, nämlich dem Spannungsabfall am Meßwiderstand, der Vorgabespannung an einem Spannungsteiler und der Ausgangsspannung eines Integrationskondensators, der zugleich ein Zeitglied zum Nachheizen des Heizkörpers bildet.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles einer Anordnung zur Regelung der Betriebstemperatur der Heizwicklung eines elektrischen Lötkolbens näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild,
Fig. 2 ein Schaltbild der Anordnung und erstmalig am 6. 4. 1984 eingegangen,
Fig. 3 eine Abwandlung des Schaltbildes gemäß Fig. 2.
Das Blockschaltbild gemäß Fig. 1 zeigt eine Heizstromkreis-Reihenschaltung aus der Sekundärseite eines Netztransformators 1 für die Spannungsversorgung, aus einer Heizwicklung 2 eines nicht gezeigten elektrischen Lötkolbens, wobei die Heizwicklung 2 ein PTC-Verhalten aufweist, aus einem als TRIAC 3 ausgebildeten Schaltelement und aus einem Meßwiderstand 4. Mit dem Heizstromkreis sind in der in Fig. 1 näher gezeigten Weise eine Gleichrichterschaltung 10, eine Nullpunkterkennungsschaltung 20, eine Impulserzeugerschaltung 30, eine Regelverstärkerschaltung 40 mit einer Diode Z)4 und einem Integrationskondensator C5 sowie eine Komparatorschaltung 50 verknüpft. Ein Potentiometer 5 zur Temperatureinstellung der Heizwicklung 2 ist zwischen den Heizstromkreis und die Regelverstärkerschaltung 40 geschaltet. Ein Spannungsteiler 6 aus zwei hintereinandergeschalteten Widerständen Rg und R10 ist zwischen den Ausgang der Gleichrichterschaltung 10 und den Heizstromkreis geschaltet und zwischen den beiden Widerständen Rq, Ä]o mit der Schaltung 40 verknüpft.
Die Netzspannung des Transformators 1 wird sekundärseitig auf U0 = 24 V festgelegt und der Gleichrichterschaltung 10 zugeführt. Hier werden die Betriebsspannung U^ für die Schaltungen 30, 40 und 50, die jeweils ein IC-Glied enthalten, und die Vergleichspannung i/3 festgelegt, die am nichtinvertierenden Eingang der Komparatorschaltung 50 anliegt. Nach Anliegen der Netzspannung am Transformator 1 und Vorliegen der Betriebsspannung Ui0 am Ausgang der Gleichrichterschaltung 10 beginnt die Impulserzeugungsschaltung 30 im /4-Sekundentakt hochfrequente Impulse abzugeben. Diese werden durch die Nullpunkterkennungsschdltung 20 mit dem Nulldurchgang der Wechselspannung synchronisiert. Die etwa 5 ms langen Impulse gelangen auf den Oder-Eingang des Komparator 50, welcher daraufhin das TRIAC-Schaltelement 3 ansteuert und dieses für die positive Halbwelle der Wechselspannung durchschaltet.
Während des Stromflusses durch die Heizwicklung 2 des Lötkolbens entsteht am Meßwiderstand 4 ein Spannungsabfall IZ4. Dieser wird mit der Spannung (Λ an der Temperatureinstellung der Heizwicklung 2 dienenden Poteniometer 5 und der Vorgabespannung Ub am Spannungsteiler 6, welche aus der ungeregelten Betriebsspannung Um abgeleitet wird, in der Regelverstärkerschaltung 40 verglichen. Sobald der Spannungsabfall U4 am Meßwiderstand 4 die Vorgabespannung U6 übersteigt, lädt die Regelverstärkerschaltung 40 über die Diode D4 den Kondensator C5, der ein Zeitglied bildet, auf. Übersteigt diese Spannung U40 die am nichtinvertierenden Eingang des Komparators 50 anliegende Vergleichsspannung i/3, so bleiben der Komparator 50 und auch das TRIAC-Schaltelement 3 durchgeschaltet. Folglich bleibt die Spannungsversorgung für das Heizelement 2 aufrechterhalten, so daß das Heizelement 2 eingeschaltet bleibt.
Sinkt die Spannung t/4 am Meßwiderstand 4 durch ansteigende Temperatur der Heizwicklung 2 mit PTC-Verhalten, so schaltet die Regelverstärkerschaltung 40 wieder ab. Der Kondensator C5 wird über einen parallel geschalteten hochohmigen Widerstand Λ18 entladen. Sobald die Spannung IZ40 am Kondensator C5 unter die Vergleichsspannung l/, des Komparators 50 abfällt, schaltet dieser das TRIAC-Schaltelement 3 wieder r.b. Dies hat zur Folge, daß auch die Heizwicklung 2 des Lötkolbens ausgeschaltet wird. Durch das vom Integrationskondensators C5 gebildete Zeitglied entsteht eine gewisse Hysterese, die die Heizwicklung 2 des Lötkolbens etwas nachheizen läßt. Dies führt dazu, daß die eingestellte Endtemperatur schneller erreicht wird.
Von nun an gelangen wieder nur die Taktimpulse des Impulsgenerators 30 zum TRIAC-Schaltelement 3. Dieser Vorgang findet solange statt, bis der Spannungsabfall t/4 am Meßwiderstand 4 bei der eingestellten Temperatur
wieder die Vorgabespannung t/6 am Spannungsteiler 6 überschreitet. Dies führt zu einer erneuten Einschaltung der Heizwicklung 2 des Lötkolbens.
In dem gemäß Fig. 2 ausgeführten Schaltbild der Anordnung sind die Schaltungen 10, 20, 30, 40 und 50 jeweils in durch gestrichelte Linien getrennten Feldern dargestellt.
Die unmittelbar im Anschluß an den Netztransformator 1 dargestellte Gleichrichterschaltung 10 enthält in einem parallel zur Sekundärseite des Netzstransformators 1 geschalteten Stromkreis in Reihe einen Widerstand R1, eine Diode D1, einen weiteren Widerstand R4 und eine umgekehrt zur Diode D, geschaltete weitere Diode D6, zu ■welcher zwei Kondensatoren C1 und C2 parallelgeschaltet sind. Zwischen dem Widerstand .R4 und der Diode D6 wird die dem nichtinvertierenden Eingang 51 der Komparatorschaltung 50 zugeführte Vergleichsspannung U3 abgegriffen.
Die Nullpunkt-Erkennungsschaltung 20 umfaßt ein IC-Glied 25. dessen n. i. Eingang 21 über einen Widerstand R2 mit dem Heizstromkreis zwischen der Sekundärseite des Netztrafos 1 und der Heizwicklung 2 und dessen inv. Eingang 22 unmittelbar mit dem Heizstromkreis verknüpft ist. Ein Widerstand A3 ist zwischen den Widerstand R2 und den Eingang 21 geschaltet und mit dem Heizstromkreis verbunden. Der Ausgang 23 des IC-Gliedes 25 ist über einen Kondensator C4 mit der Impulserzeugerschaltung 30 verbunden.
Die Impulserzeugerschaltung 30 umfaßt ein IC-Glied 35, dessen Eingänge 31 und 32 über einen Kondensator C3 bzw. einen Widerstand R5 mit den verknüpften Ausgängen des Widerstandes R4, der Diode D6 und des Kondensators C2 der Gleichrichterschaltung 10 verbunden sind. Zwischen dem Eingang 32 und dem Widerstand R5 sind der Kondensator C4 der Nullpunkt-Erkennungsschaltung 20 und ein weiterer Widerstand Rx angeschlossen, der mit dem Ausgang 33 des IC-Gliedes 35 verbunden ist. Parallel zur Verbindung zwischen den Ein- und Ausgängen 31 bzw. 33 liegt ein weiterer Widerstand R1. zu welchem eine Reihenschaltung aus dem Widerstand R6 und der Diode D2 geschaltet ist. Der Ausgang 33 des IC-Gliedes 35 führt über eine Diode Di zum invertierenden Eingang 52 des IC-Gliedes 55 der Komparatorschaltung 50.
Die Regelverstärkerschaltung 40 umfaßt ein IC-Glied 45. dessen inv. Eingang 41 zwischen den Widerständen R9 und Am des Spannungsteilers 6 angeschlossen ist. Der n. i. Eingang 42 ist über einen Widerstand Rn mit dem Abgriff des Widerstandes Ris des Potentiometers 5 zur Temperatureinstellung verbunden und über den hochohmigen Widerstand A18 mit der Verbindungsleitung zum Eingang 52 des IC-Gliedes 55 der Komparatorschaltung 50. Der Ausgang 43 des IC-Gliedes 45 ist über zwei hintereinandergeschaltete, rückwärts sperrende Dioden D4 und D5 ebenfalls mit dem Eingang 52 des IC-Gliedes 55 der Schaltung 50 verbunden. Zwischen beiden Dioden D4 und Ds ist der Integrationskondensator C5 geschaltet, dessen anderer Anschluß am Heizstromkreis liegt. Zwischen dem Widerstand i?,5 des Potentiometers 5 und dem Heizstromkreis ist ein Widerstand i?16 geschaltet.
Das IC-Glied 55 der Komparatorschaltung 50, an dessen nichtinv. Eingang 51 die Vergleichsspannung U3 anliegt und dessen inv. Eingang 52 über die rückwärts sperrenden Dioden D5 und D4 mit dem Ausgang 43 des IC-Gliedes 45 der Regelverstärkerschaltung 4Cl und gleichzeitig über die ebenfalls rückwärts sperrende Diode D3 mit dem Ausgang 33 des IC-Gliedes 35 der Impulserzeugerschaltung 30 verbunden ist, ist mit einem Ausgang 53 über einen Widerstand Ru mit der Basis eines Transistors T1 verbunden, dessen Emitter mit dem Heizstromkreis und dessen Kollektor mit einem Eingang des TRIAC-Schaltelementes 3 verbunden ist, dessen anderer Eingang über den Meßwiderstand 4 (Widerstand Rn) mit dem Heizstromkreis verbunden ist. Der Ausgang des TRIAC-Schaltelementes 3 ist mit dem Heizelement 2 direkt verbunden. Parallel zum Widerstand R13 ist ein Widerstand Rn geschaltet, der zur Voreinstellung des aus dem Widerstand /?15 gebildeten Potentiometers 5 vorgesehen ist. Schließlich ist der Kollektor des Transistors Γι über einen Widerstand R1^ sowohl mit dem Widerstand Rg des Spannungsteilers 6 als auch mit der Gleichrichterschaltung 10 zwischen der Diode D1, dem Kondensator C1 und dem Widerstand R4 verknüpft.
Mit dem Ausgang 53 des IC-Gliedes 55 der Komparatorschaltung 50 ist über einen Widerstand R19 noch eine Leuchtdiode D1 zur Anzeige des Betriebszustandes verbunden (Schaltung 8).
Die erstmalig am 6. 4. 1984 eingegangene und in Fig. 3 dargestellte Abwandlung des Schaltbildes nach Fig. 2 unterscheidet sich von diesem durch einen zusätzlichen Gleichrichterschalter, bestehend aus einer an den Spannungsteiler aus den Widerständen R9 und Rm in Sperrichtung anschließenden Diode D8 und einem zwischen diese und den Widerstand R1 der Gleichrichterschaltung 10 geschalteten Widerstand R20, sowie aus einem zwischen Widerstand R9 und Diode D8 angeschlossenen Kondensator C6. Der Gleichrichterschalter filtert die störenden Spannungsspitzen aus der Versorgungsspannung der Regelverstärkerschaltung 40 aus, indem dieser dem Spannungsteiler aus den Widerständen R9 und Λ10 einen dem Mittelwert der Versorgungsspannung entsprechenden Gleichrichterwert zuführt.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

10 15 20 Patentanprüche:
1. Schaltungsanordnung zur Regelung der Betriebstemperatur des Heizkörpers eines elektrischen Lötgerätes, insbesondere Lötkolbens, wobei der Heizkörper als Heizelement und als Meßelement zur Temperaturregelung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet,
daß in den Heizstromkreis des Heizkörpers (2) zusätzlich ein Meßwiderstand (4; R13) zur Überwachung des durch den Heizkörper (2) fließenden Stromes, sowie ein Triac-Schaltelement (3) zwischen dem Meßwiderstand (4, Rj3) und dem Heizkörper (2) eingesetzt sind, daß eine mit einem integrierten Operationsverstärker (45) versehene Regelverstärkerschaltung (40) zum Vergleich des Spannungsabfalles (JZ4) am Meßwiderstand (4; R13) mit der Vorgabespannung (CZ6) eines Spannungsteilers (6; Rg, i?io) vorgesehen ist,
daß der Spannungsteiler (6; Λ9, jR10) am Ausgang einer Mittelwert-Gleichrichterschaltung (10) liegt,
und daß das Triac-Schaltelement (3) von einer Komparatorschaltung (50) gesteuert wird, die das Triac-Schaltelement (3) in Abhängigkeit vom Spannungsabfall (t/4) am Meßwiderstand (4; Rn) durchschaltet, oder die nur die zur Messung der Einschaltschwelle benötigten Impulse einer Impulserzeugerschaltung (30) durchläßt, wobei letztere über eine Nullpunkterkennungsschaltung (20) abhängig von Nulldurchgang der Wechselspannung synchronisiert wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Erreichen bzw. Überschreiten der Vorgabespannung (CZ6) durch den Spannungsabfall (IZ4) ein Integrationskondensator (C5) innerhalb der Regelverstärkerschaltung (40) aufgeladen wird, dessen Spannung (CZ40) die Komparatorschaltung (50) im Verhältnis zu einer Vergleichsspannung (CZ3) derart steuert, daß das Triac-Schaltelement (3) eingeschaltet ist, solange die Spannung (CZ40) am Ausgang des Integrationskondensators (C5) größer ist als die Vergleichsspannung (CZ3), und ausgeschaltet ist, solange die Spannung (CZ4O) am Integrationskondensator (C5) kleiner als die Vergleichsspannung (CZ3) ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrationskondensator (C5) der Regelverstärkerschaltung (40) ein Zeitglied zur Nachheizung des Heizkörpers (2) nach dem Ausschalten des Triac-Schaltelementes (3) bildet.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wiedereinschalten des Triac-Schaltelementes (3) und damit ein erneutes Aufheizen des Heizkörpers (2) dann erfolgt, wenn der Spannungsabfall (CZ4) am Meßwiderstand (4; R13) größer als die Vorgabespannung (CZ6) am Spannungsteiler (6) ist und die Ausgangsspannung (CZ40) des Integrationskondensators (C5) die Vergleichsspannung (U3) übersteigt.
5. Anordnung nach unem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (6; Rq, Rio) an der ungeregelten Gleichspannung (CZ10) der Gleichrichterschaltung (10) liegt und somit Spannungsänderungen der Versorgungsspannung (CZ6) kompensiert werden, die einen sich abhängig davon ändernden Strom durch den Heizkörper (2) zur Folge haben, woraus sich veränderte Werte für Strom und Spannung (U^) am Meßwiderstand (4; Rn) ergeben.
6. Anordnung nach einem der vorangegangenen
30
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