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1. (WO2001079799) THERMOSTAT ELECTRONIQUE ANALOGIQUE
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Analoger elektronischer Thermostat

Die Erfindung bezieht sich auf einen analogen elektronischen Thermostat der im
Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art

Solche Thermostate werden vorteilhaft in Temperaturregelungen verschiedener Art verwendet, wenn eine Zwei-Punkt-Regelung gewünscht wird Am Thermostat wird ein Sollwert eingestellt, der mit einem mittels eines Temperatursensors gemessenen Istwert verglichen wird Aus der Differenz zwischen Soll- und Istwert wird ein Schaltbefehl generiert

Ein Thermostat der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ist aus der
US-A-4,641,778 bekannt Der Schaltpunkt ist einstellbar, die Schalthysterese wird in Abhängigkeit vom Schaltpunkt festgelegt Dabei wird die Schalthysterese mit
zunehmender Temperatur erhöht Dies ist nicht immer sinnvoll Bei der Steuerung eines brennerbeheizten Heizkessels entstehen bei Schwachlast sehr kurze Brennerlaufzeiten, was sowohl aus ökologischen Gründen, als auch wegen der Korrosionsgefahr für den
Heizkessel ungunstig ist

Es ist auch bekannt (EP-A-0 942 271), das Signal eines Temperaturfühlers nach vorgegebenem Algorithmus zu Temperaturwerten umzurechnen Dies ermöglicht zwar, vielerlei Typen von Temperaturfühlern zu verwenden, bedeutet aber gleichzeitig hohen Aufwand im Thermostaten

Aus US-A-5,705,792 ist ein digitaler Thermostat bekannt, bei dem der Arbeitsbereich mittels eines Schalters umschaltbar ist

Aus US-A-5,934,554 ist ein Raumthermostat mit Raumtemperaturfuhler bekannt, bei dem der Schaltpunkt mittels eines binar codierten Schalters verstellbar ist Ein vom
Sollwerteinsteller unabhängiger Bereichsgeber ist nicht vorhanden

Die vorstehend erwähnten Thermostaten dienen ganz unterschiedlichen Zwecken Daneben existieren viele weitere Bauarten Ein Thermostat, der in einem Backofen eingesetzt wird, kann beispielsweise nicht für eine Waschmaschine Anwendung finden, weil die bei einem Backofen einstellbaren Temperaturen von über 100 Grad Celsius bei einer Waschmaschine nicht zulassig sind Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen universell einsetzbaren und gleichzeitig einfach aufgebauten, gleichwohl aber präzis arbeitenden Thermostat zu schaffen, der an verschiedene Einsatzgebiete anpaßbar ist Aus dem einfachen Aufbau sollen entsprechend niedrige Fertigungskosten resultieren

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhangigen Ansprüchen

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung naher erläutert

Es zeigen Fig 1 ein Blockschaltbild eines Thermostaten,

Fig 2 ein Schaltbild mit Details einer Konstantstromquelle,

Fig 3 eine Schaltung eines Bereichseinstellers,

Fig 4 eine Schaltung eines Schaltdifferenzgebers

Fig 5 eine Schaltung eines Sollwerteinstellers mit zugehörigem Treiber und

Fig 6 eine Schaltung einer Ausgangsstufe

In der Figur 1 ist mit der Bezugszahl 1 ein Thermostat bezeichnet, an dessen Eingang 2 ein Temperaturfühler 3 anschließbar ist Für genaue Temperaturmessungen handelt es sich dabei beispielsweise vorteilhaft um einen sogenannten Pt-100-Fuhler, also einen aus Platindraht hergestellten Sensor mit einem Nennwiderstand von 100 Ohm Diese Fühler zeichnen sich dadurch aus, daß bei ihnen zwischen Temperatur und Widerstand eine weitestgehend lineare Beziehung besteht Der Temperaturfühler 3 wird von einer
Konstantstromquelle 4 mit Spannung bzw Strom versorgt Die Konstantstromquelle 4 liefert einen vom Widerstand des Temperaturfühlers 3 unabhängigen Strom Am Eingang 2 entsteht dadurch eine Spannung U , die mit dem Widerstand und damit mit der
Temperatur des Temperaturfühlers 3 korreliert ist Diese Spannung wird dem nicht invertierenden Eingang eines Signalverstarkers 5 zugeführt Am invertierenden Eingang dieses Signalverstarkers 5 liegt ein Signal an, das von einem Bereichsgeber 6 geliefert wird An diesem erfmdungsgemaßen Bereichsgeber 6 ist einstellbar, für welchen
Temperaturbereich der Thermostat 1 eingesetzt werden soll Der Bereichsgeber 6 liefert entsprechend eine Offset- Spannung an den Signalverstärker 5, der gleichzeitig als
Komparator wirkt. Vorteilhaft ist dies ein Operationsverstärker des Typs LM324 oder LM358.

Der Ausgang des Signalverstarkers 5 führt zum invertierenden Eingang eines
Komparators 7. Am nicht invertierenden Eingang des Komparators 7 liegt das Signal eines Schaltdifferenzgebers 8 an. Dieser wiederum ist mit einem Sollwerteinsteller 9 verbunden, der seinerseits von einem Treiber 10 angesteuert, d.h. mit Spannung versorgt wird. Auch der Komparator 7 ist vorteilhaft ein Operationsverstärker des Typs LM324 oder LM358.

Vom Ausgang des Komparators 7 wird eine Ausgangsstufe 11 angesteuert, die beispielsweise ein Relais enthält, durch dessen Kontakte eine zu steuernde Last ein- und ausgeschaltet wird. Das Ausgangssignal des Komparators 7 wird außerdem dem
Schaltdifferenzgeber 8 zugeführt. Alle Elemente des Thermostaten 1 werden durch eine nicht dargestellte Spannungsversorgung mit Betriebsenergie versorgt, wobei diese Spannungsversorgung bipolar ist. Deren einen Pol bildet das Bezugspotential GND, an dem auch der Temperaturfühler 3 mit seiner einen Seite angeschlossen ist. Der andere Pol der Spannungsversorgung liefert eine Betriebsspannung +UB. Damit ist beim
erfindungsgemäßen Thermostat 1 eine sonst zur Versorgung von Operationsverstärkern erforderlich doppelte Stromversorgung mit den Betriebsspannungen +UB und -ÜB nicht nötig, was den Aufwand verringert und somit Kosten spart.

Durch die vom Bereichsgeber 6 gelieferte Offset-Spannung wird, was noch gezeigt werden wird, gleichzeitig festgelegt, welche Grenzen der einstellbaren Solltemperatur durch den Sollwerteinsteller 9 möglich sind. Die am Sollwerteinsteller 9 möglichen Einstellwerte sind also durch den Bereichsgeber 6 festgelegt. Dadurch ist es möglich, den erfindungsgemäßen Thermostaten 1 an die für verschiedene Einsatzgebiete vorgebbaren Grenzen anzupassen. Somit kann der Thermostat 1 für ganz verschiedene Anwendungen verwendet werden. Für verschiedene Anwendungen mit unterschiedlichen Temperaturgrenzen muß deshalb nur ein einziger Typ eines Thermostaten 1 vorgehalten werden. Da dieser Thermostat 1 somit auch in Großserie hergestellt werden kann, entstehen geringere Fertigungskosten.

Vorteilhaft ist mit Hilfe des Schaltdifferenzgebers 8 separat einstellbar, wie groß die Schaltdifferenz, die auch als Schalthysterese bezeichnet wird, d.h. der Abstand des Einschalt- und des Ausschaltpunktes, sein soll Dies ermöglicht wiederum die Ausweitung der Anwendbarkeit des erfindungsgemaßen Thermostaten 1, weil somit der gleiche Typ eines Thermostaten 1 auch dann einsetzbar ist, wenn für verschiedenen
Anwendungsgebiete unterschiedliche Schaltdifferenzen gefordert werden

Vorteilhaft sind sowohl der Bereichsgeber 6 als auch der Schaltdifferenzgeber 8 so beschaffen, daß die Verstellung durch den Endkunden des Gerätes, in dem der
Thermostat 1 verwendet wird, nicht möglich ist Die Verstellung ist nur durch den Gerätehersteller, der den Thermostaten 1 einkauft, oder naturlich durch den Produzenten des Thermostaten 1 möglich Damit werden unerlaubte Manipulationen durch den Endkunden verhindert, so daß es beispielsweise nicht möglich ist, die für ein bestimmtes Anwendungsgebiet des Thermostaten 1 vorgegebenen Grenztemperaturen von 30 und 95 Grad Celsius, etwa bei einer Waschmaschine, zu verandern Wie das im einzelnen geschieht, wird noch beschrieben werden

Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen für einzelne Komponenten des
Thermostaten 1 in der Reihenfolge ihrer vorherigen Erwähnung beschrieben

In der Figur 2 ist ein Schaltbild gezeigt, in dem der erfindungsgemaße Thermostat 1 mit Details der Konstantstromquelle 4 dargestellt ist Hier ist mit +UB der positive Pol der Spannungsversorgung zum Betrieb der Konstantstromquelle 4 bezeichnet, mit GND der gemeinsame Nullpunkt, das Bezugspotential Die gleiche bipolare Spannungsversorgung steht auch den übrigen Elementen des Thermostaten 1 zur Verfügung

Die Konstantstromquelle 4 enthalt vorteilhaft zwei Operationsverstärker, nämlich einen ersten Operationsverstärker Vi und einen zweiten Operationsverstärker V2 An den nicht invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers Vi, wie üblich in der Figur mit einem "+" gekennzeichnet, liegt ein aus zwei Widerstanden Ri, R2 gebildeter
Eingangsspannungsteiler Dessen erster Widerstand Ri ist zwischen den nicht
invertierenden Eingang und dem positive Pol +UB der Spannungsversorgung geschaltet, wahrend ein zweiter Widerstand R2 zwischen dem nicht invertierenden Eingang und dem Bezugspotential GND liegt An diese bipolare Spannungsquelle mit dem positiven Pol +UB und dem Nullpunkt GND sind vorteilhaft auch die beiden Operationsverstärker Vi und V2 mit ihren Versorgungsspannungs-Anschlussen angeschlossen, was in den Figuren wie üblich nicht gezeichnet ist Am nicht invertierenden Eingang liegt eine
Eingangsspannung UE an, die durch die Große der Versorgungsspannung ÜB und die Widerstände Ri und R2 bestimmt wird Am Ausgang des ersten Operationsverstärkers Ni, an dem die Ausgangsspannung UOAI herrscht, ist ein Ausgangswiderstand R3
angeschlossen, dessen anderer Anschluß an einem Ausgang 2 des Thermostaten 1 liegt, an den, wie in der Figur 2 gezeigt, der Temperaturfühler 3 anschließbar ist. Der Ausgang 2 führt eine Ausgangsspannung UL Diese entsteht dadurch, daß - was noch gezeigt werden wird - von der Konstantstromquelle 4 ein durch den Temperaturfühler 3 fließender konstanter Strom erzeugt wird, der am Temperaturfühler 3 einen Spannungsabfall erzeugt, der diese Ausgangsspannung UL darstellt

Zwischen dem Ausgang des ersten Operationsverstärkers Ni und dem nicht invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers N2 liegt ein weiterer Widerstand Zwischen dem nicht invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers V2 und dem
Bezugspotential GΝD liegt ein weiterer Widerstand R5 Die beiden Widerstände R4 und R5 bilden somit einen weiteren Spannungsteiler, nämlich den für den nicht invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers V2 Weil er aber andererseits als
Spannungsteiler für die am Ausgang des ersten Operationsverstärkers Ni liegende
Spannung UaAi wirkt, wird er hier als Ausgangsspannungsteiler bezeichnet

Zwischen dem Ausgang 2 und dem invertierenden Eingang des zweiten
Operationsverstärkers V2 liegt ein weiterer Widerstand R5 und zwischen dem
invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers V2 und dem Ausgang des zweiten Operationsverstärkers V2 liegt ein weiterer Widerstand R Der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers V2, der die Spannung UaA2 führt, ist unmittelbar mit dem invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers Vi verbunden Die
Widerstände RÖ und R7 bilden wiederum einen Spannungsteiler Weil er die Ruckkopplung der Ausgangsspannung UL auf die beiden Operationsverstärker Vi, V2 bewirkt, wird er hier als Ruckkopplungs- Spannungsteiler bezeichnet

Bei der zuvor beschriebenen erfindungsgemaßen Schaltung berechnet sich der
Verstärkungsfaktor GV2 des zweiten Operationsverstärker V2 unter der Bedingung, daß die Widerstände R5 und R einerseits und die Widerstände R4 und Rβ andererseits gleich groß sind, gemäß der folgenden Formel Fl Gy3 = - (Fl)

Sind nun auch die Widerstände 4 und R5 gleich groß, so hat der Verstärkungsfaktor Gv2 des zweiten Operationsverstärker V2 den Wert 1.

Die Ausgangsspannung UaA2 des zweiten Operationsverstärkers V2 ergibt sich nach der Formel F2

UM = {UβΛ -UL)*Gvl (F2).

Die Ausgangsspannung des ersten Operationsverstärkers Vi ergibt sich nach der
Formel F3 :

UM = QJB - UM) *Gn (F3).

Bei dieser vorteilhaften Schaltung ist der Verstärkungsfaktor Gvi sehr groß, was zur Folge hat, daß eine sehr kleine Differenz der Eingangsspannung UE und der
Ausgangsspannung aA2 des zweiten Operationsverstärkers V2 zu einer sehr großen Ausgangsspannung UOAI des ersten Operationsverstärkers Ni führt. Sie würde an sich größer als die Eingangsspannung UE. Weil dann aber die Ausgangsspannung aA2 größer als die Eingangsspannung UE wäre, ergäbe sich nach der Formel F3 eine negativer Wert. Ein Gleichgewicht ergibt sich damit, wenn die Eingangsspannung UE und die
Ausgangsspannung UaA2 gleich groß sind. Daraus folgt unter Berücksichtigung der Formel F2, daß (UOAJ - UL) = UE I GV2 gilt. Außerdem gilt, daß IL * R3 gleich UOAI - UL ist, so daß das Produkt von Ausgangsstrom IL und Widerstand R3 gleich dem Quotienten aus Eingangsspannung UE und Verstärkungsfaktor Gv2 ist. Daraus ergibt sich der Laststrom IL nach der Formel F4 als

I, = UE . (F4)
G *R

Damit wird vorteilhaft erreicht, daß der Laststrom II nicht von der Größe des
Temperaturfühlers 3 abhängt.

Wenn die Versorgungsspannung ÜB den Wert 12 Volt aufweist, der Widerstand Ri den Wert 10 kOhm und der Widerstand R2 den Wert 2 kOhm besitzt, so beträgt die
Spannung UE gemäß der Formel F5

UE = U * Rl (F5)

2 Volt.

Der Laststrom IL berechnet sich nach


Hat der Widerstand R3 den Wert 100 Ohm, so beträgt der Laststrom 20 mA. Dieser Strom fließt auch durch den Lastwiderstand RL und zwar auch dann, wenn der Lastwiderstand den Wert Null hätte. Der maximale Wert des Lastwiderstands darf etwa 300 Ohm betragen. Dann nämlich beträgt die Ausgangsspannung UOAI des ersten
Operationsverstärkers Vi gemäß der Formel

8 Volt, ein Wert, der bei einer Versorgungsspannung von 12 Volt noch tragbar ist.

Die Widerstände R», R5, R« und R weisen vorteilhaft je den Wert von 100 kOhm auf. Als Operationsverstärker Vi, V2 werden vorteilhaft die preisgünstigen Typen LM324 oder LM358 verwendet. Werden Temperaturfühler 3 mit anderen Widerstandswerten am Thermostaten 1 verwendet, so ist die Dimensionierung der Widerstände entsprechend anzupassen.

In der zum invertierenden Eingang des Operationsverstärkers Vi führenden Leitung ist ein weiterer Widerstand Rg und in der zum nicht invertierenden Eingang des
Operationsverstärkers Ni führenden Leitung ein weiterer Widerstand R9 mit punktierten Linien dargestellt. Mit Hilfe dieser Widerstände Rg, R9 kann in vorteilhafter Weise eine Optimierung der Eingangsimpedanzen an den beiden Eingängen des
Operationsverstärkers Vj erreicht werden.

In der Figur 3 ist ein bevorzugtes, weil vorteilhaftes Ausführungsbeispiel für den
Bereichsgeber 6 dargestellt Er besteht aus einem Operationsverstärker V30 und einer an dessen nicht invertierenden Eingang angeschlossen Widerstandskette Diese
Widerstandskette besteht gemäß diesem Ausführungsbeispiel aus fünf Widerstanden R31 bis R35. Der erste der Widerstände der Kette, der Widerstand R3ι ist einerseits an die Betriebsspannung +UB angeschlossen, andererseits an den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers V30 Daran schließt sich eine Reihenschaltung weiterer
Widerstände R32, R33, R3 und R35 an Von den Verbindungspunkten der Widerstände R32 R33, R33 R3 und R34/R35 sowie vom freien Ende des Widerstands R3s führt je eine Leitungsverbindung zum Bezugspotential GND Der Widerstand R3ι einerseits und die Widerstände R32, R33, R3 und R35 andererseits bilden also einen Spannungsteiler für den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers V30 Mit schräg stehenden Kreuzen sind drei Trennstellen TA, TB und Tc eingezeichnet Werden an diesen Stellen die
Verbindungsleitungen zum Bezugspotential GND unterbrochen, so ändert sich das Widerstandsverhaltnis des erwähnten Spannungsteilers und damit die Spannung am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers V30

Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers V3o ist direkt mit seinem Ausgang verbunden und dieser führt zum invertierenden Eingang des Signalverstarkers 5 (Fig 1)

Durch entsprechende Bemessung der Widerstände R3ι, R32, R33, R34 und R35 und das Durchtrennen keiner, einzelner oder aller der drei Trennstellen TA, TB und Tc laßt sich das Widerstandsverhaltnis des erwähnten Spannungsteilers verandern, wodurch gleichzeitig der Temperaturbereich festgelegt wird, in dem der Thermostat 1 (Fig 1) arbeiten kann Da die Veränderung des Widerstandsverhaltnisses durch Durchtrennen von Trennstellen TA, TB und T erfolgt, ist diese Veränderung ohne korrigierende Maßnahmen nur einmalig durchführbar, so daß durch diese Operation der Arbeitsbereich festlegbar ist

Nachfolgend wird ein Beispiel für eine solche Bemessung angegeben Der Widerstand R3ι hat den Wert 47 kOhm, der Widerstand R32 den Wert 1 kOhm, der Widerstand R33 den Wert 156 kOhm, der Widerstand R 4 den Wert 210 kOhm und der Widerstand R35 den Wert 82 Ohm Nicht in der Normreihe enthaltene Widerstandswerte werden durch Serienschaltung zweier Widerstände erreicht, so der Wert 156 kOhm durch
Serienschaltung von 100 und 56 kOhm und der Wert 210 kOhm durch Serienschaltung von 100 und 110 kOhm Bei diesen beispielhaften Widerstandswerten ergeben sich je nach Ausführung der Trennung an den Trennstellen TA, TB und Tc folgende Arbeitsbereiche für den Thermostaten 1

Ist an keiner der Trennstellen TA, TB und Tc die Leitung durchgetrennt, ergibt sich ein Arbeitsbereich von -10 Grad Celsius bis +35 Grad Celsius Damit wäre der Thermostat 1 einsetzbar für ein kombiniertes Heiz- und Kuhlgerat oder für ein in tropischen Landern einzusetzendes reines Kuhlgerat

Ist allein an der Trennstelle TA die Leitung getrennt, so ergibt sich ein Arbeitsbereich von 30 bis 90 Grad Celsius Damit wäre der Thermostat 1 für einen Boiler oder einen
Heizkessel einsetzbar

Sind die Leitungen an den Trennstellen TA und TB getrennt, so ergibt sich ein
Arbeitsbereich von 80 bis 140 Grad Celsius Damit wäre der Thermostat 1 beispielsweise für einen Autoklaven oder einen Wärmeschrank einsetzbar

Sind die Leitungen an allen drei Trennstellen TA, TB und Tc getrennt, so ergibt sich ein Arbeitsbereich von 100 bis 200 Grad Celsius Damit wäre der Thermostat 1 beispielsweise für ein Luftheizgerat oder ein Sterilisationsgerat einsetzbar

Das Durchtrennen von Trennstellen TA, TB und Tc erfolgt entweder im Herstellerwerk oder beim Hersteller von Geraten wie Boiler, Autoklaven usw Die Einstellung des Arbeitsbereichs erfolgt also durch eine Art mechanischer Programmierung Sie ist dem Endbenutzer der mit solchen Thermostaten 1 ausgestatteten Gerate nicht zuganglich

Somit sind unzulässige Manipulationen nicht möglich, vor allem deshalb, weil naturlich der Endbenutzer die Zusammenhange gar nicht kennt

Durch Einsatz anderer Widerstandswerte lassen sich bei völlig gleichem Grundmodell des Thermostaten 1 beliebige Arbeitsbereiche realisieren Weil für ganz verschiedene
Anwendungsfalle das gleiche Grundmodell des Thermostaten 1 einsetzbar ist, kann er in Großserie mit entsprechenden Kostenvorteilen gefertigt werden Auch hinsichtlich der Lagerhaltung bei Großhändlern ist dies ein bedeutsamer Vorteil

In der Figur 4 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung des Schaltdifferenzgebers 8 dargestellt Er weist einen weiteren Operationsverstärker V40 auf Dessen Ausgang führt zum nicht invertierenden Eingang des Komparators 7. Am nicht invertierenden Eingang des
Operationsverstärkers V40 ist ein weiterer Widerstand Rω angeschlossen, dessen anderer Anschluß am Bezugspotential GND liegt Außerdem ist ein weiterer Widerstand R^ angeschlossen, dessen anderer Anschluß Verbindung zum Sollwerteinsteller 9 hat.

Am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers N 0 ist ein weiterer Widerstand R« angeschlossen, dessen anderer Anschluß am Ausgang des Operationsverstärkers Nω liegt Weiter ist am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers V4o ein aus zwei weiteren Widerstanden R« und R4 gebildeter Spannungsteiler angeschlossen, der am zweiten Ende Verbindung zur Betriebsspannung +UB hat Zwischen dem Verbindungspunkt der
Widerstände R^/ -w und dem Bezugspotential GΝD ist ein Widerstandsarray aus vier Parallel wider standen R«, ^, R»7 und R« angeordnet In jedem Zweig des Arrays der Parallelwiderstande befindet sich eine Trennstelle von der zuvor schon im Zusammenhang mit der Figur 3 erwähnten Art, die hier mit TR, Ts, Tτ und Tu bezeichnet sind Parallel zu dieser Parallelschaltung der Widerstände
liegt ein Transistor Trl, dessen Emitter am Bezugspotential GΝD und dessen Kollektor am Verbindungspunkt der Widerstände R 3/R 4/R45/R46/R47/R48 angeschlossen ist Der Basisanschluß des
Transistors Trl führt über einen Basiswiderstand » zum Ausgang des Komparators 7 Damit ist durch den Ausgang des Komparators 7, dessen Zustand mit der Stellung des in der Ausgangsstufe 1 1 enthaltenen Relais korreliert, bestimmt, ob der Transistor Trl leitend ist oder nicht Entsprechend ist dadurch bestimmt, ob das Array der
Parallelwiderstande R 5/R 6/R 7/R48 wirksam ist oder nicht Dies hat entsprechende Auswirkung auf die Spannung am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers V 0

Wie beim Bereichsgeber 6 (Fig 3) erwähnt, dienen die Trennstellen TR, TS, TT und Tu der Einstellung, hier also der Einstellung der Schaltdifferenz des Thermostaten 1

Je nach dem, welche der Trennstellen TR, Ts, Tτ und Tu unterbrochen ist, ergibt sich eine unterschiedliche Schaltdifferenz des Thermostaten 1 Sind die Leiterbahnen an den Trennstellen Ts, Tτ und Tu unterbrochen, so ist vom Widerstandsarray nur der
Widerstand t5 wirksam Sind die Leiterbahnen an den Trennstellen TR, Tτ und Tu unterbrochen, so ist nur der Widerstand R46 wirksam In gleicher Weise sind nur die Widerstände π bzw t8 wirksam, wenn die Trennstellen TR, Ts und Tu bzw TR, Ts und Tτ unterbrochen sind Da die Veränderung des Widerstandsverhaltnisses durch Durchtrennen von Trennstellen TR, Ts, Tτ und Tu erfolgt, ist diese Veränderung ohne korrigierende Maßnahmen nur einmalig durchführbar, so daß durch diese Operation die Schaltdifferenz festlegbar ist

Nachfolgend wird ein Dimensionierungsbeispiel gegeben Der Widerstand R-15 hat den Wert 5,93 MOhm und ist, weil ein entsprechender Normwert nicht existiert, durch eine Reihenschaltung aus Widerstanden mit 5,6 MOhm und 330 kOhm gebildet Der
Widerstand t6 hat den Wert 2,94 MOhm, zusammengesetzt aus 2,7 MOhm und
240 kOhm, der Widerstand *7 den Wert 1,5 MOhm, gebildet aus 1 MOhm und
500 kOhm, und der Widerstand R4g den Wert 700 kOhm, gebildet aus 500 kOhm und 200 kOhm

Ist nur der Widerstand R45 wirksam, was bei Unterbrechung der Trennstellen Ts, Tτ und Tu der Fall ist, so betragt die Schaltdifferenz des Thermostaten 1 0,5 Grad Celsius. Ist nur der Widerstand R 6 wirksam, so betragt die Schaltdifferenz 1 Grad Celsius Bei
Wirksamkeit der Widerstände R-π bzw R48 ergibt sich eine Schaltdifferenz von 2 Grad Celsius bzw 4 Grad Celsius

Durch Wahl der Große der Widerstände und durch entsprechende Unterbrechungen von Trennstellen lassen sich die Schaltdifferenzen des Thermostaten 1 in weiten Grenzen beliebig gestalten Beim vorerwähnten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß immer drei der Trennstellen TR, TS, TT und Tu aufgetrennt werden Es ist aber auch möglich, die einzelnen Widerstände R«, R«, R»7, Ris so zu bemessen, daß keine, eine, zwei oder drei der Trennstellen TR, Ts, Tτ und Tu aufgetrennt werden Damit laßt sich die Zahl der möglichen Einstellungen der Schaltdifferenz noch deutlich vergrößern

Somit laßt sich in vorteilhafter Weise der Thermostat 1 an jede beliebige Aufgabe auch hinsichtlich der Schaltdifferenz anpassen Auch diese Anpassung erfolgt beispielsweise im Werk oder beim Hersteller von Geraten, in denen der erfindungsgemaße Thermostat 1 verwendet wird Somit sind auch hinsichtlich der Schaltdifferenz unzulässige
Manipulationen durch den Endbenutzer der Gerate nicht möglich

Der Vollständigkeit halber wird noch die Dimensionierung der weiteren Widerstände genannt Die Widerstände R-to, R-n, R«, R43 und Rj4 haben je einen Wert von 100 kOhm, der Basiswiderstand « den Wert 10 kOhm Der Operationsverstärker V 0 ist vom gleichen Typ wie die Operationsverstärker Vi und V2 (Fig 2) und der Transistor Trl ist beispielsweise vom Typ PMBT2222

Die Figur 5 zeigt eine vorteilhafte Schaltung des Sollwerteinstellers 9 mit zugehörigem Treiber 10 Der Treiber 10 enthalt einen weiteren Operationsverstärker V5o, der vom gleichen Typ ist wie alle anderen Operationsverstärker des Thermostaten 1 Am nicht invertierenden Eingang ist wiederum ein Spannungsteiler angeordnet, der aus zwei weiteren Widerstanden R50 und R51 besteht Der Widerstand R50 liegt einerseits an der Betriebsspannung +UB, anderseits am nicht invertierenden Eingang Der weitere
Widerstand R51 ist zwischen dem Bezugspotential GND und dem nicht invertierenden Eingang angeordnet Beide Widerstände R50 und R51 haben beispielsweise den Wert 100 kOhm Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers V50 ist über einen weiteren Widerstand Rs2 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers V50 verbunden, wobei dieser Ausgang andererseits mit dem einen Anschluß des Sollwerteinstellers 9 verbunden ist Vorteilhaft liegt am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers V50 ein weiterer Widerstand Rs3, der andererseits mit dem Bezugspotential GND verbunden ist. Der Widerstand R53 hat beispielsweise einen Wert von 150 kOhm In einer der Verbindungsleitungen zum Widerstand Rs3 ist wiederum eine Trennstelle angeordnet ist, die hier die Bezeichnung Tz hat Das ist deshalb vorteilhaft, weil durch diesen
Widerstand Rs3 und die Trennstelle Tz eine optimale Wirkung des Sollwerteinstellers 9 erreicht werden kann, wenn der Bereichsgeber 6 verschiedene Konfigurationen aufweist, wie dies im Zusammenhang mit der Figur 3 beschrieben worden ist Um die optimale Wirkung des Sollwerteinstellers 9 zu erreichen, ist es zweckmäßig, die Leitung an der Trennstelle Tz zu unterbrechen, wenn die erstgenannten drei Arbeitsbereiche, nämlich -10 bis 35 Grad Celsius, 30 bis 90 Grad Celsius oder 80 bis 140 Grad Celsius am
Bereichsgeber 6 durch Trennen bzw Nichttrennen der entsprechenden Trennstellen TA, TB und Tc eingestellt worden sind Es ist also vorteilhaft, daß der Widerstand R53 nur dann wirksam wird, wenn am Bereichsgeber 6 der Arbeitsbereich 100 bis 200 Grad Celsius eingestellt worden ist

Der Sollwerteinsteller 9 ist ein Potentiometer von beispielsweise 50 kOhm
Widerstandswert und hat vorteilhaft eine lineare Charakteristik Der Abgriff des
Sollwerteinstellers 9 führt, wie schon aus den Figuren 2 und 4 erkennbar, zum
Schaltdifferenzgeber 8 In der Figur 6 ist die Schaltung einer vorteilhafte Ausgestaltung der Ausgangsstufe 11 gezeigt. Angesteuert wird die Ausgangsstufe 11 vom Ausgang des Komparators 7. Dieses Signal gelangt über einen Basiswiderstand Rβo auf die Basis eines Schalttransistors Tr2, dessen Emitter am Bezugspotential GND liegt. An seinem Kollektor ist ein
Ausgangsrelais Rel angeschlossen, dessen zweiter Anschluß über einen Vorwiderstand Rβi an der Betriebsspannung +UB Hegt. Wie allgemein üblich liegt parallel zur Spule des Ausgangsrelais Rel eine Schutzdiode D. Außerdem zwischen der Verbindung von
Vorwiderstand Rπ und der Spule des Relais Rel ein Kondensator C, dessen Aufgabe es ist, das Relais Rel vor einem ungewollten, durch Spannungsschwankungen verursachten Abfallen zu schützen.

Mit dem Bezugszeichen G ist der Anschluß für ein vom Thermostaten (1) zu steuerndes Gerät bezeichnet, das durch die Kontakte des Relais Rel ein-, aus- oder umgeschaltet wird.

Zusätzlich kann in vorteilhafter Weise an die Basis des Schalttransistors Tr2 eine aus einem weiteren Transistor Tr3, dessen Basiswiderstand Rό2, einem weiteren
Operationsverstärker Vβo und weiteren Widerständen Rό3, RÖ und Rβs bestehende zusätzliche Schaltung angeschlossen sein. Dabei bilden die Widerstände Rβ3 und Rβ einen Spannungsteiler für den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers VÖO, wobei der Spannungsteiler einerseits an der Betriebsspannung +UB, andererseits am
Bezugspotential GND liegt. Beide Widerstände haben beispielsweise einen Wert von 100 kOhm, so daß am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers V6o eine Spannung in der Größe der Hälfte der Betriebsspannung +UB anliegt, bei einer
Betriebsspannung +UB von 12 Volt also 6 Volt. Der invertierende Eingang des
Operationsverstärkers V6o ist über den Widerstand R^ mit dem Eingang 2 des
Thermostaten 1 (Fig. 1) verbunden, führt also die Spannung UL, die über dem
Temperaturfühler 3 (Fig. 1) herrscht. Sollte der Temperaturfühler 3 durch einen
Unterbruch defekt oder gar nicht angeschlossen sein, so wird durch diese zusätzliche Schaltung erreicht, daß das Ausgangsrelais Rel sicher abfällt. Der Schalttransistor Tr2 und der Transistor Tr3 sind wie der zuvor erwähnte Transistor Trl (Fig. 4) vom
Typ PBMT2222. Der Widerstand Rβs weist beispielsweise einen Wert von 10 kOhm auf, der Basiswiderstand Reo 6,8 kOhm und der Vorwiderstand Rβi 620 Ohm. Letzterer begrenzt den Ladestrom für den Kondensator C, der beispielsweise eine Kapazität von 47 μF aufweist. Als Diode D kommt der Typ 1N4148 in Betracht.

Die Funktion des Thermostaten 1 wird nun nochmals zusammenfassend kurz erläutert. Der Signalverstärker 5 verstärkt das vom Temperaturfühler 3 aufgrund des konstanten Stroms erzeugte Spannungssignal, wobei gleichzeitig die vom Bereichsgeber 6 erzeugte Offset-Spannung berücksichtigt wird. Der Ausgang des Signalverstärkers 5 liefert also ein auf den im Bereichsgeber 6 eingestellten Arbeitsbereich bezogenes Signal an den Komparator 7. Vom Komparator 7 wird dieses Signal mit dem Schaltzustand der Ausgangsstufe 11 verknüpft. Damit ist der Komparator 7 für das Wirksamwerden der Schalthysterese verantwortlich, wobei die Größe der Schalthysterese durch die Einstellung des
Schaltdifferenzgebers 8 bestimmt ist.

Die vorgenannten Typen und Dimensionierungen der Bauteile sind nur als Beispiel zu verstehen und beziehen sich auf die Verwendung eines Pt-100-Fühlers als
Temperaturfühler 3. Statt dessen können im Zusammenhang mit dem beschriebenen Thermostaten 1 aber auch andere Fühlerarten verwendet werden, beispielsweise
Pt-1000-Fühler, aber auch NTC-Widerstände. In solchen Fällen können Modifikationen der Bemessung der Bauteile angezeigt bzw. erforderlich sein.

Der vorstehend beschriebene Thermostat 1 ist einfach aufgebaut, benötigt nur eine bipolare Spannungsversorgung, vorteilhaft 12 Volt Gleichstrom, und besteht aus gängigen, sehr preiswerten Bauelementen. Alle Operationsverstärker sind vorteilhaft vom gleichen Typ, nämlich LM324 oder LM358. Da ein Bauteil dieser Typen vier Operationsverstärker enthält, werden nur zwei solche Bauteile benötigt, denn die Gesamtschaltung des
Thermostaten 1 weist acht Operationsverstärker auf.

Trotz des einfachen Aufbaus ist der erfindungsgemäße Thermostat 1 sehr präzis und hinsichtlich seiner Anwendbarkeit sehr flexibel, weil der Arbeitsbereich einstellbar ist und unabhängig davon auch die Schaltdifferenz wählbar ist.