DE2054412A1 - Elektronischer Zweipunkt-Regler für Gefrier- und Kühlgeräte - Google Patents

Description

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Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH· 6 Frankfurt/*!. , Theodor-Stern-Kai 1

Dö/schz PK 70/030

3»Nov.1970

Elektronischer Zweipunkt-Regler für Gefrier- und Kühlgeräte

Die Erfindung bezieht sich auf elektronische Temperaturregler für Gefrier- und Kühlgeräte, vorzugsweise alt mehreren Kühlzonen, insbesondere auf Zwei-Temperaturbereich-Kühlschränke.

Für die Überwachung und tinregelung der Temperaturen in Heiz- und Kühlgeräten sind in neuerer Zeit zahlreiche elektronische Schaltungen bekannt geworden, bei denen die notwendigen Schaltvorgänge mittels Transistoren und Festkörperschaltgliedern durchgeführt werden· Soweit es sich dabei um Regelschaltungen für Kühlschränke handelt, sind diese Schaltungen im allgemeinen nur für die Temperaturregelung in einem Raum bzw. für eine Regelung des Abtauvorgangs vorgesehen· Bei Kühlgeräten mit mehreren Temperatürzonen, insbesondere bei den Zwei-Temperaturbereich-Kühlschränken, ist zumeist die Regelung auf das Normalkühlabteil beschränkt , während das Gefrierabteil so ausgelegt ist, daß dort die obere Solltemperaturgrenze nicht überschritten wird· Bei anderen bekannten Regelanordnungen wird die Temperatur des Gefrierabteils überwacht und zur Verhinderung einer Unterkühlung des Normalkühlraumes dort bei Bedarf eine Heizung eingeschaltet.

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Di· Regeleinrichtungen für die beiden Räume stehen dabei stets in einem Abhäigigkeitsverhältnis zueinander (Franz. Patentschrift Nr. 1 577 193)* Sin« ähnliche Regelenordnung für Zweitemperaturschränke (USA-Patentβchrift 3 483 919) weist zwar eine voneinander unabhängige Regelung in den beiden Abtellen unterschiedlicher Temperaturlage auf» jedoch ist die Wirksamkeit der Temperaturfühler abhängig gemacht von der Stellung eines manuell zu betätigenden Schalters, in dessen einer Schaltstellung die Temperatur im Normalkühlraum geregelt und im Gefrierraum ein automatische« Abtauen periodisch von einem Zeitschalter eingeleitet wird, während in der anderen Schaltstellung des Schalters die Gefrierraumtemperatur überwacht und im Normalkühlraum nur die untere Grenztemperatur dahingehend überwacht wird, daß bei deren Erreichen eine Heizung eingeschaltet wird· Per Kühlschrank wird daher je nach Schalterstellung in völlig unterschiedlicher Weise betrieben· Die eine Unterkühlung des Normalkühlraumes verhindernde Heizung stellt eine» zusätzlichen EnergieverHraucher dar und verteuert.den Betrieb des Kühlgerätes. . '

Bin anderer Nachteil der bekannten Kegelenordnungen besteht darin, daß während der Abtauperiode bei Kühlbedarf in einem der Kühlabteile der Motorkompressor wieder eingeschaltet wird, unabhängig davon, ob der Abtauprozess abgeschlossen ist oder nicht. Zudem weisen die meisten bekannten elektronischen Temperaturregler einen hohen Auf wand an elektronischen Bauteilen auf, der den praktischen Einsatz solcher Regler, insbesondere wenn eine umfassende Regelung der Temperatur in Abteilen, die in verschiedenen Temperaturbereichen arbeiten sollen, und zugleich eine automatische Abtauregelung erfolgen soll, als unwirtschaftlich erscheinen lädt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Regelung der Temperatur und des Abtauprozesses bei Gefrier- und Kühlgeräten, insbesondere bei Zwei-Temperaturbereich-Kühlschränken, mit elektronischen Mitteln zu schaffen, die einen möglichst geringen Aufwand erfordert und den praktischen Anforderungen an einen ordnungsgemäßen Betrieb eines solchen Kühlgerätes besser gerecht wird als die bekannten Anordnungen dieser Art.

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Die Erfindung geht dabei τοη einem Zweipunkt-Regler au·, bestehend aus einer temperaturabhängige Widerstände al· Temperaturfühler enthaltenden Brückenschaltung und einem über diese gesteuerten Schaltverstärker, und ist gekennzeichnet durch mindestens zwei getrennte Fühler, die je in einem eigenen Brückensweig liegenι wobei die Schaltungsanordnung so getroffen ist, daß diese Fühler wechselweise, je nach dem Betriebssustand des Schaltverstärkers, jeweils zusammen mit der sweiten, aus Festwiderständen bestehenden Brückenhälfte einen Vergleich zwischen Soll- und Istwert durchführen und dabei so abgestimmt sind, daß eine Überwachung der Temperatur in den zu kühlenden Räumen nur während der Laufzeit des Motorkompressors erfolgt, während in der Stillstandszeit ausschließlich der den Abtauvorgang überwachende Temperaturfühler wirksam ist.

Durch diese Betriebsweise der Regelanordnung wird erreicht, daß der Motorkompressor nicht kurz nach seinem einen Abtauvorgang einleitenden Stillsetzen durch Ansprechen eines anderen Thermostaten wieder zum Anlaufen veranlaßt wird, was beispielsweise durch Türöffnen oder Einlagern von neu zu gefrierenden Gütern erfolgen könnte und, da der Kompressor gegen einen noch nicht abgebauten Gegendruck anlaufen müßte, zu einem betriebsmäßigen Ansprechen des Motorschutzes führen müßte. Außerdem wird durch diese Anordnung erreicht, daß während der Kühlzeiten verschiedene Kühlzonen in der Weise überwacht werden, daß vorgegebene Höchsttemperaturen nicht überschritten werden, während der Abtauvorgang völlig unabhängig von den in anderen Kühlzonen herrschenden Temperaturen durchgeführt wird·

Zweckmäßig ist in der praktischen Realisierung der Erfindung der Schaltverstärker ein monolithischer Operationsverstärker, der unmittelbar mit einem elektromagnetischen Relais oder Triac als Stellglied für den Motor zusammengeschaltet ist.

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Dl·· hat dta weiteren Vorteil, großer Zuverlässigkeit Ba trieb Infolge kleiner Bauelemente- und Verbindungsatellei«-* *ahl· Dabei ist Jegliche Versorgtuigeepannungeatabilieierung entbehrlich und auch eine Kompensation der Umgebungβteaseratur kann entfalten« .

Schließlich kann in einfacher Welse ein Motorachuta: in die Regelschaltung einbezögen werden, indem Mit der Brückenachaltung ein die Wicklungstemperaturen dee Mo tore Überwachender Temperaturfühler verknüpft wird, der eine der Temperaturabhängigkeit der Raumthermostaten entgegengesetzte Abhängigkeit aufweist und daoüt bei hohen Wicklungstemperaturen dee Motor« : in der Regelschaltung eine sehr tiefe Überwachungstemperatur vortäuscht, was in jedem Fall«) zur Abschaltung des Motor« führt.

Öle Erfinduttg wird im folgenden anhand der in den Abbildungen dargestellten Ausführungebeispiele näher erläutert.

Flg. 1 zeigt die Schaltungeanordnung für die Regelung eine« Zweitemperatur-Kühlechrankes,

Fig. 2 ist eine etwas abgewandelte Anordnung und Fig. 3 ist ein Beispiel für eine praktisch ausgeführte Schaltung für einen 2-Punkt-Regler mit einem in Teil

widerstände aufgeteiltem Brückenwiderstand zur wahl-M&sen Einstellung verschiedener Temperaturbereiche·

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebene Regelung eines Zweitemperatur-Kühlschranke beschränkt, sondern ist sinngemäß auch bei Kühlgeräten mit nur einem Kühlraum oder mit mehr als zwei in verschiedenen Temperaturbereichen zu betreibenden Kühl- bzw. Gefrierabteilen anwendbar. Auch die beschriebene Schaltungsanordnung ist in verschiedener Weise bei voller Aufrechterhaltung der Funktionsweise abwandelbar.

Die in der Figur 1 dargestellte Schaltung weist eine Eingangsbrückenschaltung und einen Schaltverstärker V. sowie ein Relais D als Stellglied für den Motorkompressor M auf.

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H ist der Abtauheizwiderstand, der hier in Reihe mit den Motorwicklungen liegt und durch den Schaltkontakt d des Relais überbrückt wird, wenn der Motor laufen soll· Die Temperaturfühler in den Brückenzweigen sind mit F. bis F. bezeichnet· Dabei ist F mit dem Nachverdampfer im Normalkühlraum, F₂ mit der Raumtemperatur in diesem Abteil und F mit der Raumtemperatur im Tiefkühlfach gekoppelt. Diese drei Widerstände sind NTC-Widerstände. P^ ist der dem Motorschutz dienende Widerstand. Er ist ein PTC-Widerstand, der in die Wicklung des Kompressormotors eingelegt ist. Der Verstärker V ist ein z.B. monolithischer Operationsverstärker, der einen Differenzeingang besitzt und eine positive Rückkopplung aufweist, um ein Triggerverhalten zu erreichen, wodurch die Benutzung des Relais als Trigger entfällt. Die Rückkopplung bzw. die durch die Art der Rückkopplung einstellbare Schaltdifferenz des Triggers ist für jeden Meßzweig verschieden dimensioniert, wie später noch näher erläutert werden soll. Die Eingangsbrückenschaltung besteht aus dem Referenzzweig R , R₀ und mehreren Meßbrückenrweigen, (F ,R_n), (F., ι «s χ ρ t

^o» ^Zi» ^H₁) und (Fr, F_, R„ , R₁₁₀ \

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Diese Meßbrückenzweige sind nach Art einer "Und"-Schaltung über Dioden η., n_o, n_o an den einen Verstärkereingang angeschaltet und untereinander durch die gleichen Dioden entkoppelt. Der Verbindungspunkt E/ zwischen den Widerständen R und R₂ liegt am anderen Verstärkereingang, wobei in Reihe zu R^ noch eine Diode nr liegt.

Die Schaltung ist so ausgelegt, daß der Motorkompressor läuft, wenn das Relais D abgefallen ist, d.h., wenn das Ausgangspotential A des Verstärkers hochliegt, was der Fall ist, wenn das Eingangspotential an den Punkten E' , E'_o, E' um die

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Schaltdifferenz positiver geworden ist als die Spannung am Punkt E^.

Der Meßzweig mit dem der Abtauung zugeordneten Fühler F hat eine minimale, konstante Schaltdifferenz durch den Rückkopplungswiderstand R/-.

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Die Meßzweige nit den Fühlern W₉ und F₀ können eine gemeinsan·, verstellbare Schaltdifferenz Über IL₁₁ R«« oder durch den gestrichelt eingezeichneten zusätzlichen Spannungsteiler Rj₁₂» ^h4 getrennte und unabhängig voneinander dimensionierbare Schaltdifferenzen aufweisen· *

Daraus resultiert folgendes Verhalten der Regelschaltung: Das Relais D sei abgefallen, der Motorkompreeeor liegt demnach an Spannung und läuft« Punkt A befindet sich dabei auf stark positiven Potential und setzt auch die Spannungen an den Punkten E„ und E_ so hoch, daß die Dioden n„ und n_ leitend sind· Da» Potential am Punkte E, ist dagegen so niedrig, daß die Diode n. gesperrt ist« Der Motorkompressor wird nun so lange in Betrieb gehalten, wie noch einer der Fühler F„ oder F-eine zu hohe Temperatur "meldet"· Der Fühler nit der relativ höheren Temperatur wird nit absinkenden Meßwert schließlich so hochohmig, daß das Potential E', E'₂, ®^fα unier E, absinkt.

Dadurch kippt der Trigger (Schaltverstärker) und Relais D zieht seinen Anker an· Da's Potential an Punkte A sinkt sehr stark ab, wodurch die Potentiale an E- und E- soweit abgesenkt werden, daß der Trigger über F₀ oder F₀ nicht zurückgekippt werden kann· Bei angezogenen Relais D ist der Kontakt d geöffnet und der Heizer H für da· Abtauen des Verdampfers in Nomalkühlraun eingeschaltet·

Erat wenn der zugeordnete Fühler F anzeigt, daß der Nachverdanpfer die erwünscht·, die vollzogene Abtauung kennzeichnende Temperatur erreicht hat, kann das Potential an E' , E' , E'

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mit Hilfe der Diode η über das Potential an E^ angehoben und der Motorkompressor solange wieder eingeschaltet werden, wie einer der Fühler F₀, F~ Kühlbedarf anzeigt«

Diese Ausbildung der Schaltungsanordnung und ihrer Betriebsweise hat den weiteren wirtschaftlichen Vorteil, daß als Fühler nur solche verwendet werden müssen, die nur an einem Punkt ausgesucht sind.

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Würde nur «in einsiger Fühler aai Nachverdampfer benutzt werden, so wüßte er bei + 5° C und -24°C toleriert, d.h. ausgesucht sein, was sehr kostensteigernd wäre.

Wie bereits erwähnt, sind die Schaltdifferenzen der Meßbrücken zweige einstellbar» Die Sollwert-oder Schaltdifferenzumschaltung erfolgt zweckmäßig über ein in der Schaltung nicht dargestelltes Tastenaggregat. Dies hat neben einer platzmäßig günstigeren Ausführung gegenüber den üblichen Potentiometern den Vorteil, daß bei der aggressiven Atmosphäre im Kühlschrank weniger Kontaktschwierigkeiten asu erwarten sind und daß praktisch beliebig viele Meßbrückenzweige parallel umgeschaltet werden können.

Bine zweite Ausbildung des Erfindungsgegenstandeβ zeigt Fig.2· Die Schaltung zur Gleichspannungeversorgung sowie der Fühler für die Temperatur der Motorwicklung sind hierbei zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen. Wie in Figur 1 stellen F 2 und F_ Fühler in den zu überwachenden Kühlräumen und F den Fühler für den Abtauvorgang dee Nachverdampfere und R., R₂ die Vergleichebrückenhälfte dar. Für £' positiv gegen E^ ist der Ausgang des Verstärkers V nichtleitend, das Relais D also abgefallen und die Kühlmaschine M in Betrieb. Die Meßbrückenzweige mit F₀ und F- liegen dabei an der vollen Versorgungsspannung, da U. = U„. Das Potential E. liegt in diesem Betriebszustand unter E^, (n ist gesperrt), da der Nachverdampfer sehr tiefe Temperaturen aufweist, F also sehr hochohmig ist. E¹ ist also von den Potentialen E₀ und E₀ usw. abhängig. Die Kühlmaschine bleibt eingeschaltet, solange einer der Überwachungsfühler eine höhere als die über die Sollwertgeber R„, Ri usw. vorgegebene Maximaltemperatur meldet. Wenn die wärmste Stelle den Sollwert erreicht, wird dadurch das Potential E' kleiner ale E., der Verstärkerausgang wird leitend, das Potential U. sinkt ab, dadurch werden E₀ und E_ noch kleiner.

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Infolge dieser Rückwirkung dee Ausganges auf den Eingang bekommt die Schaltung Kippverhalten, das Relais zieht an und die Kühlaiaschine wird abgeschaltet sowie die Abtauheizung für den Nachverdampfer an Spannung gelegt. Die Potentiale E₀ und £„ sind jetzt zu Null geworden, da U. Xt₀ 0. Dadurch wird das Ende des Abtauvorganges ausschließlich durch den Fühlerwiderstand F bestimmt. Sobald die Nachverdampfertemperatur den über R_ vorgegebenen Wert oberhalb dee Gefrierpunktes von Wasser erreicht hat, wird η leitend, damit E' > E^ und -unterstützt durch eine kleine Rückkopplungsspannung über Rg- der Verstärkerausgang schlagartig gesperrt· Das Relais D fällt ab. Der beschriebene Vorgang " läuft nun von neuem ab.

Aus der in Figur Z gezeigten prinzipiellen Schaltungsvariante des elektronischen Zweipunkt-Reglers nach Fig. 1 ist ersichtlich, in welcher Weise die Zuschaltung von beliebig vielen Meßfühlern an den Steuereingang E¹ erfolgt und zwar je nach der gewünschten Funktion von der positiven Betriebsspannung oder von dem Ausgang des Verstärkers, als positive Rückkopplung, gespeist.

Soll nun, wie in dem vorliegenden speziellen Anwendungsfall, dem Regler eine gewisse Grundhysterese, unabhängig von den Fühler F₀, F„ erteilt werden, so kann das mit dem Widerstand ρ Rg zwischen Auegang V und Eingang E erfolgen. Damit erreicht man eine vorbestimmte Mindest-Laufzeit der Maschine, und unter der Voraussetzung, daß sich der Fühler F am Nachverdampfer befindet, ein entsprechendes Temperatur-Niveau im Hauptkühlfach. Zu beachten ist bei dieser Schaltung, daß Rr bei durchgesteuertem Verstärker V (Relais angezogen), als Parallelwiderstand von R- wirksam wird und so den Nominalwert

von R_ entsprechend verkleinert.

Dieser Umstand kann durch das Einfügen einer Diode n_ in Durchlaßrichtung vom Verstärkerausgang zum Verstärkereingang, behoben werden, so daß der Rückkoppelzweig R^ bei positivem Verstärkerausgang wirksam wird.

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Praktisch wirkt sich diese Maßnahme dahingehend aus, daß das Abschalten der Kühltnaschine nur erfolgt, wenn a) die gewählte Gefrierfachtemperatur und b) die für den Kühlraum erforderliche Mindesttemperatur am Nachverdampfer erreicht ist.

In Figur 3 ist eine praktisch ausgeführte Schaltung eines 2-Punkt-Reglers für zwei Fühlpunkte, ohne die Bauelemente für Störspannungsschutz, Frequenzkompensation usw. dargestellt , bei dem der Brückenteilwiderstand R^ in drei abgestufte Einzelwiderstände Rt_ ^4χτ ^un<* ^4τττ aufsehelit ist, die jeweils über einen zugeordneten Schalter, der wie bereits erwähnt, zweckmäßig ein Tastenschalter ist, in Funktion gesetzt werden können. Damit besteht die Möglichkeit, über die drei Grundeinstellungen hinaus auch Zwischenstufen durch wahlweises Hinzuschalten von weiteren Widerständen einzustellen. Das ergibt einen Betrieb vom Dauerlauf bei geöffneten Schaltern bis zum "warmen" Betrieb bei geschlossenen Schaltern.

9 Seiten Beschreibung
6 Patentansprüche
3 Blatt Zeichnungen

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Claims (6)

1. Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH. 6 Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1
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3. 3.Nov.1970

   Patentansprüche

   Γ l)!Elektronischer Zweipunkt-Hegler für Gefrier- und v_/ Kühlgeräte, insbesondere Zweitemperatur-Kühlschränke mit automatischer Abtauregelung, bestehend aus einer temperaturabhängige Widerstände als Temperaturfühler enthaltenden Brückenschaltung und einem über diese gesteuerten Schaltverstärker, gekennzeichnet durch mindestens zwei getrennte Fühler, die je in einem eigenen Brückenzweig angeordnet sind, wobei die Schaltungsanordnung so getroffen ist, daß diese Fühler wechselweise je nach dem Betriebszustand des Schaltverstärkers jeweils zusammen mit der zweiten, aus Festwiderständen bestehenden Brückenhälfte einen Vergleich zwischen Soll- und Istwert durchführen und dabei so abgestimmt sind, daß eine Überwachung der Temperatur in den zu kühlenden Räumen nur während der Laufzeit des Motors erfolgt, während in der Stillstandszeit ausschließlich der den Abtauvorgang überwachende Temperaturfühler wirksam ist.

   2) Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein monolithischer Operationsverstärker unmittelbar mit einem elektromagnetischen Relais oder Triac als Stellglied für den Motor zusammengeschaltet ist.

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   3) Regler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Schaltdifferenzen der Operationsverstärker unterschiedlich starke verstellbare Rückkopplungen auf die in getrennten Brückenkreisen angeordneten Fühler aufweist·
4. 4) Regler nach Anspruch 1 - 31 dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenschaltung aus einem Referenzzweig und mehreren Meßbrückenzweigen besteht, wobei letztere in einer "Und"-Schaltung über Dioden an den Verstärkereingang angeschaltet und untereinander durch dieselben Dioden entkoppelt sind·
5. 5) Regler nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers als Versorgungsspannung für diejenigen Meßbrückenzweige verwendet wird, die während der Abtauphase keinen Einfluß auf den Regler nehmen sollen«
6. 6) Regler nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltdifferenzuraschaltung über ein Tastenaggregat erfolgt.

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