CH674074A5

CH674074A5 -

Info

Publication number: CH674074A5
Application number: CH1135/87A
Authority: CH
Inventors: Lind Leroy
Original assignee: King Seeley Thermos Co
Priority date: 1986-04-03
Filing date: 1987-03-25
Publication date: 1990-04-30
Also published as: SE460925B; DE3711241A1; SE8702772D0; FR2596857B1; IT1202718B; BE1003058A3; GB8705896D0; MX168749B; JPH0144983B2; ZA871865B; AU7091887A; IT8719902A0; AU601413B2; SE8702772L; JPS62237264A; DE3711241C2; FR2596857A1; GB2188724A; GB2188724B; CA1267203A

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Schaltung 45 zur Steuerung einer Vorrichtung zur Eiserzeugung mit einem Eisbehälter, in welchem das produzierte Eis gelagert wird, wobei die Vorrichtung eingeschaltet wird, wenn die Eismenge im Behälter unter einer vorgegebenen Füllhöhe liegt. Viele moderne, in Industrie und Haushalt verwendete so Gefriergeräte verfügen über eine Vorrichtung zur automatischen Eiserzeugung, wobei die produzierten Eiswürfel in einem Behälter gelagert werden. Mit geeigneten Mitteln ist die Eisproduktion so zu steuern, dass einerseits verbrauchtes Eis ersetzt und andrerseits Überproduktion verhindert wird. 55 Es sind verschiedene Vorrichtungen bekannt, welche auf mechanischem Weg (z. B. durch Wägen des Eisbehälters oder Feststellen der Füllhöhe) die produzierte Eismenge bestimmen. Obwohl diese Vorrichtungen im allgemeinen zufriedenstellend arbeiten, ist es wünschenswert, eine Vor-60 richtung zur Steuerung der Eisproduktion zu schaffen, welche ohne bewegliche Teile auskommt.

Die im unabhängigen Anspruch dargestellte Erfindung schlägt hierfür eine elektrische Schaltung vor, welche die Menge des im Eisbehälter erhaltenen Eises dadurch detek-65 tiert, dass ein Lichtstrahl unterbrochen wird, wenn der Eisbehälter genügend gefüllt ist. Die Schaltung steuert die Vorrichtung zur Eiserzeugung, sodass immer die gewünschte Menge Eis verfügbar ist.

Zwar sind elektrische Schaltungen mit Lichtschranken bestens bekannt, jedoch ist die vorgeschlagene Schaltung spezifisch für den beabsichtigten Verwendungszweck ausgelegt, wobei leicht verfügbare und kostengünstige Komponenten eingesetzt werden. Um Fehlfunktionen bei vorübergehenden Unterbrechungen des Lichtstrahls zu vermeiden, wird die Schaltung mit einem Zeitverzögerungsglied versehen. Im weiteren ist die Schaltung so ausgelegt, dass der störende Ein-fluss von Umgebungslicht eliminiert wird. Zusätzlich enthält die Schaltung einen Mechanismus zur Funktionsüberprüfung und Erkennung von Störungen der Schaltung.

Im weiteren soll eine mögliche Ausführung der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert werden. Dabei zeigt :

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Eiserzeugung;

Fig. 2 ein Blockdiagramm mit den einzelnen Funktions-gruppen der vorgeschlagenen eletrischen Schaltung;

Fig. 3 ein detailliertes Schaltschema der vorgeschlagenen elektrischen Schaltung.

Fig. 1 zeigt einen Gefrierapparat 10, welcher eine Vorrichtung zur automatischen Eiserzeugung mit einer Auswurföff-nung 14 enthält. Um die automatische Funktion des Gefrierapparates 10 sicherzustellen, muss dessen Eisausstoss kontrolliert werden, sodass die gewünschte Menge Eis produziert, der Eisbehälter 16 jedoch nicht überfüllt wird. Erfin-dungsgemäss wird zu diesem Zweck ein Infrarot-Sender 18 und ein infrarotempfindlicher Photodetektor 20 verwendet, welche an gegenüberliegenden Wänden des Eisbehälters 16 angeordnet sind. Wenn die Eismenge nicht bis zur Verbindungslinie 12 zwischen Sender 18 und Photodetektor 20 reicht, wird die Vorrichtung zur Eiserzeugung eingeschaltet. Die Eiswürfelproduktion dauert an, bis der Infrarot-Lichtstrahl 12 unterbrochen wird, dann wird die Vorrichtung zur Eiserzeugung ausgeschaltet. Der Sender 18 und der Photodetektor 20 werden über eine Schaltung 22, welche unten detailliert beschrieben ist, kontrolliert.

Figur 2 ist ein Blockdiagramm der verschiedenen Funktionsgruppen der Schaltung 22, während Figur 3 ein detailliertes Schaltschema mit allen Einzelkomponeten zeigt.

Die Schaltung 22 besteht aus drei Hauptteilen: Speisung 24, Senderschaltung 26 und Detektorschaltung 28, welche vorzugsweise zusammen als gedruckte Schaltungen auf einer einzigen Karte 34 montiert werden.

Wie aus Figur 3 ersichtlich, enthält die Speisung 24 einen Reduktionstransformator 30, welcher mit einer Kontaktleiste 32 verbunden ist. Die Kontaktleiste 32 ist ihrerseits auf der Karte 34 montiert. Die Spannung des Reduktionsforma-tors 30 wird mittels einer Vollweg-Brückengleichrichter-schaltung 36 in Gleichspannung umgewandelt, deren Mittelwert knapp über 12 Volt liegt. Filterkondensatoren 37,38 glätten das gleichgerichtete Signal. Der zusätzlichen Filterung und Spannungskontrolle dient ein IC-Spannungsregler 40. Eine Diode 41 verhindert negative Spannungsspitzen, welche beim Zuschalten von Schaltkreisen zur Speisung 24 entstehen können.

In der Senderschaltung 26 wird ein bekannter «555»-Takt-geber 42 verwendet der zusammen mit weiteren Komponenten einen Oszillator 44 bildet, welcher einen Treibertransistor 54 ansteuert. Der Taktgeber 42 funktioniert durch Steuerung der Ladung eines exernen Kondensators 46. Der Ausgang des Taktgebers 44 ist hoch während der Ladephase des Kondensators 46, der durch den Stromfluss über einen Widerstand 48 geladen wird. Durch eine Diode 50 wird sichergestellt, dass der Ladevorgang des Kondensators 46 nur über den Widerstand 48, unter Umgebung eines Widerstands

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52 erfolgt. Wenn der Kondensator 46 ungefähr zwei Drittel der Speisespannung erreicht, wird der Ausgang des Taktgebers 42 tief und der Taktgeber 42 löst die Entladung des Kondensators 46 aus. Die Entladung des Kondensators 46 erfolgt s über den Widerstand 52. Wegen der Diode 50 wird der Kondensator 46 sehr rasch geladen und bedeutend langsamer entladen. So wird erreicht, dass der Taktgeber 42 ein rechteck-förmig gepulstes Ausgangssignal erzeugt, das durch kurze positive Pulse, getrennt durch verhältnismässig lange Ruhe-lo phasen, gekennzeichnent ist. Das Ausgangssignal des Taktgebers 42 steuert über einen Widerstand den Basisstrom des Treibertransistors 54. Das rechteckförmig gepulste Ausgangssignal schaltet so über den Treibertransistor 54 ein 12-Volt-Signal der Speisung 24, sodass Strom durch den is Infrarot-Sender 18 fliesst. Der Infrarot-Sender 18 ist vorzugsweise eine Leuchtdiode, welche mit der Kontaktleiste 32 verbunden ist. Eine Leuchtdiode 58 dient als zusätzlicher Infrarot-Sender, der auf der Karte 34 montiert ist und für zukünftige Anwendungen verwendet werden kann, bei der 20 vorliegenden Erfindung aber keine Rolle spielt. Die Empfängerschaltung 28 besteht aus einer Reihe integrierter Operationsverstärker (Mehrzweck-Analogverstärker) wie beispielsweise das Modell LM 324 von National Semiconducter, welches vier einzelne Operationsverstärker enthält. 25 Der Photodetektor 20 weist innerhalb seines Empfindlichkeitsbereichs eine lichtabhängige Widerstandscharakteristik auf. Ein zusätzlicher Photodetektor 21 ist für eventuelle zukünftige Anwendungen vorgesehen. Der Photodetektor 20 liefert ein variables Stromsignal, welches an den Minus-Ein-30 gang eines Operationsverstärkers 60, der als Strom-Spannungs-Konverter 62 funktioniert, angelegt wird. An den Plus-Eingang des Operationsverstärkers 60 wird eine konstante Spannung von ungefähr acht Volt angelegt, welche durch Spannungsteilung mittels Widerständen 64 und 66 35 erzeugt wird. Stromänderungen im Photodetektor 20 - verursacht durch den Einfall des pulsierenden Lichtstrahls 12 des Infrarot-Senders 18 - erzeugen beim Ausgang des Operationsverstärkers 60 ein positives Wechselspannungssignal. Ein Rückkoppplungs-Widerstand 70 dient der Verstärkungs-40 regelung.

Ein Kondensator 68 dient als Vorrichtung 72 zur Elimination von Umgebungslichteinflüssen, indem der Gleichspannungsanteil des Ausgangssignals des Operationsverstärkers 60 unterdrückt wird. Ein Kondensator 71 und ein Wider-45 stand 80 dienen zusätzlich der Signalkonditionierung.

Ein Operationsverstärker 74 funktioniert als Verstärker 76 für das Ausgangssignal des Kondensators 68. Ein Rückkopplungswiderstand 78 und ein Widerstand 82 regulieren die Amplitude des Eingangssignals zum Operationsverstärker so74.

Ein Spitzenwert-Detektor 88 besteht aus zwei Operationsverstärkern 84 und 86, zwei Dioden 90 und 92, einem Kondensator 94 sowie Widerständen 91,93 und 95. Das Ausgangssignal des Spitzenwert-Detektors 88 ist ein Gleichspan-55 nungssignal mit einer gewissen Sägezahn-Welligkeit, bedingt durch den Ladevorgang des Kondensators 94. Dieses Ausgangssignal ist positiv, wenn der Photodetektor 20 ein Wechselsignal empfängt in diesem Fall fliesst ein Strom durch eine Leuchtdiode 96 und einen Widerstand 97, sodass angezeigt 60 wird, wenn der Eisbehälter 16 nicht gefüllt ist.

Ein Schwellenwert-Detektor 98 wird gebildet aus einem Operationsverstärker 100, welcher das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 86 mit einem Referenzsignal - erzeugt durch einen Spannungsteiler, bestehend aus Widerständen 65 102 und 104 - vergleicht. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 100 ist positiv, wenn die Differenz zwischen den beiden Eingangssignalen positiv ist.

Ein Zeitverzögerungsglied 106 besteht aus einem Wider-

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stand 108, einem Kondensator 110 und einem Operationsver- schaltet.

stärker 112. Die Werte für den Widerstand 108 und den Kon- Zur Entstörung des Hochinduktanz-Relais 126 dienen eine densator 110 werden so gewählt, dass sich das Signal am Diode 128; ein Kondensator 130 sowie ein Widçr^i}$ J Jj},

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ändert. Wenn das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 5 automatisch eine Vorrichtung zur Eiserzeugung, indem die 100 positiv wird, bleibt das Eingangssignalzum Operations- Füllhöhe des Eises im Eisbehälter 16 kontinuierlich über-verstärker 112 für eine vorgegebene Zeitdauer (z. B. 10 Sek.) wacht und die Vorrichtung zur Eiserzeugung periodisch einunter der Referenzspannung. Umgekehrt bleibt das Signal bzw. ausgeschaltet wird, sodass immer der gewünschte Eisfür eine bestimmte Zeitdauer über der Referenzspannung, vorrat vorhanden ist.

wenn das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 100 io Wenn der Lichtstrahl des Infrarot-Senders 18 länger als die negativ wird. vorgegebene Verzögerungszeit auf den Photodetektor 20

Überschreitet das Eingangssignal zum Operationsver- fällt, wird die Eisproduktion ausgelöst. Das Verzögerungsstärker 112 die Referenzspannung, erzeugt dieser ein nega- glied verhindert, dass die Eisproduktion ungewollt ausgelöst tives Ausgangssignal. Ein Widerstand 113 dient der Verstär- wird, wenn vorübergehend Licht auf den Photo-Detektor kungsregelung des Operationsverstärkers 112. Über einen is fällt, was beispielsweise bei der Entnahme von Eis aus dem Anschlusspunkt 99, der mit dem Minus-Eingang des Opera- Behälter 16 geschieht.

tionsverstärkers 100 verbunden ist, kann die Schaltung 22 Wenn der Behälter 16 gefüllt wird, wird der Lichtstrahl des durch Anlegen eines Testsignals überprüft werden. Infrarot-Senders 18 bei Erreichen der vorgegebenen Füll-

Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 112 wird höhe unterbrochen. Die Eisproduktion wird erst ausge-

auf die Minus-Eingänge zweier Operationsverstärker 114 20 schaltet, wenn der Lichtstrahl länger als die vorgegebene Ver-

und 116 geführt, welche dieses mit einem über einen Wider- zögerungszeit unterbrochen ist. Damit wird eine gewisse Sta-

stand 104 geführten Referenzsignal vergleichen und auf bilität bezüglich kurzfristiger Einflüsse sowie eine Reduktion diese Weise einen Treiber-Inverter 118 bilden. Diese beiden der Anzahl Systemzyklen erreicht.

Operationsverstärker 114 und 116 steuern über Widerstände Die vorgängig beschriebene Ausführung der Erfindung

122 und 124 einen Treibertransistor 120. Der Transistor 120 25 stellt die bevorzugte Variante dar. Daneben sind jedoch - im steuert seinerseits den Stromfluss zu einem Relais 126, Rahmen der Patentansprüche - durchaus andere Ausfüh-

welches die Vorrichtung zur Eiserzeugung ein- oder aus- rungsmöglichkeiten denkbar.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE 1. Elektrische Schaltung zur Steuerung einer Vorrichtung zur Eiserzeugung mit einem Eisbehälter ( 16), in welchem das produzierte Eis gelagert wird, wobei die Vorrichtung eingeschaltet wird, wenn die Eismenge im Behälter (16) unter einer vorgegebenen Füllhöhe liegt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtquelle (18) und ein lichtempfindliches Element (20) so angeordnet sind, dass ein Lichtstrahl (12) zwischen ihnen unterbrochen ist, wenn das Eis im Eisbehälter (16) über die vorgegebene Füllhöhe reicht, dass das lichtempfindliche Element (20) einen zur einfallenden Lichtmenge proportionalen Strom erzeugt, dass dieser Strom mittels eines Strom-SpannungsKonverters (62) in ein Spannungssignal umgeformt wird, dessen Spitzen mittels eines Spitzenwertde-tektors (86) detektiert werden, dass ein Schwellenwert-Detektor (98) vorgesehen ist, welcher das Ausgangssignal des Spitzenwert-Detektors (88) nur beim Überschreiten eines vorgegebenen Schwellenwertes durchlässt und dass eine Vorrichtung zur Zeitverzögerung ( 106) vorgesehen ist, welche ein Signal zur Steuerung der Vorrichtung zur Eiserzeugung liefert, wenn das Ausgangssignal des Schwellenwert-Detektors (98) während mindestens einer ersten vorgegebenen Zeitdauer anliegt, sodass die Vorrichtung zur Eiserzeugung eingeschaltet wird, wenn das Eis im Behälter (16) während dieser ersten vorgegebenen Zeitdauer unter der vorgegebenen Füllhöhe liegt, wobei dieses Steuersignal beibehalten wird, bis das Ausgangssignal des Schwellenwert-Detektors (98) während einer zweiten vorgegebenen Zeitdauer nicht anliegt, sodass die Vorrichtung zur Eiserzeugung ausgeschaltet wird, wenn das Eis im Behälter (16) während dieser zweiten vof'gegebenen Zeitdauer über die vorgegebene Füllhöhe reicht.
2. Elektrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (18) mittels eines Oszillators (44) betrieben wird, sodass sie einen pulsierenden Lichtstrahl erzeugt, dass eine Vorrichtung zur Unterdrük-kung des Gleichspannungsanteils (72) vorgesehen ist, sodass nur die Wechselspannungskomponenten des Ausgangssignals des Strom-Spannungs-Konvertes (62) durchgelassen werden, wodurch der Einfluss des Umgebungslichtes auf das lichtempfindliche Element (20) eliminiert wird.
3. Elektrische Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (18) im infraroten Frequenzbereich arbeitet.
4. Elektrische Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom-Spannungs-Konverter (62) einen ersten Operationsverstärker (60) aufweist.
5. Elektrische Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Unterdrückung des Gleichspannungsanteils (72) einen Kondensator (68) aufweist.
6. Elektrische Schaltung nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstärker vorgesehen ist, der das Ausgangssignal der Vorrichtung zur Unterdrückung des Gleichstromanteils (72) verstärkt und dem Spitzenwert-Detektor (88) zuführt.
7. Elektrische Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker ein zweiter Operations-Verstärker (74) ist.
8. Elektrische Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine im sichtbaren Bereich arbeitende Lichtquelle (96) vorgesehen ist, welche durch das Ausgangssignal des Spitzenwert-Detek-tors (88) betrieben wird und so anzeigt, wenn das lichtempfindliche Element 20) ein Signal der Lichtquelle (18) empfängt.
9. Elektrische Schaltung nach einem der vorangehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitverzögerungsvorrichtung (106) ein Widerstand-Kondensator-Netz-werk enthält.
10. Elektrische Schaltung nach einem der vorangehenden s Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einTreiber-Inverter (118) vorgesehen ist, der ein Signal von der Zeitverzögerungsvorrichtung (106) erhält und einen Treiber-Transistor (120) treibt, der seinerseits die Vorrichtung zur Eiserzeugung steuert.

io 11. Elektrische Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Ausgangssignals des Treiber-Transistors (120) ein Relais (126) angesteuert wird, das die Vorrichtung zur Eiserzeugung steuert.
12. Elektrische Schaltung nach einem der vorangehenden

15 Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spitzenwert-Detektor (88) einen dritten und einen vierten Operationsverstärker (84, 86) aufweist.
13.. Elektrische Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellen-

20 wert-Detektor (98) einen fünften Operationsverstärker (96) aufweist.
14. Elektrische Schaltung nach Anspruch 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitverzögerungsvorrichtung (106) einen sechsten Operationsverstärker (112) auf-

25 weist.
15. Elektrische Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Treiber-Inverter (118) einen siebten und einen achten Operationsverstärker (114,116) aufweist.
16. Elektrische Schaltung nach einem der vorangehenden

30 Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite vorgegebene Zeitdauer der Zeitverzögerungsvorrich-tung (106) ungefähr gleich lang sind.
17. Elektrische Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator (44) einen Treibertransi-

35 stor (54) für die Ansteuerung der Lichtquelle (18) aufweist.
18. Elektrische Schaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Spitzenwertdetektor zwei mit dem dritten und dem vierten Operationsverstärker verbundene Dioden (90,92) aufweist.

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