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Potentiometer oder Rheostat zur Helligkeitssteuerung bzw.
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Regelung insbesondere der Instrumentenbeleuchtung bei Kraftfahrzeugen,
Flugzeugen, Schiffen und dergleichen nach Patent ... (Patentanmeldung r 30 14 193.6-33)
Die Erfindung betrifft ein Potentiometer oder einen Rheostaten nach Patent ... (Patentanmeldung
P 30 14 193.6-33) und hat sich eine weitere Verbesserung einer derartigen Einrichtung
zum Ziel gesetzt.
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Bisher werden für die Helligkeitssteuerung der Instrumentenbeleuchtung
bei Kraftfahrzeugen üblicherweise Potentiometer mit einem von Hand einstellbaren
Dreh- oder Schiebe-Widerstand verwendet, in denen jedoch eine relativ hohe Verlustleistung
entsteht, die als Wärme abgegeben wird. Dies ist insbesondere dann nachteilig, wenn
die mit einem derartigen Potentiometer oder Rheostaten ausgerüsteten Fahrzeuge bei
hohen Außentemperaturen betrieben werden, die bei Hochsommerwetter und längerer
ununterbrochener Sonneneinstrahlung auch in den gemäßigten Breitengraden auftreten
können. Durch die hohe Wärmeabgabe
können benachbarte Materialien
und andere Schaltungsteile, z.B.
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andere elektroniXsche Bauteile, die besonders wärmeempfindlich sind,
in ihrer Funktion beeinträchtigt werden.
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Mit dem Hauptpatent (Patentanmeldung P 30 14 193s6-331 wurde daher
vorgeschlagen, ein elektronisches Potentiometer mit einer wesentlich geringere Verlustleistung
zu schaffen, das mit einem elektronischen Frequenzgenerator und einer elektronischen
Differenzierstufe mit einer Widerstandsanordnung mit veränderbarem Widerstand zur
digitalen Steuerung der angeschlos5enen Last derart ausgebiXdet ist, daß die angeschlossene
-Last in einer relativ hohen .Schaltfolge oder Frequenz laufend ein- und ausgeschaltet
wird.
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Bei diesem elektronischen Potentiometer kann die Helligkeit der Instrumentenbeleuchtung
nur von Hand verändert werden. Dies kann insbesondere dann mit Schwierigkeiten verbunden
sein, wenn die Helligkeit der Instrumentenbeleuchtung bei hellem Umlicht verhältnismäßig
stark eingestellt ist und das Fahrzeug plötzlich in einen Bereich mit wenig Umlicht
einfährt wie z.B. in eine Unterführung oder einen Tunnel, wo zudem häufig Geschwindigkeitsbeschränkungen
vorgesehen sind, die vom Fahrer sorgfältig beachtet werden müssen. Es ist dann eine
zusätzliche Belastung, wenn der Fahrer zunächst die Instrumentenbeleuchtung dunkler
einstellen muß, um auch unter den verschlechterten Umlichtbedingungen die Instrumente
blendfrei ablesen zu können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Potentiometer oder den
Rheostaten nach dem Hauptpatent dahingehend weiter zu verbessern, daß die Helligkeitssteuerung
bzw. Regelung in Abhängigkeit vom Umlicht automatisch erfolgt.
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Diese Aufgabe findet ihre Lösung bei einem Potentiometer oder Rheostaten
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 gemäß der Erfindung
im wesentlichen
dadurch, daß die Widerstandsanordnung in der elektronischen Differenzierstufe ein
fotoelektronisches Bauelement aufweist, das zu einem Wierstandsbauelement parallelgeschaltet
ist und mit diesem am Uasseanschluß liegt.
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Als fotoelektronisc:hes Bauelement kommt jedes Bauteil in Frage, das
eine ausreichende Reaktionsgeschwindigkeit hat, wie eine Fotodiode, ein Fototransistor,
ein Fotowiderstand oder dergleichen, und das parallelgeschaltete Widerstands-Bauelement
kann entweder ein Festwiderstand oder ein Regelwiderstand sein, was hauptsächlich
davon abhängt, ob die Helligkeitssteuerung bzw.
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Regelung allein durch das fotoelektronische Bauelement oder zusätzlich
noch durch einen manuellen Eingriff an dem W1derstands-Bauelement erfolgen soll,
um z.B. die Grundhelligkeit der Instrumentenbeleuchtüng an die unterschiedlichen
Umlichtbedingungen in den verschiedenen Jahreszeiten anzupassen.
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Die maximale Einschaltdauer (ED) der als externe Last angeschlossenen
Instrumentenbeleuchtung oder dergleichen kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung
noch dadurch verbessert werden, daß der Steuereingang des zweiten Schmitt-Triggers
an den Spantungsteilerpunkt der als Spannungsteiler fungierenden Widerstandsanorndung
entsprechend den Merkmalen des Anspruches 4 angeschlossen ist, so daß der zwischen
dem Ausgang des ersten Schmitt-Triggers und dem Spannungsteilerpunkt liegende Widerstand
eine Schutzfunktion für den Ausgang des ersten Schmitt-Triggers Übernimmt.
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Die durch die Erfindung erzielten Vorteile bestehen außer der einfachen
automatischen Regelung der angeschlossenen externen Last darin, daß die Einschaltdauer
(ED) für die externe Last in weiten Grenzen, von z.B. 5 % ED (Einschaltdauer) bis
100 % ED, über die in der Differenzierstufe liegende Widerstandsanordnung mit einem
fotoelektronischen Bauelement mit vernachlässigbar
geringer Verlustleistung
sehr genau bestimmbar ist.
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Eine geringe Einschaltdauer von z.B. 5 % ED der externen Last bedeutet
im Falle von Glühlampen als Verbraucher, daß die Glühlampen nur eine geringe Helligkeit
abgeben, und eine große Einschaltdauer von z.B. 100 % ED bedeutet dementsprechend
eine große Helligkeit der Glühlampen, da diese ständig stromdurchflossen sind.
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Außerdem erlaubt die Möglichkeit, parallel zu dem fotoelektronischen
Bauelement einen Festwiderstand vorzusehen, um die Helligkeit der angeschlossenen
Instrumentenbeleuchtung nur vom Umlicht abhängig zu machen, eine erhebliche Kostenersparnis,
da die gesamte Mechanik, die sonst für eine manuelle Einstellung des Potentiometers
oder Rheostaten erforderlich ist, entfallen kann.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
schematisch dargestellt. Es zeigen Fig. 1 einen Logikschaltplan für ein elektronisches
Potentiometer mit automatischer Helligkeitsregelung durch ein fotoelektronisches
Bauelement und Fig. 2 einen Anschlußschaltplan unter Verwendung eines fotoelektronischen
Bauelementes in Verbindung mit einem integrierten Schaltkreis mit zwei NAND-Schmitt-Triggern
zur automatischen Helligkeitssteuerung.
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Das elektronische Potentiometer mit automatischer Helligkeitssteuerung
durch ein fotoelektronisches Bauelement Fi, das eine
Fotodiode,
ein Fotowiderstand, ein Fototransistor oder dergleichen sein kann, besteht aus fünf
Baucruppen, die zwischen einer Zuleitung 101 und einem oder mehreren Masseanschlüssen
110 bzw.
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110', 11011, 110111, beispielsweise an das Gleichstrom-Bordnetz eines
Fahrzeuges mit einer Betriebsspannung von 12 Volt oder gegebenenfalls bis zu 24
Volt angeschlossen sind: 1) Eine Spannungs-Stabilisierungsstufe I, die dazu dient,
im Bordnetz des Fahrzeuges auftretende Spannungsschwankungen auszuschließen; 2)
eine Störspannungs-Unterdrückungsstufe II; 3) ein Frequenzgenerator III zum Erzeugen
der Schaltfolgen oder Frequenz des Potentiometers; 4) eine Differenzierstufe IV
zur Änderung des Tastverhältnisses, 5) eine Verstärkerstufe V mit zwei Transistoren
zur Stromverstärkung.
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Die Logikschaltung des elektronischen Potentiometers ist gemäß Fig.
1 im einzelnen wie folgt aufgebaut: Die Spannungs-Stabilisierungsstufe I besteht
aus einem Widerstand R1 und einer damit in Reihe geschalteten Zenerdiode Z1, die
in einer Leitung 102 zwischen der Zuleitung 101 vom Bordnetz des Fahrzeuges und
dem Masseanschluß 110 liegen. Vom Ausgang der Spannungs-Stabilisierungst@@@ stand
R1 und der Zenerdiode Z1 führt eine Leituna 103 zu dem Frequenzgenerator III und
der Differenzierstufe IV. Zwischen der Leitung 103 und dem Masseanschluß 110 liegt
in einer Leitung 104 ein Kondensator C1 mit seinem positiven Pol, der der Unterdrückung
von Störspannungen dient. Außerdem sind an die Leitung 103 über Leitungen 105, 106
je zwei Logikeingänge E1, E2, El', E2' von zwei Schmitt-Triggern S1, S2 angeschlossen.
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Der erste Schmitt-Trigger S1 hat einen hochohmigen Steuereingang H,
der mit dem positiven Pol des Kondensators C2 verbunden
ist. Der
negative Pol des Kondensators C2 liegt über eine Leitung 105' am Masseanschluß 110.
Zusätzlich ist der Eingang H über einen Widerstand R2 an den Ausgang A des ersten
Schmitt-Triggers S1 angeschlossen. Parallel zum Widerstand R2 liegt ein weiterer
Widerstand R3 mit einer Diode D1 in Reihe, wobei die Diode D1 mit ihrer Kathode
ebenfalls am Ausgang A des ersten Schmitt-Triggers S1 liegt.
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In der Verbindungsleitung 120 zwischen dem Ausgang A des ersten Schmitt-Trigger
S1, der zugleich den Ausgang des Frequenzgenerators III ..i.ldet, und dem hochohmigen
Eingang H' des zweiten Schmitt-lriggers S2 befindet sich ein Kondensator C3 in Reihe
mi- dem Widerstand R4, wobei der positive Pol des Kondensators C3 am Ausgang A des
ersten Schmitt-Trlggers liegt und der negative Pol des Kondensators C3 mit der einen
Seite des Widerstandes R4 verbunden ist. Die zweite Seite des Widerstandes R4 liegt
am Steuereingang H' des zweiten Schmitt-Triggers. Die elektrische Verbindung zwischen
dem Widerstand R4 und dem hochohmigen Steuereingang H' stellt gleichzeitig den Spannungsteilerpunkt
121 einer als Spannungsteiler fungierenden Widerstandsanordnung R IV dar, die aus
dem Widerstand R4, in Reihe geschaltet mit einem fotoelektronischen Bauelement F1,
das seinerseits parallel zu einem weiteren Widerstand R5' geschaltet ist, besteht.
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Die Widerstandsanordnung R IV in der elektronischen Differenzierstufe
IV besteht aus einem fotoelcktronischen Bauelement F1 und einem dazu parallelgeschalteten
Widerstands-Bauelement R5', das in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 als Reselwiderstand
dargestellt ist, aber ebenso auch als Festwiderstand wie in Fig. 2 gezeigt, ausgebildet
sein kann.
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Das zum Widerstand R5'parallelgeschaltete fotoelektronische Bauelement
F1 liegt auf der einen Seite über eine Leitung 106' am Masseanschluß 110, während
die andere Seite der Widerstandsanordnung
R IV an den Spannungsteilerpunkt
121 angeschlossen ist.
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Der Ausgang A' des zweiten Schmitt-Triggers S2 führt über einen Widerstand
R6 auf die Basis eines ersten npn-Transistors T1, dessen Kollektor über einen Widerstand
R7 und eine Leitung 107 an die Zuleitung 101 angeschlossen ist, während der Emitter
des npn-Transistors T1 über eine Leitung 107' am Masseanschluß 110 liegt.
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Vom Kollektor des Transistors T1 führt außerdem eine Leitung 108 über
einen Widerstand R8 auf die Basis eines zweiten pnp-Transistors T2, der als sogenannter
Darlington-Transistor aus zwei in Kaskade geschalteten pnp-Transistoren besteht,
die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Der Darlington-Transistor T2 liegt
mit seinem Emitter über eine Leitung 109 direkt an der Zuleitung 101, während der
Kollektor des zweiten Transistors T2 an die Zuleitung 109' für die externe Last
111 angeschlossen ist, die im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einer Anzahl von
parallelgeschalteten Glühlampen 112, 113, 114 besteht, die jeweils gesondert an
einem Masseanschluß 110', 110'', 110''' liegen.
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Das vorstehend beschriebene elektronische Potentiometer arbeitet wie
folgt: Die Möglichkeit der Ubertragung von Spannungsschwankungen aus dem Bordnetz
über die Leitung 101 bzw. 102 auf das elektronische Potentiometer wird durch die
Spannungsstabilisierung des Widerstandes R1 und der Zenerdiode Z1 in der Leitung
103 ausgeschlossen.
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Uber die Leitung 103 gelangt die stabilisierte Spannung zu dem Frequenzgenerator
III und der Differenzierstufe IV, wobei Störspannungen
mit hoher
Frequenz durch den in der Leitung 104 angeordneten Kondensator C1 unterdrückt werden.
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Der Frequenzgenerator III, der aus dem hochohmigen Schmitt-Trigger
S1 und der RC-Kombination des Kondensators C2 und des Widerstandes R2 besteht, erzeugt
die zur Steuerung der externen Last 111 notwendige Frequenz. Über die im Generatorkreis
liegenden Bauteile, das heißt über den Widerstand R3 und die Diode D1, ist ein bestimmtes
Tistverhältnis des Frequenz-Generators III erzielbar.
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Die DifferenzierstufX IV bewirkt eine Differenzierung der positiven
Flanke des Generatorsignals. Die Form der Differenzierung wird von den elektrischen
Werten des Widerstands-Bauelementes R5',der Belichtungsstärke des fotoelektronischen
Bauelementes F1 und der Kapazität des Kondensators C3 bestimmt. Der elektrische
Wert aus der Parallelschaltung des Widerstands-Bauelementes R5', das entweder als
Regelwiderstand oder als Festwiderstand ausgebildet sein kann, und des fotoelektronischen
Bauelementes F1 ist somit für die Helligkeit der angeschlossenen Glühlampen maßgebend.
Der Kombination des fotoelektronischen Bauelementes F1 mit einem Regelwiderstand
sind drei Funktionen zuzuordnen: 1. Der Regelwiderstand R5' wird rein zur manuellen
Steuerung der angeschlossenen Glühlampen benutzt.
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2. Der Regelwiderstand R5' wird zur Bestimmung der Grundhelligkeit
der Glühlampen verwendet.
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3. Das fotoelektronische Bauelement F1 regelt in Abhängigkeit vom
Umlicht, ausgehend von der durch den Regelwiderstand R5' bestimmten Grundhelligkeit,
die Einschaltdauer (ED) der angeschlossenen Glühlampen in Richtung auf 100 % ED
bzw. umgekehrt von 100 % ED gegen 5 % ED als untersten Wert.
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Der der Differenzierstufe IV nachgeschaltete Schmitt-Trigger S2 mit
seinem hochohmigen Eingang H' reyeneriert und invertiert das differenzierte Signal
des Frequenzgenerators III.
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Das im Schmitt-Trigger S2 erstellte Signal wird über den Basis-Vorwiderstand
R6 im Transistor T1 mit seinem Arbeitswiderstand R7 stromverstärkend invertiert.
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Schließlich steuert der Transistor T mit seinem Kollektor über den
Basis-Vorwiderstand R8 den als Leistungs-Endstufe verwendeten pnp-Transistor T2.
Die Leistungs-Endstufe bzw. der TransistorT2schaltet die extern angeschlossene Last
111.
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Statt der in Fig. 1 gezeigten beiden Schmitt-Trigger S1, S2 kann die
Potentiometerschaltung entsprechend Fig. 2 auch einen integrierten Schaltkreis JCi
aufweisen mit zwei NAND-Schmitt-Triggern ST1, ST2 mit je drei Eingängen El, E2,
H bzw. El', E2', H' und je einem Ausgang A, A'. Der integrierte Schaltkreis JC1
trägt die Klemmbezeichnungen 1 bis 14 und wird über zwei zusätzliche Leitungen 7',
14', die an die Klemmen 7 bzw. 14 angeschlossen sind, über die Leitung 103 mit Betriebsspannung
versorgt. Ein derartiger integrierter Schaltkreis wird von der Firma Texas Instrument.
unter der Typenbezeichnung SN 49 713 geführt.
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Bei diesem zweiten Ausführungsbeispi'l ist die Widerstandsanordnung
R IV mit dem fotoelektronischen Bauelement F1 und einem Widerstands-Bauelement R5'',
das hier als Festwiderstand dargestellt ist, durch die Leitung 106' einerseits mit
dem Masseanschluß 110, andererseits mit dem Spannungsteilerpunkt 121 und dem Steuereingang
H' des NAND-Schmitt-Triggers ST2 verbunden.
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Der Widerstand R4, der ebenso wie beim ersten Ausführungsbeispiel
von Fig. 1 als Schutzwiderstand für den Ausgang A des
ersten Schmitt-Triggers
fungiert, ist zwischen dem Kondensator C3 an seinem negativen Pol und dem Spannungsteilerpunkt
121 angeschlossen.
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Im übrigen sind in Fig. 2 gleiche Teile wie in Fig. 1 mit den gleichen
Bezugszeichen versehen, und die Funktionsweise dieses zweiten Ausführungsbeispieles
ist genauso, wie anhand des ersten Ausführungsbeispieles beschrieben.
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