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Temperaturregler oder-messer mit zwei temperaturempflndlichen Gliedern.
Die bisher bekannten Temperaturregler arbeiten im allgemeinen nur dann einwandfrei, wenn die gewünschte Normaltemperatur des geheizten Raumes für längere Zeit vorhanden gewesen ist. Jeder Ofen od. dgl. besitzt eine geringere oder grössere Wärmekapazität. Bei seinem Anheizen absorbiert er daher zunächst einen bestimmten Teil der zugeführten Wärme.
Während dieser Zeit messen die bekannten Temperaturregler mit ihren temperaturempfindlichen Gliedern eine niedrigere Temperatur als die der Ofenwände. Will man, wie es in der Praxis häufig vorkommt, eine gegebene Höchsttemperatur im Ofeninnern nicht überschreiten, so ergeben sich mit den bekannten Temperaturreglern erhebliche Nachteile. Wenn man den Temperaturregler nämlich erst dann, wenn die von ihm gemessene Temperatur diesen Höchstwert erreicht, die Heizung des Ofens ausschalten liesse, so würde trotzdem noch die Temperatur im Innern des Ofens oft sehr erheblich ansteigen, weil sich die höhere Temperatur der Ofenwand und die niedrigere Temperatur des Ofeninnerns ausgleichen. Hiebei kann unter Umständen eine Zerstörung des im Ofen zu behandelnden Stoffes stattfinden.
Die Erfindung betrifft einen Temperaturregler mit zwei temperaturempfindlichen Gliedern von irgendeiner bekannten Bauart, bei dem zur Vermeidung der erwähnten Nachteile für ein oder beide im entgegengesetzten Sinne auf den Regler wirkende Glieder an sich bekannte, einstellbare Mittel zur Änderung der relativen Geschwindigkeit vorgesehen sind, mit welcher die Wärmeübertragung auf die Glieder stattfindet. Bei bekannten Temperaturreglern mit einem temperaturempfindlichen Glied, die zur Vermeidung der Überregulierung einstellbar gemacht sind, sind bereits einstellbare, das temperaturempfindliche Glied entsprechend der Einstellung mehr oder weniger umgebende Teile bekannt, durch die sich der Wärmeübergang vom zu regelnden Mittel auf das temperaturempfindliche Gtied verändern lässt.
Diese einstellbaren Mittel können beispielsweise aus einem Massekörper von verhältnismässig hoher Wärmeabsorption bestehen, dessen wirksame Masse veränderbar ist. Die erwähnten Mittel werden nun in Abhängigkeit von der beispielsweise durch einen Versuch bestimmten Wärmekapazität des zu regelnden Ofens od. dgl. eingestellt, u. zw. derart, dass der auf den Temperaturregler wirksame Unterschied der Temperaturen der beiden temperaturempfindlichen Glieder bereits eine bestimmte Zeit vor dem Erreichen der zulässigen Höchsttemperatur die Abschaltung der Wärmezufuhr bewirkt. Dabei lässt sich bei dem neuen Temperaturregler durch die Verstellung der erwähnten Mittel eine genaue Abstimmung auf die Betriebsverhältnisse, die im allgemeinen nur einmal vorgenommen zu werden braucht, erreichen.
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der neuen Einrichtung dargestellt.
In Fig. 1 ist in die Ofenwand 1 ein hitzebeständiges Rohr 2 eingesetzt, das zwei hintereinandergeschaltete Thermoelemente 3 und ein zu diesen entgegengesetzt geschaltetes Thermoelement 4 enthält. Die drei Thermoelemente sind mit einem Temperaturregler 5 verbunden, dessen Maximal- und Minimalkontakte bei 6 angedeutet sind.
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Die hintereinandergeschalteten Thermoelemente 3 werden hiebei von der Raumtemperatur beeinflusst, während das entgegengeschaltete Thermoelement 4 unter dem Temperatureinfluss der Ofenwand 1 steht. Durch die Gegeneinanderschaltung der Thermoelemente und ihre verschiedenartige Beeinflussung tritt je nach der Grösse des vorhandenen Temperaturunterschiedes eine Steuerung des Temperaturreglers 5 ein. Um nun infolge grosser Wärmekapazität der Ofenwand eine falsche Beeinflussung des Thermoelementes 4 zu verhindern, ist ein zusätzlicher Massekörper 7 vorgesehen, der innerhalb des Rohres 2 axial verschiebbar angeordnet ist.
Durch die Verstellung des Körpers 7, der zweckmässig eine hohe Wärmekapazität besitzt, wird nun die Geschwindigkeit, mit welcher die Wärmeübertragung auf das Thermoelement 4 stattfindet, in Abhängigkeit von der Wärmekapazität des Ofens eingestellt. Hat der Ofen beispielsweise eine verhältnismässig hohe Wärmekapazität, so wird das Rohr 7 weiter in das Rohr 2 hineingeschoben, so dass es das Thermoelement 4 ganz oder fast ganz einhüllt. Infolgedessen wird beim Anheizen des Ofens die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung auf das Thermoelement 4 entsprechend verlangsamt und der auf den Regler 5 wirkende Unterschied zwischen den von den Thermoelementen 3 und 4 erzeugten Strömen erreicht infolgedessen schneller jenen Wert, bei dem der Regler 5 die Heizung des Ofens abschaltet bzw. stark drosselt.
Hiedurch wird in einfacher, aber sicherer Weise vermieden, dass die Temperatur innerhalb des Ofens über die zulässige Höchstgrenze steigt. Hat ein vollständiger Temperaturausgleich zwischen den Ofenwänden und dem Ofeninnern einerseits und dem Ofeninnern und dem Thermoelement 4 anderseits und somit auch zwischen Thermoelementen 3 und 4 stattgefunden, so arbeitet der neue Regler im wesentlichen so wie die bekannten Regler.
Der Erfindungsgedanke lässt sich auch bei beliebigen andern Reglern verwirklichen.
In Fig. 2 ist eine beispielsweise Anwendung bei einem mit zwei temperaturempfindlichen Widerständen 8 und 9 arbeitenden Regler 10 dargestellt. Die Widerstände 8 und 9 haben einen gleichartigen Temperaturkoeffizienten, wirken aber infolge ihrer verschiedenen Schaltung mit Bezug auf den Regler 10 im entgegengesetzten Sinne. Gemäss der Erfindung ist nun um den einen der beiden Widerstände ein rohrförmiger Massekörper 11 angeordnet. Die Einstellung und die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist im übrigen im wesentlichen die gleiche wie bei der Einrichtung nach Fig. 1.
Statt Widerstände mit einem Temperaturkoeffizienten von gleichem Vorzeichen teils in Reihen-, teils in Parallelschaltung zu verwenden, kann man auch einen Widerstand mit positivem und einen andern Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten hintereinanderschalten und an einem oder an beiden dem Rohr 11 entsprechende Massekörper einstellbar anordnen. In letzterem Falle sollen die beiden Massekörper zweckmässig möglichst stark voneinander abweichende Wärmekapazität aufweisen.
In Fig. 3a und 3b ist in Draufsicht und in Vorderansicht eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Ein Stab 12 mit verhältnismässig geringem Ausdehnungskoeffizienten ist einseitig an einer Platte 13 befestigt, während sein anderes Ende lose durch eine Platte 14 hindurchgreift. Zwischen den beiden Platten 13 und 14 sind zu beiden Seiten des Stabes 12 zwei weitere Stäbe 15 von verhältnismässig hohem Ausdehnungskoeffizienten angeordnet und an beiden Platten befestigt. Der nicht dargestellte Regler wird dabei entsprechend dem Unterschied zwischen der Stellung der Platte 14 und dem freien Ende des Stabes 12 eingestellt.
Um nun im Sinne der Erfindung die Geschwindigkeit zu verändern, mit welcher beispielsweise
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lässt sich der Körper 16 dem Stab 12 nähern oder entfernen, so dass dadurch die Wärmeaufnahme des Stabes 12 beim Anheizen des Ofens sich ändert.
In Fig. 4a und 4b ist in Draufsicht und in Seitenansicht eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Innerhalb eines Bimetallstreifens 20, der in nicht dargestellter Weise die Regelglieder der Ofenheizung steuert, ist ein zylindrischer Massekörper 21 verstellbar angeordnet. Seine jeweilige Lage ist mittels einer Mutter 22 gesichert. Dadurch, dass der Körper 21 mehr oder weniger zwischen den Bimetallstreifen hineingesehoben wird, wird die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung auf den inneren der beiden Streifen 20 geändert.
Die Fig. 5 zeigt im Schnitt die temperaturempfindlichen Glieder eines an sich bekannten Reglers, ein Fühlrohr 23 und einen im Innern dieses Rohres angeordneten und an dem Rohrboden befestigten Stab 24. Die Erfindung lässt sich bei diesem bekannten Regler dadurch anwenden, dass in dem Raum zwischen dem Stab 24 und der Innenwandung des Rohres 23 irgendeine Masse, beispielsweise Sand, Öl, Metallstücke oder Metallspäne, Asbestpulver usw., wie bei 25 angedeutet ist. bis zu solcher Höhe eingebracht ist, dass die oben angegebenen
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Die Fig. 6 (l und 6b zeigen in Seitenansicht und im Schnitt ein weiteres Ausführung- beispiel der Erfindung für den Regler nach Fig. 5. Das den Stab 24 umgehende Fühlrohr 23 ist hier mit Schlitzen, 26 versehen.
In das Rohr 23 wird ein ebenfalls mit Schlitzen versehenes Rohr 27 eingeschoben. Dieses ist dabei drehbar gelagert, so dass der wirksame Querschnitt der Durchtrittsöffnungen für die Luft, deren Temperatur überwacht wird, durch Drehen des Rohres 27 verändert werden kann. Dadurch lässt sich ebenfalls die Wärme- übertragung auf den Stab 24 beim Anheizen des Ofens verändern.
Die Erfindung lässt sich naturgemäss für beliebige Temperaturregler anwenden, beispielsweise für solche bei Trockenofen, Härteofen, Kiihlräumen usw. Das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip lässt sich auch für Messzweckc nutzbar machen. In diesem Falle werden die Mittel, welche die Wärmeübertragung auf die beiden temperaturempfindlichen Glieder beeinflussen, derart verschieden ausgebildet, dass der Unterschied der Geschwindigkeiten der Wärme- übertragung möglichst gross und dadurch die Einstellzeit des angeschlossenen Messgerätes möglichst klein wird.
Die Vergrösserung der relativen Geschwindigkeit der Wärmeübertragung auf die beiden temperaturempfindlichen Glieder wird zweckmässig in ähnlicher Weise, wie oben für Regelzwecke beschrieben ist, dadurch erreicht, dass die absolute Geschwindigkeit der Wärme- übertragung auf eines der temperaturempfindlichen Glieder durch einen Massekörper schlechter Wärmeleitfähigkeit herabgesetzt wird, während die entsprechende Geschwindigkeit für das zweite Glied unverändert bleibt oder besonders verbessert wird, z. B. durch einen Metallkörper. Es wird also mit andern Worten zum Unterschied von den bisher beschriebenen Ausführungformen der Erfindung lediglich die Trägheit der temperaturempfindlichen Glieder möglichst ausgeglichen, aber nicht die Trägheit des Ofens.
Weiters wird man zweckmässig von einer Über- kompensation, . die für Reglerzwecke oft wünschenswert ist, bei der Messung im allgemeinen absehen. Es empfiehlt sich, den Wärmeübergang zwischen dem zu messenden Mittel und der gesamten Temperaturmesseinrichtung einerseits und dem Massekörper anderseits möglichst gleichartig zu gestalten. Werden die temperaturempfindlichen Glieder, wie vielfach üblich, in einem Schutzrohr angeordnet, so kann zur Erreichung dieses Zweckes der Massekörper beispielsweise in einer Verstärkung des keramischen Schutzrohres an dem einen der temperaturempfindlichen Glieder bestehen.
In der Fig. 7 ist ein Ausführungsbeispiel der Temperaturmesseinrichtung dargestellt. In einem Schutzrohr a sind zwei Schenkel b und c eines Thermoelementes angeordnet. Der eine Schenkel b des Thermoelementes enthält ausserdem ein Thermoelement d mit den Lötstellen e und f, das in entgegengesetztem Sinne auf das Messgerät y geschaltet ist wie das Element b, e.
Um nun bei einer derartigen Einrichtung den Grundgedanken der Erfindung zu verwirklichen, kann man an dem Rohr a in der Nähe der Stelle f eine ringförmige Verstärkung so anordnen, dass dadurch die Geschwindigkeit des Wärmeüberganges von dem das Schutzrohr a umgebenden Mittel auf die Lötstelle f hinreichend weit herabgesetzt wird, und an der Stelle e einen
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Einstelldauer des Anzeigegeräte g weitgehend herabzusetzen. Statt der Verdickung h kann auch ein innen oder aussen verschiebbarer Einsatzkörper an dem Schulzrohr a vorgesehen sein. Auch kann jede der in den Fig. 1-6 beschriebenen Kompensierungseinrichtungen sinngemäss Anwendung finden.
Man erhält dann einen zeitlichen Verlauf der thermoelektrischen Spannung zwischen den Lötstellen e und f, die in Fig. 8 unter i wiedergegeben ist. Die Kurve i setzt sich mit der Kurve m der normalen Anzeige des Thermoelementes mit den Schenkeln bund c zu der Kurve it zusammen, die eine erheblich kleinere Anzeigeverzögerung zeigt als die Kurve 111.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Temperaturregler mit zwei temperaturempfindlichen Gliedern, dadurch gekennzeichnet, dass für ein oder beide in entgegengesetztem Sinn auf den Regler wirkende Glieder an sich bekannte, einstellbare Mittel, vorzugsweise Massekörper von verhältnismässig hoher Wärmeabsorption und veränderbarer, wirksamer Masse zur Änderung der relativen Geschwindigkeit vorgesehen sind, mit welcher die Wärmeübertragung auf die temperaturempfindlichen Glieder stattfindet.