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Hydraulische Regeleinrichtung
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Umschaltungenbleibende Messungenauigkeit.
Die Erfindung betrifft eine Weiterentwicklung der beschiebenen Kompensationsvorrichtung und besteht darin, dass beim Einstellen der Solltemperatur mittels der EinstellweHe gleichzeitig eine derartige Verstellung an der Kompensationseinheit (Kompensations-Ausdehnungskörper, Übertragungsmittel) vorgenommen wird, dass während der Regelung der jeweiligen Solltemperaturen die Überlagenmgsbewegungen und die durch das jeweilige Ausdehnungskörper-Volumen infolge Schwan ! t ! mgea der Ausdehnungskörper- Temperatur hervorgerufenen Fehlbewegungen grössengleich sind.
Unter den verschiedenen Möglichkeiten, den Erfindungsgedanken praktisch auszuwerten, wurde als vorteilhaft erkannt, den Kompensations-Ausdehnungskörper als zentrisch gelochte Bimetallscheibe auszu- bilden und diese mit einer der beiden Flächen auf einem Absatz der Temperatur-Einstellwelle zu lagern,
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dieEinstellwelle und Bimetallscheibe empfangenen Steuerbewegungen auf eine weitere, lose auf der Einstellselle gelagerte und gegenüber dem Chassis unverdrehbare Gegenlagerscheibe Nbertfagen Diese Scheibe besitzt dem Scheibenmittelpunkt zugeordnete spiralenförmig Fahrangsrillen, die den Kugeln als Gegenlager dienen.
Beim Verdrehen der Einstellwelle, die von der Bimetallscheibe mitausgeflihrt wird, rollen die Kugeln in den spiralenförmigen Führungsrillen ab und verändern somit ihren Abstand zum Scheibenmittelpunkt. Zur seitlichen Begrenzung der Kugeln dient eine zwischen Bimetall- und Gegenlagerscheibe zwischengebrachte Käfigscheibe, die in radial verlaufenden Schlitzen die Kugeln aufnimmt. Die Käfigscheibe besitzt an ihrem Umfangezwei Begrenzungsnasen, die gegen eine Nase der Gegenlagerscheibe anschlagen und dadurch den Drehbereich der Käfigscheiben auf etwa den halben WiBl ; elbereich der Einstellwelle begrenzen.
Die so konstruierte Einrichtung arbeitet nach folgendem Prinzip :
Eine Bimetallscheibe dehnt sich proportional zu ihrer Erwärmung aus, d. h. sie wölbt sich. Diese Ausdehnung oder Wölbung nimmt mit dem Quadrat der Entfernung vom EinspannpunI : ! :. also hier vom Mittelpunkt aus, zu.
Ist die Regeleinrichtung zur Regelung eines Bratofens gedacht, liegt ihr also ein Gesamtregelbereich von 50 bis 3000 C zugrunde, so drehen sich die auf der Bimetallscheibe ruhenden Kugeln während der Einstellung auf die Solltemperatur von 50 auf die innersten Punkte der Spiralbahaea. Die durch diese Punkte festgelegte wirksame Bimetallänge (Länge zwischen den Lagerpunkten der Kugeln auf
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flussungen erzeugten und von den Kugeln abgegriffenen Ausdehnungen den von gleichen Temperaturbeeinflussungen am entsprechenden Ausdehnungskörper-Volumen (bei eingestellter Solltemperaturvon 500 C) grössengleich sind. Bei der Regelung einer Solltemperatur von 3000 C ist das Ausdehnungskörper-Volumen auf ein Maximum angestiegen und erzeugt dementsprech end maximale Fehlbewegungen.
Bei dieser Einstellung müssen zur Fehlerkompensation die Kugeln entsprechend weit von den bisherigen Lagerpunkten nach aussen verschoben sein. Auf dem von den Kugeln in dieser Stellung eingeschlossenen Kreis liegen die Endpunkte der Spiralbahnen. Der Winkel zwischen Anfangs- und Endpunkt jeder Spirale entspricht etwa dem halben Gesamtverdrehungswinkel der Einstellwelle. Wenn also die Einstellwelle bei dem angenommenen Einstellbereich von 500 auf 300 C verdreht wird und dabei einen Winkel von 1500 durchläuft, so durchlaufen die gleichzeitig sich mitdrehenden Kugeln nur einen Winkel von 750, da sie auf der Bimetallscheibe abrollen. Die vorher in ihrem Abstand vom Mittelpunkt definierten Anfangs-und Endpunkte der Spiral-
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Einspannpunkt ansteigt, müssen Zwischenpunkte unter Berücksichtigung des genauen AusdehnungskörperVolumenanstieges berechnet werden.
Bei einer Sollwertregelung von 3000 C und einer Ausdehnungskörper-Temperatur von 1000 c betrifft die von der Temperatur-Einstellachse ausgeführte axiale Fehlbewegung beispielstreise plus x. Die Kugeln sind bereits während der vorherigen Einstellung der Temperatur-Einstellwelle auf 3000 C in die Spiralenendpunkte verdreht worden.
Die Bimetallscheibe, die ebenfalls derTemperatur von 1000 C ausgesetzt ist, hat sich nach unten gewölbt, u. zw. beträgt diese Wölbung im Bereich der Kugeln einen Wert von minus x, so dass die Kugeln nur die reelle, also durch den Temperaturfühler am Ausdehnungskörper erzeugte Ausdehnung auf ein nächstes Übertragungsglied und somit auf die Kontakte übertragen. Die gleichen Verhältnisse herrschen selbstverständlich im Bereich der gesamten Einstellskala.
Es ist nicht unbedingt erforderlich, den Kompensations-Ausdehnungskörper als Scheibe auszubilden und diese zentrisch über dem Ausdehnungskörper zu lagern. Jedoch sind andere konstruktive Auswertungen des Erfindungsgedankens, wobei z. B. die Kompensations-Ausdehnungskörper exzentrisch zur Einstellachse gelagert sind, nicht mit so einfachenMitteln auszuführen, da auf verstellbare Hebel nicht verzichtet werden kann. Als mögliche Lösung ist z. B. ein einfach oder zweifach gelagerter Bimetallkörper anzusehen,
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der mittels eines Hebels längsverschoben wird, durch welche Längsverschiebung die wirksame Länge des Bimetallkörpers verändert wird.
Das eine Ende des Hebels bewirkt dabei die Verstellung des Bimetallstreifens, während das zweite Ende vorzugsweise mittels einer auf der Einstellachse vorgesehenen Kurvenscheibe gesteuert wird.
Eine ähnliche Möglichkeit ergibt sich auch bei einem als Membrane oder als Zylinder ausgebildeten Kompensations-Ausdehnungskörper.
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Fig. 1 - 7 istzeigen Fig. 1 einen Schnitt durch eine hydraulische Regeleinrichtung, Fig. 2 einen Schnitt durch den Ausdehnungskörper mit eingeschraubter und die Bimetallscheibe tragender Temperatureinstellwelle (die Kugeln sind auf die minimale Bimetallänge eingestellt), Fig. 3 den Ausdehnungskörper der Fig. 2, jedoch sind-die Kugeln in dieser Darstellung auf eine maximale wirksame Bimetallänge eingestellt, Fig. 4 eine Draufsicht auf die mit spiralenförmigenFilhrungsrillen für die Kugeln versehene Gegenlagerscheibe, Fig. 5 einen Schnitt dieser Scheibe, Fig. 6 eine Draufsicht auf die mit radialen Führungsschlitzen für die Halterung der Kugeln versehene Käfigscheibe, und Fig. 7 ein Diagramm, welches die Volumen-und somit die Ausdehnungsverhältnisse des Ausdehnungskörpers zeigt.
Der als Faltenbalgenmembrane ausgebildete Ausdehnungskörper l wird von einem Temperaturfühler 2, der sich im Regelraum 3 befindet, gesteuert, d. h. eine Ausdehnung des sich im Temperaturfühler befindlichenMediums 4 bewirkt eine axiale Ausdehnung der Faltenbalgenmembrane 1.
Ein kolbenförmiger Gewindekörper la überträgt diese Axialausdehnung auf eine Temperatureinstellwelle 5, die diese wieder mittels eines Absatzes 5a auf ein weiteres Übertragungsglied 6 überträgt, Durch die Einschraubtiefe des Gewindestückes 5b der Temperatuxeinstellwelle 5 im Gewindekörper la ist die zur Schaltung der Kontaktte 10 erforderliche Ausdehnung der Faltenbalgenmembrane festgelegt, und somit die zu regelnde Temperatur bestimmt, da jeder Volumsänderung eine bestimmte Temperaturänderung im Regelraum 3 zugrundeliegt. Somit wird durch Verdrehen der Temperatureinstellwelle 5 an Hand einer im Bereich des Drehknopfes5c angeordneten Temperaturskala die gewünschte Solltemperatur eingestellt.
Werden die Membraneausdehnungen direkt durch die Einstellachse 5 auf die Kontaktorgane 10 übertragen, so führt dieses immer dann zu Fehlregelungen, wenn der Ausdehnungskörper, also in diesem Falle die Membrane 1, veränderlichen Temperaturen ausgesetzt ist. Der Messfehler steigt mit dem Anstieg des Membranevolumens und dem Anstieg der Membranetemperatur. Zur Kompensation der Fehlausdehnung ist auf dem Absatz 5a der Temperatureinstellwelle 5 zunächst eine Bimetallscheibe 6 angeordnet und unverdrehbar mit der Welle 5 verbunden. Entgegengesetzt zur Membrane 1 stützen sich auf der Fläche 6a der Bimetallscheibe 6 in spiralenförmigen Führungsrinne 7a einer Gegenlagerscheibe 7 gegengelagerte Kugeln 8 ab.
Die von der Bimetallscheibe 6 mitausgeführten axialen Steuerbewegungen der Einstellwelle 5 übertragen sich somit über die Kugeln 8 auf die Gegenlagerscheibe 7 und von dieser über die Hülse 7b auf die Kontaktorgane. Erfährt die Temperatureinstellwelle 5 durch Temperaturbeeinflussungen der Membrane 1 eine zusätzliche positive Bewegung, so wölbt sich die Bimetallscheibe 6 durch die gleiche Temperaturbeeinflussung nach unten. Da nun durch die Einstellung der Kugeln 8 die wirksame Bimetalllänge (Länge zwischen Scheibenmittelpunkt und Kugelstützpunkien) auf das Membranevolumen und somit auf die Solltemperatur eingestellt ist, wird der Ausdehnungsfehler kompensiert, indem der durch die Feder 9 druckbeaufschlagte Zylinderkörper 7b den negativen Bewegungen der wirksamen Bimetallänge folgt.
Die Kontakte 10 werden dadurch genau bei Erreichen der eingestellten Temperatur gesteuert.
Bei der minimalen einstellbaren Temperatur hatdasMembranevolumen und somit die eigentemperaturabhängige Fehlausdehnung kleinste Werte. Zur Kompensation dieses Fehlers muss die wirksame Bimetallänge ebenfalls auf ein Minimum eingestellt werden, was durch Verschieben der Kugeln 8 auf den Kreis 7c der Gegenlagerscheibe 7 (vgL Fig. 4) geschieht. Bei der Einstellung der Regeleinrichtung auf eine maximale Temperatur ist die Fehlausdehnung entsprechend dem maximalen Membranevolumen am grössten. Dieses entspricht einer grössten wirksamen Bimetallänge. Die Kugeln 8 müssen auf den Kreis 7d der Gegenlagerscheibe 7 verschoben werden.
Fig. 2 zeigt die Stellung der Kugeln 8 bei der erforderlichen minimalen wirksamen Bimetallänge.
Fig. 3 dagegen zeigt die Stellung der Kugeln bei grösstmöglicher wirksamer Bimetallänge.
Diese beidenPunkte, die als Gegenlagerpunkte auf der Gegenlagerscheibe 7 auftreten, sind auf dieser durch die spiralenförmigen Führungsrinnen 7a miteinander verbunden. Beim Einstellen einer Solltemperatur, was durch Verdrehen der Temperatureinstellwelle 5 geschieht, rollen die Kugeln 8 auf der sich mitdrehenden BimetaUscheibe 6 ab, u. zw. durch die Spiralenbahnen 7a gefilhrt. Da die Kugeln 8 wegen ihres Ablaufens auf der Bimetallscheibe 6 stets nur gegenüber dieser den halben Winkelweg ausführen, schliesst eine Spiralbahn 7a den halben von der Einstellwelle 5 ausfahrbaren Winkelbereich ein.
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7einer Nase 7d der Gegenlagerscheibe 7 derart zusammenwirken, dass die Käfigscheibe 11 im Anfangs-und Endeinstellpunkt der Temperatureinstellwelle 5 begrenzt ist.
Die Gegenlagerscheibe 7 wieder greift mit weiteren Nasen 7e in einen entsprechenden Schlitz des Chassis 12 eis. Die Bimetallscheibe 6 besitzt an ihrem Umfange den Versteifungsrand 6b.
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Da der bei einer bestimmten Membranetemperatur hervorgerufene Ausdehnungsfehler proportional dem Volumsanstieg AVMe Ist, muss die wirksame Bimetallänge durch Verschieben der Kugeln 8 bei jeweils eingestellter Solltemperatur auf das entsprechende Membranevoimnen abgestimmt sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hydraulische Regeleinrichtung mit einem von einem Temperaturfühler gesteuerten Ausdehnungskörper (Membrane, Zylinder mit Kolben), dessen Bewegungen bei Erreichen menuell oder automatisch einstellbarer Solltemperaturen oder Temperaturdifferenzen Ein-, Aus oder Umschaltungen von Kontakt-
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dieser gesteuerter Kompensations-Ausdehnungskörper vorgesehen ist, dessen Bewegungen direkt oder durch Übertragungsmittel auf die vom Ausdehnungskorper (Membrane, Zylinder mit Kolben) gesteuerten Übertragungsglieder einwirken und deren Bewegungen überlagert sind dadurch gekennzeichnet, dass beim Einstellen der Solltemperatur mittels einer Einstellwelle (5) gleichzeitig eine derartige Verstellung an der
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gerufenen Fehlbewegungen grösse. ngleich sind.