DE1253922B - Temperatur-Regeleinrichtung fuer elektromechanische Wandler - Google Patents

Description

DEUTSCHES 4B019WWk PATENTAMT

DeutscheKl.: 42 d-1/12

AUSLEGESCHRIFT =

Aktenzeichen: R 32122 LX b/42 d

1 253 922 Anmeldetag: 19.Februar 1962

Auslegetag: 9. November 1967

Die Erfindung betrifft eine Temperatur-Regeleinrichtung für elektromechanische Wandler, die ein Gehäuse mit einem einen Spalt bildenden Magneten und eine darin schwingbar angeordnete Spule aufweisen, wobei diese Temperatur-Regeleinrichtung mit einer Heizvorrichtung sowie einem die letztere regelnden Thermostaten versehen ist.

In einigen Anwendungsgebieten solcher elektromechanischer Wandler ist es erforderlich, daß diese sehr genau auf aufgenommene Kräfte reagieren. Dabei hat sich gezeigt, daß in einigen Fällen die Veränderungen der Stärke des magnetischen Feldes als Folge von Temperaturschwankungen die gewünschte Ansprechgenauigkeit begrenzen. Solche Temperaturwechsel können von Temperaturunterschieden im Raum herrühren, die wiederum die Temperatur von Teilen der Apparate beeinflussen, mit denen solche elektromechanische Wandler zusammenwirken. Bisher wurden derartige Temperatureinflüsse dadurch ausgeschaltet, daß vollständige Meßeinrichtungen einschließlich des Wandlers in mit Thermostaten für die Konstanthaltung der Temperatur versehene öfen eingebaut wurden. Eine solche Lösung ist nicht nur außerordentlich umständlich, sondern oft wegen der Größenverhältnisse und damit der ungünstigen Auswirkungen auf die Gesamtfunktion der Einrichtung nicht anwendbar.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine relativ einfache und kompakte Temperatur-Regeleinrichtung für elektromechanische Wandler zu schaffen, mit deren Hilfe die Temperatur des Magneten in beträchtlichem Maße konstant gehalten wird und ungünstige Temperatureinflüsse auf einfache Weise ausgeschaltet werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Heizvorrichtung im Abstand vom Magneten im Gehäuse angeordnet und zwischen dieser und dem Magneten eine vom Thermostaten abgetastete, wärmeleitende Platte vorgesehen ist, von der sich ein röhrenförmiger Wärmeleitkörper zum Magneten erstreckt.

Eine derartige Anordnung bringt nicht nur den Vorteil mit sich, daß keine großen öfen benötigt werden, sondern die Meßeinrichtung und insbesondere der elektromechanische Wandler ist stets zugänglich, und die Funktion des Wandlers wird nicht durch die Anwendung verhältnismäßig hoher Temperaturen beeinflußt.

Die Erfindung wird nun an Hand eines Ausführungsbeispiels brachrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Frontansicht eines Wandlers,

Fig. 2 einen axialen Ouerschnitt eines Wandlers, Temperatur-Regeleinrichtung für
elektromechanische Wandler

Anmelder:

Wilfred Roth, West Hartford, Conn. (V. St. A.)

Vertreter:
° Dr.-Ing. E. Maier,

Patentanwalt, Stuttgart 1, Werastr. 24

Als Erfinder benannt:
¹S Wilfred Roth, WestHartford, Conn.;

Edward William Beal, Wethersfield, Conn.
(V.St.A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 20. Februar 1961 (90 272)

as dessen Schwingspule an einer Röhre befestigt ist, deren Bewegung abgetastet werden soll,

F i g. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 nach Fig. 2 und
F i g. 4 einen Schaltplan für den Thermostaten und das Heizelement.

In den Zeichnungen ist der im wesentlichen zylinderförmige, geschlossene Magnet dargestellt. Er besteht aus einem äußeren zylindrischen Magnettopf 11, der über den Bodenll' mit dem Mittelpol 12 aus pennanentmagnetischem Material verbunden ist. Am vorderen Ende des Mittelpols 12 ist ein Polstück 13 derart angeordnet, daß zwischen dem Polstück und den umgebenden Teilen des Magnettopfesll ein kreisrunder Spalt stehen bleibt. Um den Spulenhalter 15 ist eine Spule 14 gewickelt, und diese ist schwingbar innerhalb des Spaltes angeordnet.

Wie dargestellt, ist der Spulenhalter an einem Befestigungselement 16 befestigt, welches seinerseits an der Röhre 17, deren Bewegung abgetastet werden sollen, montiert ist. Die Röhre 17 ist an einem nicht dargestellten Punkt drehbar gelagert, der so weit entfernt ist, daß die Spule 14 sich ungefähr in axialer Richtung in dem Spalt bewegt. Bei anderen Anwendungen kann die Spule in entsprechender Weise beweglich in dem Spalt montiert werden.

Der Magnet ist im vorderen Teil des aus den Temperaturisolierbüchsen 21 und 22 bestehenden Ge-

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häuses angeordnet. Ein Ring 23 aus temperaturisolierendem MateriaUst zum Verschluß der vorderen Teile der Isolierbüchsen vorgesehen und erstreckt sich über den vorderen Teil des Magnettopfes 11. Die Isolierbüchsen werden durch eine Scheibe 24 aus wärmeisolierendem Material; die zwischen' dein geschlossenen hinteren Teilen der- Isolierbüchsen, angeordnet ist, im Abstand voneinander gehalten. Für die Zuführungsleitungen zum Heizelement.'.isi eine' kleine Öffnung 25 vorgesehen.« ■ · : \>

Es ist ein Heizelement 26 vorgesehen, das eine Heizspule 27, die auf einem keramischen Träger 28 montiert ist, aufweist. Das Heizelement ist an einer Montageplatte 29 befestigt, die sich quer durch das Gehäuse erstreckt. Zu diesem Zweck ist ein Einsatz 31 vorgesehen, der an dem keramischen Träger 28 und an der Montageplatte 29 durch einen Bolzen 32 befestigt ist. -

Ein röhrenförmiger Wärmeleiter 33 mit sehr guter Wärmeleitfähigkeit hat einen verhältnismäßig dünnwandigen vorderen Teil 33', der den' Magneten umschließt und sehr eng mit diesem in Kontakt steht. Das hintere Ende des röhrenförmigen Wärmeleiters 33 ist ein dickeres Teil 33". Öuer an dem hinteren dickeren Ende 33" des röhrenförmigen Wärmeleiters 33 ist eine dünne Platte oder eine Membran 34 befestigt. Innerhalb des röhrenförmigen Wärmeleiters 33 ist in Kontakt mit' dieser Membran 34 ein Thermostat 35 angeordnet. Dieser Thermostat ist derart ausgebildet, daß er die Temperatur der MenSbran abtasten kann. ... - .,

Der Thermostat 35, der dargestellt ist, ist ein ,handelsüblicher Typ,'der aus einem"dehnbaren äußeren Gehäuse 36 und einer Metallbrücke 37 von geringem Ausdehnungsvermögen besteht. Wenn sich das äußere Gehäuse ausdehnt oder zusammenzieht, dann verursacht die Brücke eine Bewegung der Blattfeder 38, so daß diese entweder in Kontakt oder außer Kontakt mit der justierbaren Madenschraube 39 gerät. An der Blattfeder 38 und der Madenschraube 39 sind jeweils zum Anschluß- an einen äußeren Stromkreis geeignete Kontakte befestigt.
; Wie in F i g. 4 dargestellt, ist der Theimostat 35 in Serie mit dem Heizelement 26 geschaltet und wird von einem geeigneten Generator über die Leitungen 41 mit Strom versorgt. Die Verbindungen können innerhalb des Gehäuses vorgenommen werden und die Leitungen ,dann durch die Öffnung 25 geführt werden. Die Leitungen .sind der Übersicht halber in der Zeichnung nicht eingezeichnet.

.Damit der Wandler sehr schnell vom Kaltstart auf .die Betriebstemperatur aufgeheizt werden kann, und um eine gleichmäßige, Temperatur bei Betrieb zu erhalten, ist für ,den Heizer eine Betriebstemperatur vorgesehen, die wesentlich höher als die Temperatur ist, die im Magneten aufrechterhalten werden soll. Zum Beispiel arbeitet in einer Ausführungsform der Heizer im Temperaturbereich von 1300 bis 1450° C, und die Betriebstemperatur des Thermostaten ist ungefähr 290° C

Vorteilhafterweise ist die Membran 34 gut wärmeleitend und möglichst dünn, so daß sie nur eine kleine thermische -Trägheit aufweist. Dementsprechend ist die Temperatur der-Membran, die von dem Thermostaten abgetastet wird, fast gleich der Temperatur des hinteren Endes des dicken Teils 33" des röhrenförmigen Wärmetauschers 33, an das dje Membran angebracht ist. Die Membran verhindert, daß der Ther-4 -

mostat dem direkten EiöfcußJ,4^er hohen Temperatur · des Heizelementes aus^es^tiist.

Eine Membran, die mögliehst dünn ist, damit sie nur eine geringe thermische Trägheit hat, kann immer riöch |von ^sp ^usreicherjder^ Stabilität siein,; daß sie (fen relativ leichten ..Thermostaten . $5 tragen JcsSik. Die Membran kann jedoch nicht das schwere Heizelement 26 tragen. Aus diesem Grunde ist die Montageplatte 2? hur. Montage des Heizelements vorgesehen. Vorteilhafterweise ist die Montageplatte schmal ausgebildet und ausgeschnitten, wie in F i g. 3 dargestellt, damit der Wärmefluß zu der Membran und dem röhrenförmigen Wärmeleiter 33 nicht mehr als für eine angemessene Stabilität nötig behindert wird.

Der Hauptteil der Wärmestrahlung der Heizspule 27 wird direkt von . dem dicken Ende des röhrenförmigen Wärmeleiters 33 empfangen, da es im wesentlichen gegenüber angeordnet ist. Der dicke Teil 33" dient als Wärmespeicher um Temperaturschwankungen im Magnet als Folge des Ein- und Ausschaltens des Heizelementes zu verhindern. Die Wärme gelangt von dem dicken Teil· 33" zu dem angrenzen*- den rückwärtigen Teil des Magnets und auch über den dünnwandigen, vorderen Teil 33' zu dem*^: Magnettopf. Der dünnwandige vordere Teil 33' hat eine geringere thermische Trägheit als der dicke Teil 33", so daß die Wärme gleichmäßig zü dem Magneten gelangt. Auf diese- Weise wirkt der rohrförmige Wärmeleiter als thermisches Filter und kann fast als thermisches Filter· bezeichnet werden. ·.·.··■

Wenn beim Start von einem verhältnismäßig kalten Zustand ausgegangen wird, dann wird durch die hohe Temperatur des Heizelementes die Temperatur des angrenzenden'dicken Teils des röhrenförmigen Wärmeleiters und der Membran 24 auf: die-Temperatur, auf die der Thermostat eingestellt ist, gebracht, worauf der Heizelementstromkreis unterbrochen wird. Die Wärme wird dann durch den röhrenförmigen Wärmeleiter zu dem Magneten, fließen, wodurch sich die Temperatur der Membran 34. verringert, was-zur Folge hat, daß derThermostat die Heizung wieder einschaltet. Dieser Zyklus wird sich mit abnehmender Dauer der Phasen, in denen jeweils'die Heizung eingeschaltet ist, wiederholen, bis ein stabiler Betriebszustand erreicht ist, danach wird das Heizelement ein- oder ausgeschaltet werden wie es erforderlich ist.

Geringe Temperaturschwankungen werden von dem Thermostaten herrühren. Teilweise sind diese eine Folge der Temperaturdifferenz zwischen der Auslösung der Einschaltung und der Ausschaltung des Thermostaten und eine Folge des Überlaufens und Unterlaufens infolge der Wärmeträgheit des Heizelementes. Diese Temperaturschwankungen am Thermostaten sind im wesentlichen die gleichen wie die am hinteren Ende des dicken Teils 33", da die Membran 34 sehr geringe Wärmeträgheit, aufweist. Dader dicke Teil 33" ein beträchtliches Wärmespeioherveymögen hat, sind diese Temperaturschwankungen, am Magnet beträchtlich geringer. _T,,.

Auf diese Weise wirkt der röhrenfömige, Wärmeleiter 33 als thermisches Filter wie ein elektrisches Filter in einem Wechselstromkreis und trägt dazu bei, daß der Magnet die gewünschte gleichmäßige Temperatur hat. .„

Die Isolierung, die durch den Zwischenraum zwischen den Temperaturisolierbüchsen 21 und 22 gf ge-

Claims (9)

ben ist, dient dazu, den Magneten auf gleichmäßiger Temperatur zu halten und verhindert unnötige Wärmeverluste. Damit unnötige Wärmeverluste durch den kreisringförmigen Spalt zwischen dem Polstück 13 und dem Magnettopfll vermieden werden, und damit auf diese Weise eine gleichmäßige Magnettemperatur gehalten wird, ist der Spulenhalter 15 vorteilhafterweise aus wärmeisolierendem Material ausgebildet und so angeordnet, daß er im wesentlichen den Spalt bei gleichzeitiger freier Beweglichkeit der Spule ganz ausfüllt. Das dem Spalt gegenüberliegende Ende des Spulenhalters ist vorteilhaft durch einen verhältnismäßig dickwandigen Teil 15' verschlossen, so daß Wärmeverluste vom vorderen Teil des Polstückes 13 herabgesetzt werden und der Spulenhalter von den wechselnden Temperaturen in der Röhre oder einem anderen Glied, an dem er befestigt ist, isoliert ist. Der Ring 23 erstreckt sich zu dem gleichen Zweck vorteilhafterweise über den vorderen Teil des Magneten. Als Beispiel können verschiedene Abmessungen und Materialien angegeben werden, die sich für spezielle Anwendungen als zweckmäßig erwiesen haben. Es ist selbstverständlich, daß diese nur der Erlauterung dienen. Für diese vorliegende spezielle Anwendung sind die Membran 34, der röhrenförmige Wärmeleiter 33, die Temperaturisolierbüchsen 21,22 und die Montageplatte 29 aus Aluminium. Der äußere Durchmesser des röhrenförmigen Wärmeleiters 33 war 6,34 cm, die Wandstärke des dicken Teils 33" war 1,27 cm und die des vorderen Teils 33' war ungefähr 0,38 cm. Die Länge des vorderen Teils 33' betrug ungefähr 0,159 bis 0,476 cm und die des dicken Teils 33" ungefähr 1,43 cm. Die Dicke der Membran 34 betrug ungefähr 0,051 cm. Der zylinderförmige Aufbau der Anordnung, wie er in den Zeichnungen dargestellt ist, erleichtert die Herstellung und den Zusammenbau, und die axiale Symmetrie ist vorteilhaft für eine gute Temperaturregulierung. Es ist selbstverständlich, daß auch andere Ausbildungen Verwendung finden können, wenn es gewünscht ist. Für das Gehäuse des Wandlers können geeignete Befestigungselemente entsprechend der beabsichtigten Verwendung vorgesehen sein. Im großen und ganzen ist es wünschenswert, Armaturen zu vermeiden, die geeignet sind, Wärme von dem Gehäuse abzuleiten. Aus diesem Grunde soll wärmeisolierendes go Material dabei Verwendung finden. Patentansprüche:

1. Temperatur-Regeleinrichtung für elektromechanische Wandler, die ein Gehäuse mit einem einen Spalt bildenden Magneten und eine darin schwingbar angeordnete Spule aufweisen, mit einer Heizvorrichtung sowie einem diese regeln-

den Thermostaten, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (26) im Abstand vom Magneten (11 bis 13) im Gehäuse (21 bis 23) angeordnet und zwischen dieser und dem Magneten (11 bis 13) eine vom Thermostaten (35) abgetastete, wärmeleitende Platte (34) vorgesehen ist, von der sich ein röhrenförmiger Wärmeleitkörper (33) zum Magneten (11 bis 13) erstreckt.

2. Einreichung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der röhrenförmige Wärmeleitkörper (33) vom Umfang der wärmeleiten den Platte (34) zum Magneten (11 bis 13) erstreckt und diesen eng anliegend umschließt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des röhrenförmigen Wärmeleitkörpers (33) im Bereich (33") zwischen der Platte (34) und dem Magneten (11 bis 13) wesentlich größer als in dem den Magneten (11 bis 13) umschließenden Bereich (33') ist.

4. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermostat (35) innerhalb des röhrenförmigen Wärmeleitkörpers (33) angeordnet ist.

5. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermostat (35) mit der dem Magneten (11 bis 13) zugekehrten Seite der Platte (34) im Kontakt angeordnet ist.

6. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (34) eine dünne Membran ist.

7. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein wärmeisolierendes Gehäuse (21 bis 23), dessen vom Spalt des Magneten (11 bis 13) abgekehrtes Ende im wesentlichen geschlossen und an dessen anderem Ende eine wärmeisolierende Ringscheibe (23) vorgesehen ist, die sich in Richtung auf den Spalt erstreckt und den Magneten (11 bis 13) abdeckt.

8. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (11 bis 13) ein röhrenförmiges, äußeres Teilstück (11) und ein Mittelpolteilstück (13) aufweist, das mit dem äußeren Teilstück (11) einen die Spule (14) aufnehmenden Ringspalt bildet, daß die Spule (14) einen Spulenkörper (15) aus einem wärmeisolierenden Werkstoff aufweist, der den größten Teil des Ringspaltes einnimmt.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Ringspalt abgekehrte Ende (15') des Spulenkörpers (15) mittels wärmeisolierenden Werkstoffes verschlossen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 837180, 860 562, :5 767.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 687/168 10.67 O Buodesdruckerei Berlin