DE1258990B

DE1258990B - Device for regulating an electrical heating device

Info

Publication number: DE1258990B
Application number: DE1960K0039746
Authority: DE
Inventors: Harry Ivern Baker; Gary Floyd Woodward
Original assignee: King Seeley Thermos Co
Current assignee: King Seeley Thermos Co
Priority date: 1960-01-27
Filing date: 1960-01-27
Publication date: 1968-01-18

Description

Vorrichtung zum Regeln einer elektrischen Heizvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln einer elektrischen Heizvorrichtung, etwa eines elektrischen Ofens, zum Anschluß an eine Speisespannungsquelle veränderbarer Spannung.Apparatus for controlling an electric heating device The invention relates to a device for controlling an electrical heating device, such as one electric furnace, for connection to a supply voltage source of variable voltage.

Es ist bereits ein Thermorelais bekannt, bei dem ein U-förmiger Bimetallstreifen vorgesehen ist, dessen einer Schenkel mit einer Heizwicklung versehen ist. Diese bekannte Vorrichtung ermöglicht lediglich eine Kompensation des Einflusses der Umgebungstemperatur, nicht jedoch eine Kompensation des Einflusses von Änderungen der Speisespannungsquelle für die Heizwicklung.A thermal relay is already known in which a U-shaped bimetal strip is provided, one leg of which is provided with a heating coil. These known device only allows compensation for the influence of the ambient temperature, but not a compensation for the influence of changes in the supply voltage source for the heating coil.

Gemäß einer anderen bekannten Vorrichtung, die zum Regeln einer Heizvorrichtung dient, ist ein elektrisch betätigbares Stellglied und ein Thermofühler vorgesehen, wobei ein impulserzeugender, mit einer Heizwicklung versehener Bimetallschalter und ein zweiter Bimetallschalter in dieser Vorrichtung inbegriffen sind. Diese bekannte Vorrichtung ist lediglich als Überhitzungsschutz ausgebildet, die die Abschaltung eines an eine Stromquelle angeschlossenen Heizelementes bewirken soll, wenn dessen Heizwicklung; eine vorbestimmte Temperatur überschreitet. Für Temperaturregelungen selbst ist diese Vorrichtung jedoch nicht geeignet.According to another known device used for controlling a heating device is used, an electrically operated actuator and a thermal sensor are provided, wherein a pulse-generating bimetal switch provided with a heating coil and a second bimetal switch are included in this device. This well-known The device is only designed as an overheating protection, the shutdown a heating element connected to a power source is intended to effect when its Heating coil; exceeds a predetermined temperature. For temperature controls however, this device itself is not suitable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Regeln einer elektrischen Heizvorrichtung zu schaffen, die sowohl von der Umgebungstemperatur wie auch von der Spannung der Speise -spannungsquelle unbeeinilußt bleibt und die eine große Empfindlichkeit aufweist.The invention is based on the object of a device for regulating to create an electric heater that is both dependent on the ambient temperature as well as remains unaffected by the voltage of the supply voltage source and the has great sensitivity.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im wesentlichen darin zu sehen, daß bei einer Vorrichtung mit einem Thermofühler, mit einem elektrisch betätigbaren Stellglied, mit einem impulserzeugenden, mit einer Heizwicklung versehenen Bimetallschalter sowie mit einem zweiten Bimetallschalter der Thermofühler als Widerstandsthermometer ausgebildet ist und die Heizwicklung des impulserzeugenden Bimetallschalters mit dem Widerstandsthermometer und dem Kontakt des impulserzeugenden Bimetallschalters elektrisch mit einer Spannungsquelle verbunden ist, so daß der impulserzeugende Bimetallschalter intermittierend betätigt wird, wobei die Heizwicklung des zweiten Bimetallschalters über die Kontakte des impulserzeugenden Bimetallschalters an die Speisespannungsquelle angeschaltet ist, der zweite Bimetallschalter die »Ein-Aus«-Schaltung des Stellgliedes bewirkt und der zweite Bimetallschalter eine thermische Zeitkonstante aufweist, die größer ist als die des impulserzeugenden Bimetallschalters.The solution to this problem is essentially to be seen in that in the case of a device with a thermal sensor, with an electrically operated one Actuator with a pulse-generating bimetal switch provided with a heating coil as well as with a second bimetal switch the thermocouple as a resistance thermometer is formed and the heating coil of the pulse-generating bimetal switch with the resistance thermometer and the contact of the pulse-generating bimetal switch is electrically connected to a voltage source, so that the pulse generating Bimetal switch is operated intermittently, the heating coil of the second Bimetal switch via the contacts of the pulse-generating bimetal switch to the The supply voltage source is switched on, the second bimetal switch is the "on-off" switch of the actuator causes and the second bimetal switch a thermal time constant which is larger than that of the pulse-generating bimetal switch.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist die Heizwicklung des impulserzeugenden Bimetallschalters mit dem Widerstandsthermometer und dem Kontakt des impulserzeugenden Bimetallschalters in Reihe an die Spannungsquelle geschaltet, und die Heizwicklung des zweiten Bimetallschalters liegt parallel zu der Heizwicklung des impulserzeugenden Bimetallschalters und des Widerstandsthermometers.According to a particular embodiment, the heating winding is the pulse-generating one Bimetal switch with the resistance thermometer and the contact of the pulse generator Bimetal switch connected in series to the voltage source, and the heating coil of the second bimetal switch is parallel to the heating winding of the pulse generator Bimetal switch and resistance thermometer.

Die Bimetallschalter können in an sich bekannter Weise U-förmige Bimetallelemente umfassen, wobei der eine Schenkel an seinem Ende als Halterung dient und der andere Schenkel einen Kontakt aufweist. Hierdurch wird eine Kompensation des Einflusses von Umgebungstemperaturen erzielt.The bimetallic switches can be U-shaped bimetallic elements in a manner known per se include, one leg serving as a holder at its end and the other Leg has a contact. This compensates for the influence achieved by ambient temperatures.

Der impulserzeugende Bimetallschalter kann mit einer Zusatzwicklung versehen sein, die an die Endpunkte der Reihenschaltung des Widerstandsthermometers und der Heizwicklung angeschaltet ist. Vorzugsweise ist dabei die Zeitkonstante des die Zusatzwicklung und den Schenkelteil einschließenden thermischen Systems größer als die Zeitkonstante des die Impulserzeugung bewirkenden Systems des Bimetallschalters.The pulse-generating bimetal switch can be equipped with an additional winding be provided which at the end points of the series connection of the resistance thermometer and the heating coil is switched on. The time constant is preferred of the thermal system including the auxiliary winding and the leg part greater than the time constant of the system of the bimetal switch that causes the pulse generation.

Der impulserzeugende Bimetallschalter kann außerdem eine zweite Zusatzwicklung aufweisen, die elektrisch mit dem Stellglied zusammengeschaltet ist. Das die zweite Zusatzwicklung und den Schenkelteil einschließende thermische System hat vorzugsweise eine kleinere Zeitkonstante als das die Impulserzeugung bewirkende System des Bimetallschalters.The pulse-generating bimetal switch can also have a second additional winding have, which is electrically interconnected with the actuator. That the second Additional winding and the leg part enclosing thermal system preferably has a smaller time constant than the pulse generation system of the bimetal switch.

Gemäß einer abgeänderten Ausführungsform, die besonders zum Schalten kleinerer Leistungen geeignet ist, wird der zweite Bimetallschalter zugleich als Stellglied verwendet: Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen ergänzend beschrieben.According to a modified embodiment, particularly for switching suitable for smaller performances is the second bimetal switch at the same time used as an actuator: The invention is illustrated schematically below with reference to hand Drawings of several exemplary embodiments additionally described.

F i g. 1 zeigt eine einfache Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß -der Erfindung; F i g. 2 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der eine Zusatzwicklung vorgesehen ist; F i g. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der zwei Zusatzwicklungen verwendet sind.F i g. 1 shows a simple embodiment of a device according to -the invention; F i g. 2 shows another embodiment in which an additional winding is provided; F i g. 3 shows a further embodiment in which two additional windings are used.

Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung weist einen impulserzeugenden Bimetallschalter 10 auf, der durch ein Widerstandsthermometer 12 gesteuert wird und ein zweites Bimetallrelais 14 steuert, welches wiederum ein Stellglied 16. zur Beeinflussung des Stromflusses von einer Energiequelle 20 durch einen Belastungswiderstand 18 steuert. Die Steuervorrichtung wird über einen Transformator 22 von der Speisespannungsquelle 20 aus versorgt.The in F i g. 1 shown has a pulse generating device Bimetal switch 10, which is controlled by a resistance thermometer 12 and a second bimetal relay 14 controls, which in turn controls an actuator 16. for Influencing the flow of current from an energy source 20 by a load resistor 18 controls. The control device is supplied by the supply voltage source via a transformer 22 20 off supplied.

Das Widerstandsthermometer 12 kann aus Draht hergestellt sein und einen hohen positiven Temperaturkoeffizienten des ' Widerstandes aufweisen oder etwa ein keramisches Widerstandselement mit hohem negativem Temperaturkoeffizienten sein. Bei der Vorrichtung nach Fig.1 ist ein Widerstandsthermometer mit positivem Temperaturkoeffizienten verwendet.The resistance thermometer 12 can be made of wire and have a high positive temperature coefficient of resistance or for example a ceramic resistance element with a high negative temperature coefficient be. In the device of Figure 1 is a resistance thermometer with positive Temperature coefficient used.

Als Speisespannungsquelle kann z. B. eine Wechselstromleitung verwendet sein, etwa ein Drehstromsystem, wobei der Transformator 22 an zwei Leiter dieses Systems angeschlossen ist. Die Primärwicklung des Abwärtstransformators 22 ist über die Klemme T 6, den Schalter 184, 186, die Klemme T7 an die Leitung 20 a angeschlossen und mit dem anderen Ende mit der Leitung 20 b verbunden. Die Sekundärwicklung des Transformators ist mit dem Ende 26 über die Klemme T3 mit dem Kontakt 25 eines Schalters verbunden. Das andere Ende der Sekundärwicklung führt an eine Leitung 28. Der Kontakt 25 bildet mit einem zugeordneten Kontakt 24 einen Schalter, um die Vorrichtung gemäß der Erfindung ein- oder auszuschalten. An den Kontakt 24 einerseits und die Leitung 28 andererseits ist die Reihenschaltung eines Widerstandsthermometers 12 mit der Wicklung 44 eines impulserzeugenden Bimetallschalters 10 und mit einem Kontaktpaar 40, 42 angeschaltet. Die Wicklung 44 dient als Heizwicklung für ein Bimetallelement, welches U-förmig gestaltet ist und einen Schenkel 30 aufweist, an dessen freiem Ende ein Kontakt 40 befestigt ist, der mit dem Kontakt 42 zusammenwirkt, ferner einen weiteren Schenkel 32 umfaßt, der an seinem freien Ende an der Stelle 34 an einem Gehäuseteil od. dgl. befestigt ist. Die beiden Schenkel sind durch einen Quersteg 36 miteinander verbunden, der zur Verstärkung einen rechtwinklig zur Ebene der Schenkel verlaufenden Verstärkungssteg 38 aufweist. Das eine Ende der Wicklung 44 ist an der Stelle 46 mit dem Schenkel 30 verbunden und an seinem anderen Ende 48 an der Stelle T1 mit dem Widerstandsthermometer 12 verbunden.As a supply voltage source, for. B. can be used an AC line, such as a three-phase system, the transformer 22 is connected to two conductors of this system. The primary winding of the step-down transformer 22 is connected via the terminal T 6, the switch 184, 186, the terminal T7 to the line 20 a and connected at the other end to the line 20 b. The secondary winding of the transformer is connected at the end 26 via the terminal T3 to the contact 25 of a switch. The other end of the secondary winding leads to a line 28. The contact 25 forms a switch with an associated contact 24 in order to switch the device according to the invention on or off. The series connection of a resistance thermometer 12 with the winding 44 of a pulse-generating bimetal switch 10 and with a pair of contacts 40, 42 is connected to the contact 24 on the one hand and the line 28 on the other hand. The winding 44 serves as a heating winding for a bimetal element, which is U-shaped and has a leg 30 , at the free end of which a contact 40 is attached, which cooperates with the contact 42, further comprises a further leg 32 , which at its free end End at the point 34 or on a housing part. The like. Is attached. The two legs are connected to one another by a transverse web 36 which, for reinforcement, has a reinforcing web 38 extending at right angles to the plane of the limbs. One end of the winding 44 is connected at the point 46 to the leg 30 and at its other end 48 is connected to the resistance thermometer 12 at the point T1.

Der zweite Bimetallschalter 14 umfaßt ein Bimetallelement, das ebenfalls U-förmig ausgebildet ist. Der Schenkel 106 des Bimetallelementes ist an der Stelle 114 mit einem Teil des Gehäuses verbunden, so daß dieses Ende des Schenkels 106 sich nicht bewegen kann. Der andere Schenkel 104 weist einen Kontakt 122 auf, der mit einem Kontakt 124 zusammenwirkt. Der Kontakt 124 ist über eine Justiereinrichtung 126, 138, 1460 mit einem gehäusefesten Teil verbunden. Die beiden Schenkel 104 und 106 sind über einen Quersteg 108 miteinander verbunden, der mittels eines rechtwinklig zu der Ebene der Schenkel liegenden Verstärkungsstegs 110 verstärkt ist, so daß er sich bei mechanischen oder thermischen Beanspruchungen nicht verbiegt. An dem freien Ende des Schenkels 104 ist ein Anker 120 aus einem ferromagnetischen Material befestigt. Der Kontakt 124 ist als Magnet ausgebildet, in dessen Magnetfeld sich der Anker 120 befindet. Der Schenkel 104 trägt eine Heizwicklung 100, die an einem Ende mit dem Bimetallelement verbunden ist, an das auch über die Klemme-T2--der -Leiter--28--angesehlossen-ist. Das-andere Ende der Wicklung 100 ist über eine Verbindungsstelle 102 und eine Leitung 60 mit dem Bimetallelement des impulserzeugenden Bimetallschalters 10 verbunden.The second bimetal switch 14 comprises a bimetal element which is also U-shaped. The leg 106 of the bimetal element is connected at the point 114 to a part of the housing so that this end of the leg 106 cannot move. The other leg 104 has a contact 122 which interacts with a contact 124. The contact 124 is connected to a part fixed to the housing via an adjusting device 126, 138, 1460. The two legs 104 and 106 are connected to one another via a transverse web 108, which is reinforced by means of a reinforcing web 110 lying at right angles to the plane of the legs, so that it does not bend under mechanical or thermal loads. An armature 120 made of a ferromagnetic material is attached to the free end of the leg 104. The contact 124 is designed as a magnet, in whose magnetic field the armature 120 is located. The leg 104 carries a heating coil 100, which is connected at one end to the bimetal element to which the -conductor -28-is also connected via the terminal-T2-. The other end of the winding 100 is connected to the bimetal element of the pulse-generating bimetal switch 10 via a connection point 102 and a line 60.

Ferner ist noch ein Stellglied 16 vorgesehen, welches als Thermorelais ausgebildet ist, dessen Heizfaden 150 über die Kontakte 122, 124 des zweiten Bimetallschalters 14 mit dem Kontakt 24 einerseits und der Leitung 28 andererseits verbunden ist. Das Thermorelais ist so ausgebildet, daß die Kontakte 130 und 182 desselben bei einem Stromfluß durch den Heizfaden 150 geschlossen werden. Der Kontakt 180 ist an einem Kontaktarm 176 befestigt, der einseitig gehäusefest gelagert ist. Dieser Kontaktarm steht in Richtung einer Schließbewegung unter Vorspannung. In einer eingebuchteten Stelle des als Feder ausgebildeten Kontaktarmes 176 ist eine Betätigungsstange 168 gelagert, über die der Heizfaden 150 in einem Winkel gespannt ist. Der Heizfaden ist an den Stellen 136 und 152 befestigt, und diese Stellen sind über eine Leitung 154 mit dem Kontakt 24 bzw. über eine Leitung 132 mit dem Stellhebel 126 der Justiereinrichtung für den Kontakt 124 verbunden. Der Kontaktarm 176 ist an eine Klemme T41 angeschlossen, an die die Leitung 20 c des Drehstromnetzes 20 geführt ist. Der Kontakt 132 führt an eine Klemme T 5, an die das eine Ende des Verbrauchers 18 angeschlossen ist, dessen anderes Ende an die Klemme T6 führt.An actuator 16 is also provided, which acts as a thermal relay is formed, the filament 150 via the contacts 122, 124 of the second bimetal switch 14 is connected to the contact 24 on the one hand and the line 28 on the other hand. The thermal relay is designed so that the contacts 130 and 182 of the same a current flow through the filament 150 can be closed. Contact 180 is attached to a contact arm 176 which is mounted on one side fixed to the housing. This Contact arm is under tension in the direction of a closing movement. In an indented An actuating rod 168 is in place of the contact arm 176 designed as a spring stored over which the filament 150 is stretched at an angle. The filament is attached to locations 136 and 152, and these locations are wired 154 with the contact 24 or via a line 132 with the adjusting lever 126 of the adjusting device connected for contact 124. The contact arm 176 is connected to a terminal T41, to which the line 20 c of the three-phase network 20 is guided. Contact 132 leads to a terminal T 5 to which one end of the consumer 18 is connected, the other end of which leads to terminal T6.

Diese Vorrichtung hat folgende Wirkungsweise. Stellt das Thermometer 12 eine Temperatur fest, die unter dem eingestellten Sollwert liegt, so fließt von der Sekundärwicklung des Übertragers 22 ein Strom durch das Widerstandsthermometer 12, die Wicklung 44 und die in diesem Zustand geschlossenen Kontakte 40, 42. Der durch die Wicklung 44 fließende Strom erhitzt den Schenkel 30, so daß sich dieser in Öffnungsrichtung der Kontakte 40, 42 verbiegt. Sobald diese Kontakte geöffnet sind, wird der Strom in der Wicklung 44 unterbrochen, so daß sich der Schenkel 30 wieder abkühlt und die Kontakte nach einer gewissen Zeit wieder geschlossen werden. Sodann wiederholt sich der Vorgang in der soeben beschriebenen Weise. Der Abstand der Kontaktschließzeiten läßt sich durch geeignete Bemessung der thermischen Zeitkonstante des Schenkels 30 nach Belieben bemessen. Der Bimetallschalter 10 wirkt also durch die sich dauernd wiederholende öffnungs- und Schließbewegung der Kontakte 40, 42 als impulserzeugender Schalter.This device has the following mode of operation. If the thermometer 12 detects a temperature that is below the setpoint value, a current flows from the secondary winding of the transformer 22 through the resistance thermometer 12, the winding 44 and the contacts 40, 42, which are closed in this state Current heats the leg 30 so that it bends in the opening direction of the contacts 40, 42. As soon as these contacts are opened, the current in the winding 44 is interrupted, so that the leg 30 cools down again and the contacts are closed again after a certain time. The process is then repeated in the manner just described. The distance between the contact closing times can be dimensioned as desired by suitable dimensioning of the thermal time constant of the leg 30. The bimetallic switch 10 thus acts as a pulse-generating switch due to the continuously repeating opening and closing movement of the contacts 40, 42.

Sobald die Kontakte 40, 42 geschlossen sind, fließt ein Strom durch diese, durch das Bimetallelement des Schalters 10, die Leitung 60 und die Wicklung 100 des zweiten Bimetallschalters, das Bimetallelement desselben und an die Leitung 28. Die Heizwicklung 100 des zweiten Bimetallschalters 14 wird also von Strom durchflossen, wenn die Kontakte 40, 42 geschlossen sind. Da die thermische Zeitkonstante der Wicklung 100 in Verbindung mit dem Schenkel 104 des zweiten Bimetallschalters größer ist als die Zeitkonstante des ersten Bimetallschalters, werden die durch die Wicklung 100 fließenden Stromimpulse integriert. Das Bimetallelement 104, 106, 108, 110 stellt sich also auf einen dem Integral des Quadrates der Stromimpulse entsprechenden Wert ein. Da eingangs vorausgesetzt ist, daß die von dem Widerstandsthermometer 12 festgestellte Temperatur unterhalb des Sollwertes liegt, sind die Kontakte 122, 124 geschlossen. Deshalb fließt ein Strom durch die Leitungen 132 und 154 und durch den Heizfaden 150, so daß das Stellglied 16 geschlossen wird und ein Strom durch den Verbraucher 18 fließt. Dieser heizt sich daher weiter auf, so daß auch die von dem Widerstandsthermometer 12 festgestellte Temperatur ansteigt, da dieses im allgemeinen thermisch mit dem Verbraucher gekuppelt ist. Sobald der Verbraucher 18 eine Temperatur entwickelt hat, die einen gewissen Betrag oberhalb des Sollwertes liegt, hat sich der Widerstand des Thermometers 12 so weit erhöht, daß die Schließzeiten der Kontakte 40, 42 wegen der geringeren Erwärmung des Schenkels 30 vergrößert sind. Diese vergrößerten Schließzeiten bewirken auch einen höheren integrierten Stromfluß durch die Wicklung 100 des zweiten Bimetallschalters. Dieser wird daher wegen der größeren Erwärmung des Bimetallelementes geöffnet. Als Folge davon wird der Strom durch den Heizfaden 150 und damit auch durch den Verbraucher 18 unterbrochen.As soon as the contacts 40, 42 are closed, a current flows through them this, through the bimetal element of the switch 10, the line 60 and the winding 100 of the second bimetal switch, the bimetal element same and to the line 28. The heating coil 100 of the second bimetal switch 14 is that is, current flows through it when the contacts 40, 42 are closed. Since the thermal Time constant of winding 100 in connection with leg 104 of the second bimetal switch is greater than the time constant of the first bimetal switch, the the winding 100 integrates flowing current pulses. The bimetal element 104, 106, 108, 110 is therefore based on one of the integral of the square of the current pulses corresponding value. Since it is initially assumed that the resistance thermometer 12 is below the setpoint temperature, the contacts 122, 124 closed. Therefore, a current flows through lines 132 and 154 and through filament 150 so that actuator 16 is closed and flow is through the consumer 18 flows. This therefore continues to heat up, so that the the temperature detected by the resistance thermometer 12 increases, since this generally is thermally coupled to the consumer. As soon as the consumer 18 has a temperature has developed, which is a certain amount above the setpoint, has developed the resistance of the thermometer 12 increases so much that the closing times of the contacts 40, 42 are enlarged because of the lower heating of the leg 30. These enlarged Closing times also result in a higher integrated current flow through the winding 100 of the second bimetal switch. This is because of the greater warming of the bimetal element opened. As a result, the current goes through the filament 150 and thus also interrupted by the consumer 18.

Nunmehr sei der Einfluß der Umgebungstemperatur auf die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig.1 beschrieben. Erhöht sich z. B. die Umgebungstemperatur, so verbiegen sich die Schenkel 30 und 32 des impulserzeugenden Bimetallschalters 10 um gleiche Beträge. Bei geeigneter Lage des Kontaktes 40 und der Befestigungsstelle 34 tritt daher keine Veränderung des Schaltzustandes des Kontaktpaares 40, 42 auf, sondern es tritt lediglich eine Verbiegung des Steges 36 zur Seite hin auf. In gleicher Weise ist auch bei dem zweiten Bimetallschalter eine Temperaturkompensation gewährleistet.The influence of the ambient temperature on the operation of the device according to FIG. 1 will now be described. If z. B. the ambient temperature, the legs 30 and 32 of the pulse-generating bimetal switch 10 bend by the same amount. Given a suitable position of the contact 40 and the fastening point 34, there is therefore no change in the switching state of the contact pair 40, 42, but only a bending of the web 36 to the side occurs. In the same way, temperature compensation is also guaranteed for the second bimetal switch.

Gemäß der Erfindung soll auch eine Unabhängigkeit von der Höhe der Speisespannung erreicht sein. Es sei angenommen, daß die Speisespannung sich über ihren normalen Wert hinaus erhöht hat. Sodann fließt auch ein höherer Strom durch die Wicklung 44 des impulserzeugenden Bimetallschalters 10. Dieser höhere Strom bewirkt eine verkürzte Schließungszeit der Kontakte 40, 42. Demnach ist auch die Stromflußzeit durch die Wicklung 100 verringert. Diese Wicklung liegt jedoch an der Sekundärseite des Transformators 22 und wird bei erhöhter Speisespannung daher auch von einem stärkeren Strom durchflossen. Bei geeigneter Bemessung läßt sich erreichen, daß die Erhöhung des Stromflusses in der Wicklung 100 in ihrer Wirkung auf die Erwärmung des Schenkels 104 durch die verkürzten Schließzeiten der Kontakte 40, 42 gerade kompensiert wird.According to the invention, independence from the level of the supply voltage should also be achieved. It is assumed that the supply voltage has increased beyond its normal value. A higher current then also flows through the winding 44 of the pulse-generating bimetal switch 10. This higher current causes the contacts 40, 42 to close. Accordingly, the current flow time through the winding 100 is also reduced. However, this winding is on the secondary side of the transformer 22 and therefore a higher current flows through it when the supply voltage is increased. With a suitable dimensioning, it can be achieved that the effect of the increase in the current flow in the winding 100 on the heating of the leg 104 is compensated for by the shortened closing times of the contacts 40, 42.

Der Kontakt 42 kann justierbar ausgebildet sein, so daß sich die Schließzeit der Kontakte 40, 42 bei vorbestimmten Betriebswerten einstellen läßt. Außerdem kann auch der Widerstand des Widerstandsthermometers 12 sowie der Heizvorrichtung 44 justierbar sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die Heizwicklung 44 einen Widerstand von 14 Ohm, und der Widerstand des Thermometers 12 ist zwischen 10 Ohm bei Raumtemperatur und 20 Ohm bei 230° C veränderlich. Die Vorrichtung ist dabei so eingestellt, daß ein verhältnismäßig konstanter Strom von 150 mA durch das Thermometer 12 und die Wicklung 44 fließt, wobei der Bimetallschalter 10 achtzig Schließbewegungen pro Minute ausführt.The contact 42 can be designed to be adjustable, so that the closing time the contacts 40, 42 can be set at predetermined operating values. Also can also the resistance of resistance thermometer 12 and heating device 44 be adjustable. In a preferred embodiment, the heater coil 44 has one Resistance of 14 ohms, and the resistance of the thermometer 12 is between 10 ohms variable at room temperature and 20 ohms at 230 ° C. The device is included adjusted so that a relatively constant current of 150 mA through the thermometer 12 and the winding 44 flows, the bimetal switch 10 making eighty closing movements per minute.

Das Widerstandsthermometer 12 hat bei hoher Temperatur eine höhere Verlustleistung als bei niedrigerer Temperatur. Dieser Vorgang verursacht eine Selbstverstärkungswirkung, indem die stärker gewordene Selbsterhitzung bei höheren Temperaturen einen höheren Widerstand zur Folge hat und dadurch eine größere Neigung der Abhängigkeit des Widerstandes von der Temperatur mit sich bringt. Dieser Effekt kann durch Wahl des Stromes durch das Widerstandsthermometer vergrößert oder herabgedrückt werden, so daß die entsprechenden Größen der auf Wärmeübertragung von dem Verbraucher 18 herrührenden Erwärmung des Thermometers und der sich durch den Stromdurchgang ergebenden Erhitzung des Thermometers eingestellt werden können.The resistance thermometer 12 has a higher temperature at a high temperature Power dissipation than at a lower temperature. This process causes a self-reinforcing effect, by the increased self-heating at higher temperatures a higher one Resistance and thereby a greater tendency of the dependence of the resistance of temperature. This effect can be achieved by choosing the current through the resistance thermometer can be increased or decreased so that the corresponding Sizes of the heat transfer from the consumer 18 resulting from the heating Thermometer and the heating of the thermometer resulting from the passage of current can be adjusted.

Bei der Vorrichtung nach F i g. 1 wird durch Anwendung des permanenten Magneten und des Ankers 120 erreicht, daß zwischen der Effektivspannung, bei der die Kontakte 122 und 124 in Berührung kommen, und der höheren Spannung, bei der sie voneinander getrennt werden, eine Differenz besteht. Die Kontakte haben also eine Art Schnappwirkung. Die Temperaturen, bei denen die Kontakte 122 und 124 geöffnet und geschlossen werden, lassen sich durch Justieren des Kontaktes 124 einstellen. Hierfür dient eine Schraube 138, die durch eine Öffnung an der Knickstelle der Feder 126 geschraubt ist und die Stirnfläche eines Nockens 140 berührt, so daß sie als Nockenstößel dient. Die Lage des Kontaktes 124 läßt sich durch Verdrehen des Nockens 140 einstellen.In the device according to FIG. 1, by employing the permanent magnet and armature 120 , there is a difference between the rms voltage at which contacts 122 and 124 come into contact and the higher voltage at which they are separated. So the contacts have a kind of snap action. The temperatures at which the contacts 122 and 124 are opened and closed can be set by adjusting the contact 124. A screw 138 is used for this, which is screwed through an opening at the kink of the spring 126 and touches the end face of a cam 140 so that it serves as a cam follower. The position of the contact 124 can be adjusted by rotating the cam 140.

Die Vorrichtung kann auch auf elektrischem Wege eingestellt werden, z. B. durch Einsetzen von Vorschaltwiderständen in die Leitung 60.The device can also be adjusted electrically, z. B. by inserting series resistors in line 60.

Der Widerstand der Wicklung 100 beträgt bei dem Ausführungsbeispiel 42 Ohm. Hierdurch ergibt sich eine gut geeignete Änderung der der Wicklung 100 zugeführten Leistung bei einer gegebenen Temperaturänderung des Widerstandsthermometers 12. Bei der Wahl des Widerstandes der Wicklung 100 herrscht eine beträchtliche Freiheit, da die Wärmeverlusteigenschaften des Widerstandsthermometers 12 keinen großen Einfluß haben. Das Verhältnis, in dem sich bei einer gegebenen Widerstandsänderung des Thermometers die in der Wicklung 11 vernichtete Leistung ändert, ist zum mindesten über einen gewissen Bereich vom Widerstandswert der Wicklung 100 unabhängig.The resistance of the winding 100 in the exemplary embodiment is 42 ohms. This results in a well-suited change in the power supplied to the winding 100 for a given change in temperature of the resistance thermometer 12. There is considerable freedom in the selection of the resistance of the winding 100, since the heat loss properties of the resistance thermometer 12 do not have a great influence. The ratio in which the power destroyed in the winding 11 changes for a given change in resistance of the thermometer is independent of the resistance value of the winding 100 at least over a certain range.

Die Bimetallelemente sind bei den Bimetallschaltern 10 und 14 nach F i g. 1 U-förmig ausgebildet. Die Temperaturkompensation kann jedoch auch auf andere Weise vorgenommen werden. Das Widerstandsthermometer kann auch einen negativen Temperaturkoeffizienten haben, und die Wicklung 100 kann auf dem Schenkelteil 106 angeordnet sein, und die Kontakte 122, 124 können normalerweise offen sein und auf eine Erwärmung eines Schenkelteils des Bimetallschalters 14 hin geschlossen werden. Die Kontakte 180, 182 können normalerweise geschlossen sein und auf eine Erhitzung des Drahtes 150 hin geöffnet werden, und man kann noch andere derartige Umkehrungen der Betätigungsweise der Schalter zwecks Erzielung der richtigen Arbeitsweise vornehmen, indem man weitere dieser Faktoren entsprechend umkehrt.The bimetal elements are in the bimetal switches 10 and 14 according to FIG. 1 U-shaped. The temperature compensation can, however, also be carried out in other ways. The resistance thermometer can also have a negative temperature coefficient, and the winding 100 can be arranged on the leg portion 106 , and the contacts 122, 124 can be normally open and closed upon heating of a leg portion of the bimetal switch 14. Contacts 180, 182 may be normally closed and opened upon heating of wire 150, and other such reversals of operation of the switches for proper operation can be made by reversing more of these factors accordingly.

Eine Kompensierung der auf das System ausgeübten Umgebungstempcratureinflüsse läßt sich dadurch erreichen, daß man die Leistung, die in der Wicklung 44 des Bimetallschalters 510 in Wärme umgesetzt wird, bei Änderungen der Umgebungstemperatur in einer solchen Richtung und Größe variieren läßt, daß die mit dieser Änderung sich ändernden Stromflußverhältnisse in dem zweiten Schalter 14 kompensiert werden.A compensation for the ambient temperature influences exerted on the system can be achieved by the power in the winding 44 of the bimetallic switch 510 is converted into heat when the ambient temperature changes in such a Direction and size can vary that the current flow conditions change with this change be compensated in the second switch 14.

In den F i g. 2 und 3 sind abgeänderte Ausführungsformen der Vorrichtung nach F i g. 1 dargestellt. In diesen Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen, die lediglich in F i g. 2 apostrophiert und in F i g. 3 doppelt apostrophiert sind.In the F i g. Figures 2 and 3 are modified embodiments of the device according to FIG. 1 shown. In these figures, identical components are identical Provided reference numerals which are only used in FIG. 2 apostrophized and in F i g. 3 are double apostrophized.

Der Unterschied der in F i g. 2 dargestellten Vorrichtung gegenüber der Vorrichtung nach F i g. 1 besteht darin, daß auf dem gehäusefesten Schenkel 32' des impulserzeugenden Bimetallschalters 10' eine Zusatzwicklung 202' vorgesehen ist, die an die Endpunkte der Reihenschaltung des Widerstandsthermometers 12' mit der Heizwicklung 44' angeschaltet ist. Diese Zusatzwicklung hat folgende Wirkungsweise: Ein die Wicklung 202' durchfließender Strom bewirkt eine Erhitzung des Schenkels 32', die das untere Ende desselben aus der Papierebene herauszubewegen sucht. Diese Bewegung bewirkt ein Kippen des Steges 36', das wiederum den Schenkel 30' zu drehen sucht, so daß sich dessen freies Ende aus der Papierebene nach unten zu bewegen sucht. Eine Erwärmung des Schenkels 32' hat also zur Folge, daß die Kontakte 40' und 42' im Sinne einer Schließbewegung bewegt oder gespannt werden; die Wirkung des Stromflusses durch die Zusatzwicklung 202' ist also der Wirkung des Stromfusses durch die Wicklung 44' entgegengesetzt gerichtet.The difference in FIG. 2 compared to the device according to FIG. 1 is that on the housing-fixed leg 32 'of the pulse-generating bimetal switch 10' an additional winding 202 'is provided, which is connected to the end points of the series connection of the resistance thermometer 12' with the heating coil 44 '. This additional winding has the following mode of operation: A current flowing through the winding 202 'causes the leg 32' to be heated, which tries to move the lower end of the same out of the plane of the paper. This movement causes the web 36 'to tilt, which in turn seeks to rotate the leg 30' so that its free end seeks to move downward out of the plane of the paper. A heating of the leg 32 'thus has the consequence that the contacts 40' and 42 'are moved or tensioned in the sense of a closing movement; the effect of the current flow through the additional winding 202 'is thus directed opposite to the effect of the current flow through the winding 44'.

Das die Zusatzwicklung 202' und den Schenkel 32' umfassende thermische System ist vorzugsweise so ausgebildet, daß es die der Wicklung 202' zugeführten Impulse integriert, so daß sich die Durchbiegung des Schenkels 32' auf den Durchschnittswert des die Zusatzwicklung 202' durchfließenden Stromes einstellt. Die Zunahme der Durchschnittstemperatur des Schenkels 30' wird durch Vergrößerung der Ausgangsleistung. der Heizwicklung 44' sowie durch Verlängern der Schließintervalle der Kontakte 40', 42' erzielt: Als Folge davon wird der Effektivwert des Stromes in der Heizwicklung 14' und durch das Thermometer 12' vergrößert, und die an diesen Teilen liegende Spannung nimmt zu. Dieser Spannungsanstieg wirkt sich auf die Heizwicklung 202' aus, so daß der Schenkel 32' weitererhitzt wird. Man erkennt, daß die Zusatzwicklung 202' und der Schenkel 32' ein thermisches System darstellen, welches eine positive, d. h. entdämpfende Rückkopplung bewirkt. Die Rückkopplungswirkung geht jedoch nicht bis zum Verlust der Kontrolle über die Vorrichtung oder bis zu einer Selbstzerstörung, da die Leistung in der Heizwicklung 44' immer größer als die Leistung in der Zusatzwicklung 202' ist. Auch eine Änderung der Umgebungstemperatur bewirkt auf Grund der Strahlungsverluste kein Durchgehen des Gerätes, da der Strom in der Heizwicklung 44' immer vorherrschend bleibt. Trotz der ausgleichenden Wirkung ist die Anordnung so getroffen, daß die Zusatzwicklung 202' bei hohen Temperaturen des Widerstandsthermometers 12' eine größere Wirkung aufweist als bei niedrigen Temperaturen, so daß bei einer Änderung der Temperatur eine Verstärkung der Änderung der Ausgangsspannung auftritt.The additional winding 202 'and the leg 32' comprehensive thermal The system is preferably designed so that it is supplied to the winding 202 ' Pulses integrated, so that the deflection of the leg 32 'to the average value of the current flowing through the auxiliary winding 202 '. The increase in the average temperature of the leg 30 'is increased by increasing the output power. the heating coil 44 'as well as by lengthening the closing intervals of the contacts 40', 42 ': As a result, the effective value of the current in the heating winding 14 'and through the thermometer 12 'is enlarged, and the voltage applied to these parts decreases to. This increase in voltage affects the heating coil 202 ', so that the Leg 32 'is further heated. It can be seen that the additional winding 202 'and the Leg 32 'represent a thermal system which has a positive, i. H. de-dampening Causes feedback. However, the feedback effect does not go as far as loss of control of the device or to self-destruct as the performance in the heating winding 44 'always greater than the power in the additional winding 202' is. The radiation losses also cause a change in the ambient temperature no runaway of the device, since the current in the heating coil 44 'is always predominant remain. Despite the balancing effect, the arrangement is made so that the Additional winding 202 'at high temperatures of the resistance thermometer 12' a has greater effect than at low temperatures, so that when there is a change the temperature increases the change in the output voltage.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die Zusatzwicklung 202' einen Widerstand von 200 Ohm. Bei Abschaltung der Wicklung 202' und einer Spannung von 10 Volt an der Sekundärwicklung des Übertragers 22' betrug die Änderung der Ausgangsspannung bei der Änderung des Thermometerwiderstandes von 10 auf 20 Ohm 2 Volt. Bei eingeschalteter Zusatzwicklung 202' änderte sich die Ausgangsspannung hingegen um 6 Volt. Bei dieser Ausführungsform tritt keine merkliche Wirkung auf die Ausgangsspannung bei niedrigen Temperaturen auf.In a preferred embodiment, the auxiliary winding 202 ' a resistance of 200 ohms. When winding 202 'is switched off and a voltage is applied of 10 volts on the secondary winding of the transformer 22 ', the change was the Output voltage when the thermometer resistance changes from 10 to 20 ohms 2 volts. With the additional winding 202 'switched on, the output voltage changed however by 6 volts. In this embodiment, there is no noticeable effect the output voltage at low temperatures.

Die Verstärkungswirkung der Vorrichtung gemäß der Erfindung läßt sich durch Herabsetzen des Widerstandes der Heizwicklung 44' gegenüber dem Widerstand des Thermometers 12' vergrößern. Die durch die Konstruktion gezogene Grenze, wenn man die Empfindlichkeit der Vorrichtung auf diese Weise vergrößert, ergibt sich unter normalen Umständen durch die zulässige Verlustleistung des Widerstandsthermometers 12'. Versuche ergaben, daß auch bei einem Widerstand der Heizwicklung 44' von 2 Ohm die Vorrichtung noch zufriedenstellend arbeitete.The reinforcing effect of the device according to the invention can be by reducing the resistance of the heating coil 44 'to the resistance of the thermometer 12 '. The limit drawn by the construction, if increasing the sensitivity of the device in this way results under normal circumstances due to the permissible power dissipation of the resistance thermometer 12 '. Tests have shown that even with a resistance of the heating coil 44 'of FIG Ohm the device still worked satisfactorily.

Die Aufgabe des Magneten 124' und des Ankers 1120' können auch durch andere Vorrichtungen übernommen werden, z. B. durch eine selbsterregte Unterlagerungswicklung in dem zweiten Bimetallschalter 14', die etwa als zusätzliche Heizwicklung ausgebildet sein kann, die um den Schenkel 5L®6' gewickelt ist. Es sind noch andere Schaltungs- und Anordnungsmöglichkeiten naheliegend. Der Widerstand einer derartigen Zusatzwicklung muß so gewählt werden, daß eine unangebrachte Beeinflussung des durch den Heizfaden 150' fließenden Stromes vermieden ist.The task of the magnet 124 'and the armature 1120' can also be done by other devices are adopted, e.g. B. by a self-excited secondary winding in the second bimetal switch 14 ', which is designed as an additional heating coil which is wrapped around the leg 5L®6 '. There are other circuit and possible arrangements are obvious. The resistance of such an additional winding must be chosen so that an inappropriate influence of the filament 150 'flowing current is avoided.

Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform ist außer der Zusatzwicklung 202", die der Zusatzwicklung 202' in F i g. 2 entspricht, noch eine zweite Zusatzwicklung 204" auf dem gleichen Schenkel 32" angeordnet. Diese zweite Zusatzwicklung liegt in Reihe mit dem Heizfaden 150". Die zweite Zusatzwicklung 204" dient gänzlich oder teilweise dazu, die durch den permanenten Magneten 124" (oder die im vorstehenden erörterten Äquivalenten zu diesem) geschaffene Ungleichheit zu kompensieren oder auch überzukompensieren, so daß das die Bimetallschalter 10" und 14" enthaltende System pulsierend arbeitet, selbst wenn keine Änderungen der Temperatur des Thermometers 12" auftreten. Es ist ersichtlich, daß das die Wicklung 204" und den Schenkel 32" umfassende System nicht integrierend arbeiten soll.In the case of the in FIG. 3 embodiment shown is except for the additional winding 202 ", which corresponds to the additional winding 202 'in FIG. 2, also has a second additional winding 204 "arranged on the same leg 32". This second additional winding is located in series with the filament 150 ". The second additional winding 204" serves entirely or in part to that caused by permanent magnet 124 "(or those in the foregoing discussed equivalents to this) to compensate created inequality or also overcompensate, so that the bimetallic switches 10 "and 14" containing The system works in a pulsating manner, even if there are no changes in the temperature of the thermometer 12 "occur. It can be seen that the winding 204" and the leg 32 " comprehensive system should not work in an integrating manner.

Die vorstehend angedeuteten Funktionen können auch zur Erzielung einer negativen Rückkopplung Anwendung finden, so daß die Empfindlichkeit der. Vorrichtung verringert, zugleich aber die Linearität der Verstärkung verbessert werden kann..The functions indicated above can also be used to achieve a negative feedback apply, so that the sensitivity of the. contraption reduced, but at the same time the linearity of the gain can be improved ..

Claims

Claims: 1. Device for regulating an electrical heating device, with a thermal sensor and an electrically actuated actuator and with a pulse-generating bimetal switch provided with a heating coil and a second bimetal switch, which is also provided with a heating coil, as durchgekenn that the thermal sensor is designed as a resistance thermometer (12, 12 ', 12 ") and the heating coil (44, 44', 44") of the pulse-generating bimetal switch (10, 10 ', 10 ") with the resistance thermometer and the contact (40, 42; 40') , 42 '; 40 ", 42") of the pulse-generating bimetal switch is electrically connected to a voltage source (26, 28; 26', 28 '; 26 ", 28"), so that the pulse-generating bimetal switch is operated intermittently so that the heating coil ( 100, 100 ', 100 ") of the second bimetal switch (14, 14', 14") via the contacts (40, 42; 40 ', 42'; 40 ", 42") of the pulse-generating bimetal switch to the supply voltage source (26, 28 ; 2 6 ', 28'; 26 ", 28") is switched on, the second bimetal switch causing the "on-off" switching of the actuator (16, 16 ', 16 "), and the second bimetal switch (14,14', 14") having a thermal Has time constant which is greater than that of the pulse-generating bimetal switch.

2. Device according to claim 1, characterized in that the heating coil (44, 44 ', 44 ") of the pulse-generating bimetal switch (10, 10', 10") with the resistance thermometer and the contact (40, 42; 40 ', 42') ; 40 ", 42") of the pulse-generating bimetal switch is connected in series to the voltage source and that the heating coil (100, 100 ', 100 ") of the second pear-shaped switch (14, 14', 14") is parallel to the heating coil of the pulse-generating bimetal switch and the resistance thermometer is switched.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the bimetal switches (10,10 ', 10 " and 14,14', 14") have U-shaped bimetal elements (30, 32, 36, 38; 30 ', 32', 36 ', 38'; 30 ", 32", 36 ", 38"), with one leg (32, 32 ', 32 ") serving as a holder at its end and the other leg ( 30, 30 ', 30 ") has a contact.

4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the pulse-generating bimetal switch (10 ') is provided with a first additional winding (202', 202 ") which is connected to the end points (28 ', 60';28", 60 " ) the series connection of the resistance thermometer (12 ', 12 ") and the heating coil (44', 44") is connected.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the thermal system including the additional winding (202 ', 202 ") and the leg part (32', 32") has a greater time constant than the system of the bimetal switch (10 ', which generates the pulses) 10 ").

6. Apparatus according to claim 2 to 5, characterized in that the pulse-generating bimetal switch (10 ") has a second additional winding (204") which is electrically interconnected with the actuator (16 ").

7. The device according to claim 6, characterized in that the thermal system including the second additional winding (204 ") and the leg part (32") has a smaller time constant than the system of the bimetal switch (10 ") which causes the pulse generation. B. Device according to Claims 1 to 7, characterized in that the second bimetal switch (14, 14 ', 14 ") is also used as an actuator. Documents considered: Swiss Patent No. 181852; U.S. Patent Nos. 1680,429, 2,354,918.