DE2413951A1 - Thermostat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Thermostat. Besonders wertvoll ist die Erfindung "bei der Benützung in einem Thermostat zur Steuerung einer elektrischen Raumheizung, vor allem als Netzspannungs-Thermostat; die Erfindung läßt sich jedoch allgemein bei jedem Thermostat (beispielsweise auch bei einem Niederspannungs-Thermostat) verwenden, bei dem die zu überwachende Last (d.h. die Heiz- oder Kühleinrichtung) durch einen Schalter gesteuert wird, über den ein elektrischer Strom fließt.

Da die Vorteile der·Erfindung am deutlichsten bei der Anwendung bei einem Netzspannungs-Thermostat hervortreten, soll die Erfindung in erster Linie in einem solchen Zusammenhang erläutere werden. Ein Netzspannungs-Thermostat führt selbst die gesamte einem oder mehreren elektrischen Heizelementen zugeführte Energie. Thermostaten, insbesondere Netzspannungs-Thermostaten, haben einen Nachteil, der gewöhnlich als "droop" oder Abfall bezeichnet wird. Bei diesem Abfall handelt es sich in Wirklichkeit um eine Abwärtsbewegung der Steuertemperatur, die in erster Linie aus dem Verzerrungseffekt der Wärme, die in dem Thermostat-Schalter durch die Stromverluste (I R-Verluste) des

409841/0928

durch, den Schalter im EIN-Normalzustand fließenden Stroms erzeugt wird, auf das Bimetall-Element "bzw. den jeweiligen Temperaturfühler resultiert. Der Thermostat verhält sich dabei so, als ob der überwachte Raum wärmer wäre, als er in Wirklichkeit ist. Bei einem Netzspannungs-Thermostat ist die Größe des Abfalls proportional zur Größe der Last und zum Schaltverhältnis, d.h. zum Prozentsatz der Einschalt-Zeit. Bei Widerstandsheizung von 5 KW mit 1oo °/o Einschalt-Zeit sind Abfälle bis zu 22°C beobachtet worden. Bei Thermostaten, die ein entferntes, seinerseits die Last steuerndes Relais steuern, führt der Thermostat-Schalter gewöhnlich einen Strom, der beträchtlich kleiner ist als der durch den Netzspannungs-Thermostat fließende Strom; der generelle Aufbau des Thermostaten ist jedoch entspre-

chend leichter, und die I R-Verluste können immer noch ausreichen, einen unerwünschten Abfall zu erzeugen.

Es sind verschiedene Vorschläge gemacht worden, um diese Schwierigkeit zu beseitigen; keiner dieser Vorschläge ist jedoch voll befriedigend.

Der Erfindung liegt die generelle Aufgabe zugrunde, Nachteile, wie sie bei Thermostaten nach dem Stand der Technik auftreten, zu beseitigen oder mindestens abzumildern. In Anbetracht des oben geschilderten Standes der Technik kann die Aufgabe der Erfindung darin gesehen werden, einen Thermostat mit verbesserter Ansprechcharakteristik, insbesondere im Hinblick auf eine Verringerung des genannten "Abfalls", zu schaffen.

Zur Aufgabe gehört es weiterhin, einen Netzspannungs-Thermostaten einer einzigen Ausführungsart zu schaffen, der sich in verschiedenen Installationen verwenden läßt, d.h. bei solchen mit großen Lasten (5 KW) und solchen mit verhältnismäßig kleinen Lasten (5oo 7/), ohne daß grundsätzliche Änderungen an dem Thermostaten erforderlich wären.

Ein weiteres bei Thermostaten nach dem Stand der Technik häufig

4Q9841/0928

auftretendes Problem besteht in einer übermäßigen "Raumschwankung¹', d.h. in einem zu großen Bereich, über den die Temperatur des überwachten Raumes schwankt. Eine derartige typische Schwankung beträgt etwa 5 "bis 6⁰C.

Eine derartig große Schwankung gilt als unerwünscht; daher gehört es weiterhin zur Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Thermostaten zu schaffen, mit dem sich diese Schwankung vermindern läßt.

Generell hat die Erfahrung mit Thermostaten nach dem Stand der Technik gelehrt, daß Bestrebungen, die Schwankung zu vermindern, zu einem Anstieg in dem oben genannten Abfall führen und umgekehrt. Zur Aufgabe der Erfindung gehört es weiterhin, einen Thermostaten zu schaffen, bei dem sich die Abfall- und Schwankungs-Kennlinien gleichzeitig verbessern lassen.

Aus der Kanadischen Patentschrift 883 4-34- ist ein Thermostat bekannt, der mit zwei Temperaturfühlern arbeitet, nämlich einem Haupt-Bimetallelement, das die Temperatur des zu überwachenden Raumes mißt, und einem Sekundär-Temperaturfühler in Form eines Ausdehnungsstiftes, über den die Bewegung des Haupt-Bimetallelements mechanisch auf den EIN-AUS-Schalter übertragen wird. Ist der Schalter eingeschaltet, so wird ein Heizelement zur thermischen Beeinflussung dieses Stiftes beaufschlagt, so daß eine Vorwegnahme-Wirkung entsteht.

Die vorliegende Erfindung arbeitet zwar mit einem ähnlichen sekundären Temperaturfühler und einer Heizung dafür; die Anordnung ist Jedoch so getroffen, daß die Heizung während des ausgeschalteten Zustands des Schalters beaufschlagt ist. Zusätzlich sind Vorkehrungen getroffen, um den primären Temperaturfühler im eingeschalteten Zustand des Schalters zu beheizen. Der Gesamteffekt dieser beiden Heizwirkungen vermittelt einen · gemischten Komplex aus Kompensation, Vorwegnahme und Raummessung, wie dies im folgenden im einzelnen beschrieben werden soll.

409841/0928

Die vorliegende Erfindung vermittelt einen Thermostaten zur Steuerung der Temperatur eines Raumes, umfassend einen in Serie mit einer Last zu verbindenden Schalter, einen primären Fühler zur Messung der Temperatur in dem Baum, eine den primären Fühler mit dem Schalter verbindende Transmission zur Betätigung des Schalters, einen nahe dem Schalter angeordneten sekundären Temperaturfühler, der die durch den Laststrom in dem Schalter während seines eingeschalteten Zustande erzeugte Wärme aufnimmt und in die Transmission derart eingeschaltet ist, daß er deren wirksame Länge gemäß der aufgenommenen Wärme ändert und mindestens teilweise die Wirkung des ersten Fühlers auf den Schalter kompensiert, sowie eine Heizung, die so angeordnet ist, daß sie den sekundären Fühler erwärmt, gekennzeichnet durch einen Mechanismus, der dem ersten Fühler eine zu dem Laststrom durch den Schalter in seinem eingeschalteten Zustand proportionale Wärmemenge zuführt, sowie eine Verbindung zur Beaufschlagung der Heizung für den sekundären Fühler während des ausgeschalteten Zustande des Schalters.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Thermostaten;

Fig. 2 eine Seitenansicht gemäß der Linie II-II der Fig.

1;

Fig.· 3 eine Stirnansicht gemäß der Linie III-III nach Fig.2;

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV nach Fig. Tj

Fig. 6 eine zerlegte Darstellung eines Verstellmechanismus, der einen Teil des Thermostaten nach Fig. 1 bis Fig. 4- bildet;

Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI nach Fig. 4; '.* Fig. 6a eine Unteransicht der Schalteranordnung und zugehöriger Teile, etwa gesehen von der Linie VIa-VIa nach Fig. 4, wobei Jedoch Teile des Unterteils zur Klarheit weggelassen sind; i

409841/0928

Pig. 7 einen Schnitt längs der Linie VII-VII nach Fig. 4·; Fig. 8 ein Schaltbild-,

Fig. 8a ein Teil des Schaltbilds nach Fig. 8 zur Darstellung einer Variante;

Fig. 8b ein alternatives Schaltbild;

Fig. 9 eine teilweise weggebrochene Seitenansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels;

Fig. 1o eine Ansicht gemäß der Linie X-X nach Fig. 9; und

Fig. 11 eine der Fig. 1o ähnliche Ansicht einer alternativen Ausführungsform.

Gehäuse-Aufbau (FiK. 1 bis 7)

Der in Fig. 1 bis 7 gezeigte Thermostat besteht aus einem äußeren Gehäuse oder Deckel 1o und einem inneren Gehäuse oder Sockel 11, der mit dem Deckel 1o verbunden ist und als Träger für ein einen herkömmlichen Schnapp- oder Federschalter 13 enthaltendes Schaltergehäuse 12 dient.

Deckel 1o und Sockel 11 sind durch Haken 14 miteinander verbunden, die von den Seitenkanten an einem Ende des Deckels 1o nach oben ragen, in dem Sockel 11 entsprechend angeordnete Schlitze 15 durchsetzen und an dem Sockel 11 vorgesehene Kanten 16 hintergreifen. Am .anderen Ende ist an dem Deckel 1o eine Erhebung 17 vorgesehen, die bei 18 an der Unterseite des Sockels 11 angreift, wobei diese Teile durch (nicht gezeigte) Schrauben zusammengehalten werden. Infolge dieser Befestigungsart befinden sich der Deckel 1o und der Sockel 11 mit Ausnahme ihrer Enden in einem Abstand voneinander, so daß ein Luftraum 19 dazwischen gebildet wird.

Der Deckel 1o enthält einen primären Temperaturfühler 2o in Form einer Birnetallplatte, deren Hauptteil durch ein in dem Deckel 1o vorgesehenes rechteckiges Fenster 21 der Atmosphäre ausgesetzt ist. Die Bimetallplatte ist an einem Ende mit Ansätzen 22 versehen, die über einen Stift 23 scharnierartig an den Deckel 1o angelenkt sind. Auf das freie Ende 24· des Fühlers

409841/0928

2o wirkt eine Eichschraube 25 einer Temperatur-Einstellanordnung 26.

Der Luftraum 19 vermittelt eine gewisse thermische Isolierung zwischen dem Fühler 2o und dem Schalter 13, in dem durch den Laststrom Wärme erzeugt wird.

In der Praxis ist der Thermostat gewöhnlich so gebaut, daß er sich in eine Aussparung in einer Y/and einsetzen läßt, wobei sich der Hauptteil des Fühlers 2o an dem Stift 23 hängend in einer Vertikalebene befindet, der Stift 23 also am oberen Ende des Gerätes und die Einstellanordnung 26 am unteren Ende angeordnet sind.

Einstellanordnung 26 (Fig. 5)

Die in Fig. 5 in zerlegter Darstellung gezeigte Anordnung 26 ist im wesentlichen herkömmlicher Hatur, wobei die Eichschraube 25 in einem durch einen Einstellknopf 38 drehbaren Nockenstift 27 montiert ist. Der Nockenstift 27 ist an seiner Außenfläche mit einer schraubenförmigen Rille 28 versehen, in die ein von einem Spulenkörper 3o nach innen ragender Stift 29 eingreift. Der Spulenkörper 3o ist mit seitlichen Flanschen 31 versehen, die ihn bezüglich eines halbzylindrischen Vorsprungs 32 in seiner Stellung festhalten; der Vorsprung 32 ist in einer zylindrischen Aussparung 33 angebracht, die im unteren Teil des Deckels 1o vorgesehen ist. Der Spulenkörper 3o wird in der Aussparung 33 durch eine Haltefeder 34- normalerweise in fester Lage gehalten.

Durch manuelles Verdrehen des Einstellknopfes 38 wird der Nockenstift 27 mit dem Knopf durch Zusammenwirken des Stiftes 29 und der schraubenförmigen Rille 28 in den Spulenkörper 3o hinein bzw. aus ihm heraus bewegt, wobei diese Bewegung durch die Eichschraube 25 auf das freie Ende 24 der Bimetallplatte- des Fühlers 2o übertragen wird. Die Drehbewegung des Knopfes 38 wird durch einen Anschlagnocken 35 begrenzt, der mit einem festen

409841/0928

Stift 36 an dem Deckel 1o zusammenarbeitet.

Um den Drehbereich des Einstellknopfes 38 zu verändern, kann der Spulenkörper 3o durch ein mit Zähnen 39 an einem der Flansche 31 des Spulenkörpers 3o eingreifendes Eichritzel in eine neue Ausgangslage gebracht werden, wobei das Ritzel 37 auf einem Element 4o montiert ist, das in einer nahe der Aussparung 33 in dem Deckel 1o angeordneten und mit- dieser in Verbindung stehenden Aussparung 41 gehaltert ist. Die Teile 37 und 4-0 werden durch eine Feder 4-3 in ihrer Lage gehalten und lassen' sich durch Einführen eines Schraubenziehers in einen dafür vorgesehenen Schlitz 42 durch Drehung justieren.

Wie ersichtlich, stellt die in Drehrichtung vorgenommene Einstellung des Knopfes 38 und damit die Lage des freien Endes .24 der Bimetallplatte des Fühlers 2o die Einstellung des Thermostaten auf die gewünschte Temperatur des zu überwachenden oder zu steuernden Raumes dar.

Mechanische Übertragung und sekundärer Temperaturfühler (Fig. 4, 6 und 6a)

An einer Mittelstelle der Platte des Temperaturfühlers 2o, d.h. zwischen ihren Ansätzen 22 und ihrem freien Ende 24, liegt ein Betätigungsstift 5o aus thermisch isolierendem Material, der infolge dieser räumlichen Anordnung sowohl durch die anfängliche Einstellung des Knopfes 38 als auch durch die Verbiegung des Fühlers 2o selbst infolge von Änderungen in der abgefühlten Temperatur beeinflußt wird und der in einer von dem Sockel 11 herausragenden Hülse 51 gleitend gelagert ist.

409841/0928

An. seinem anderen Ende ist der Stift 5o mit einem Kopf 52 versehen, der an einer Außenfläche des Schenkels 53 eines sekundären Temperaturfühlers 54 in Form eines ü-förmigen Bimetallelements anliegt, wobei der andere Schenkel 55 dieses Elements an einem Betätigungsstift 56 des Federschalters 13 anliegt. Der sekundäre Temperaturfühler 54-ist also in die Transmission zwischen dem primären Fühler 2o und der Federschaltung 13 eingeschaltet, wobei diese Transmission im übrigen durch die Betätigungsstifte 5o und 56 dargestellt wird.

Der sekundäre Temperaturfühler 5^· umfaßt einen Heizwiderstand 57» dessen Zuleitungen 58 aus verhältnismäßig starren Drähten bestehen. Die Drähte durchsetzen Schlitze 59 in dem Schaltergehäuse 12 (vergl. Fig. 6a) derart, daß sie als Lagerstifte für die drehbare Lagerung des Heizwiderst andes 57 und des Fühlers 54- wirken. Ein gewisses geringes Ausmaß an Drehung dieses Elementes ist erforderlich, um die mechanische Bewegung von dem ersten Betätigungsstift 5o auf den zweiten Betätigungsstift 56 zu übertragen. Wird der Heizwiderstand 57 zur Erwärmung des Fühlers 54-beaufschlagt, so bewegen sich dessen Schenkel 53 und 55 aufeinander zu und verkürzen die effektive Länge dieser mechanischen Transmission. In Serie mit dem Heizwiderstand 57 liegt ein Widerstand 57'» dessen Zuleitungen an Anschlußstreifen 58' für (nicht gezeigte) externe Verbindungen angeschlossen sind.

Heizung 6o (Fig. 4- und 7)

Auf an dem Sockel 11 herausragenden VorSprüngen 61 ist ein zwei-

409841/0928

ter Heizwiderstand 60 derart montiert, daß er sich dicht an dem Ende des Fühlers 2o nahe dessen Schwenkachse befindet. Dadurch, daß der Heizwiderstand nahe dieser Achse angeordnet wird, werden Änderungen in dem Abstand zwischen dem Heizelement und der Fühlerplatte infolge der Bewegungen dieser Platte,und damit Änderungen in den Wärmeübertragungs-Charakteristiken, klein gehalten.

Schaltungsanordnungen (Fig. 8_t 8a und 8b)

Fig. 8 zeigt eine Schaltung der Hauptelemente, wobei in dieser. Darstellung der primäre Temperaturfühler 2o mechanisch über die Transmission (die Stifte 5o und 56) sowie den sekundären Temperaturfühler 54· auf den Schalter 13 wirkt. Der Heizwiderstand 57 liegt parallel zu dem Federschalter 13, während der Heizwiderstand 60 in Serie mit dem Schalter sowie mit der Last L zwischen den Leitungen L1 und L2 liegt. Der Heizwiderstand 57 weist einen verhältnismäßig hohen Widerstandswert (von beispielsweise 9o bis I00 ΚΩ) auf, während der Heizwiderstand 60 einen verhältnismäßig geringen Widerstandswert (von beispielsweise ο,οο2.Ω.) hat. Ist der Schalter 13 geöffnet, d.h. ausgeschaltet, so liegt im wesentlichen der gesamte Spannungsabfall in der Serienschaltung aus der Last L und den Heizwiderständen 57 und 60 an dem Widerstand 57 und dem Widerstand 57'. Der Heizwiderstand 57 wird nur von einem geringen Strom (von beispielsweise einigen Milliampere) durchflossen, der zur Erzeugung der notwendigen Wärme (von beispielsweise etwa 3oo mW) ausreicht. In dem Widerstand 57' wird eine verhältnismäßig geringe Wärme erzeugt. Dieser Widerstand, der bei Bedarf auch weggelassen werden kann, ist in erster Linie als ein Widerstand vorgesehen, der sich ohne weiteres durch den Elektriker kurzschließen läßt, falls der Thermostat auf ein niedrigeres Spannungssystem, das beispielsweise mit 2o8 anstelle von 24·ο V arbeitet, umgestellt werden soll. In dem Heizwiderstand 60 wird gleichzeitig (d.h. im ausgeschalteten Zustand) eine vernachlässigbare Wärmemenge erzeugt·

409841/0928

- 1ο -

Wird der Schalter 13 dagegen geschlossen, d.h. eingeschaltet, so werden die Widerstände 57 und 57* kurzgeschlossen, und der viel höhere Laststrom fließt durch den Heizwiderstand 6o, der dabei dem primären Temperaturfühler 2o eine gewünschte Wärmemenge zuführt.

Fig. 8a zeigt eine mit einem Umschalter 1Ja arbeitende Variante, die im übrigen im wesentlichen ebenso arbeitet wie das System nach Fig. 8

Falls ein zweipoliger Schalter 13b und 13c (Fig. 8b) verwendet wird, bleibt der Heizwiderstand 6o in Serie mit der Last, während der Heizwiderstand 57 durch ein weiteres Kontaktpaar bei 13b parallelgeschaltet wird, wobei dieses Kontaktpaar geschlossen wird, wenn die beiden die Last L mit den Leitungen verbindenden Hauptkontakte geöffnet sind. In diesem Falle wirkt der Stift 56 auf den Umschaltkontakt bei 13b, der seinerseits mit dem Kontakt 13c über ein manuelles EIN-AUS-Betätigungselement 62 verbunden ist.

Soll der Thermostat nicht als Netzspannungs-Thermostat eingesetzt werden, so wird die Heizelementlast L dieser Schaltungen durch eine Last in Form eines Relais ersetzt, das das eigentliche Heizelement bzw. die sonstige Einrichtung steuert.

Arbeitsweise

Einige der Elemente des Gerätes dienen zweierlei Funktionen; aus diesem Grund dürfte sich ein Verständnis der Gesamtfunktion am leichtesten durch Unterteilung des Systems in drei Untersysteme gewinnen lassen.

£a) Komgensations-Untersystem

Dieses Untersystem umfaßt vier Elemente, nämlich die Temperaturfühler 2o und 54-1 den Heizwiderstand 6o und den Schalter 13, in denen der Laststrom Wärme erzeugt.

409841/0928

Der Fühler 54- ist nahe dem Schalter 13 montiert und befindet sich in verhältnismäßig gutem Wärmekontakt mit diesem. Der Fühler 5^ wird somit durch die durch den Schalter erzeugte Wärme erwärmt, während der Fühler 2o durch diese Wärme im wesentlichen nicht beeinflußt wird, da er gegenüber dem Schalter thermisch isoliert ist.

Ist der Schalter 13 eingeschaltet, so wird der Fühler 5^ durch die in dem Schalter erzeugte Wärme erwärmt. Gleichzeitig wird der Heizwiderstand 6o beaufschlagt, so daß dadurch der Fühler 2o erwärmt wird. Die Wirkung dieser Erwärmung besteht darin, daß sich die Mitte des Fühlers 2o gegen den Schalter 13 verbiegt und der Stift 5o gegen den Schalter bewegt wird. Würde diese Bewegung durch den Stift 56 voll übertragen, so hätte dies rasch die Wirkung, daß der Schalter ausgeschaltet wird, d.h. eine Vorwegnahme-Wirkung; die Länge der Transmissionsbewegung verkürzt sich jedoch um das Maß, um das sich die Schenkkel des beheizten Fühlers 5^· aufeinander zu bewegen. Die beiden Bewegungen suchen somit einander aufzuheben und neigen zu einer Unabhängigkeit von der Größe der Last und vom Nutzungsfaktor, d.h. von der prozentualen Einschaltdauer, da durch den Schalter 13 und den Heizwiderstand 6o die gleichen. Ströme fließen. Diese Wirkung läßt sich so ausdrücken, daß der Heizwiderstand 6o die Wirkung der in dem Schalter erzeugten Wärme auf den Fühler 54- kompensiert und somit den Hauptfaktor, der zu dem oben definierten "Abfall" beiträgt, weitgehend eliminiert oder mindestens verringert. In der Praxis ist es nicht möglich,unter sämtlichen Betriebsbedin-. gungen und bei sämtlichen Fertigungstypen genau gleiche Kompensation zu erzielen. Insofern wird vorzugsweise in Richtung einer gewissen Unterkompensation (wobei die Wirkung auf den Fühler 54- geringer gemacht wird als die auf den Fühler 2o) und nicht einer Überkompensation gearbeitet. Bei Unterkompensation bleibt ein gewisses Maß an "Abfall" erhalten; eine Überkompensation könnte zu einem negativen Abfall und einer geringeren Kontrolle über das System bei abnehmen-

409841/0928

der Zyklusfrequenz führen, was generell unerwünscht ist.

Das Kompensations-Untersystem dient also in erster Linie dazu, die im Schalter erzeugte Wärme so zu kompensieren (d.h. ihre Auswirkung weitgehend zu eliminieren); sofern die Bemessung derart gewählt wird, daß eine leichte Unterkompensation erreicht wird, besteht die Funktion des Kompensations-Untersystems gleichzeitig darin, ein gewisses Maß an Vorwegnahme zu gewährleisten. "Vorwegnahme" ist dadurch definiert, daß der Schalter 13 früher aus- oder eingeschaltet wird, als es der Pail wäre, wenn lediglich die Wirkung des .Temperaturanstiegs bzw. -abfalls in dem zu überwachenden Raum auf den Hauptfühler 2o vorhanden wäre.

(b) Vorwegnahme-Unters^stem

Der Funktion des soeben beschriebenen Kompensations-Untersystems ist ein Vorwegnahme-Untersystem überlagert, das den Haupt-Vorwegnahmeeffekt vermittelt und aus zwei Elementen besteht, nämlich dem Temperaturfühler 54- und seinem Heizwiderstand 57·

Der Heizwiderstand 57 ist im ausgeschalteten Zustand des Schalters 13 beaufschlagt, während das Heizelement 6o in dieser Zeit inaktiv ist und keine durch den Schalter erzeugte Wärme auftritt. Der Heizwiderstand 57 bildet nun im wesentlichen die einzige Wärmequelle für den Fühler 54-, der sich somit verbiegt, wenn der Heizwiderstand 57 in seinen beheizten Zustand beaufschlagt wird; dies hat die Wirkung, daß die mechanische Verbindung verkürzt wird, d.h. daß der Stift 56 auswärts bewegt wird und den Schalter 13 einschaltet, bevor der Temperaturabfall in dem überwachten Raum so groß geworden ist, daß der Hauptfühler 2o die gleiche Wirkung herbeiführt; dies bedeutet mit anderen Worten eine "Vorwegnahme". Umgekehrt hat im eingeschalteten Zyklus das Fehlen der Wärme aus dem Heizwiderstand ^ die Wirkung, daß sich der

409841/0928

Fühler 54· abkühlen kann, dadurch sich die Schenkel des Temperaturfühlers auseinander bewegen und den Schalter 13 auszuschalten suchen, was wiederum eine Vorwegnahme-Wirkung darstellt·

Es ist zu beachten, daß die Kompensations- und 'Vorwegnahme-Unter systeme gleichzeitig arbeiten und gewisse Teile (vor allem den Temperaturfühler 5^) gemeinsam haben. Der tatsächlich stattfindende Gesamtvorgang ist somit eine Kombination der Arbeitsweisen der beschriebenen Untersysteme. Keine dieser einzelnen Arbeitsweisen trifft zwar vollständig zu; sie sind dennoch getrennt beschrieben worden, um die komplexe Funktion des Gerätes zum besseren Verständnis in einfacher Weise unterteilen zu können.

i(c2_Raumfühl-Untersjstem

Der kombinierten Arbeitsweise der beiden oben beschriebenen Untersysteme ist weiterhin ein drittes Untersystem überlagert, das den Hauptfühler 2o, den davon betätigten Schalter .13, den Heizwiderstand 6o, der in diesem Untersystem einfach als Vorwegnahme-Element arbeitet, sowie die mechanische Verbindung zwischen dem Fühler 2o und dem Schalter 13 (die Stifte 5o und 56 sowie den Fühler 54-) umfaßt.

Grundsätzlich wirkt der Fühler 2o in diesem Untersystem in herkömmlicher V/eise als Thermostat, d.h. er fühlt die Temperatur des zu überwachenden Raumes und betätigt den Schalter entsprechend. Diese Wirkung wird jedoch durch den Vorwegnahme-Effekt des Heizwiderstands 6o kompensiert. Da der Heizwiderstand 6o in Serie mit der Last liegt, ist die von ihm erzeugte Wärme proportional zu der von der Last erzeugten Wärme. Unter Maximalbedingungen, d.h. bei sehr großer Last und einem starken Nutzungsfaktor von etwa 9o % Einschaltdauer, bewirkt die von dem Heizwiderstand 6o dem Fühler 2o zugeführte verhältnismäßig große Wärmemenge, daß die

409841/0928

Temperatur dieses Fühlers langsam (da er eine große Zeitkonstante aufweist) einen Wert erreicht, der beträchtlich über dem des überwachten Raumes liegt. Unter diesen Umständen besteht die Auswirkung einer Temperaturänderung in diesem Raum auf den Fühler 2o darin, daß sich die Geschwindigkeit des Wärmeverlustes von dem Fühler 2o an den Raum ändert. Es hat sich herausgestellt, daß der Fühler 2o aufgrund dieser Tatsache unter schweren Lastbedingungen die Neigung hat, rascher auf Änderungen der Raumtemperatur zu reagieren, als es bei leichten Lastbedingungen der Fall ist, wenn die gesamte Wärmeausgangsleistung von dem Heizwiderstand 60 gering ist und der Fühler 2o lediglich der Raumtemperatur folgt.

Die Wirkung des Fühlers 54- und. seines zugeordneten Heizwiderstands 57 (die miteinander ein Glied in der mechanischen Verbindung bilden) in dem Raumfühl-Untersystem läßt sich auch so betrachten, daß diese Elemente ein Mittel zur Änderung der Arbeitsgeschwindigkeit des Gerätes darstellen. Normalerweise ist die Zeitkonstante der Elemente 54-, 57? verglichen mit der der Elemente 2o, 60, kurz; diese Zeitkonstante kann jedoch durch Ändern der Masse, der V/ärmekapazität und der Wärmeleitfähigkeit geändert werden. Dadurch, daß in der mechanischen Verbindung zwischen dem Hauptfühler und dem Schalter ein Glied vorgesehen ist, dessen Zeitkonstante sich so wählen läßt, daß bestimmte Bedingungen optimiert werden, wird dem Konstrukteur ein nützliches Werkzeug an die Hand gegeben, das eine Bereicherung oder einen Vorteil des Gerätes darstellt. Generell bewirkt eine Verringerung der Zeitkonstante der Elemente 54·, 57 eine Erhöhung der Zyklusfrequenz, jedoch auch eine Erhöhung der RegelSchwankung. Normalerweise ist eine verhältnismäßig hohe Zyklusfrequenz zwischen etwa 8 und 12 vollen Zyklen pro Stunde erwünscht (wobei ein voller Zyklus eine Einschalt- und eine Ausschaltperiode umfaßt), es sei denn, es handle sich um elektrische Heizsysteme des Kabeltyps, wo oft niedrigere Frequenzen akzeptiert werden.

Bei Konvektions-Heizsystemen führt eine hohe Zyklusfrequenz

zu einer geringen "Raumschwankung¹¹. V/ie oben erwähnt, bildet eine geringe Raumschwankung eines der erwünschten Merkmale des vorliegenden Gerätes.

Andererseits stellt bei Kabelheizsystemen die Raumschwankung gewöhnlich ein geringeres Problem dar, während es erwünscht ist, die Regelschwankung zu minimieren· Als RegelSchwankung ist die Schwankung in der Länge der einzelnen Einschalt- und Ausschaltperioden gegenüber der mittleren Länge derartiger Perioden definiert. Wie oben angegeben, kann eine kleine Zeitkonstante für die Elemente 5^·» 57 die Regelschwankung erhöhen. Bei einem zur Verwendung in einem Kabelheizsystem bestimmten Thermostat weist das vorliegende Gerät daher eine wertvolle Vielseitigkeit insofern auf, als sich Regelschwankungen durch einfache Erhöhung der Zeitkonstante vermindern lassen·

Alternative Ausführungsformen (Pig. 9 bis 11)

In Fig. 9 und 1o ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, bei der der primäre Temperaturfühler nicht mehr aus einer Bimetallplatte sondern aus einer Anordnung aus einem Hydraulikkolben 7o, der über eine Leitung 71 ^mi^ einem Balg 72 verbunden ist, besteht. Ein durch den Einstellknopf 38 betätigbarer Verstellmechanismus 73 weist dabei einen Schraubenteil 74- auf, der die Lage einer Hülse 75 bestimmt; die Hülse 75 ist an"einer Platte 76 montiert, die um einen Stift 77 verschwenkbar ist, wobei der Stift 77 wiederum Ansätze in einer an dem Sockel 11 befestigten festen Platte 78 durchsetzt Ein Ende des Balgs 72 wirkt bei 79 gegen die Platte 76, während sein anderes Ende bei 8o gegen ein Ende einer Platte 81 wirkt, die ebenfalls um den Stift 77 verschwenkbar ist und ihrerseits bei 82 (auf der anderen Seite ihrer Schwenkachse) gegen den Betätigungsstift 5o wirkt. Die Teile werden durch eine Schraubenfeder 83 fest in ihrer Lage gehalten, die den Stift 5o zwischen der Platte 81 und dem Sockel 11 koaxial umgibt. Der übrige, den sekundären Temperaturfühler 5^ und den Heizwiderstand 57 umfassende Aufbau ist unverändert mit Ausnahme der Tatsache, daß der Heizwiderstand 6o im vorlie-

genden Fall so angeordnet ist, daß er den Kolben 7o erwärmt.

In ähnlicher Weise könnte auch der zweite Temperaturfühler die Form einer Hydraulikanordnung haben, wobei die Bimetallplatte durch einen Balg ersetzt und ein Kolben in geeigneter Weise derart angeordnet wäre, daß er sowohl die von dem Heizwiderstand 57 als auch die in dem Schalter erzeugte Wärme aufnimmt.

Die Verwendung von hydraulischen Fühlern anstelle von Bimetallfühlern ermöglicht eine Temperaturmessung an von der Schalteranordnung entfernten Orten, wie dies anhand der in Fig. 11 gezeigten Variante erläutert werden soll. Gemäß Fig. 11 ist der Kolben 7o entfernt angeordnet und der Heizwiderstand 6o weggelassen. Um die Funktion des Heizwiderstands nachzubilden, ist an dem Schalter 13 ein Hilfs-Hydraulikkolben 7o' angebracht, der die in dem Schalter erzeugte Wärme aufnimmt und zu dem Kolben 7o und dem Balg 72.parallelgeschaltet ist. Die Volumverhältnisse der Elemente 7o zu 7o' zu 72 mögen in einem typischen Ausführungsbeispiel etwa 4-0 : 4- : 1 betragen.

Bei einer weiteren (nicht gezeigten) Alternativen Ausführungsform ist der Heizwiderstand 60 so angeordnet, daß er den Hilfskolben 7ο¹ erwärmt. Der Kolben 7ο¹ kann dabei so angeordnet sein, daß er Wärme entweder nur von dem Heizwiderstand 60 oder sowohl von diesem Heizwiderstand als auch von dem Schalter aufnimmt. Wie in dem oben beschriebenen hauptsächlichen Ausführungsbeispiel lassen sich die verschiedenen Bemessungen und Bedingungen so wählen, daß das gewünschte Maß an Kompensation in dem Kompensations-Untersystem sowie das gewünschte Maß an Vorwegnahme in dem Raumfühl-Untersystem erzielt werden.

409841/0928

Claims (6)

1.Λ Thermostat zur Steuerung der Temperatur eines Raumes mit einem in Serie mit einer Last zu verbindenden Schalter, einem primären Fühler zur Messung der Raumtemperatur, einer den primären Fühler mit dem Schalter verbindenden Transmission zur Betätigung des Schalters, einem sekundären Temperaturfühler, der nahe dem Schalter angeordnet ist und die in dem Schalter durch den Laststrom im eingeschalteten Zu-' stand erzeugte Wärme aufnimmt, wobei der sekundäre Fühler derart in die Transmission eingeschaltet ist, daß er deren wirksame Länge gemäß der gemessenen Temperatur ändert und dadurch die Wirkung des primären Fühlers auf den Schalter mindestens teilweise kompensiert, sowie mit einem Heizelement zum Beheizen des sekundären Fühlers, gekennzeichnet durch einen Mechanismus (6o, 7°')» der dem primären Fühler (2o) eine Wärmemenge zuführt, die zu dem im eingeschalteten Zustand durch den Schalter (13) fließenden Laststrom proportional ist sowie eine Verbindung zur Beaufschlagung des Heizelements (57) für den sekundären Fühler (54) während des ausgeschalteten Zustande des Schalters.

2. Thermostat nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein nahe dem primären Fühler (2o) angeordnetes zweites Heizelement (6o) zur Beheizung des primären Fühlers.

3. Thermostat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η n-

409841/0.928

zeichnet, daß der primäre Fühler (2o) eine Bimetallplatte umfaßt.

4. Thermostat nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch g ekennzeichnet, daß der sekundäre Fühler (54-)-eine U-förmige Bimetallplatte mit zwei Schenkeln (53» 55) umfaßt, die einen Zwischenraum bilden, in dem das erstgenannte Heizelement (57) angeordnet ist.

5. Thermostat nach Anspruch 4-, dadurch g e k e η η -

ζ ei c h η e t, daß die Transmission einen ersten Stift (5o), der von dem primären Fühler (2a) zu einem Schenkel (53) des sekundären Fühlers (54-) verläuft, und einen zweiten Stift (56) umfaßt, der von dem anderen Schenkel (55) zu dem Schalter (13) verläuft.

6. Thermostat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η nzeichnet, daß der primäre Fühler (2o) eine einen Hydraulikkolben und einen Balg umfassende Anordnung (7o ..« 72) umfaßt.

7· Thermostat nach Anspruch 6, dadurch gekennzei chn e t, daß zur Beheizung des primären Fühlers (2o) ein Hilfs-Hydraulikkolben (7ο¹) mit dem Balg (72) verbunden ist, der entweder nahe einem zweiten Heizelement (6o) oder nahe dem Schalter (13) zur Aufnahme der in dem Schalter im eingeschalteten Zustand durch den Laststrom erzeugten Wärme angeordnet ist.

409841/0928