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Lufttrockner und Verfahren zu seiner
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Regelung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung
eines diskontinuierlich arbeitenden Lufttrockners, insbesondere eines Haushalts-Wäschetrockners,
bei dem Luft aufgeheizt und durch das bewegte zu trocknende Gut geleitet wird. Ferner
bezieht sich die Erfindung auf einen Lufttrockner, insbesondere einen Haushalts-Wäschetrockner,
mit einer Luftumwälzeinrichtung und einer Bewegungseinrichtung für das in der Trocknungskammer
befindliche, zu trocknende Gut, einer elektrischen Heizung für die Trocknungsluft
und wenigstens je einem Temperaturmeßfühler am Ein- und Austritt der Trocknungskammer.
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Übliche Haushalts-Wäschetrockner haben eine Heizung für die aufzuwärmende
Luft, die mit konstanter Leistung betrieben wird. Dabei steigt die Temperaturdifferenz
gegenüber der Ausgangs- bzw. Raumtemperatur am Austritt
des Waschetrockners
von einer relativ niedrigen Temperaturdifferenz bei nasser Wäsche auf einen sehr
hohen Wert an. Dieser kann beispielsweise bis auf 50 grdund darüber anwachsen. Dabei
treten folgende Nachteile auf: In der austretenden Luft mit hoher Temperatur wird
eine große Energiemenge vergeudet und es muß dem eigentlichen Trocknungsvorgang
eine Abkühlzeit nachgeschaltet werden.
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Da auch an die Temperaturempfindlichkeit von Kunst stofffasern gedacht
werden muß und nicht alle Wäsche wegen der Bildung von Flusen die hohe Temperatur
und die Übertrocknung der Wascheoberfläche verträgt, werden umfangreiche Programmschaltwerke
notwendig, und es ist für die Bedienungsperson notwendig, die Wäsche nach verschiedenen
Gruppen zu sortieren.
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Es ist ferner bereits vorgeschlagen worden, die Temperaturdifferenz
zwischen der ein- und austretenden Luft zur Abschaltung der Maschine heranzuziehen.
Man geht dabei davon aus, daß mit zunehmender Trocknung der Wäsche diese Temperaturdifferenz
sehr hoch ansteigt und benutzt dann die Temperaturdifferenz als ein Maß für den
Trocknungsgrad. Hierdurch sind die vorstehend beschriebenen Nachteile nicht beseitigt
und die Abschaltgenauigkeit ist bei dieser Regelung sehr gering, weil schon geringe
Störungen an der Maschine, wie beispielsweise Schwankungen des Luftdurchsatzes,
eine unterschiedlich hohe Füllung des Trockners o. dgl. Schwankungen in die Austrittstemperatur
hineinbringen, die größer sind als die erforderliche Abschaltgenauigkeit, die zwischen
ca. 6 bis 12% Feuchte für "schranktrocken" und 18 bis 28% (Absolutwerte) für "bügelfeucht"
liegt.
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Aufgabe der Erfindung ist es dagegen, ein Verfahren und einen Lufttrockner
zu schaffen, bei denen ein wesentlicher Teil der bisher aufzuwendenden Energie eingespart
wird und die zusätzlich eine Schonung der Wäsche mit sich bringt.
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Das Verfahren nach der Erfindung besteht darin, daß die Temperaturdifferenz
zwischen ein- und austretender Luft während des Trocknungsvorganges ständig auf
einen Höchstwert begrenzt wird.
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Dieser Höchstwert, der vorteilhaft zwischen 5 und 12 grd festgelegt
wird und vorzugsweie 8 grd beträgt, liegt ganz wesentlich unter den bei bisherigen
Wäschetrocknern auftretenden Temperaturunterschieden. Es hat sich erstaunlicherweise
herausgestellt, daß durch einen so geringen Temperaturunterschied die Trocknungszeit
nicht wesentlich verlängert wird. Die Trocknungszeitverlängerung liegt in der Größenordnung
von wenigen Prozenten und wird dadurch mehr als kompensiert, daß dem Trocknungsvorgang
keine Abkühlzeit nachgeschaltet werden muß. Die Wäsche wird dabei jedoch geschont,
weil keine Übertrocknung der Oberfläche eintritt, die die Wåscheoberfläehe brüchig
werden ließe, wodurch die Wäsche zur Flusenbildung durch erhöhten Abrieb neigt.
Außerdem können die recht aufwendigen Programmschaltwerke für unterschiedliche Wåschesorten
wesentlich vereinfacht werden, da lediglich das Programm Feinwäsche, Wolle, ein
Reversiervorgang und der Knitterschutz mit einem Programmwerk gesteuert werden muß.
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Vorzugsweise kann die Heizleistung in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz
zur Einhaltung des Höchstwertes geregelt werden. Alternativ oder zusätzlich ist
aber auch eine Änderung des Luftdurchsatzes möglich.
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Ferner ist es vorteilhaft möglich, die Beendigung des Trocknungsvorganges
bei Unterschreitung einer vorbestimmten bzw. wählbaren Teilleistung einzuleiten.
Hier wird also nicht, wie bei der eingangs erwähnten vorgeschlagenen Lösung, eine
bestimmte Temperaturdifferenz zur
Beendigung des Trocknungsvorganges
herangezogen, sondern die Unterschreitung einer bestimmten Leistung, die ja mit
fortschreitendem Trocknungsvorgang immer weiter absinkt. Diese Art der Regelung
der Trocknungsdauer ist wesentlich genauer als die eingangs beschriebene Art, da,
wie festgestellt wurde, einer bestimmten Teilleistung ein bestimmter Trocknungsgrad
mit großer Genauigkeit zugeordnet ist.
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Gemäß der Erfindung wird ferner ein Lufttrockner geschaffen, bei dem
die eingangs erwähnten Meßfühler an ein auf die Temperaturdifferenz zwischen beiden
Meßfühlern ansprechendes Regelgerät für die Leistung der Heizung angeschlossen sind.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
und der Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Ausführungsbeispiele der
Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden naher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Lufttrockners nach der Erfindung
mit einem darunter dargestellten Temperaturverlauf während verschiedener Trocknungsphasen
und Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Variante.
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In Fig. 1 ist ein stark schematisierter Lufttrockner 11 dargestellt.
Dies kann ein Trockner für beliebige Güter sein, jedoch ist die Erfindung insbesondere
wegen ihres einfachen Aufbaus und ihres einfachen Regelverfahrens insbesondere für
Haushalt-Wåschetrockner geeignet. Der Lufttrockner 11 besitzt einen Lufteinlaß 12,
eine daran anschließende Heizkammer 13 mit darin liegenden elektrischen Heizwiderständen
14. Die Heizkammer 13 steht über einen Luftkanal 15 mit einer Trocknungskammer 16
in Verbindung, in der das zu trocknende Gut 17, beispielsweise nasse
Wäsche,
enthalten ist, und durch die die erwärmte Luft zu einem Austrittskanal 18 strömt,
an den ein Sauggebläse 19 anschließt, das die Luft durch den Lufttrockner saugt
und ins Freie ausbläst.
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Die Trocknungskammer besitzt eine Bewegungseinrichtung 20, die einen
Motor 21 enthält, der im dargestellten schematischen Beispiel über einen Riementrieb
21a die drehbare trommelförmige Trocknungskammer 16 dreht, um damit die Wäsche in
der Trocknungskammer zu bewegen. Die Ein- und Austrittskanäle 15, 18 sind gegenüber
der Trocknungskammer abgedichtet.
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Am Lufteintritt 12, d.h. vor der Heizkammer 13, ist ein Temperaturmeßfühler
22 im Luftkanal angeordnet und ein zweiter solcher Temperaturmeßfühler 23 befindet
sich im Äustrittsluftkanal 18. Im Bereich dieses Austrittsluftkanals, vorzugsweise
auch im Bereich des Temperaturmeßfühlers 23, ist ein Zusatz-Temperaturmeßfühler
24 angeordnet, in dessen Nähe ein kleiner Heizwiderstand 25 derart angeordnet ist,
daß der Zusats~emperaturmeßfühler von dem Widerstand 25 beheizt wird, während er
von dem an ihm vorbeistreichenden Luftstrom gekühlt wird. Der Heizwiderstand 25
ist in Abhängigkeit von der dem Hauptheizwiderstand 14 zugeführten Energie beheizt,
d.h. im dargestellten Ausführungsbeispiel diesem parallel geschaltext.
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Die Leistung der Heizwiderstände 14 und 25 wird von einem Regelgerät
26 geregelt, das in üblicher Art ausgeführt sein kann und vorzugsweise elektronisch
arbeitet und eine gequantelte bzw. getaktete Leistung abgibt, d.h. den Heizwiderständen
Leistungsimpulse unterschiedlicher Dauer und/ oder Periode zuführt. Das an ein Stromnetz
27 angeschlossene Regelgerät 26 bekommt seine Regelsignale von den Temperaturmeßfühlern
22,
23, 24 und ist derart ausgebildet, daß es eine Temperaturdifferenz zwischen den
Meßfühlern 22, 23 auf einen bestimmten Höchstwert begrenzt.
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Das in der Zeichnung schematisch dargestellte Regelgerät 26 beinhaltet
einen Regelverstärker 29, der vom Stromnetz 27 versorgt wird und an seinem Eingang
Signale von den Meßfühlern 22, 23 erhält. Der Übersichtlichkeit halber ist bei den
Meßfühlern jeweils nur eine Signalleitung dargestellt. Der Ausgang des Regelverstärkers
geht, ggf.
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über ein nicht dargestelltes Leistungsrelais oder anderes Leistungssteuerglied,
wie ein Triac,zu den Heizwiderständen 14, 25.
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Der Zusatztemperaturmeßfühler 24 ist an einen Trigger 31 mit einstellbarer
Schwelle angeschlossen, der auf den Regelverstärker 29 zu dessen Sperrung bzw. Abschaltung
einwirken kann.
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Der Zusatzmeßfühler 24 sitzt zusammen mit dem Zusatzheizwiderstand
25 auf einem Wämneübertragungskörper 30, der dafür sorgt, daß der Meßfühler in Abhängigkeit
von der geregelten Leistung möglichst gleichmäßig beheizt wird.
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Die durch den Wärmeübertragungskörper erzeugte thermische Trägheit
sollte etwa der Trägheit des gesamten Heizsystems des Lufttrockners entsprechen.
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Ebenso, wie der Trigger in nicht dargestellter Weise einstellbar sein
kann, lann auch der Verstärker bezüglich der Differenztemperatur einstellbar sein.
Vorzugsweise ist jedoch die Temperaturdifferenz zwischen den Fühlern 22, 23, die
den zu begrenzenden Wert darstellt, konstant eingestellt.
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Der dargestellte Lufttrockner arbeitet unter Benutzung des Verfahrens
nach der Erfindung wie folgt: Nach Einbringung nasser Wäsche in die Trocknungskammer
16 wird das Gebläse 19 eingeschaltet, das durch den Lufteintritt 12 Luft von Raumtemperatur
an dem Meßfühler 22 vorbei in die Heizkammer 13 saugt. In dieser wird durch die
Heizwiderstände 14, die anfänglich mit voller Leistung eingeschaltet sind, die Luft
erwärmt, und zwar von der Raumtemperatur TO auf die Temperatur T1. Dies ist in dem
Diagramm mit einer durchgezogenen Linie dargestellt. Die so mit voller Leistung
auf eine recht hohe Temperatur von beispielsweise 150°C erwärmte Luft strömt durch
den Luftkanal 15 in die Trocknungskammer 16, trifft dort auf die bewegte nasse Wäsche
17 und kühlt sich infolge der zur Verdampfung abgegebenen Wärmeenergie (und der
Abstrahlungs- und Konvektionsverluste) relativ schnell ab, da einerseits die nasse
Wäsche auf Temperatur zu bringen ist und andererseits sehr große, vollständig benetzte
Oberflächen vorhanden sind. Die Temperatur sinkt dabei am Ausgang 32 der Trocknungskainrner
auf eine Temperatur T2 ab, die u.U. nur wenige grd. über der Raumtemperatur liegt.
Die Differenz T2 - TO kann dabei zu Anfang geringer sein als die Demperaturdifferenz
AU, die am Regelgerät 26 eingestellt ist.
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Nach Heizung mit weiterhin voller Leistung, steigt dann im Verlaufe
des Trocknungsvorganges die Austrittstemperatur ?2' so weit an, daß die Differenz
TO - T2' =#T wird (siehe gepunktete Linie im Diagramm).
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Es hat sich herausgestellt, daß der Wert A U normalerweise zwischen
5 und 12 grd liegen kann, wobei bei Haushalts-Wäschetrocknern der optimale Wert
bei 8 grd festgestellt wurde. Die Temperaturdifferenz A T, d.h. bei weiterhin
konstanter
Raumtemperatur TO, die Austrittstemperatur T2', wird nun durch das Regelgerät dadurch
konstant gehalten, daß es die Leistung des Heizwiderstandes 14 entsprechend herabsetzt.
Ein solcher Zwischenwert zu irgendeinem mittleren Zeitpunkt des Trocknungsvorganges
ist durch die gestrichelte Linie im Diagramm dargestellt.
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Bei einem weiteren Absinken der vom Regelgerät freigegebenen Leistung,
die dadurch zustande kommt, daß in dem schon weitgehend abgetrockneten Trocknungsgut
keine so hohe Verdunstung mehr stattfindet, wird schließlich eine Teilleistung für
den Heizwiderstand 14 erreicht, die nur noch eine Eintrittstemperatur T3 in die
Trocknungskammer hervorruft. Wie bereits bemerkt, ist diese Teilleistung unmittelbar
abhängig von dem Trocknungsgrad des Gutes. Wenn die in dem Diagramm mit strichpunktierten
Linien dargestellte Teilleistung erreicht ist, sei beispielsweise der gewünschte
Trocknungsgrad von 6% (schranktrocken) erreicht. Bei einem Haushaltswäschetrockner
liegt diese Teilleistung bei ca. 1/3 der Volleistung.
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Die TeSleistung, die bis 60"je betragen kann, setzt sich aus der Grundleistung
in der Größenordnung von ca. 30% ED (je nach Wåscheart) zur Erwärmung der Luft um
den Betrag h T und zur Aufbringung der Verluste durch Strahlung, Konvektion und
Falschluft, sowie aus der für den Resttrocknungsgrad zu erbringenden Mehrleistung
zusammen. Die Kehrleistung liegt bei schranktrockener Wäsche (6 bis 12% Restfeuchte)
naturgemäß niedriger als z.B. bei bügelfeuchter (18 bis 28% Restfeuchte) Wäsche.
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Die sich ergebenden Teilleistungen sind an dem Trigger 31 einstellbar,
der dafür sorgt, daß bei Erfichen (im Sinne einer Unterschreitung) der vorgewählten
Teilleistung der Trockner abgeschaltet wird.
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Der Trigger ist außer von der vorgewählten Teilleistung (d.h. bei
Quantelung von einer vorbestimmten relativen Einschaltdauer) noch von dem Ergebnis
des Meßfühlers 30 im Vergleich zum Meßfühler 23 abhängig. Dieser Zusatztemperaturmeßwiderstand
24 ist zur Korrektur des Ausschaltwertes vorgesehen. Er berücksichtigt automatisch
Einflüsse in der Änderung des Luftdurchsatzes und der Netzspannung. Änderungen des
Luftdurchsatzes können beispielsweise durch unterschiedliche Art des Trocknungsgutes
und unterschiedliche Befüllung sowie durch Leistungsschwankungen des Gebläses auftreten,
während Netzspannungsschwankungen sowohl das Gebläse als auch die Heizung beeinflussen.
Da bekanntlich die Schwankungen in die Heizleistung überproportional, d.h. quadratisch
eingehen, könnte hier ein wesentlicher Fehler in der Feststellung des Ausschaltwertes
eintreten. Die Beheizung des Zusatzwiderstandes mit der geregelten Leistung bei
gleichzeitiger Kühlung durch den Luftstrom berücksichtigt alle diese Umstände. So
wird beispielsweise bei einem zu großen Luftdurchsatz bei konstanter Temperaturdifferenz
au für eine vorgegebene Feuchte eine höhere Leistung benötigt, d.h. dem Regelgerät
wird durch den größeren Luftdurchsatz eine größere Restfeuchte vorgetäuscht, so
daß die Wäsche zu stark getrocknet wird.
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Dies wird aber dadurch wieder ausgeglichen, daß der Meßfühler 24 wegen
des hohen Luftdurchsatzes stärker gekühlt wird als bei normalem Luftdurchsatz und
dieser Wert als Korrektursignal dem Regelge#rät eingegeben wird. In gleicher Weise
wird bei höherer Netzspannung und bei konstanter Temperaturdifferenz A g für eine
vorgegebene Restfeuchte zwar die gleiche Leistung, jedoch ein geringerer Leistungsanteil
von der Volleistung (geringere relative Einschaltdauer) benötigt. Während beim größeren
Luftdurchsatz die Abschaltung ohne Korrektur zu spät erfolgt wäre, würde sie nun
zu früh erfolgen und die Wäsche hätte noch nicht ihren vollen Trocknungsgrad erreicht.
In diesem Falle
wird aber der Temperaturmeßfühir 24 durch den Heizwiderstand
25 höher aufgeheizt als normal und, da die Abkühlung infolge eines in diesem Falle
normalen Luftdurchsatzes gegenüber dem Normalwert nicht erhöht ist, zeigt der emperaturmeßfühler
24 eine höhere Temperatur an, die als Korrekturwert dem Trigger zugeführt wird.
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Es ist also zu erkennen, daß durch die Anordnung des Zusatzmeßfühlers
24 eine automatische und fließende Korrektur von Änderungen im Luftdurchsatz, in
der zugeführten Heizleistung etc. sich fließend und automatisch ausgleichen. Auch
unterschiedlicher Feuchtigkeitsgehalt der Luft kann damit berücksichtigt werden.
Die Berücksichtigung verschiedener absoluter Temperaturhöhen am Meßfühler 24 erfolgt
durch Vergleich mit dem unbeheizten Meßfühler 23.
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Bei diesen Meßfühlern handelt es sich vorzugsweise um Temperaturmeßwiderstände.
Zur Feststellung der zur Abschaltung führenden einstellbaren Teilleistung kann eine
beliebige Einrichtung im Regelgerät verwendet werden. Vorzugsweise wird jedoch die
Temperaturdifferenz zwischen den Meßfühlern 23 und 24 unmittelbar dazu verwendet.
Bei höherer Teilleistung ist die Temperaturdifferenz zwischen den Meßfühlern 23
und 24 sehr groß. Diese sinkt unter automatischer Korrektur durch die Luftmenge
etc. zusammen mit der zugeführten Teilleistung ab, so daß der Trigger lediglich
auf eine einstellbare Temperaturdifferenz zwischen den Meßfühlern 23 und 24 anzusprechen
hat und bei Unterschreitung einer bestimmten Temperaturdifferenz die Abschaltung
auslöst.
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Es ist also zu erkennen, daß durch die Erfindung ein energiesparendes
und wäscheschonendes Trocknungsverfahren geschaffen wird, das eine sehr einfache
Ausbildung des Luft trockners ermöglicht. Statt eines aufwendigen Programmschaltwerkes
braucht
nur noch über einen einstellbaren Trigger die Restfeuchtigkeit eingestellt zu werden,
bei der eine Abschaltung erwünscht ist. Das Sauggebläse, das vorteilhaft am Luftaustritt
sitzt und damit im Gegensatz zu einem am Lufteintritt sitzenden Druckgebläse bei
Undichtigkeiten am Übergang zur Trocknungstrommel nur Neben-Luft ansaugt1 aber nicht
warme Luft abbläst, braucht keine hohen Temperaturen mehr auszuhalten. Auch die
Anordnung wird insbesondere im Falle von Haushaltswäschetrocknern verbessert, da
die nunmehr sehr niedrigen Austrittstemperaturen im Raum viel weniger stören und
keine Gefährdung für temperaturempfindliche Stoffe in der Umgebung mehr darstellen.
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Von dem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel sind zahlreiche
Abwandlungen im Rahmen der Erfindung möglich. Da es, wie aus dem Diagramm ersichtlich
ist, zur Einhaltung der konstanten Temperaturdifferenz zwischen Raumtemperatur und
Austrittstemperatur darauf ankommt, daß die Eintrittstemperatur der durchströmenden
Luft am Eingang des Wäschetrockners in Abhängigkeit von der Feuchte abgesenkt wird,
könnte auch bei konstanter Heizleistung ein unterschiedlicher Luftdurchsatz oder
eine unterschiedliche Zugabe von Falschluft, beispielsweise am Luftkanal 15, einen
vergleichbaren Effekt hervorrufen wie die Absenkung der Heizleistung. Diese Ausführung
ist jedoch nicht so vorteilhaft, weil dann am Ende des Trocknungsvorganges bei gleicher
Leistungsaufnahme ein höherer Luftdurchsatz vorliegt, als er erforderlich wäre.
Die Abschaltung bei einer bestimmten Restfeuchte könnte auch durch einen Temperaturfühler
vor dem Eintritt in die Trocknungskammer bewirkt werden. Die Abschaltung würde dann
bei Unterschreitung der Temperaturdifferenz T3 - TO erfolgen und somit auch die
abgesenkte Heizleistung berücksichtigen. Die Ausführungsform mit dem Zusatzheizwiderstand
25, der im
übrigen auch in Serie mit dem Heizwiderstand 14 geschaltet
werden könnte, ist jedoch wegen der Berücksichtigung von Störeinflüssen günstiger.
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In Fig. 2 ist eine Ausführung dargestellt, die ohne Zusatz-Temperaturfühler
arbeitet und bis auf die Anordnung der Temperaturfühler 22', 23' der nach Fig. 1
gleicht. Daher tragen gleiche Teile gleiche Bezugszeichen.
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Die Temperaturfühler 22', 23' sind auf einer gemeinsamen, jedoch vorzugsweise
nicht stark wärmeleitenden Platine 40 angeordnet, die im Austrittskanal 18 angeordnet
ist.
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Dieser hat eine Öffnung 41 mit einem in den Austrittskanal ragendenRohrstutzen
42, in dessen Bereich der Temperaturfühler 22'angeordnet ist. Dieser mißt also die
Temperatur der Außenluft (Pfeil 43) und damit praktisch die Ausgangstemperatur des
Wäschetrockners, die als Falschluft durch den Rohrstutzen 42 angesaugt wird. Der
Temperaturfühler 23' wird dagegen von der Austrittstemperatur der Trockenkammer
beaufschlagt.
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Die Anordnung hat den Vorteil, daß die beiden Fühler räumlich eng
benachbart und vorteilhaft auf einer gemeinsamen Platine angeordnet sein können.
Sie können daher gemeinsam geführte Anschluß leitungen haben, gemeinsam montiert
und schon außerhalb des Gerätes zueinander justiert werden. Dadurch wird der Abgleich
des in Fig. 2 nicht dargestellten Regelgerätes in bezug auf die Temperaturfühler
wesentlich vereinfacht bzw. nicht mehr notwendig.
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Es wäre auch möglich, einen Zusatztemperaturfühler auch auf der Platine
40 anzuordnen.