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Verfahren und Einrichtung zur selbsttätigen Regelung der Beheizung
von Öfen, insbesondere von Backöfen Bei Feuerungen ist es bekannt, di-- Durchsichtigkeit
der Rauchgase zur Beeinflussung lichtempfindlicher Zellen zu benutzen, die in ihrem
Stromkreis eine Widerstandsänderung hervorrufen, wodurch mit Hilfe geeigneter Steuerungsglieder
die Luft- Oder Dampfzufuhr eingestellt und verhindert wird, daß mit den Abgasen
zuviel unverbrannte Stoffe entweichen.
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Ferner ist es bereits bekannt, die Beheizung von Öfen durch einen
Thermostaten zu regeln, um die Hitze iin Ofen konstant zu halten.
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Derartige Anordnungen reichen aber in vielen Fällen nicht aus, wenn
@es sich z. B. darum handelt, Backware von gleichmäßiger Farbe zu erhalten. Der
Backprozeß ist nämlich nicht allein vom Hitzegrad im Ofen, sondern auch von den
Feuchtigkeitsverhältnissen .abhängig und kann auch bei gleich--r Temperatur anders
verlaufen, wenn die Feuchtigkeitsverhältnisse andere sind.
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Erfindungsgemäß soll daher in- allen jenen Fällen, in welchen auf
Erzeugnisse von gleicher Farbe Wert gelegt wird, die Heizung des Ofens selbsttätig
in Abhängigkeit von der Farbe der Erzeugnisse dadurch geregelt werden, daß die Ofenheizung
durch lichtempfindliche Zellen in Abhängigkeit von der Farbe des im Ofen behandelten
Gutes geregelt wird, wobei die lichtempfindlichen Zellen mit Verstärkerröhren und
Steuereinrichtungen zusammenarbeiten.
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Abb. i der Zeichnung zeigt schematisch einen mit der neuen Regeleinrichtung
ausgestatteten Backofen mit endlosem Förderband, Abb.2 einen schematischen Schnitt
durch den die photoelektrischen Zellen enthaltenden Teil der Regeleinrichtung, Abb.3
das Schaltbild und Abb. ¢ eine abgeänderte Schaltung.
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Der Ofen i dient zum Backen von Teigwaren. Die Backware wird über
ein endloses Band 2 durch den Backofen geführt, de;- bei dein dargestellten
Ausführungsbeispiel Gasheizung besitzt. In der Gaszuführungsleitung 3 ist ein Membranventil
4. eingeschaltet, das durch Luftdruck gesteueit wird. Die durch das Rohr 5 zugeführte
Druckluft wird durch ein thermostaiisches Ventil 6 gesteuert, das im Gehäuse 7 untergebracht
und durch ein elektrisches Heizelement 8 beeinflußt wird.
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Im Gehäuse i i sind zwei photoelektrische Zellen 9, 1 o oberhalb des
Förderbandes
untergebracht. Das Gehäuse i i enthält zwei Abteilungen
12, 13, deren untere, 12, reit einem Glasfenster 14 versehen ist, während die obere
Abteilung 13 eine Öffnung 15 aufweist, die mittels des Schiebers 16 einstellbar
abgeschirmt werden kann. Glühlampen 17, 18 sind im Gehäuse i i derart untergebracht,
daß ihr Licht unmittelbar auf die Backware fällt und von dieser durch das Fenster
14 zur photoelektrischen Zelle lo reflektiert wird. Das Lieht der einen Lampe 18
fällt auch unmittelbar durch die Öffnung 15 auf die photoelektrische Zelle 9. Wenn.
in der Farbe der Backware einte Änderung eintritt, so wird auch eine entsprechende
Änderung des Widerstandes der licUtempfindlichen Zelle io hervorgerufen und in Abhängigkeit
von dieser eine Änderung des im Heizelement 8 fließenden Stromes.
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Durch die in Abb.3 dargestellte Schaltung wird der Heizstrom im Widerstand
8 in Abhängigkeit von der Belichtung der photoelektrischen Zellen gesteuert.
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Die lichtempfindlichen Zellen 9, 1 o sind mit der Sekundärwicklung
i 9 eines Transformators in Reihe geschaltet und bilden mit diesem den Stromkreis.35.
Der Transformator erhält Energie durch eine Wechselstromquelle 2o. Die Lampen 17,
18 arbeiten mit den lichtempfindlichen Zellen zusammen, wie an Hand der Abb.-> erläutert
wurde. Die photoelektrischen Zellen arbeiten auf Entladungsröhren 21, 22 mit Anode,
Kathode und Gitter. Das Gitter oder die Steuerelektrode 23 der ersten Röhre z i
ist an einen Punkt zwischen der Kathode und Anode der lichtempfindlichen Zellen
9 und i o angeschlossen.
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Die Anoden 24, 25 der Entladungsröhren 21, 22 erhalten Strom von der
Sekundärwicklung 26, die mit der Wechselstromquelle 2o zusammenarbeitet. Der Glühdraht
27 der Röhre 2 i ist mit dem Mittelpunkt der Sekundärwicklung i g verbunden, während
der Glühdraht 28 der zweiten Röhre 22 mit dem Mittelpunkt der Sekundärwicklung a6
verbunden ist. Die Anode 24 der ersten Röhre 21 ist über einen Widerstand 29 mit
dem Mittelpunkt der Sekundärwicklung 26 verbunden, während die Anode 25 der zweiten
Röhre 22 über den Heizwiderstand 8 mit dem einen Ende der Sekundärwicklung 26 in
Verbindung steht. Erforderlichenfalls kann auch eine Rückkopplungsverbindung, z.
B. der Kondensator 36, vom Widerstand 31 zum Gitter 23 der Röhre 21 geführt sein.
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Die Regelung arbeitet wie folgt: Normalerweise ist die Lichtintensität,
welche auf beide lichtempfindliche Zellleng, i o fällt, derart, 'daß der Widerstand
der Zellen im wesentlichen gleich ist. Wenn die Wicklung i 9 Wechselspannung erhält,
fließt Strom durch beide Zellen während einer Halbperiode. Da der Spannungsabfall
in beiden Zellen wesentlich glich ist, wird das Gitter 23 normalerweise ein Potential
haben, das dem des Mittelpunktes der Wicklung i 9 entspricht. Da der Glühdraht 27
an denselben Punkt angeschlossen ist, wird auch er normalerweise im wesentlichen
das gleiche Potential haben wie das Gitter 23, und wenn die Anode 24 positiv ist,
wird Strom im Ausgangskreis der Röhre 21 fließen.
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Das Gitter 32 der Röhre 22 kann niemals positiv werden, da es von
seinem zugehörigen Glühdraht durch einen Widerstand.` 29 getrennt ist, durch den
Strom nur in solcher Richtung fließen kann, daß er ein negatives Potential auf dem
Gitter erzeugt. Das Gitter 32 ist daher in der Halbperiode, in welcher Strom im
Ausgangskreis der Röhre 21 fließt; negativ gegenüber dem Glühfaden 28, und zwar
ist die Höhe dieses negativen Potentials proportional dem Anodenstrom der Röhre
21. Während der Halbperiode, in welcher das Gitter 32 negativ ist, ist d_,e Anode
25 positiv, und es fließt ein Strom im Ausgangskreis der Röhre 22, wenn das negatic-e
Rotential des Gitters nicht zu groß ist.
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Wenn während des Betriebes das Licht, welches auf die Zelle i o fällt,
stärker wird, beispielsweise infolge eines Hellerwerdens der Farbe des- Backgutes
auf dem Förderband, so nimmt der Widerstand dieser Zelle ab, und das Gitter 23 wird
negativ. Die Erhöhung des negativen Potentials :des Gitters 23 bewirkt ein Abnehmen
des Anodenstromes der Röhre 21 und ein entsprechendes Abnehmen des negativen Potentials
des Gitters 32, wodurch ein stärkerer Strom im Heizelement 8 hervorgerufen wird,
das in den Ausgangskreis der Röhre 22 geschaltet ist. Eine Verstärkung des Stromes
im Heizelement 8 bewirkt Schließung dies Ventils 6 in der Druckluftleitung 5 und
hierdurch eine erhöhte Zuführung von Brenngas zum Ofen i.
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Wenn das gegen die Zelle io gerichtete Licht abnimmt, also das Backgut
dunkler wird, findet der umgekehrte Vorgang statt. Das negative Potential des Gitters
23 nimmt ab und bewirkt eine Erhöhung des Stromes im Ausgangskreis der Zelle 21
und damit eine Zunahme des negativen Potentials des Gitters 32. Die Folge hiervon
ist, daß .der durch das Heizelement 8 fließende Strom abnimmt, das Venti16 geöffnet
und die Heizgaszuführung zum Ofen i gedrosselt wird.
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An Stelle des Heizelements 8 und des Ventils 6 könnte auch ein Solonoid
zur Betätigung des Ventils 4 dienten.
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Wie Abb. 4 zeigt, dient das Solonoid 33 zur Steuerung .des Relais
34, das von der
Stromquelle 2o versorgt wird. Dieses Relais 34.
schließt den Kreis für :eine Spule 38, die die Bewegung des Ventils q. veranlaßt.
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Erforderlichenfalls kann eine Rückkopplung Anwendung finden, wie in
Abb.3 angedeutet ist. Eine solche ist besonders in Verbindung mit lichtempfindlichen
Zellen wertvoll, da hierdurch eine erhöhte Empfindlichkeit und Beschleunigung des
Reguliervorganges erreicht werden kann. Beispielsweise beansprucht das Gitter 23
bei normaler Funktion einen erheblichen Stromaufwand, um sein Potential gegen Erde
und den Glühdraht 27 bei einer gegebenen Kapazität und mit großer Geschwindigkeit
zu ändern. Da die lichtempfindlichen Zellen nur einen gewissen Strom abgeben können,
ist dis. Regelungsgeschwindigkeit beschränkt und kann durch die Rückkopplung über
den Widerstand 31 und einen Regelkondensator 36 erhöht werden, da über diese Leitung
ein zusätzlicher Strom dem Gitter 23 zugeführt wird. Die in Abb.3 dargestellte Schaltung
hat bei Niederfrequenz und höheren Frequenzen eine außerordentlich gute Wirkung
ergeben. Der Kondensator 36 soll bei dieser Schaltung genügende Kapazität haben,
um die Kapazität der Gitterleitung gegen Erde auszugleichen.
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Ein Kondensator 37 kann auch zwischen dem Gitter 23 und Glühdraht
27 geschaltet sein. Dieser ist zwar nicht unbedingt .erforderlich, aber vorteilhaft,
wenn der Glühdraht 27 nicht genau an die Mitte der Tra'nsfox'-matorwicklung i 9
angeschlossen ist.