DE563005C - Schaltanordnung zur Temperaturregelung von elektrisch beheizten OEfen - Google Patents

Description

Es sind Schaltanordnungen zur Temperaturregelung von elektrisch beheizten öfen bekannt, bei denen selbsttätige Schaltvorrichtungen auf die Temperatur der Heizvorrichtung oder ihrer unmittelbaren Umgebung ansprechen und die Stromzuführung zu den Heizkörpern entsprechend verändern. Insbesondere ist es auch bekannt, für die Temperaturregelung zwei Thermostaten zu verwenden, von denen der eine in der Nähe des Heizwiderstandes und der andere in der Nähe des Heizgutes untergebracht ist.

Die Erfindung bezweckt, bei einer Temperaturregelungseinrichtung der zuletzt erwähnten Art die Schaltanordnung so zu treffen, daß eine besonders feinfühlige Regelung der zu überwachenden Temperatur möglich wird. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der in der Nähe der Heizwiderstände liegende Thermostat, der über ein Schaltschütz die Änderung der zugeführten Heizenergie bewirkt, mit einem einstellbaren Widerstand in Reihe geschaltet ist, der über ein zweites Schaltschütz mit dem in der Nähe des Heizgutes liegenden zweiten Thermostaten verbunden ist. Je nach der Temperatur des Heizgutes wird daher der erwähnte Widerstand entweder ganz eingeschaltet oder zum^ Teil kurzgeschlossen. Ganz eingeschaltet wird der Widerstand jedenfalls dann, wenn die Temperatur, die auf den zweiten Thermostaten einwirkt, einen vorausbestimmten unteren Grenzwert erreicht. Dagegen wird der Widerstandswert durch Kurzschließung eines Teiles des Widerstandes verringert, sobald die auf den zweiten Thermostaten einwirkende Temperatur einen vorausbestimmten oberen Grenzwert erreicht.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Abb. 1 eine schematische Ansicht des ,.-Gegenstandes der Erfindung. Abb. 2 zeigt die Abwicklung einer Schalttrommel. Die Abb. 3 und 4 zeigen Diagramme, die sich auf die Temperaturänderungen in der unmittelbaren Nähe der Heizvorrichtung und in der etwas entfernteren Zone sowie auf die Änderungen in der Stromzufuhr beziehen.
• In Abb. ι ist ein Gehäuse 13 dargestellt. In "diesem ist ein schalenförmiger Behälter 16 angeordnet, der· zur Aufnahme der zu erhitzenden Stoffe dient. Der Raum 13 ist mit

elektrischen Widerstandselementen ij und i3 ausgestattet, die. parallel geschaltet sind. Durch -den elektromagnetisch betätigten Schalter.22 kann das. WiÜerstandselement 18 ein- und ausgeschaltet werden; das Element 17 bleibt dagegen während des'Heizvorganges dauernd eingeschaltet. Der Schalter 22 wird durch eine Spule 28 eingeschaltet, die ihrerseits durch das Schütz 29 gesteuert wird· Durch das Zusammenwirken des Schützes 29 und des Temperaturreglers.35 wird erreicht, daß der Schaltrhythmus des Schalters 22 sich in Abhängigkeit von einem Thermoelement 31 verändert, welches in der Kammer 13 in der Nähe des Heizwiderstandes 18 angeordnet ist. Die Spule 55 des Schützes 29 liegt parallel zu den beiden in Reihe geschalteten Widerständen 56 und 57. Weitere Widerstände 58 und 59 liegen in Reihe mit der Spule 55 und «ο den zu ihr paralell geschalteten Widerständen 56 und 57. Die Spule 55 ist in der aus Abb. 1 ersichtlichen Weise über die Widerstände 58 und 59 an die Netzleiter 19 .und 25 angeschlossen. Das Schütz kann jedoch nicht ^Z5 einschalten, solange der Widerstand 59 vorgeschaltet ist. Es "zieht erst an, wenn der Widerstand 59 durch die Kontakte 48 und 49 des Temperaturreglers 35 kurzgeschlossen wird. Dies geschieht dann, wenn ein in der Nähe der Heizwiderstände 17, 18 des zu beheizenden Gutes angeordnetes Thermoelement 31 diejenige Temperatur erreicht hat, die der unteren am Temperaturregler eingestellten Temperaturgrenze entspricht. Das Thermoelemental steuert die Spule 55 des Schützes 29 über den Temperaturregler 35„durch Vermittlung einer Schaltwalze 36, auf deren Einzelheiten weiter unten näher eingegangen wird. Nachdem das Schütz angezogen hat, bleibt der Widerstand 59 über die Schützkontakte 64 kurzgeschlossen, auch wenn sich die Kontakte 48 und 49 des Temperaturreglers 35 öffnen. Das Schütz 29 wird dadurch abgeschaltet', daß die Spule 55 und der Widerstand 57 durch die Kontakte 48 und 50 des Temperaturreglers kurzgeschlossen werden, sobald das Thermoelement 31 die eingestellte obere Temperaturgrenze erreicht hat. Das Schütz 34, welches analog dem Schütz 29 eine. Einsehaltspule 68, zwei Parallelwiderstände 69 und 71 und zwei Vorwiderstände 72 und 73 besitzt, ist ebenfalls an die Netzleiter 19, 25 angeschlossen. Die Spule 68' wird von einem Thermoelement 33 gesteuert, das' innerhalb des zur Aufnahme des Heizgutes dienenden Behälters 16 angeordnet ist. Das-Thermoelement 33 steuert die Spule des Schützes 34 über den bereits erwähnten Temperaturregler 35 durch" Vermittlung der Schaltfoalze 36. Das Einschalten des Schützes geschieht durch Kurzschließen des Widerstandes 72 durch Vermittlung der' Kontakte 48 und 49 des Temperaturreglers 35. Darauf bleibt dieser Widerstand über die Schützkontakte yy kurzgeschlossen, auch wenn sich die Kontakte 48 und 49 öffnen. Das Schütz fällt erst wieder ab, wenn durch die Kontakte 48 und 50 des Temperaturreglers der Widerstand 71 kurzgeschlossen wird, also .wenn das Thermoelement 33 die obere Temperaturgrenze erreicht hat. Durch das Abfallen des Schützes wird der Kontakt 78 geschlossen und dadurch ein Teil des Widerstandes 32 kurzgeschlossen.

In manchen Fällen ist es erwünscht, daß die Heizelemente auf der höchst zulässigen Temperatur erhalten werden, damit der Behälter 16. möglichst rasch bis zu der gewünschten Temperatur erhitzt werden kann. Bei anderen Anweridüngsarten kann es erforderlich sein, daß der Behälter 16 langsam erhitzt wird, in welchem Falle der Raum 13 auf einer etwas niedrigeren Temperatur erhalten werden muß.

In beiden Fällen wird die Stromzufuhr, wenn das Anheizen beendet ist und der Behälter 16 die gewünschte Temperatur erreicht hat, so geregelt, daß die Heizelemente 17 und 18 und damit der sie unmittelbar umgebende Raum 13 auf einer nur wenig höheren Temperatur gehalten werden. - -Es^wird dann nur so viel Wärme an den Behälter 16 abgegeben, wie erforderlich ist, um die Strahlungsverluste auszugleichen und die verbrauchte Wärme zu ersetzen. Die Temperatur des Raumes 13 wird auf einen verhältnismäßig hohen Wert eingeregelt, wenn die Temperatur in dem Behälter τβ unterhalb des gewünschten Wertes liegt, und auf einen verhältnismäßig niedrigen Wert, wenn die Temperatur im Behälter über dem gewünschten Wert liegt.

Die Temperatur des die Heiz widerstände 17, 18 enthaltenden Raumes 13 wird, je nachdem ob die Temperatur des das Heizgut enthaltenden Behälters 16 über oder unter einem vorgeschriebenen Wert liegt, auf folgende Weise auf verschiedene Werte eingeregelt: Bei Erreichen der oberen Temperaturgrenze im Behälter 16 fällt das Schütz 34, das durch das Thermoelement 33 gesteuert wird, ab. -Infolgedessen wird durch die Kontakte 78 des Schützes 34 ein Teil des Widerstandes 32 kurzgeschlossen. Der Widerstand in dem Stromkreis des Thermoelementes 31, das durch die Temperatur des Raumes 13 beeinflußt wird, wird dadurch kleiner. Dementsprechend" stellt sich der Schaltrhythmus des Schalters 22 so ein, daß der Raum 13 eine niedrige Temperatur annimmt.

Bei · Erreichen der unteren Temperaturgrenze im Behälter 16 zieht infolge Kurz-

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Schließung des Widerstandes 72 das Schütz 34 an. Die Kontakte 78 öffnen sich, und der Widerstand 32 ■ nimmt seinen vollen Wert wieder an. Dadurch wird der Schaltrhythmus des Schalters 22 iri solchem Sinne geändert, daß der Raunri3 wieder auf höhere Temperatur gebracht wird.

Die Schaltwalze 36 ist zu dem Zweck vorgesehen, die Schütze 29 und 34 mittels der Thermoelemente 31 und 33 durch einen einzigen Temperaturregler 35 steuern zu können. Die Schaltwalze 36, die von links, gesehen im Uhrzeigersinn umläuft, besteht aus einem Zylinder 84, der bei 86 gelagert ist und durch einen an die Leitungen 19 und 25 angeschlossenen Motor 87 angetrieben wird.

Der Zylinder 84 ist mit einer Anzahl von

Kontaktringen 88 bis 92 versehen. Die Ringe enthalten an einem geringen Teil ihres Umfanges nach links gerichtete und an etwa dem Rest nach rechts gerichtete Ansätze.

97, 98, 99 und 100 sind Bürsten, die mit den Ringen dauernd in Kontakt stehen. Weitere Bürsten 101 bis 108 kommen nur/zeitweise mit den links- bzw. rechtsseitigen Ansätzen der Ringe iri Berührung.

Wie aus Abb. 2" zu ersehen, kommen die Bürsten 101 und 103 in Berührung mit den linksseitigen Ansätzen der Ringe 88 und.89, bevor Kontakt zwischen den Bürsten 105 und 107 und den linksseitigen Teilen der Ringe 91 und 92 hergestellt wird. In ähnlicher Weise befinden sich die Bürsten 102 " und 104 in Berührung mit den rechtsseitigen Teilen der Ringe 88 und 89, bevor die Bürsten 106 und 108 mit den rechtsseitigen Teilen der Ringe 91 und 92 Kontakt haben. Nach der Abb. 1 sind die Leitungen 37 und 38 des Thermoelementes 33 mit den Bürsten 10.1 und 103 und die Leitungen 41 und 42 des Thermoelementes 31 mit den Bürsten 102 und 104 verbunden. Die Bürsten 97 und 98 sind durch die Leitungen 109 und 110 an die Spule 43 des Instrumentes 35 angeschlossen. Dreht sich der Zylinder 84, so werden die Thermoelemente 31 und 33 abwechselnd mit der Spule 43 verbunden.

Der feste Kontakt 49 des Instrumentes 35 ist durch eine Leitung in mit dem Ende des Widerstandes 59 verbunden und der Verbindungspunkt an die Speiseleitung 25 angeschlossen. Der Kontakt 49 ist weiterhin an das Ende des Widerstandes 72 durch die Leitungen in und 40 angeschlossen. Der bewegliche Kontakt 48 ist mit der Bürste 99 der Schalttrommel 36 und der feste Kontakt 50 mit der Bürste 100 verbunden.

Die Bürste 108 des Schalters ist mit dem

Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 57 und 56 des Schützes 29 durch eine Leitung 113 und die Bürste 107 mit der Verbindungsstelle zwischen den Widerständen 69 und 71 des Schützes 34 durch eine Leitung 114 verbunden. Die Bürste 106 der Schalttrommel ist durch eine Leitung 115 mit der Verbindungsstelle zwischen den Widerständen 57 und 59 des Schützes 29 und die Bürste 105 ist durch eine Leitung 116 mit' der Verbindungsstelle zwischen den Widerständen 71 und 72 des Schützes 34 verbunden.

Zum besseren Verständnis der Temperaturregeleinrichtung nach Abb. ϊ wird auf die in Abb. 4 dargestellten Kurven Bezug genommen. Die Kurven 118, 119 und 120 veranschaulichen die Temperaturzeit- und die Stromzuführuhgzeitcharaktefistiken der Heizelemente 17 und 18 und des Behälters 16. Es sei angenommen, daß die in dem Behälter 16 enthaltenen Stoffe, wie Lötmittel, Blei u. dgl., aus dem festen in den flüssigen Zustand übergeführt werden sollen, daß der Heizstrom voll eingeschaltet ist, ' daß die Widerstände 17 und 18 parallel an die Speiseleitungen 19 und 25 angeschlossen sind und daß die Temperatur des Behälters 16 unterhalb der gewünschten liegt, wobei die Kontakte 48 und 49 sich berühren und die Schütze 34 und 29 erregt werden. Der gesamte Widerstand 32 ist dann in den Stromkreis des Thermoelementes 31 eingeschaltet und die Temperatur der Heizelemente 17 und 18 auf einen verhältnismäßig hohen Wert gebracht. Der Kontakt 48 schwingt je nach der Temperatur des Raumes 13 zwischen den Kontakten 49 und 50 hin und her und bewirkt dadurch das abwechselnde Erregen und Stromloswerden des Schützes 29 und damit das öffnen und Schließen des Schalters 22.

Wie durch die Kurven dargestellt, folgt die Temperatur der Heizelemente der Kurve 119 und die Temperatur des Behälters 16 der Kurve 118.

Wenn die Temperatur des - Behälters ·χ6 den durch den Punkt 121 der Kurve 118 angedeuteten Wert erreicht, wird das Schütz, : 34 stromlos und ein Teil des Widerstandes 32 kurzgeschlossen. Die Heizwiderstände werden hierbei abgekühlt und auf einer Durchschnittstemperatur erhalten, die durch die einen Teil der Kurve 119 schneidenden waagerechten Linien 122 angedeutet ist. Sinkt die Temperatur der Heizelemente weiter, so kühlt sich der Raum 16 allmählich ab, bis der Punkt 123 erreicht ist. Bei dieser Temperatur wird das Schütz 34 wieder erregt und der ganze Widerstand 32 in den Stromkreis des Thermoelementes 31 eingeschaltet. Jetzt wird das Schütz 29 so gesteuert, daß die Temperatur der Heizwiderstände wieder auf ihrem Höchstwert erhalten wird, wie sie durch die durch den oberen Teil der Kurve

11-9 sich erstreckenden-waagerechten'Linien 124 angedeutet ist. Sie wird auf diesem Wert erhalten, bis die Temperatur im Innern des Behälters 16 wieder den durch Punkt 121 angedeuteten Wert erreicht.

Wenn diese Aufeinanderfolge von Vorgängen sich fortsetzt, wird in dem Behälter 16 eine fast gleichmäßige Durchschnitts^: temperatur erzielt.

Wenn sich die Temperatur des Raumes 16 auf oder oberhalb -dieser Durchschnittstemperatur befindet, dann hält der Strom des Thermoelementes 33 den beweglichen Kontakt 48 in Berührung mit dem festen Kontakt 50. Das Schütz 34 bleibt dann stromlos, und das Thermoelement 31 erhält, in dem-Raum 13 eine Durchschnittstemperatur, die durch die durch einen Teil der Kurve 119 sich erstreckenden Linien 122 dargestellt ist, Liegt die Temperatur im Innern des Behälters 16 unterhalb der gewünschten Durchschnittstemperatur, dann bewegt die Feder Sx den beweglichen Kontakt 48 gegen "den festen Kontakt 49. Das Schütz 34 wird *5 daher erregt und der Gesamtwiderstand 32 in den Stromkreis des Thermoelementes 31 eingeschaltet. Dadurch wird in dem Raum 13 eine Temperatur erzeugt, wie sie durch die Linien 124 ,dargestellt wird. In.^Abb. 3 der Zeichnung sind die Temperaturcharakteristiken der Räume 13 und 16 und die Stromzufuhrzeitkurve der Heizelemente dargestellt, wenn die Temperatur des Behälters 16 nur durch ein einziges dort angeordnetes Thermoelement geregelt werden würde. Die Kurve 125 stellt dabei .die Temperaturcharakteristik des Raumes 13, die Kurve 126 die des Raumes 16 dar, während die Kurve 127 die. Stromzufuhr/zu den Widerstandselementen 17 und 18 für die verschiedenen Zeitpunkte wiedergibt. . Erreicht 'die Temperatur im Innern des Behälters 16 den Wert der Ordinate der durch die Kurve 126 sich erstreckenden. Linie 128, so wird die Stromzufuhr zu den Heizelementen verringert. Da die Temperatur der. Heizelemente und des sie umgebenden Raumes 13 sehr hoch ist, so steigert sich die Tempe- --- ratur des Raumes 16 noch weiter, wenn die Temperatur des Raumes 13 zu fallen b&- ginnt.

Ist'die Temperatur der Heizelemente bis zu einem bestimmten Wert gefallen, so beginnt auch die Temperatur im Innern des Behälters 16 entsprechend zu fallen, und wenn sie die Linie 128 erreicht, vergrößert sich die Stromzufuhr zu den Heizelementen wieder. Die Temperatur im Raum 16 sinkt jedoch noch weiter, da die Temperatur der Heizelemente bzw. des sie umgebenden Raumes 13 so niedrig geworden ist, daß. keine Wärme aus diesem Raum in den Behälter. 16 übertritt.

Wenn so die Wärmequelle nur in Abhängigkeit von der in dem Behälter 16 herrsehenden Temperatur geregelt werden würde, würde die Temperatur der Räume 13 und 16 verhältnismäßig großen Schwankungen unterworfen sein.

Im Gegensatz dazu wird durch eine An-Ordnung nach der Erfindung eine außergewöhnlich geringe Temperaturschw'ankung in dem zu beheizenden Behälter erzielt.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   i. Schaltanordnung zur Temperaturregelung von" elektrisch beheizten öfen, deren Stromzufuhr durch zwei Thermostaten geregelt wird, von denen der eine in der Nähe der HeizwiderstänjLe und der andere in; der Mähe des Heizgufes_ angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Nähe der Heizwiderstände liegende Thermostat (31), der über ein Schaltschütz (29) die Änderung der zugeführten Heizenergie bewirkt, mit einem einstellbaren Widerstand (32) in Reihe geschaltet ist, der über ein zweites Schalt-" schütz (34) mit dem in der Nähe des Heizgu'tes liegenden Thermostaten (33) * verbunden ist, so daß der Widerstand j e nach der Temperatur des Heizgutes (16) ganz eingeschaltet oder zum Teil kurzgeschlossen -wird. ; 2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, ." gekennzeichnet durch" eine' stetig umlaufende Schalttrommel (36), durch welche die Thermostaten (31, 33) mit den von ihnen gesteuerten. Schaltschützen ¹⁰Q (29 bzw. 34) abwechselnd verbunden werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.