DE647699C - Anordnung zum selbsttaetigen Betrieb elektrischer Widerstandsoefen, bei der die Heizwicklungen des Ofens durch einen Temperaturregler mit Verzoegerung von Dreieck- auf Sternschaltung umgeschaltet werden - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum selbsttätigen Betrieb elektrischer Widerstandsöfen, bei der die Heizwicklungen des Ofens unter Verwendung eines Stern-Dreieckschalters und eines mehrpoligen Umschalters durch einen Temperaturregler mit Verzögerung von Dreieck- auf Sternschaltung umgeschaltet werden.

Es sind bereits Anordnungen bekannt, bei denen durch Bimetallorgane in Abhängigkeit von der Temperatur eine Regelung der Wärmeerzeugung bei elektrischen Heizvorrichtungen mit unterteiltem Heizwiderstand vorgenommen wird. Diese Regelung erfolgt dabei derart, daß bei niedriger Temperatur die Widerstände parallel an das Netz geschaltet sind, und daß bei Steigerung der Temperatur eine Umschaltung der Widerstände in der Weise erfolgt, daß zuerst ein Teil parallel und ein Teil hintereinander, später alle Widerstände in Reihe geschaltet sind. Bei Erreichen einer Höchsttemperatur erfolgt dann ein Abschalten der gesamten Heizwiderstände. Bei einer anderen bekannten Anordnung erfolgt eine Regelung der Wärmezufuhr ebenfalls durch einen Temperaturregler mit Verzögerung unter Verwendung eines Stern-Dreieckschalters und eines mehrpoligen Umschalters, so daß bei Erreichung einer bestimmten Höchsttemperatur die Wicklung auf Stern, bei Erreichung einer bestimmten niedrigsten Temperatur die Heizwicklung auf Dreieck und umgekehrt geschaltet wird.

Bei diesen bekannten Widerstandsöfen findet also ein dauerndes temperaturabhängiges Schalten in die Schaltstellung für den höheren bzw. in die für den niedrigeren Anschlußwert statt, je nachdem die Temperatur einen bestimmten Wert unter- bzw. überschritten hat. Dieser Vorgang spielt sich während der ganzen Dauer des Betriebes ab.

Eine derartige Überwachung des Betriebes ist jedoch höchst unwirtschaftlich, weil die umgesetzte Energiemenge unnötig groß ist und ferner ein dauerndes Umschalten zwischen dem hohen und dem niedrigen Wert der zugeführten Energie stattfindet, wodurch die Schaltorgane dauernd einer Höchstbeanspruchung unterworfen sind.

Gegenüber diesen bekannten Anordnungen besteht der Gegenstand der Erfindung darin, daß die endgültige Umschaltung von der Dreieckschaltung auf die Sternschaltung

*) Von dem Patent sucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Victor Paschkis in Berlin-Baumschulenweg.

durch einen erst nach Ablauf einer vorher festgesetzten Zeit ansprechenden Schalter erfolgt oder durch ein Zählerrelais erst dann veranlaßt wird, wenn der mittlere Strombedarf des Ofens auf einen bestimmten einstellbaren Wert gesunken ist.

Der Ofen kann also nach dem ersten Ansprechen des Reglers noch eine Zeitlang auf den höheren Anschlußwert zurückgeschaltet ίο werden und wird erst nach Ablauf einer bestimmten Zeit endgültig auf einen niedrigeren Anschlußwert umgeschaltet. Diese Maßnahme beruht auf der Erkenntnis, daß in dem Augenblick, in dem der Regler zu arbeiten beginnt, die zwecks Konstanthaltung der Temperatur erforderliche Leistung in den meisten Fällen noch über demjenigen Wert liegt, der bei Stern- oder Serienschaltung der Widerstände zur Verfügung steht. Es zeigt sich nämlich, daß eine Kurve mittlerer Arbeitsverbrauch in Abhängigkeit von der Zeit den in der Abb. ι gezeigten Verlauf hat. Von dem Punkt Null bis zum Punkt 1 der ausgezogenen Kurve arbeitet der Ofen in Dreieckschaltung. Im Punkt 1 beginnt der Regler zu arbeiten. Der mittlere Verbrauch wird allmählich verringert, bis er praktisch nach der Zeit ^₁ (theoretisch nach unendlich langer Zeit) den durch die Leerverluste des Ofens gegebenen Wert A erreicht. Im Punkt 2 der Kurve überschreitet der mittlere Verbrauch den dritten Teil des An Schluß wertes, also jene Leistung, die bei Sternschaltung der Widerstände zur Verfügung steht. Schaltet man bereits im Punkt 1 endgültig auf Sternschaltung um, so wird entsprechend der kleineren zugeführten Leistung die Zeit bis zum Erreichen der vollen Durchwärmung vom Werte Jf₁ auf den Wert t._z ansteigen, die Wirtschaftlichkeit des Ofens also verringert.

Einige der möglichen Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Abbildungen dargestellt.

Die Abb. 2 zeigt eine Anordnung, bei der die Umschaltung nach einer bestimmten einstellbaren Zeit erfolgt.

An die Sammelschienen R, S, T, die über einen nicht gezeichneten Hauptschalter an ein Drehstromnetz gelegt werden können, sind die Heizwiderstände 0 des Ofens angeschlossen. F ist das Dreieckschütz, das mittels der Spule D betätigt wird. Der Hilfskontakt 18 ist bei geschlossenem Schütz F geöffnet und bei geöffnetem Schütz geschlossen. G stellt das Sternschütz dar, das durch die Spule E geschaltet wird. Auch dieses Schütz ist mit einem Hilfskontakt 19 versehen, der ebenfalls bei geöffnetem Schütz geschlossen und bei geschlossenem Schütz geöffnet, ist. Dr ist ein Doppeldruckknopf, bei dessen Betätigung ein Stromkreis geschlossen und ein anderer geöffnet wird. Rg bezeichnet einen Temperaturregler mit Maximalkontakt, Ru ein Ruhestromrelais und U ein Ausschaltrelais mit ;zwei Ruhestellungen, das derart gebaut ist, daß der Kontakt 15 geschlossen wird, wenn die Spule A Strom erhält, der aber auch dann geschlossen bleibt, wenn die Spule A darauffolgend stromlos wird. Bei Erregung der Spule B öffnet sich der Kontakt 15 und bleibt auch dann in dieser Stellung, wenn B darauffolgend stromlos wird. Schic stellt eine Schaltuhr dar (Zeitrelais), die, nachdem eine in ihr befindliche Spule erregt wird, abzulaufen beginnt und nach einer bestimmten einstellbaren Zeit einen Stromkreis schließt.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende :

Bei Inbetriebsetzung des Ofens wird, nachdem der nichtgezeichnete Hauptschalter eingelegt wurde, Dr vorübergehend gedruckt. Dadurch fließt Strom von 5 über 14, Spule A nach 6; der Kontakt 15 wird geschlossen, so daß nun von 11 über 17 (Spule C ist stromlos, da 16 noch nicht geschlossen hat), 8, 15» 19, Spule D nach 4 Strom fließt. Das Dreieckschütz F zieht an und stellt die Dreieckschaltung der Widerstände 0 her. Dadurch wird der Kontakt 18 geöffnet, so daß das Sternschütz G auf keinen Fall einschalten kann. Die Temperatur in O steigt nun, bis der Zeiger des Temperaturreglers Rg den Kontakt 16 schließt. Dadurch wird ein Stromkreis geschlossen, der von 7 über 16, Spule C nach 10 verläuft. Das Relais Ru spricht an; der Kontakt 17 wird unterbrochen und D wird stromlos, so daß das Dreieckschütz F abfällt. Nunmehr sinkt die Temperatur in O, und sobald der Zeiger den Kontakt 16 wieder öffnet, wird die Spule C stromlos, der Kontakt 17 schließt, Spule D wird erregt und das Dreieckschütz F zieht wieder an. Das Relais Ra, dessen Kontakte 30 in diesem Falle geöffnet sind, ist deshalb zwischen E und 12 eingeschaltet, um zu verhindern, daß bei geöffnetem Kontakt 18, also bei Betrieb mit dem Dreieckschütz F, auch die Spule E Strom erhält, was ein dauerndes Zittern der Schütze zur Folge hätte. Das oben beschriebene Aus- und Einschalten des Dreieck- no schützes F wiederholt sich nun so lange, bis die eingestellte Zeit in Schu abgelaufen ist und der Arbeitsstromkreis 28, Schu, Spule B, 9 durch die Schaltuhr geschlossen wird. Der Kontakt 15 öffnet sich nun, so daß Spule D auf keinen Fall mehr Strom erhalten kann. Gleichzeitig fließt aber auch von 28 über Schu, Spule K nach 31 Strom, wodurch die Kontakte 30 geschlossen werden. Der Temperaturregler Rg arbeitet nunmehr über Ru auf E, wobei der Kontakt 17 den Stromkreis 11, 17, 8, 13, 18, E, 30, 12 herstellt bzw.

unterbricht und dabei das Schütz G einschaltet bzw. ausschaltet. Nach beendeter Ofenfahrt wird das Zeitrelais Schu wieder in die Ausgangslage zurückgeführt; dies kann in bekannter Weise mechanisch durch eine Schaltuhr o. dgl. geschehen.

Statt der Schaltuhr Scha kann vorteilhafterweise ein Zählerrelais verwendet werden, das erst dann umschaltet, wenn der

ίο mittlere Verbrauch während einer bestimmten Zeit — etwa 15 Minuten — unter einen bestimmten, einstellbaren Wert gesunken ist. Man würde das Zählerrelais also im Falle der Stern-Dreieckschaltung auf ¹J₃ des vollen Anschlußwertes stellen, so daß die Umschaltung erfolgt, sobald der mittlere Verbrauch durch die Sternleistung gedeckt werden kann. Als Zählerrelais kann zweckmäßig ein Zähler mit Höchstlastzeiger und Signalkontakt Verwendung finden. Die Wirkungsweise dieser Apparate ist so, daß beim Eintreten eines bestimmten einstellbaren mittleren Verbrauches, bezogen auf einen bestimmten Zeitraum (z. B. eine Viertelstunde), ein Signalkontakt geschlosisen wird und so lange geschlossen bleibt, bis er mechanisch durch Ausklinken wieder freigegeben wird. Nach dem Ausklinken! vergeht wieder ein gewisser Zeitraum (höchstens die oben erwähnte Zeitspanne von beispielsweise einer Viertelstunde), ehe der Kontakt wieder geschlossen wird. Falls die mittlere Belastung jedoch den eingestellten Wert nicht mehr erreicht, wird der Kontakt überhaupt nicht mehr geschlossen.

Eine derartige Anordnung zeigt Abb. 3, in der Z den Zähler mit Höchstlastzeiger und Signalkontakt 25 darstellt. Der Signalkontakt wird durch die Klinke 27 geschlossen gehalten bzw. freigegeben. Das Öffnen des Kontaktes 25 erfolgt durch die Feder 26, nachdem 27 ausgeklinkt hat. Dieses Ausklinken wird in regelmäßigen Zeitabständen durch die Nockeneinrichtung H bewerkstelligt, die aus einem Motor 29 besteht, der über ein nicht gezeichnetes Vorgelege die Nocke 28 und eine Kontaktscheibe 30 antreibt. Die Scheibe 30 schließt dabei im bestimmten Zeitabständen den Kontakt 21. Diese Abstände werden nun so gewählt, daß z. B. bei einer Einstellung von Z auf ein viertelstündliches Maximum H pro Stunde eine Umdrehung macht, also in dieser Zeit 'eine Eontaktgabe an 30 erfolgt. US ist ein Umschaltschütz mit zwei Ruhe-Stellungen, das ähnlich arbeitet wie das Relais U der Abb. 2, jedoch sind hier zwei Kontakte 15 und 24 vorgesehen, die abwechselnd geöffnet oder geschlossen sind. Alle übrigen Bezeichnungen entsprechen denen der Abb. 2.

Nachstehend wird die Wirkungsweise der Anordnung erläutert.

Soll der Ofen in Betrieb gehen, so muß ein nicht gezeichneter Hauptschalter eingelegt werden. Je nach der Stellung von US ist einer der Kontakte 15 oder 24 geschlossen, so daß entweder D oderE Strom erhält und das zugehörige Schütz einschaltet. Eine Viertelstunde nach der Einschaltung wird, da der Ofen kalt ist, der Kontakt 25 geschlossen und, falls der Ofen in Stern eingeschaltet war, auf Dreieck umgeschaltet. Es fließt dann Strom von S über 25, Spulet, 6 nach 8. A öffnet den Kontakt 24 und schließt den Kontakt 15, wodurch ein Stromkreis geschlossen wird, der von 8, 6, 15, 19, Spule D, 17 nach 11 verläuft. Jede Stunde löst H mit Hilfe von 28 die Klinke 27, so daß der Kontakt 25 durch 26 geöffnet wird. Gleichzeitig erfolgt die Kontaktgabe an 21. Auf die Dauer von einer Viertelstunde fließt ein Strom von 20, über 21, Spule-5, 6 nach 8. Der Kontakt 15 wird unterbrochen, Kontakt 24 geschlossen. Das Dreieckschütz F fällt ab, da D stromlos wird, der Kontakt 18 wird geschlossen. Die Spule E des Sternschützes G erhält über 8, 6, 24, E, 18, 17, 11 Strom und zieht an. Ist der mittlere Verbrauch oberhalb des Wertes, der der niederen Heizstufe entspricht, so wird nach einer Viertelstunde 25 geschlossen und die Spule A durch den über 5, 25, A, 6, 8 fließenden Strom erregt und der Ofen in der bekannten Weise im Dreieck geschaltet. Sobald nun die Temperatur in dem Ofen auf den erforderlichen Wert gestiegen ist, beginnt Rg über Spule C auf den Kontakt 17 zu arbeiten, so daß das jeweils in Betrieb befindliche Schütz beim Schließen von 17 geschlossen und beim Unterbrechen von 17 geöffnet wird.

Die ganzen vorbeschriebenen Vorgänge wiederholen sich so lange, bis der mittlere Verbrauch (gesteuert durch Rg) so weit gesunken ist, daß er niedriger ist als der der niederen Heizstufe (z. B. Sternschaltung). Sobald dieser Zeitpunkt erreicht ist, wird der Kontakt 25 nicht mehr geschlossen, und es bleibt dauernd der Stromkreis für die Spule A unterbrochen. Der Kontakt 24 liegt immer an und die Unterbrechung der Heizung (jetzt nur Sternschaltung) erfolgt nur noch durch Rg bzw. Ru.

Bei dieser Schaltung braucht nicht wie bei der vorherbeschriebenen die Zeit, nach welcher die Umschaltung auf den niedrigeren Anschlußwert vorgenommen werden kann, vorher bestimmt zu werden, sondern bei Verwendung eines Zählerrelais ermittelt die Einrichtung· selbst durch. Abtasten den richtigen Zeitpunkt, von dem an der Ofen nur noch in Sternschaltung arbeitet. Diese Schaltung *2o weist in wirtschaftlicher Hinsicht noch insofern einen gewissen Mangel auf, als der Ofen

auch im Anfang der Glühperiode, wenn bestimmt noch nicht zu erwarten ist, daß die mittlere Leistung unterhalb des Anschlußwertes der niederen Heizstufe liegt, zeitweise auf diesen niederen Anschlußwert umgeschaltet wird. Dadurch entsteht ein gewisser Zeitverlust für die Anheizperiode.

Die in den Abb. 4a und 4b dargestellte

Schaltung gestattet es nun, diesen Verlust an Anheizzeit zu vermeiden. Anordnung und Schaltung des Zählerrelais ist zunächst genau die gleiche wie in Abb. 3.

Der Kontakt 21 wird jedoch hier dazu verwendet, um den Kontakt 25 zu überbrücken, so daß nach dem Ausklinken von 27 die Dreieckschaltung beibehalten bleibt. Die Überbrückung dauert so lange, als der Kontakt 25 zwecks Messung des mittleren Stromverbrauchs geöffnet ist, also — wenn das oben gewählte Beispiel zugrunde gelegt, wird — eine Viertelstunde. Statt des Umschaltschützes US wird ein Umschaltrelais UR verwendet, das so arbeitet, daß, solange die Spule / stromdurchflossen ist, die Kontakte 15 über- »5 brückt sind und, solange die Spule / stromlos ist, die Kontakte 24 geschlossen bleiben. Die Wirkungsweise ist wie folgt: Beim Einschalten der ganzen Anlage ist eines der beiden Kontaktpaare 15 bzw. 24 geschlossen und so — vorausgesetzt, daß die Temperatur in O niedrig genug und Kontakt 16 daher geöffnet ist — entweder das Sternschütz G oder das Dreieckschütz F eingeschaltet. Rg arbeitet in der bekannten Weise auf das jeweils in Betrieb befindliche Schütz. Etwa eine Viertelstunde nach der Inbetriebsetzung wird der Kontakt 25, wie oben beschrieben, geschlossen und schaltet, wenn der Ofen vorher in Stern geschaltet war, zwangsläufig auf Dreieck um. Nach einer gewissen Zeit klinkt die Nocke 28 den Hebel 27 aus. Die Dreieckschaltung bleibt jedoch noch beibehalten, da 25 über 20, 21 überbrückt wird. Diese Überbrückung hört erst dann auf, wenn infolge gesunkenen Strombedarfs der Kontakt 25 nicht mehr schließt. Die Spule / wird dann stromlos, wodurch 24 schließt und nun die erregte Spule E das Sternschütz G einschaltet.

UR kann auch mit einem Selbsthaltekontakt 32 ausgerüstet werden, so daß auch nach dem öffnen der Kontakte 25 und 21 die Spule / erregt bleibt und die Kontakte 15 geschlossen sind. Eine derartige Anordnung ist in den Abb. 4a und 4b gestrichelt eingetragen. Wenn die Spule / einmal Strom erhalten hat, dann bleibt sie, unabhängig davon, ob der Strom an 25 oder 21 unterbrochen ist, angezogen, da / über 26, 33, 32, J, 8 stromdurchflossen ist und nur durch öffnen des Druckknopf es 33 stromlos gemacht werden kann. Auf diese Weise kann das Zählerrelais Z vorübergehend unwirksam gemacht werden.

Durch Verwendung eines Kontaktes k' (Abb. 4a), der in die Leitung 8, / gelegt wird und der bei geschlossenen Kontakten 15 ebenfalls geschlossen und bei geöffneten Kontakten 15 ebenfalls geöffnet ist, läßt sich erreichen, daß nach dem erstmaligen Abfallen des Relais trotz erneuter Kontaktgabe an 25 oder 21 die Spule/ keinen Strom mehr erhält, bis der zwischen 8 und / liegende Kontakt k' mittels eines Druckknopfes Dr' überbrückt wird.

Ferner kann durch Hilfskontakte Hi (Abb. 4b) die Leitung 20, 21 unterbrochen werden, wenn die Spule / einmal stromlos war. Dann wird die Umschaltung auf Dreieck erst wieder dann erfolgen, wenn das Zählerrelais Kontakt gibt. Sicherheitshalber wird Z dabei so eingestellt, daß die Umschaltung auf Dreieck bei einer Leistung erfolgt, die etwas unterhalb der verfügbaren Sternleistung liegt. Würde man in diesem Falle den Zähler Z auf einen etwas oberhalb der verfügbaren Sternleistung liegenden Wert einstellen, so würde nach der Umschaltung auf Stern der Höchstlastanzeiger niemals den Kontakt 25 betätigen, da die hierfür erforderliehe Leistung nicht erreicht würde.

Die Anordnung ist hier für einen Temperaturregler mit Maximalkontakt gezeichnet, sie ist ohne weiteres auch für den Gebrauch eines Reglers mit Minimalkontakt oder mit Minimal- und Maximalkontakt umzugestalten.

Claims (12)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung zum selbsttätigen Betrieb elektrischer Widerstandsöfen, bei der die Heizwicklungen des Ofens unter Verwendung eines Stern-Dreieckschalters und eines mehrpoligen Umschalters durch einen Temperaturregler mit Verzögerung von Dreieck- auf Sternschaltung umgeschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die endgültige Umschaltung von der Dreieckschaltung auf die Sternschaltung durch einen erst nach Ablauf einer vorher festgesetzten Zeit ansprechenden Schalter (Schaltuhr Schu) erfolgt oder durch ein Zählerrelais (Z) erst dann veranlaßt wird, wenn der mittlere Strombedarf des Ofens auf einen bestimmten einstellbaren Wert gesunken ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturregler (Rg) bis zum Ansprechen der Schaltuhr (Schu) auf das Dreieck- iao schütz (F) arbeitet und der Betätigungsstromkreis des Sternschützes (G) durch

   ein Arbeitsstromrelais (Ra) unterbrochen ist, das erst beim Ansprechen der Schaltuhr (Sehn) gleichzeitig mit der Unterbrechung des Stromkreises für das Dreieckschütz (F) den Stromkreis für das Sternschütz (G) freigibt.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines normalen Zählers mit Höchstlastzeiger und Signalkontakt (25).
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung von Dreieck auf Stern mit Hilfe eines Umschaltrelais (U₁ US) mit zwei Ruhestellungen durchgeführt wird.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalkontakt (25) am Zählerrelais (Z) in regelmäßigen Zeitabständen mechanisch ausge- klinkt wird und gleichzeitig die Spule (B) des Umschaltrelais Strom erhält, wodurch das Schütz (G) der niedrigen Heizstufe eingeschaltet wird.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung von Dreieck auf Stern mit Hilfe eines Ümschaltrelais (UR) erfolgt, das nur eine Spule (/) besitzt und sowohl im stroimdurchflossenen als auch im stromlosen Zustand je ein Kontaktpaar (15, 15 bzw. 24, 24) überbrückt.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 1 bis' 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfluß des Zählerrelais (Z) vorübergehend durch einen Selbsthaltekontakt (32) beseitigt wird, der das Zählerrelais überbrückt und dessen Stromkreis nur durch einen Druckknopf (33) unterbrochen werden kann.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach einmal eingetretenem Umschalten auf die niedere Heizstufe die Einschaltung der höheren Heizstufe nur durch Betätigung eines Druckknopfes (Dr') erfolgen kann, durch den ein Unterbrechungskontakt (k^r) im Stromkreis der Relaisspule (/) überbrückt wird.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 1 und 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zählerrelais (Z) nach dem Ausklinken vorübergehend überbrückt wird (Kontakt 21).
10. 10. Anordnung nach Anspruch 1 und 2 und 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch Hilfskontakte (Hi) am Umschaltrelais (UR) die Leitung (20, 21) unterbrechen, wird, wenn das Relais (UR) abfällt, so daß dieses nur durch das Zählerrelais (Z) wieder eingeschaltet werden kann.
11. 11. Anordnung nach Anspruch 1 sowie 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ausklinken des Kontaktes (25) im Zähler (Z) der Ofen (O) vorübergehend auf niedere Heizleistung umgeschaltet wird.
12. 12. Anordnung nach Anspruch 1 sowie 6 bis ii, dadurch gekennzeichnet, daß das Zählerrelais (Z) auf einen kleineren Wert als der Anschlußwert der niederen Heizstufe eingestellt ist.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen