DE656110C - Einrichtung zur selbsttaetigen Steuerung der Heizleistung elektrischer OEfen - Google Patents

Description

Ein elektrischer Widerstandsofen hat eine, bestimmte Dauerbetriebsleistung. Führt man ihm diese Leistung auch beim Anheizen zu, so braucht man verhältnismäßig sehr lange Anheizzeiten. Aus diesem Grunde muß dem Ofen während des Anheizens, d. h. bis zu dem Zeitpunkt, in dem die normale Betriebstemperatur erreicht ist, eine wesentlich größere Leistung zugeführt werden. Ist die normale Betriebstemperatur des Ofens erreicht, so muß, damit der Widerstand nicht unzulässig hohe Temperaturen annimmt und durchbrennt, die Ofenleistung stark reduziert werden, um das Glühgut, das infolge seiner größeren Temperaturkonstante den Temperaturwert des Widerstandsdrahtes noch nicht erreicht hat, auf die Glühtemperatur weiter zu erhöhen. Es ist bereits der Vorschlag gemacht worden, diese Herabsetzung der Heizleistung in Abhängigkeit von der Ofentemperatur mit Hilfe einer thermoelektrischen Stromquelle selbsttätig durchzuführen.

Gegenstand der Erfindung ist eine Steuerungseinrichtung, mit Hilfe deren die genannte temperaturabhängige Steuerung der Heizleistung besonders zweckmäßig durchgeführt werden kann. Gemäß der Erfindung wird zwischen die die Heizleistung beeinflussende Regeleinrichtung und die thermoelektrische Stromquelle unter Vermeidung mechanischer Relaiskontakte ein Organ geschaltet, das eine Bestimmungsgröße liefert, deren Wert die jeweilige Heizleistung bestimmt und die von den Zustandsänderungen der thermoelektrischen Stromquelle derart nach einer einem Sättigungswert zustrebenden Kennlinie abhängt, daß sie beim Anwachsen der Ofentemperatur über eine bestimmte Grenze sprunghaft von dem Sättigungswert auf einen anderen Wert oder umgekehrt übergeht und dabei die Heizleistung um den gewünschten Betrag heruntersetzt. Durch die Erfindung gelingt es, bei der ganzen Regeleinrichtung vollständig ohne mechanische Kontakte auszukommen. Das ist gerade für Ofensteuerungen sehr wichtig, da Ofenbetriebe im allgemeinen als sogenannte rauhe Betriebe gelten können, in denen die Regeleinrichtungen der Einwirkung von Staub und Dämpfen ausgesetzt sind und in denen fachmännisch geschultes Uberwachungspersonal fehlt. Unter diesen Umständen würden sich bei Verwendung mechanischer Kontakte sehr bald durch Kontaktverschmutzung Schwierigkeiten ergeben, die durch Kontaktabbrand unter Umständen noch verstärkt werden können. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung besteht darin, daß man den Betrag, um den sich die Heizleistung ändert, lediglich durch eine Verstellung innerhalb der Steuerapparatur selbst einregeln kann, da ja die Steuereinrichtung wie ein Regelorgan wirkt. Man braucht also keinerlei Veränderungen in dem Heiz-

Stromkreis selbst vorzunehmen, d. h. man braucht nicht, wie es vielfach geschieht, beispielsweise die Schaltung der Heizwiderstände zu verändern. Man erspart also!·; schwere, für die Heizleistung bemessene-Schalteinrichtungen. '_ ,

Der Erfindungsgedanke läßt sich auf ver-" schiedene Weise verwirklichen. So kann man beispielsweise als Regelorgan, das zwischen ίο die eigentliche, die Heizleistung beeinflussende Regeleinrichtung und die thermoelektrische Stromquelle geschaltet ist und das die für die Heizleistung maßgebende Bestimmungsgröße liefert, eine vormagnetisierte Drosselspule verwenden. Der Magnetkreis der Spule wird durch eine Gleichstromhilfserregung vormagnetisiert, und zwar derart, daß der Betriebspunkt der Drosselspule entweder auf dem ungesättigten oder dem gesättigten Ast der Leerlaufcharakteristik arbeitet. Die Vormagnetisierung wird, zweckmäßig unter Zwischenschaltung einer Verstärkereinrichtung, von der thermoelektrischen Stromquelle geliefert, die unter dem Einfluß der Ofentemperatur steht. Arbeitet die Drosselspule beispielsweise während der Anheizperiode im gesättigten Teil der Charakteristik, so ist der Spannungsabfall, der von ihr in dem Wechselstromkreis hervorgerufen 'wird, verhältnismäßig gering und behält auch bei kleineren Änderungen der Vormagnetisierung den gleichen Wert bei. Unterschreitet die Vormagnetisierung den dem Knick der Charakteristik entsprechenden Wert, so steigt der Wechselstromspannungsabfail auf einen wesentlich höheren Wert an. Dieser Änderungsvorgang wird gemäß der Erfindung zur Regelung der Ofenleistung benutzt.

Das gleiche Ziel läßt sich auch mit Hilfe von Elektronenrohren erreichen. In diesem Falle arbeitet die Regelanordnung, in die das betreffende Rohr geschaltet ist, derart, daß die Gitterspannung von der thermoelektrischen Stromquelle abhängig gemacht ist. Bei Überschreitung bzw. Unterschreitung eines bestimmten, von der Of entemperatur abhängigen Grenzwertes der Gitterspannung ändert sich je nach der Steilheit der Rohrcharakteristik mehr oder weniger sprunghaft der Anodenstrom und bewirkt eine entsprechende Änderung der Heizleistung des Ofens.

Die Gesamtanordnung des Ofens kann gemäß der Erfindung noch dadurch verbessert werden, daß zum Betrieb des Ofens gittergesteuerte Entladungsgefäße verwendet werden. Die gesamte Regel- und Steuerungseinrichtung kann dann so aufgebaut sein, daß sie keinerlei mechanische Kontakte enthält. Wegen der geringen Regelleistung, die für die Änderung des von dem Entladungsgefäß gelieferten Stromes erforderlich ist, erhält man Steuerungsanordnungen, die wesentlich einfacher und billiger sind als die bisher ange-• wendeten.

1'," In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele $$§£· Erfindung dargestellt.
';'· vFig. ι zeigt das Schaltungschema eines ^;: Elektroofens 1, welcher über ein gittergesteuertes, als Gleichrichter arbeitendes Entladungsgefäß 2 und einen Transformator 3 an ein Wechselstromnetz 4 angeschlossen ist. Zur Regelung des Stromdurchganges wird in bekannter Weise ein Gitterkondensator 5 verwendet, dem eine Gleichstromquelle 6 parallel geschaltet ist. Je nach der Größe der an dem Kondensator liegenden Gleichspannung wird das Entladungsgefäß zu einem bestimmten Zeitpunkt der Wechselstromhalbperiode gezündet.

Die Spannung der Gleichstromquelle 6, welche im vorliegenden Falle eine Trockengleichrichteranordnung ist, wird gemäß der Erfindung durch eine Drosselspule 7 bestimmt. Die Drosselspule hat eine Wechselstromwicklung und eine Gleichstromwicklung. Die Wechselstromwicklung ist einerseits an eine Wechselstromquelle 8 und andererseits an die Gleichrichterariordnung 6 angeschlossen. Die Gleichstromwicklung liegt . im Anodenkreis des Endrohres eines Verstärkers 9. Im Gitterkreis des Eingangsrohres dieses Verstärkers liegen ein von der Ofentemperatür abhängiges Thermoelement 10 und eine Brückenschaltung 11. Das Thermoelement 10 und die Brücken sind gegeneinandergeschaltet, so daß die Vormagnetisierung der Drosselspule 7 von der Differenzspannung abhängig ist.

Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Schaltung ist folgende: Nach dem Einschalten des Ofens liefert das Thermoelement 10 zunächst noch keine Spannung, und die volle Spannung der Brücke 11 liegt am Gitter des Eingangsrohres des Verstärkers 9. Die Drosselspule 7 wird sehr stark vormagnetisiert, so daß der Spanmtngsabfall in der Wechselstromwicklung sehr klein ist. Dementsprechend liefert die Gleichrichteranordnung 6 eine große Spannung, und das Entladungsgefäß 2 wird bereits im Anfang der Halbwelle gezündet; der Ofen 1 erhält die volle Spannung. Wächst jetzt die Ofentemperatur infolge der Heizung an, so steigt die Spannung des Thermoelementes 10 und die Gitterspannung des Eingangsrohres des Verstärkers 9 nimmt entsprechend ab. Die Drosselspule 7 wird schwächer vormagnetisiert, und nach Überschreitung des Knickpunktes der Charakteristik entsteht in der Wechselstromwicklung eine hohe Gegenspannung, die eine entsprechend verminderte Gleichspannung der Gleichrichteranordnung 6

zur Folge hat. Die Entladungszeit des Kondensators 5 im Gitterkreis des Entladungsgefäßes 2 wird dadurch vergrößert und die Halbwelle entsprechend später gezündet. Das Entladungsgefäß liefert jetzt eine geringere Spannung. Durch geeignete Wahl der Vormagnetisierung der Drosselspule 7 läßt sich erreichen, daß der Knickpunkt der Magnetisierungscharakteristik der Drosselspule kurz vor Erreichen der Endtemperatur überschritten wird. Die Ofenspannung wird dann bei dieser Temperatur sprungartig auf die kleinere Dauerbetriebsleistung herabgeregelt. Der zeitliche Verlauf der Ofenleistung ist in Fig. 2 dargestellt. Als Ordinaten sind in dem Diagramm die Leistungen JV und als Abszissen die Zeit t eingezeichnet.

In Fig. 3 ist das Schaltungsschema einer ähnlichen Regelanordnung dargestellt. Um den Unterschied gegenüber der Schaltung nach Fig. 1 deutlich hervorzuheben, sind sowohl in Fig. ι als auch in Fig. 3 diejenigen Teile der Schaltung, die verschieden sind, zwischen zwei strichpunktierten Linien A und B eingeschlossen.

An Stelle der Magnetisierungscharakteristik der Drosselspule 7 tritt hier die Anodenstromcharakteristik des Elektronenrohres 12. Das Thermoelement 10 wird in Verbindung mit dem Verstärker 9 derart bemessen, daß bei der Grenztemperatur des Ofens die Gittervorspannung des Verstärkers so weit vermindert wird, daß sich der Anodenstrom des Rohres 12 um einen wesentlichen Betrag ändert.

3ö Dementsprechend ändert sich auch der Spannungsabfall an dem Widerstand 13, durch den wiederum die Entladungszeit des Kondensators 5 und damit die dem Ofen r zugeführte Spannung geändert wird.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Fig. 4. Auch in diesem Falle ist gegenüber den Schaltungen nach den Fig. 1 und 3 nur der zwischen den strichpunktierten Linien A und B liegende Schaltungsteil verändert.

In dem Gitterkreis des Rohres 14 liegen ein Widerstand 15 und eine Stromquelle 16. Der Spannungsabfall in dem Widerstand 15 und damit die Gitterspannung des Rohres 14 hängen von der Spannung der Stromquelle 17 und dem Spannungsabfall in dem Widerstand 18 ab. Die Stromquelle 17 und die Spannung am Widerstand 18 sind gegeneinandergeschaltet. Das Thermoelement 10 und die Spannung der Brücke 11 sind derart geschaltet, daß bei steigender Temperatur die Spannung am Widerstand 18 wächst. Diese Spannung kann sich aber erst auf das Rohr 14 auswirken, wenn sie so groß geworden ist, daß sie die Spannung der Stromquelle 17 und den Spannungsabfall des Gleichrichters 19 überwinden kann. Bis zu diesem Augenblick erhält das Rohr 14 von der Stromquelle 16 eine konstante Vorspannung. Durch geeignete Wahl der Größe des Widerstandes 18, der Höhe der Gegenspannung 17 und des Gleichrichters 19 läßt es sich' erreichen, daß die Leistung des Ofens kurz vor Erreichen der Endtemperatur absinkt. Die Schaltung hat dabei den Vorteil, daß sie die Heizleistung nicht schleichend ändert, sondern daß die Leistungscharakteristik (vgl. Fig. 2) einen scharfen Knick erhält.

In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schaltungsschema dargestellt. 25 ist das von der Ofentemperatur beeinflußte Widerstandsthermometer. 26 bis 28 sind konstante Manganinwiderstände. 29 ist ein ringförmiger Scheibenwiderstand, der die Einstellung auf beliebige Temperaturen zuläßt. Die durch die Widerstände 25 bis 29 gebildete Brückenschaltung wird von einem Wechselstromnetz 30 über einen Transformator 31 mit einer Spannung von beispielsweise etwa 20 Volt gespeist. Im Brückenkreis liegt ein Transformator 32 von großem Übersetzungsverhältnis, der die im Brückenkreis bei nicht völlig abgeglichener Brücke auftretenden kleinen Wechselspannungen herauftransformiert und über einen Widerstand 33 an Gitter und Kathode eines gewöhnlichen Elektronenverstärkerrohres 34 legt. Dieses Rohr wirkt dabei als veränderlicher Widerstand in der Gittersteuerung für ,das Entladungsgefäß 35. Das Entladungsgefäß 35, welches an das Netz über die Gleichstro-mwicklungen von zwei Drosselspulen 36 und 37 angeschlossen ist, erhält als Gitterspannung über einen Widerstand 38 die Spannung des Kondensators 39, der aus dem Netz über einen Kupferoxydgleichrichter 40 und einen Transformator 41 in dem Sinne aufgeladen wird, daß das Gitter eine negative Spannung gegen die Kathode erhält. Der Kondensator 39 wird in den Halbwellen, in 105. denen die Anode des Entladungsgefäßes 35 positiv gegen die Kathode ist, und die gleichzeitig auch die Halbwellen sind, in denen der Kupferoxydgleichrichter sperrt, mehr oder weniger rasch entladen über das Verstärkerrohr 34, je nach der Höhe der an dessen Gitter gelegten Spannung. Wenn der Kondensator 39 nur noch genügend wenig Spannung führt, zündet das Entladungsgefäß 35. Dies geschieht um so früher, je rascher der Kondensator entladen wird, je höher also· die an das Verstärkerrohr 34 gelegte Gitterspannung ist, d. h. je mehr die Widerstandsbrücke verstimmt ist und je mehr die Ofentemperatur unter ihrem Sollwert liegt. Je niedriger also die Ofentemperatur ist, um so mehr werden die Drosseln 36 und 37 vor-

magnetisiert und um so mehr Leistung wird dem Ofen zugeführt, in dessen Heizstromkreis die Wechselstromwicklungen der Drosselspulen 36 und 37 geschaltet sind. Eine optimale Steuercharakteristik ergibt sich bei dieser Schaltung, wenn die Gitterspannung am Verstärkerrohr34 und die Anodenspannung des Entladungsgefäßes 35 in Phase liegen. Da nun eine Phasennacheilung der Anodenspannung des Entladungsgefäßes 35 gegenüber der Netzspannung wegen der Induktivitäten 36 und 37 auftritt, muß auch die Gitterspannung des Rohres 34 gegenüber der Netzspannung etwas verzögert werden.

Dazu dient der Kondensator 42, der über den Vorschaltwiderstand 33 aufgeladen werden muß.

Die oben beschriebenen Regelschaltungen können durch Einführung veränderlicher Größen, beispielsweise von veränderlichen Widerständen, noch dahingehend ergänzt werden, daß die Grenztemperatur, bei der die Ofenleistung umgeschaltet wird, auf verschiedene Werte einstellbar ist.

Obwohl die Steuerungseinrichtung nach' der Erfindung von besonderer Bedeutung ist für die temperaturabhängige Steuerung elektrischer Öfen, die über gittergesteuerte Entladungsgefäße gespeist werden, kann die Erfindung auch für andere Stromverbraucher verwendet werden, bei denen es darauf ankommt, in Abhängigkeit von irgendwelchen Betriebsgrößen der Verbraucher selbsttätig eine mehr oder weniger sprunghafte Änderung von Leistung, Strom oder Spannung herbeizuführen, ohne daß . dazu Relais mit Kontakten erforderlich sind.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur selbsttätigen Steuerung der Heizleistung elektrischer öfen, bei der durch eine von der Ofentemperatur abhängige thermoelektrische Stromquelle nach Erreichung einer vorbestimmten Grenztemperatur des Ofens eine Herabsetzung der Heizleistung von einem beim Anheizen eingeschalteten großen Wert auf einen wesentlich niedrigeren Betriebswert veranlaßt wird, dadurch > gekennzeichnet, daß zwischen die die Heizleistung beeinflussende Regeleinrichtung und die thermoelektrische Stromquelle unter Vermeidung mechanischer Relaiskontakte ein Organ geschaltet ist, das eine Bestimmungsgröße liefert, deren Wert die jeweilige Heizleistung bestimmt und die von den Zustandsänderungen der thermoelektrischen Stromquelle derart nach einer einem Sättigungswert zustrebenden Kennlinie abhängt, daß sie beim Anwachsen der Ofentemperatur über eine bestimmte Grenze sprunghaft von dem Sättigungswert auf einen anderen Wert oder umgekehrt übergeht und dabei die Heizleistung um den gewünschten Betrag heruntersetzt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoelektrische Stromquelle auf die Vormagnetisierung einer im Steuerstromkreis des Ofens liegenden Drosselspule derart einwirkt, daß der Betriebspunkt der Drosselspule bei der Grenztemperatur vom gesättigten Teil der Charakteristik in den ungesättigten bzw. umgekehrt verlagert wird.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoelektrische Stromquelle auf die Gitterspannung eines anodenseitig an den Steuer-Stromkreis des Ofens angeschlossenen Elektronenrohres derart einwirkt, daß bei der Grenztemperatur des Ofens der Anodenstrom von einem Kleinstwert auf den Sättigungswert bzw. umgekehrt geändert wird.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen durch gittergesteuerte Entladungsgefäße gespeist wird, deren Gitterkreise unter der Ein- go wirkung der temperaturabhängigen Steuerungsanordnung stehen.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des elektrischen Ofens ein anderer Stromverbraucher in Abhängigkeit von einer für seinen Betrieb maßgebenden Bestimmungsgröße gesteuert wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen