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Selbsttätige elektrische Regelvorrichtung Die Erfindung betrifft eine
selbsttätige elektrische Regelvorrichtung, bestehend aus Meßwertgeber und Schalter,
für elektrische Heizeinrichtungen, bei denen ein temperaturempfindliches Glied zur
-thermischen Rückführung dient. Bei einer bekannten Ausführung dieser Art wird der
als Meßwertgeber dienende, die Temperatur eines Raumes messende Bimetallstreifen
durch eine Heizwicklung zusätzlich beheizt, so daß er selbst als das temperaturempfindliche
Glied zur thermischen Rückführung dient. Diese Ausführung erfüllt jedoch die beiden
Hauptbedingungen, die an eine derartige Rückführung zu stellen sind, nicht i. Die
Rückführung darf keinen zu großen Ausschlag geben, zum mindesten nicht in der Größenordnung,
mit welcher der Meßwertgeber arbeitet, weil sonst der durch die Trägheit des Regelwerkes
hervorgerufene Fehler noch größer werden könnte als ohne Rück-Führung. Dabei ist
zu bedenken, daß der Meßwertgeber an sich so beschaffen sein muß, daß er einen großen
Ausschlag gibt, damit er in der Lage ist, den Regelimpuls zu vermitteln.
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a. Die Rückführung muß eine große Ansprechempfindlichkeit besitzen,
d. h. sie muß sich schnell auswirken, und zwar wesentlich schneller, als der Meßwertgeber
arbeitet.
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Diese Forderungen werden demgegenüber gemäß der vorliegenden Erfindung
dadurch erfüllt, daß das temperaturempfindliche Glied in der Bewegungsübertragung
zwischen Meßwertgeber und Schalter gesondert angeordnet ist. Dies hat außerdem noch
den Vorzug, daß es - möglich wird, an dem Meßwertgeher einen Zeiger zur Messung
der wahren Temperatur anzubringen. Auch ist man in der Wahl des .Meßwertgebers im
Gegensatz zu der obenerwähnten bekannten Ausführung unabhängig. Schließlich kann
das temperaturempfindliche Glied für die Rückführung bei der Erfindung in dem Meßinstrumenten-
oder Reglergehäuse völlig unabhängig von dem Fühler des Meßwertgebers untergebracht
werden.
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Die Erfindung.ermöglicht aber noch weiter, zwei temperaturempfindliche
Glieder zur thermischen Rückführung hintereinanderzuschalten, die wechselzeitig
beheizt werden und in umgekehrtem Sinne wirken. Mit diesem Mittel kann man den Sollwert
noch besser einhalten. Eine weitere Verbesserung in diesem Sinne ergibt sich, wenn
gemäß der Erfindung die durch Heizwicklungen bewirkte thermische _ Rückführung der
temperaturempfindlichen Glieder durch den Wärmezustand von weiteren Schaltelementen
begrenzt wird, die im wesentlichen von demselben Strom wie die Heizwicklungen beheizt
werden. Hierbei können die weiteren Schaltelemente zusätzlich durch einen Dauerstrom
beheizt werden, der nur von der Stellung des Hauptschalters abhängig ist.
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Eine besonders einfache Ausführung und gut wärmeleitende Verbindung
ergibt sich, wenn- die beiden. temperaturempfindlichen
Glieder aus
einem Bimetallstreifen bestehen. In diesem Fall ist es möglich, Quecksilberschaltröhren
zum Einschalten des Regel- und Heizstromes starr an einem vorzugsweise ge,-raden
Bimetallstreifen, und zwar etwa io"-dessen Längenmitte, aufzuhängen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
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Es bedeuten in Abb. i a den Meßwertgeber, insbesondere die Arbeitsfeder
eines mechanischen Thermometers bekannter Bauart, b ,die Verbindungsleitung zum
Taucher c, der die Temperatur res zu beheizenden Bades d annimmt. Der Ausschlag
der Feder a
wird durch das Verbindungsglied e auf den zeigerförmigen Schalter/,
der mit der Schleifbahn g zusammenarbeitet, übertragen. In das Verbindungsglied
e ist der Bimetallbügel k eingefügt. Dieser Bimetallbügel k wird durch einen elektrischen
Widerstand i geheizt. Er ist so gestaltet, daß das Metall größerer Wärmeausdehnung
außen liegt. Die Heizung des Bimetallbügels k erfolgt durch -die von dem Widerstand!
aufsteigende warme Luft. Der Bimetallbügelk kann auch durch einen unmittelbar auf
ihn aufgewickelten Widerstand! beheizt werden. Die Wicklung! liegt parallel zu dem
Heizwiderstandlt für das Bad d.
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Die Arbeitsweise des Temperaturreglers ist folgende: Solange Stromschluß
zwischen dem Schalter f und der Gleitbahn g besteht, wird der Widerstandlt und damit
das Badd beheizt. Gleichzeitig fließt ein ParalleIstrom durch den Widerstand!. Unter
dem Einfluß der hierbei entwickelten Wärme verkürzt sich der Bimetallbügel k; so
daß das Abschalten der Heizung bei einer geringeren Temperatur geschieht, als es
ohne Heizung des Bimetallbügeln k eintreten würde. Sobald die Heizung dadurch unterbrochen
ist, so daß sich der Zeiger/ außerhalb der Schleifbahn g befindet, kühlt sich hie
Wicklung! und damit der Bimetallbügel k ab. k nimmt alsdann seine ursprüngliche
Länge wieder an, und eine neue Heizperiode setzt ein, sobald g und f wieder in Stromschluß
gekommen sind.
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Bei dem in Abb. z dargestellten Beispiel besteht der Unterschied gegenüber
der Abb. i in folgendem: Der Bimetallbügelnt hat die Schicht der größeren Wärmeausdehnung
innen. Der den Bimetallbügel in beheizende Widerstand l wird vom Strom durchflossen,
sobald der Stromschluß zwischengund f geöffnet ist. Das Verhältnis der Widerstände
lt und l ist dabei so gegeneinander abgestimmt, daß der Widerstand von L erheblich
größer ist als der von h. Sobald die leitende Verbindung zwischen g und f geöffnet
ist, fließt daher über C und lt ein Strom, der wesentlich schwächer als derjenige
ist, der unmittelbar über lt in der Zeit floß, als der Stromschluß zwischen g und
f noch bestand: Der bei geöffnetem Stromschluß zwischen g und f durch den Widerstand
lt fließende Strom @, reicht nicht aus, die ständigen Wärmeverluste °''des Heißgefäßes
d zu decken. Die Wirkung l" der Rückführung in Abb. z ist sinngemäß ;-"die gleiche
wie in Abb. i. Als Unterschied sei hervorgehoben: Das Wiedereinschalten des vollen
Heizstromes durch li geschieht bei einer höheren Temperatur, als sie bei nicht beheiztem
Bimetallbügel zu erwarten wäre.
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Die Schaltbilder nach Abb. i und z ergeben beide einen schnelleren
Wechsel zwischen Heizzeit und Abkühlzeit des Bades d; als er ohne Rückführung durch
k bzw. m eintreten würde. Die Temperaturschwankungen im Bade d werden dadurch gemildert.
Die durch die Bimetallbügel sich ergebenden Feh: ler in der mittleren Temperatur
sind ihrem Vorzeichen gemäß in den beiden durch Abb. i und a dargestellten Fällen
entgegengesetzt.
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In dem Beispiel nach Abb.3 sind die Schaltungen der Abb. i und z vereinigt.
Auch im Schaltbild 3 sind die Widerstände! und l wesentlich größer als der eigentliche
Heizwiderstand °h. Solange g und f in leitender Verbindung miteinander stehen, fließt
der Heizstrom über k und in einem Parallelzweig über i. Ist die leitende Verbindung
zwischen g und f unterbrochen; so fließt ein Rückführstrom über die Wicklung 1.
Dieser Strom, der über L fließt, teilt sich in zwei Parallelzweige über
h und i. Da nun aber lt
einen wesentlich geringeren Widerstand
hat als i, ist der in i fließende Strom vernachlässigbar klein gegenüber dem durch
L fließenden. Durch diese Ausführung wird erreicht, däß die mittlere eingehaltene
Temperatur noch näher an der Solltemperatur liegt.
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Eine weitere Verbesserung in :diesem Sinne ergibt sich in dem Beispiel,
wie es in Abb. 4. dargestellt ist. Abb.4 stimmt mit Abb.3 überein bis auf folgenden
Unterschied: Der durch i fließende Strom geht nicht unmittelbar zur Stromquelle
zurück, sondern nimmt seinen Weg über eine Wicklung g, die über einen fest eingespannten
Bimetallstab r geleitet ist. Sobald der Rückführstrom durch i fließt, erwärmt er
zugleich auch den Bimetallschalters; der sich in die gestrichelte Lage abbiegen
möge. Dadurch wird der Stromfluß an der durch einen kleinen Pfeil gekennzeichneten
Kontaktstelle zwischen r und i unterbrochen. Die Rückführung geschieht also
dadurch, daß eine kurze Zeit durch i ein Stromimpuls fließt. Dieser Impuls führt
dem Bimetallkörper eine bestimmte Wärmemenge zu. Nach verhältnismäßig kurzer Zeit
wird der Strom durch ! unterbrochen, und der
Bimetallbügel h kann
sich wieder abkühlen. Der sehr große Widerstands dient dazu, daß auch in abgebogenem
Zustande des Bimetallstreifens r, solange g urid f in leitender Verbindung stehen,
ein kleiner Heizstrom fließt. Dieser letztgenannte Heizstrom ist notwendig; damit
der Bimetallstreifen r# abgebogen bleibi; solange Stromschluß zwischen g und f besteht.
Für den Bimetallbügel na ist sinngemäß die gleiche Einrichtung vorgesehen wie für
den Bimetallbügel h. Es bedeutet wieder-o den fest eingespannten Bimetallstreifen
mit der Heizungswicklung n. p ist ein kleiner Widerstand, der auch nach Aufhebung
des Kontaktes zwischen o und L ,.einen kleinen Stromfluß durch n aufrechterhält,
solange die leitende Verbindung zwischen g und f aufgehoben ist.
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Man erhält hier also eine Rückführung durch Wärmeimpulse. Wesentlich
an der beschriebenen Rückführung durch Stromimpulse ist, daß die Abkühlung der plötzlich
aufgeheizten Rückführungselemente m und h nicht zu lange Zeit erfordert.
Da ist es ein weiterer erfinderischer Gedanke, die beiden Rückführelemente
m und h miteinander wärmeleitend zu verbinden. Besonders gut ist die
wärmeleitende Verbindung, wenn man in und h aus einem Stück Bimetall
herstellt. Das ist dann möglich, wenn man dem vereinigten Bimetallbügel
m, h eine Gestalt gibt, so wie es Abb. 5 zeigt.
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Noch einfacher läßt sich die vereinigte Bimetallrückführung bei Quecksilberschaltröhren
gestalten, wie Abb.6 zeigt, Es bedeutet hier a1 einen Hebel, der durch ein Manometer,
Thermometer o. dgl. bewegt werden möge und an dem starr rechtwinklig der Hebel b1
befestigt ist. Mit Lenkern e1 und dr ist der Bimetallstreifen e1 aufgehängt, der
in der Mitte die Schaltröhre/:L trägt. Wird der Bimetallstreifen e1 in seiner Gesamtheit
erwärmt, so ändert sich die relative Winkellage von -fr in bezug auf al nicht, selbst
wenn sich der Bimetallbügel ei durchbiegt; Abb.7 zeigt dies. Abb.8 nimmt an, daß
die linke Hälfte e" des Bimetallbügels e1 mehr erwärmt sei als die rechte Seite
e12 Abb.9 nimmt demgegenüber an, daß die rechte Hälfte e12 stärker erwärmt sei als
die linke Hälfte elr. Die Abb. 8 und 9 lassen deutlich erkennen, wie sich die Winkellage
der Schaltröhre fr relativ zum Hebelar verändert. Die Ergänzung der Abb. 6 und 9
im Sinne der Schaltbilder 3 und 4. ist naheliegend und in der Zeichnung unterblieben.
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Die hier dargelegten Erfindungsgedanken bleiben sinngemäß bestehen,
wenn an Stelle von Bimetallstreifen andere wärmeempfindliche Elemente in die Bewegungsübertragung
eingeschaltet werden bzw. Federungskörper, die mit einer dampfbildenden Flüssigkeit
gefüllt sind. Auch sei betont, daß sich ähnliche Schaltbilder auch für andere Fälle
entwikkeln lassen, z. B. für die Steuerung eines Elektromotors auf Vor- und Rücklauf.
An Stelle der Gleitbahn g in Abb. i bis q. würden alsdann zwei Gleitbahnen treten,
von denen in bekannter Weise die eine .den Vorlauf des Motors, die andere den Rücklauf
des Motors zu steuern hätte.