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Temperaturregler mit periodischer Abtastung und elastischer Rückführung
Es sind Temperaturregler bekannt, bei denen ein den Zeiger eines elektrischen Temperaturmeßgeräts
periodisch abtastendes Hilfsglied, z. B. ein durch ein -Zeitwerk in an sich bekannter
Weise auf und ab bewegter Fallbügel, je nach der Stellung des Meßgerätzeigers durch
ein mittels eines gasförmigen oder flüssigen Druckmittels betätigtes Steuerorgan,
z. B. ein Ventil, die Heizung regelt. So ist ein Regler bekanntgeworden; bei dem
der Zeiger eines Meßgeräts durch einen Fallbügel periodisch abgetastet und dabei
je nach der Stellung des Zeigers ein Kolbenschieber verstellt wird, der ein Druckmittel
zum Betätigen eines Motors steuert, der die Brennstoffzufuhr regelt. @ -Wenn die
Wärmeträgheit der Anlage sehr groß ist, so ist es in der Regel möglich, die Periode
der Abtastung so zu bemessen, daß ein Überregeln vermieden wird. Andererseits ist
es in vielen Fällen zweckmäßig, auch bei solchen Reglern, bei denen der Zeiger des
Meßgeräts periodisch abgetastet wird, eine sogenanrite elastische Rückführung vorzusehen,
um sich den besonderen Betriebsverhältnissen genauer anzupassen. Solche elastischen
Rückführungen sind z. B. bei Temperaturreglern bekanntgeworden, bei denen durch
eine den Zeiger eines elektrischen Meßwerks periodisch abtastende Druckbügelanordnung
elektrische Kontakte betätigt werden, die elektrisch angetriebene Steuerorgane zum
Regeln der Heizung beeinflussen. Diese bekannten Anordnungen sind aber in dem Fall,
wo die Temperaturregelung über ein gasförmiges oder flüssiges Druckmittel, z. B.
Druckluft oder Drucköl, erfolgen soll, natürlich nicht brauchbar.
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Die Erfindung betrifft nun einen Temperaturregler für Heizanlagen
und Öfen, bei denen ein den Zeiger eines elektrischen Temperaturmeßgeräts periodisch
abtastendes Hilfsglied je näch der Stellung des Meßgerätzeigers durch ein mittels
eines gasförmigen oder flüssigen Druckmittels betätigtes Steuerorgan die Heizung
regelt, mit einer elastischen Rück-
Führung, und besteht darin,
daß an die dein Steuerorgan das Druckmittel zuführende Druckleitung mindestens ein
Hohlraum angeschlossen ist, in dem bei Druckänderungen entsprechende Temperaturänderungen
entstehen. und diese durch zwei gegeneinander geschaltete, mit verschiedener Verzögerung
ansprechende, temperaturempfindliche Anordnungen in eine entsprechende elektrische
Größe umgewandelt werden, die zum Zwecke der Rückführung in der Meßschaltung der
der zu messenden Temperatur entsprechenden elektrischen Größe überlagert wird. Dadurch
wird die Verwendung druckluft- oder druckölgesteuerter Ventile o. dgl., die vor
der Verwendung elektrisch angetriebener Steuerorgane den Vorteil größerer Einfachheit
und Betriebssicherheit besonders auch in explosionsgefährdeten Betrieben aufweisen,
bei Temperaturreglern mit periodischer :Mbtastung durch Druck- oder Fallbügel auch
dann ermöglicht, wenn die besondere Art der Heizanlage die Benutzung einer elastischen
Rückführung erfordert.
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Dabei hat die Anordnung gemäß der Erfindung den Vorteil, daß nicht
wie bei durch kolben- oder meinbrangesteuerten elektrischen Widerständen Reibungskräfte
auftreten, die sich besonders hei elastischen Rückführungen, die also nur vorübergehend
einen Einfluß auf die Regelung ausüben. störend bemerkbar machen würden. Im allgemeinen
ist es zweckmäßig, zwischen der das Druckmittel dem Steuerorgan zuführenden Druckleitung
und dem angeschlossenen Hohlraum eine Drosselstrecke vorzusehen, die vorzugsweise
einstellbar angeordnet ist, um sich den jeweiligen Betriebsbedingungen genauer anpassen
zu können.
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Die zu überwachende Temperatur kann in an sich bekannter Weise mittels
eines Thermoelementes oder eines Widerstandsthermometers gemessen werden, wobei
das Widerstandsthermometer in der Regel in einem Brückenzweige einer elektrischen
Brückenschaltung angeordnet ist. Ebenso sind als temperaturempfindliche Anordnungen
für die elastische Rückführung Thermoelemente oder elektrische Widerstandsthermometer
brauchbar. Um zu erreichen, daß die beiden temperaturempfindlichen Anordnungen mit
v erschieciener Verzögerung ansprechen, kann man sie entweder in einem gemeinsamen
oder auch in gesonderten Hohlräumen so anordnen, daß die tlierinische Trägheit der
beiden Anordnungen verschieden groß ist. Wenn die beiden temperaturempfindlichen
Anordnungen in je einem Hohlraum angebracht sind, so kann man aber diese Hohlräume
auch an die Druckleitung über Leitungswiderstände verschiedener Größe anschließen,
um auf diese Weise ein Ansprechen mit verschiedener Verzögerung zu erreichen.
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In der Zeichnung zeigen die Fig. 1, 3, 4 und 5 einige Ausführungsbeispiele
des Erfindungsgegenstandes in schematischer Darstellung, wogegen die Fig. 2 zur
Erläuterung der Wirkungsweise dient.
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In Fig. x ist i die Drehspule eines elektrischen 1-Ießgeräts, dessen
Zeiger 2 in an sich bekannter Weise, z. B. mittels eines auf und ab bewegten Fallbügefs
3, periodisch abgetastet wird. Weicht der Zeiger 2 von der dem Sollwert der zu regelnden
Temperatur entsprechenden Mittelstellung nach links oder rechts ab, so trifft er
dabei je nach der Größe der Abweichung auf eine der Stufen von zwei Druckstücken
4 bzw. 5, wobei mittels einer in der Zeichnung schematisch durch zwei Schalträder
6, ; und die zugehörigen Klinken g bzw. 9 angedeuteten Schaltwerkanordnung eine
Kurvenscheibe io in der einen oder anderen Richtung um so mehr verdreht wird, je
größer die Abweichung des Zeigers 2 von der So11stellung war. Die Kurvenscheibe
io steuert dabei ein Drosselgerät i 1, dem ein gasförmiges oder flüssiges Druckmittel
durch eine Leitung 12 zugeführt wird. Durch eine Leitung 13 wird das Druckmittel
dann einer Kammer 1 q. zugeführt, die durch eine unter dem Einfluß einer Druckfeder
15 stehende 'Membran 16 geschlossen ist, wobei die Membran den Teller eines Ventils
1; steuert, das die Zufuhr des Brennstoffes für die zu überwachende Feuerung i$
einer Heizanlage regelt, die in der Zeichnung nur schematisch durch einen Ofen 19
angedeutet ist. Zum Überwachen der Temperatur ist in den Ofen i9 ein Thermoelement
2o eingebaut, dessen Thermospannung durch das Drelispulmeßgerät i gemessen wird.
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Zur elastischen Rückführung ist nun das T liermoeleinent 20 nicht
unmittelbar an die Drehspule i angeschlossen, sondern über den abgreifbaren Teil
eines Widerstandes 21. An diesen sind zwei Thermoelemente 22 und 23 in Gegeneinanderschaltung
angeschlossen, von denen das eine mit einer wärmeisolierenden Umhüllung versehen
ist. Beide Thermoelernente sind im Innern eines Hohlraumes 24 angeordnet, der über
eine Drosselstrecke 25 an die Druckleitung 13 angeschlossen ist.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. i ist in
Fig. 2 der zeitliche Verlauf des Druckes P. in der Leitung 13, des Druckes Ps in
dem Hohlraum 24 und der Spannung UR an dem Widerstand 21 aufgetragen. Dabei ist
angenommen, daß die Temperatur des Ofens ig zunächst den Sollwert hat, so da?) der
Zeiger 2 in der.Mittelstellung steht und der Druck P, einen Normalwert P" hat. Tritt
nun in dem mit to bezeichneten
Zeitpunkt eine Störung auf, wobei
die Temperatur z. B. ansteigt, so bewegt sich der Zeiger 2 nach rechts. Bei dem
nächsten Abtastvorgang, der mit a1 bezeichnet ist, wird nun durch die Schaltklinke
9 die Kurvenscheibe io in dem Sinne gedreht, daß das Drosselgerät i i weiter geöffnet
wird, so daß der Drück P. bis auf einen Wert P,n ansteigt. Dadurch wird die Membran
14 entgegen der Feder 15 stärker durchgebogen und die Brennstoffzufuhr durch
das Ventil 17 stärker gedrosselt, so daß die Temperatur wieder abnimmt. -Wenn
die Drosselstrecke25 nicht vorhanden wäre, würde auch der Druck P3 in dem Hohlraum
24 in gleichem Maße wie der Druck P, in der Leitung 13 ansteigen. Der Druckanstieg
wird aber durch die Drosselstrecke 25 zeitlich so verzögert, wie es in Fig. 2 durch
die mit P3 bezeichnete gestrichelte Linie angedeutet ist.
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Bei der Drucksteigerung wird nun Wärme entwickelt, so daß die Temperatur
in dem Hohlraum 24 ansteigt. Diese Temperatur wird von dem Thermoelemeat 23 unmittelbar,
von dein umhüllten Thermoelement 22 aber erst mit einer gewissen Verzögerung aufgenommen,
so daß sich zunächst ein Ansteigen der resultierenden ThermospannungUR ergibt. Dabei
würde der Anstieg nach der mit UR, bezeichneten Kurve erfolgen, wenn bei fehlender
Drosselstrecke 25 der Druck P3 in dem Hohlraum 24 gleich dem Druck P. in der Leitung
13 wäre. Der mit UR2 bezeichnete Verlauf würde sich theoretisch bei Vorhandensein
der Drosselstrecke 25 ergeben. In Wirklichkeit aber verläuft die Spannung nach der
mit UR3 bezeichneten Kurve, weil sich schon während des Druckanstiegs die Wärmeausgleichvorgänge
bemerkbar machen, die den Anstieg der Spannung wieder zum Abklingen bringen.
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Von der Spannung UR wird nun ein durch Verschieben des Abgriffkontaktes
auf dem Widerstand 2 1 einstellbarer Teil U, der Meßspannung Um des Thermoelernentes
20 überlagert, und es hat sich gezeigt, daß es auf diese Weise möglich ist, gegebenenfalls
durch eine geeignete Einstellung der Drosselstrecke 25, den Abklingvorgang der zur
Rückführung dienenden Spannung so zu beeinflussen, daß sich der Regelvorgang den
jeweils vorliegenden thermischen-Verhältnissen der betreffenden Anlage so genau
anpaßt, daß die Einstellung in jedem Falle schwingungsfrei erfolgt.
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In den Fig. 3, 4 und 5 sind weitere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt, wobei es sich ebenfalls um die Regelung der Temperatur
eines Ofens 19 durch Ändern der Brennstoffzufuhr, z. B. mittels eines durch
eine Membran 16 gesteuerten Ventils 17, handelt. Zum Messen der Temperatur dient
ebenso wie bei der Anordnung nach Fig. i ein elektrisches Meßgerät. das nur durch
die Drehspule i angedeutet ist und dessen Zeiger :2 je nach seiner Stellung z. B.
mittels einer durch eine Fallbügelanordnung 3 betätigten Schaltwerkanordnung und
eines durch eine Kurvenscheibe io gesteuerten Drosselgeräts i i den Druck P2 in
einer zu der Membrankammer 14 führenden Leitung 13 regelt. In den Fig. 3, 4 und
5 sind der Einfachheit halber die in Fig. i mit 2 bis 17 bezeichneten Teile nicht
dargestellt.
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Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich
von der in Fig. i dargestellten Anordnung nur dadurch, daß die Temperatur durch
ein in dem Ofen ig angeordnetes Widerstandsthermometer 26 gemessen wird,
das den einen Brückenzweig einer durch eine Stromquelle 27 gespeisten Brückenschaltung
bildet, die in den übrigen Brückenzweigen Widerstände 28, 2g, 30 enthält.
An die Diagonalspanhung Um der Brückenschaltung ist im übrigen ebenso wie
bei der Anordnung nach Fig. i die Drehspule i unter Vorschaltung eines abgreifbaren
Teiles eines Widerstandes 21 angeschlossen, wodurch ein einstellbarer Teil U,. einer
Spannung UR der Meßspannung Um überlagert wird. Dabei wird die Spannung UR
ebenso wie bei der Anordnung nach Fig. i von. einer Thermoelementanordnung 22, 23
erzeugt, die in einem über eine Drosselstrecke 25 an die Druckleitung 13 angeschlossenen
Hohlraum 24 angeordnet ist. Die Wirkung ist im wesentlichen die gleiche wie bei
der Anordnung nach Fig. i.
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Bei dem in Fig.4 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die in
dem Hohlraum 24 angeordnete temperaturempfindliche Anordnung aus zwei Widerstandsthermometern
31 und 32, von denen das erstgenannte mit einer wärmeisolierenden Umhüllung 33 versehen
ist. Um eine Gegeneinanderschaltung der beiden Widerstandsthermometer zu erhalten,
sind diese in zwei benachbarten Brückenzweigen zu beiden Seiten der Meßdiagonale
in Reihenschaltung mit den Widerständen 29' und 30'
einer Brückenschaltung
angeordnet, die wieder durch eine Stromquelle 27 gespeist wird. Im übrigen enthält
die Brückenschaltung wie bei der Anordnung nach Fig. 3 in den übrigen Brückenzweigen
das in dem Ofen ig angeordnete, zur Temperaturmessung dienende Widerstandsthermometer
26 und einen Widerstand 28. Um auch hier die Wirkung der Rückführung nach Bedarf
einstellen zu können, sind die Widerstandsthermometer 31 und 32 durch einen regelbaren
Widerstand 21' überbrückt.
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In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Temperatur
in dem Ofen ig wie bei der Anordnung nach Fig. i durch ein Thermoelement 20 gemessen
wird und
auch die Rückführung durch zwei gegeneinandergeschaltete
Thermoelemente 2:2' und 23' erfolgt, die auch durch einen mit einem einstellbaren
Abgriff versehenen Widerstand 21 überbrückt sind. Die Anordnung unterscheidet sich
von der in Fig. i dargestellten aber dadurch, daß in dem vorzugsweise über eine
Drosselstrecke 25 an die Leitung 13 angeschlossenen Hohlraum 2.1. nur das Thermoeleinent
23' angeordnet ist, wogegen das Thermoeletnent 22' sich in einem zweiten Hohlraum
2.a.' befindet. der mit dem Hohlraum -2d. über eine zweite Drosselstrecke 34 in
Verbindung steht. Diese Drosselstrecke, die ebenfalls einstellbar angeordnet sein
kann, bewirkt in ähnlicher Weise wie die wärmeisolierende Umhüllung bei den bisher
beschriebenen Ausführungsbeispielen, daß das Thermoelement 22' mit einer gegebenenfalls
einstellbaren Verzögerung anspricht. Ini übrigen ist die Wirkungsweise die gleiche
wie bei der in Fig. i dargestellten Anordnung. - Natürlich könnten auch bei der
Ausführung nach Fig. 5, also bei der Anordnung der Rückführorgane in gesonderten
Hohlräumen, statt der Thermoelemente Widerstandsthermometer benutzt werden, insbesondere
dann, wenn auch die Ofentemperatur durch ein Widerstandsthermometer gemessen wird.