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Schaltanordnung zum selbsttätigen Temperaturregeln elektrisch beheizter
Einrichtungen, insbesondere Öfen Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltanordnung
zum selbsttätigen Temperaturregeln von elektrisch beheizten Einrichtungen, insbesondere
Ofen.
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Es ist bereits eine Schaltanordnung zum Regeln der Temperatur von
elektrisch beheizten Ofen bekanntgeworden, bei der eine vormagnetisierbare Droisselsp.ule
und ein temperaturabhängiges Organ zur Steuerung der Vormagnetisierung der Drosselspule
zur Anwendung kommen. Diese bekannte Einrichtung kann aber nur verwendet werden,
falls es, sich um Ofen kleinerer Leistung handelt und weiterhin eine nicht allzu
empfindliche Regelung benötigt wird. Die bekannte Schaltanordnung ist auch weiterhin
mechanisch sehr empfindlich, da zur Steuerung der Heizleistung optische Einrichtungen
Verwendung finden.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Schaltanordnung
zum selbsttätigen Temperaturregeln elektrisch beheizter Einrichtungen, insbesondere
Ofen, unter Verwendung einer vo@rmagnetisierbaren Drosselspule und eines die Vormagnetisierung
steuernden temperaturabhängigen Organs zu
schaffen, die für große
Ströme, d. h. große Heizleistungen geeignet ist. Daneben soll eine besonders feinfühlige,
einfache und zuverlässige Regelmöglichkeit vorhanden sein.
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Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß in Reihe mit dem
Heizs:-iderstand bziv. den Heiz"viderständen des Ofens zwei gegensinnig parallel
geschaltete Dampfentladungsgefäße am speisenden Netz liegen, deren Zündung durch
Dreielel.;trod°nröiiren erfolgt. in deren Gitterkreisen Wechselspannungen wirksam
sind, die in ihrer Phasenlage zum speisenden Netz durch Verändern der Vormagnetisierung
der Drosselspule beeinflußt werden. Durch diese Schaltanordnung wird die Benutzung
von Dampfentladungsgefäßen ermöglicht, durch die den Widerständen des Ofens große
Ströme zugeleitet werden können. Durch die Veränderung der Phasenlage der Wechselspannungen
des Gitterkreises der Steuerröhren wird eine äußerst feinfühlige Regelung der Leistung
trotz Durchgangs großer Ströme möglich.
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.Nach der Eifindung ist ferner die v ormagnetisierbare Drosselspule
mit einem Widerstand in Reihe geschaltet und in einem an sich bekannten Phasenschieberkreis
mit Spannungsteiler angeordnet. Dabei ist es vorteilhaft, als Spannungsteiler die
mit 1littelanzapfung versehene Primärwicklung eines Transformators zu benutzen,
dessen Selzundärwicklung eine Wheatstonesche Brücke speist, in der ein von einem
temperaturabhängigen Organ durch einen beweglichen Kontaktarm zu verstellender Widerstand
angeordnet ist. Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind im folgenden
beschrieben.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise veranschaulicht,
und zwar zeigt Fig. i die Schaltanordnung zum selbsttätigen Temperaturregeln nach
der Erfindung und Fig. -2 ein Vektordiagramm der die Entladungsgefäße beeinflußenden
Steuerspannungen.
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Der elektrisch beheizte Ofen io ist mit einem Heizwiderstand ii versehen,
der von einem Wechselspannungsnetz 12, 13 über zwei gegensinnig parallel geschaltete
Dampfentladungsgefäße 14., 15 gespeist wird.
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Es werden für die Gefäße: i-., 13 vorzugsweise 0fueclzsilberdarnpfentladungsgefäße
mit kalter Kathode, Quecksilbersumpf und zwei Elektroden verwendet. Bei diesen Gefäßen
ist der Strom nicht durch die Glühkathode begrenzt. Esergibt sich daher der Vorteil,
daß ein großer Strom verfügbar wird, während die Gefäße selbst sehr klein gehalten
werden können. Die Gefäße sind mit Zündelektroden i6 und i; ausgerüstet, mit deren
Hilfe ein Punkt auf der Oberfläche der Quecksilberkathode 1611 und 17" erhitzt
wird, so daß die Gefäße elektrisch leitend werden und den Strom durchlassen.
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Den Zündelektroden 16, 17 wird Strom durch zwei elektrische Entladungsröhren
18 und ig zugeführt. Vorzugsweise «-erden Dreielektrodendampfentladungsgefäße verwendet,
die graße Leistung abgeben, die ihrerseits durch eine geringe Gitterenergie gesteuert
wird. Wie bekannt, enthalten die Gefäße eine geringe Menge eines inerten Gases.
wie z. B. Quecksilberdampf, wodurch die Gefäße zu einem Lichtbogengleichrichter
«-erden. Der zwischen Anode und Kathode auftretende Lichtbogen und demzufolge auch
die Leitfähigkeit des Gefäßes werden durch das Gitter gesteuert. Bei getvissen kritischen
Werten der Gitterspannung entsteht. falls die Anode positiv ist, der Lichtbogen.
und dieser bleibt unabhängig von der Gitterspannung so lange bestehen, wie .die
Anode positiv ist. Hat jedoch die Gittervorspannung mit Rücksicht auf die Anodenspannung
einen größeren negativen Wert, als der kritische Wert beträgt, bei dem der Lichtbogen
entsteht, wird der Lichtbogen nicht gezündet. und demzufolge fließt kein Strom durch
das Gefäß.
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Die Gefäße i8 und 1g werden durch eine von den Sekundärwicklunge n
Zo und 21 gelieferte Spannung gesteuert. Die Wicklungen Zo und 21 liegen zwischen
den Gittern und Kathoden der beiden Gefäße, so daß die Gitter entgegengesetzte Polarität
haben. Die Primärwicklung 22 dieser beiden Sekundärwicklungen ist einerseits mit
einer Anzapfung der Drosselspule 23 verbunden. Die Spule 23 liegt am Netz 12, 13
und dient gleichzeitig als Primärwicklung eines Transformators, dessen Sekundärwicklung
?.t eine Steuerspannung liefert. Andererseits ist die Primärwicklung 22 an einen
zwischen Widerstand 25 und einer eisengesättigten Drossel 26 liegenden Punkt
geführt, "oben der Widerstand und die Drossel in Reihe geschaltet am Zetz liegen.
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Für eine Phasenverschiebung der Spannung, die durch die Sekundärtviclclung
2o bzw. 21 geliefert ;wird und die zum Steuern der Gefäße 18 und ig dient, wird
die Sättigung der Drossel 26 durch Gleichstrom verändert. Hierzu kann auch eine
eisengesättigte Wicklung 2;, intermittierender oder Halbwellengleichstrom verwendet
werden. Dieser 1vird über eine Dreielektrodenröhre -2@ geschickt. die mit der Wicklung
2; in Reihe geschaltet am X etz 1-2, 13 liegt.
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Zum Steuern der Röhre 28 liefert die Wicklung 2c) die Spannung. die
zwischen Kathode und Gitter der Röhre 28 liegt. Die Primärtvicklung 30 wird in Abhängigkeit
von der
Temperatur des Ofens io mit Hilfe eines Wheatstoneschen
Brückenpo,tentiometer gespeist, das aus einem Widerstand 31, der an der Wicklung
24 liegt, aus einem Widerstand 32, der an einem Teil der Wicklung 24 liegt, und
aus einem Widerstand 33 besteht, der einerseits mit einem Kontaktarm 34, andererseits
mit dem Widerstand 31 verbunden ist. Der Arm 34 arbeitet einstellbar mit dem Widerstand
32 zusammen. Die Wicklung 30 ist einstellbar mit einem veränderlichen Teil des Widerstandes
33 verbunden.
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Die Stellung des Armes 34 auf dem Widerstand 32 bestimmt die Brückenspannung,
die am Widers.tan;d 33 liegt. Zur Temperaturein.-stellung, d. h. zum Festlegen der
im Ofen aufrechtzuerhaltenden Temperatur kann, auch diese Spannung veränderbar sein.
Dies kann dadurch erreicht werden, daß der Verbindungspunkt 34a für Widerstand 33
am Widerstand 31 verschiebbar ist. Eine feinfühlige Einstellung, d. h. Temperaturänderung
für eine vorher bestimmte Änderung der Energiezufuhr zum Widerstand i i, wird durch
Bewegen des- Verbindungspunktes 35 für die Spule 30 auf dem Widerstand 33
erreicht. Parallel zur Wicklung 30 liegt eine Kapazität 36 von solcher Größe, daß
durch einen voreilenden Strom der nacheilende Strom der Wicklung 30 kompensiert
wird.
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Die Wirkungsweise desReglers ist folgende Eine durch eine Temperaturänderung
im Ofen hervorgerufene Bewegung des Armes 34 'verändert die von der Wicklung 29
zum Gitter 38 des Entladungsgefäßes 28 geführte Spannung. Wird diese Spannung genügend
positiv oder genügend negativ bezüglich der Anode 39, läßt das Entladungsgefäß
einen im wesentlichen der Gitterspannung proportio, aalen Strom während der positiven
Halbwelle des. Wechselstromes durch. Dieser Strom fließt durch die Spule 27 und
verändert die Sättigung der Drossel -26. Hierdurch verändert sich ihr Spannungsabfall
und der Spannungsabfall am Widerstand 25, so daß sich die Phase der Spannung, die
an der Primärwicklung 22 liegt, verschiebt.
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In Abb. 2 bezeichnet der Vektor 4o die Klemmenspannung der Wicklung
23, der Vektor 41 die Spannung an der Drossel 26, der Vektor 42 die Spannung arm
Widerstand 25, während der Vektor 43 die Spannung an der Primärwicklung 22 darstellt.
Die Reak- j tanzspannung 41 liegt rechtwinklig zu dem Ohmschen Spannungsabfall 42.
Durch Verändern des Wertes der Spannungen 41 und 42 mit Hilfe der Drosselsättigung
kann die Phasenverschiebung zwischen den Spannungen 43 und der Spannung 40 verändert
werden. Diese Veränderung kann erfindungsgemäß dazu verwendet werden; die Zeit der
entsprechenden Halbwelle zu bestimmen, in der die Gefäße 18 und ig den Zündstrom
für die Zündelektroden 16 und 17 liefern. Jedes Gefäß 18, ig liegt mit den entsprechenden.
Zündelektroden mit dem Quecksilbersumpf der Gefäße 14, 15 und dem Ofenwiderstand
in Reihe.
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Die Gefäße 14, 15 zünden fast unmittelbar nach dem Leitendwerden der
Zündelektroden, gefäße 18, i9 und lassen demzufolge während des verbleibenden Teils
der Wechselspannungshalbwelle den Strom durch. Infolgedessen wird ein Zweiwellengleichstrom
dem Widerstand i i zugeführt.
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Beim Ansteige der Temperatur wird der Arm 34 durch ein auf die Temperatur
ansprechendes Organ 44, das z. B. wie eine Thermometerkugel wirkt, betätigt. Mit
zunehmender Temperatur wird die der Primärwicklung 30 zugeführte Spannung
verringert, bis schließlich, wenn die vorher bestimmte Ofentemperatur, auf die die
Einrichtung einbestellt ist, erreicht ist, die Sättigung der Drossel 26 derartig
ist, daß der Phasenverschiebungswinkel der Steuerspannung für die Gefäße 18 und
ig diese veranlaßt, abwechselnd während der positiven und negativen Halbwelle zu
solchen Zeiten zu zünden, daß der - dem Widerstand zugeführte Strom während des
verbleibenden Teils der Wellen ausreicht, um für den Ofen die Wärmeverluste zu decken
und die gewünschte Ofentemperatur aufrechtzuerhalten. Beim Ansteigen der Temperatur
wird die Leistungszufuhr zum Ofen verringert, und infolgedessen ergibt sich die
gewünschte Ofentemperatur, ohne daß diese wesentlich überschritten wird.
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Sinkt die Ofentemperatur unter einen festgesetzten Wert, was z. B.
durch das Einführen von kaltem Gut in den Ofen eintreten kann, wird der Arm 34 wieder
bewegt, und dadurch werden die Gefäße 14 und i 5 veranlaßt, Strom über einen größeren
Teil ihrer Halbwellen durchzulassen. Hierdurch wird eine große Energie. dem Ofen
zugeführt. Steigt die Temperatur ' des Ofens zu hoch, verringert der Arm 34 die
Leistungszufuhr auf einen Wert, der geringer ist als der geforderte, um die Temperatur
aufrechtzuerhalten.