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Anordnung zur Temperaturregelung bei thermischen Geräten Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf die Temperaturregelung bei thermischen Geräten mittels
thermischer Ausdehnungsregler. Unter thermischen Geräten werden sowohl Geräte zur
Erzeugung von Wärme wie von Kälte verstanden. Die gebräuchlichen Ausdehnungsregler
bestehen aus einem Stab mit kleiner thermischer Ausdehnung, der sich mit seinem
einen Ende auf den Boden eines einseitig geschlossenen Umhüllungsrohres mit vergleichsweise
großer thermischer Ausdehnung stützt. Das Umhüllungsrohr ragt mit seinem geschlossenen
Ende in das Innere des thermischen Gerätes zur Meßstelle und ist an dessen Wärmeschutzmantel
befestigt. Der Stab, der sich frei ausdehnen kann, wirkt über eine geeignete Übersetzung
mit einer Kontakteinrichtung zusammen, welche die Energiezufuhr steuert. Mit thermischen
Ausdehnungsreglern dieser bekannten Art ausgestattete thermische Geräte haben den
Nachteil, daß die tatsächliche Temperatur (Isttecnperatur) beträchtlich um die eingestellteTemperatur
(Solltemperatur) schwankt. Bei einem Muffelofen bekannter Bauart für Laborzwecke
wurde z. B. eine Schwankung von ± I5° C beobachtet. Die Ursache ist darin zu suchen,
daß der Ausdehnungsregler frühestens die Energiezufuhr ausschaltet, wenn die Meßstelle
die Solltemperatur erreicht hat, dann aber ein Teil der z. B. bei einem elektrischen
Glühofen in den Heizwiderständen enthaltenen Speicherwärme noch eine gewisse Temperatursteigerung
über den Sollwert hinaus verursacht. Umgekehrt schaltet der Regler den Heizstrom
erst dann wieder ein, wenn die Meßstelle auf die Solltemperatur abgekühlt ist. Ehe
die Heizung den
Temperaturfall aufzuhalten und' umzukehren vermag;
tritt abeneine weitere Abkühlung. im Ofen ein und dia Solltemperatur wird unterschritten.
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Es sind nun Temperaturregler bekannt, bei denen zum Zweck der Herabsetzung
@ der Temperattirschwankungen auf ein Mindestmaß in der Nähe des die Reglung bewirkenden
Reaktionskörpers eiu Hilfsheizkörper angeordnet ist. Diese Anordnung hat aber ih
regeltechnischer und baulicher Hinsicht erhebliche Nachteile. Die zusätzliche Beheizung
der Meßgliedes innerhalb des Meßraumes führt dazu, daß die thermische Anpassung
des Meßgliedes an die jeweilige Raumtemperatur verschlechtert wird. Jede Heizungsanordnung
wirkt zunächst auch als Wärmeisolation und beeinträchtigt die Übertragung der Wärme
durch Wärmestrahlung, die'bei höheren Temperaturen einen sehr großen Anteil hat.
Dadurch wird das Meßglied langsamer der Abkühlung des Meßraumes folgen können, d.
h. es wird in der Abkühlungsperiode noch träger als normal arbeiten. Hinzu kommt,
daß auch die Zusatzheizung nach dem Ausschalten der Gerätheizung möglichst rasch
ihre erhöhte Eigentemperatur verlieren soll, um auch während der Abkühlperiode rascher
arbeiten zu können. Wird nun die Zusatzheizung, wie bei der bekannten Anordnung,
in den Heizraum eingebaut, darin steht für die Abkühlung lediglich das Temperaturgefälle
zwischen der Zusatzheizung und der Heizraumtemperatur zur Verfügung.
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Die baulichen Nachteile der bekannten Anordnung des Zusatzheizkörpers
innerhalb des Heizraumes liegen darin, daß die Ausführung der Zusatzheizung den
hohen Temperaturen der Heizinuffel, die bei iooo bis 130o° C liegen können, Rechnung
tragen muß, d. h. alle verwendeten Materialien müssen wärmefest sein. Außerdem ist
es I notwendig, für die Zusatzheizung niedergespannten Strom zu benutzen, weil es
keine vollwertige Isolation bei hohen Temperaturen gibt, oder aber eine automatische
Ausschaltung des Stromes beim Öffnen der Tür vorzusehen; denn eine Gefährdung bei
der Bedienung durch Berühren spannungsführender Teile muß grundsätzlich ausgeschlossen
sein. Bei der Benutzung von Ofen mit im Heizraum angeordneter Zusatzheizung für
chemische Zwecke, wie z. B. zum Abrauchen von mit Säure aufgeschlossenen Analysenstoffen,
würde die Zusatzheizung von den aggressiven Dämpfen zerstört werden.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile tu
beseitigen. Die Lösung wurde darin gefunden, die der übersteuernden Regelung dienende
Zusatzenergie- einer Stelle größtmöglichen Temperaturgefälles zuzuführen, vorzugsweise
also außerhalb des Arbeitsraumes des Gerätes. Zweckmäßigerweise wird die Anordnung
im Sinne der Erfindung so getroffen, daß der Erzeuger zusätzlicher Energie an einem
der Übertragung der Ausdehnungsbewegung des Ausdehnungsmittels von der Meßstelle
zu den Schaltmitteln dienenden, der unmittelbaren Beeinflussung durch die Temperatur
im Arbeitsraum des Gerätes entzogenen Teil des Ausdehnungsmittels angeordnet wird.
Bei elektrischen Wärmegeräten, insbesondere bei Muffelöfen mit einem Regler, der
aus einem Stab kleiner thermischer Ausdehnung und einem Umhültungsroter großer thermischer
Ausdehnung besteht, kann in. Sinne der Erfindung die Zusatzheizung derart angeordnet;und
ausgebildet sein, daß sie die rasche Abkühlung ihrer Heizstelle zuläßt, indem sie
vorzugsweise als Heizspirale ausgebildet und unmittelbar um das zwischen Ofenwand
und Schaltteil freiliegende Ende des Umhüllungsrohres herumgelegt ist.
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11 Mit der Anordnung gemäß der Erfindung wird eine außerordentliche
Empfindlichkeit der Tempe-.ratürregelung mit einfachen Mitteln erreicht.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben .sich aus der
nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles, aus der Zeichnung und den
Patentansprüchen. Die Zeichnung zeigt in Fig. i in schematischer Darstellung und
ohne Berücksichtigung der wirklichen Größenverhältnisse eine Anordnung gemäß der
Erfindung zur Erteilung positiver Voreilung bei einem elektrischen Widerstandsofen;
Fig.2 zeigt den Temperaturgang bei einem Ofen ohne die erfindungsgemäße Anordnung;
Fig.3 zeigt den Temperaturgang nach Einbau der erfindungsgemäßen Anordnung.
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Es zeigt i den (teilweise gezeichneten) Ofen, durch dessen Wärmeschutzmantel
ja das Umhüllungsrohr 2 durchgeführt und in dem- es befestigt ist. Das Umhüllungsrohr
2 besteht aus feuerfestem Werkstoff vergleichsweise großer thermischer Ausdehnung.
Vom Rohr 2 umschlossen wird der am geschlossenen Rohrende aufruhende Stab 3, dessen
thermische Ausdehnung gegenüber der des Rohres sehr klein ist. Am außenliegenden
offenen Ende des Umhüllungsrohres 2 ist eine Muffe 4 (Schaltteil) angebracht. An
der Muffe ist 1>e1411 der Kontakthebel 5 gelagert. Er wirkt mit dem Stab 3 unter
Vermittlung eines Übertragungsstabes 6 zusammen, der beiderends in Spitzen ausläuft,
die in Pfannen am Kontakthebel 5 bzw. am Reglerstab 3 ruhen. Mit dem Kontakthebel
5 wirkt ein zweiter Kontakthebel 7 zusammen, der vermittels einer Exzentersc'heibe
8, an den ihn die Feder 9 heranzieht, gegenüber dem Kontakthebel 5 zur Einstellung
der Regeltemperatur verstellt werden kann, Der Kontakt 5, 7 liegt zusammen mit dem
Schaltrelais io und der Batterie i i in einem Stromkreis (Steuerstromkreis). Das
Relais io steuert den Heizstromkreis 12 mit dem Heizwiderstand 13 im Ofenraum i.
In Reihe zum lleizwiderstand 13 liegt die Zusatzheizung 14, die als Drahtwendel
ausgebildet und unmittelbar um das zwischen Ofenwand i11 und Schaltteil 4 frei liegende
Rohrende herumgewickelt ist. 15 bedeutet einen induktiven Widerstand mit regelbarem
Kern zur Einstellung der Zusatzheizung 14.
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Die Anordnung wirkt in folgender Weise: Angenommen, die Meßstelle
16 habe sich unter Solltemperatur abgekühlt. Das Umhüllungsrohr 2 verkürzt sich
dabei und bewirkt über den Stab 3 und die Stange 6 eine Schwenkung des Kontakthebels
5 um den Anlenkpunkt 411 gegen den Uhrzeiger. Dadurch
wird Berührung
mit dem Kontakthebel 7 hergestellt, der sich nach Maßgabe der Hebung des Kontakthebels
5 von seinem einstellbaren Aufschlag 8 gegen die Wirkung der Feder 9 abhebt. Durch
den Kontaktschluß erhält (las Schaltrelais io Strom von Gier I'>atterie i t und
schließt den Betriebsstronikreis 12 der Gerätheizung 13; in Wirklichkeit wird der
Relaisstrom von einem Spartransforinator aus dein Netz geliefert und dient zur Betätigung
der Heizung eines thermischen Relais mit Quecksilberkontakt bekannter Ausführung.
Je nach Einstellung des 1Zegelwiderstandes 15 erhält nun die Zusatzheizung i4, solange
die Gerätheizung 13 eingestellt ist, ebenfalls Strom. Während nun die Gerätheizung
13 den Ofen erst mit Verzögerung wieder auf die Solltemperatur zu bringen vermag
und solange eine weitere :\likühlung der Meßstelle 16 eintritt, vermag die Zusatzheizung
14 ohne Verzögertitig auf (las :ltisdehnungsglied 2 einzuwirken. Dadurch tritt eine
l3eschletinigung des Temperaturganges am Ausdehnungsregler in positivem Sinne ein,
d.li. die wirksame Temperatur eilt der Temperatur an der NIeßstelle voraus. Der
Regler befindet sich also schon auf der Solltemperatur, noch ehe die Isttemperatur
an der Meßstelle gleich der Solltetnperattir geworden ist. Die mit der Erwärmung
auf die Solltemperatur verbundene Ausdehnung des Umhüllungsrohres 2 bewirkt eine
Schwenkmig des Kontakthebels 5 im Uhrzeigersinne und damit die Trennung der Kontakte
5, 7 und die Öffnung des Schaltrelais to. Gerätheizung 13 und Zusatzheizung 14 werden
dadurch stromlos.
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Der Temperaturgang im Ausdehnungsregler erfährt in fallender Richtung
dadurch eine Beschleunigung, daß die Abkühlung an der Stelle der Zusatzheizung rascher
vor sich geht als im Meßraum; eine Voreilung in fallender Richtung im Sinne einer
Unterschreitung der Isttemperatur tritt jedoch nicht ein. Für die \-Vie(lereinsclialtung
der Gerätheizung ist also die Temperatur an der Meßstelle maßgehend. Darin liegt
indessen in den meisten Fällen kein Nachteil, weil bereits durch die T'emperaturvoreilung
ini steigenden Sinne eine Beschleunigung finit der Folge eitler solchen Verkürzung
der Schaltperioden eintritt, dali die Ofentemperatur nur noch uni Bruchteile der
früher beobachteten Werte schwankt (vgl. Fig. 3).
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\V;ihrend also in den meisten Fällen auf die Voreilung des Temperaturganges
in beiden Richtungenverzichtet werden kann, ist die Erfindung keines Wegs hierauf
beschränkt. Es ist z. B. denkbar, neben der Zusatzheizung eine Zusatzkühlung, z.
B. Wasserkühlung, Luftkühlung, vorzusehen und sie sinngemäß durch den Ausdehnungsregler
in Wechselwirkung zur Zusatzheizung zu steuern. Auch ist es nicht Voraussetzung
für die Anwendbarkeit der Erfindung, daß sie bei elektrothermischen Geräten angewendet
wird; sie könnte beispielsweise ebenso bei gasbeheizten Geräten sinngemäß zur Anwendung
kommen.