DE856370C

DE856370C - Kraftschalter zur selbsttaetigen Regelung technisch-physikalischer Groessen

Info

Publication number: DE856370C
Application number: DESCH4251D
Authority: DE
Inventors: Karl Bester
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1941-02-20
Filing date: 1941-02-20
Publication date: 1952-11-20

Description

Kraftschalter zur selbsttätigen Regelung technisch-physikalisrher Größen Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftschalter zur selbsttätigen Regelung technisch-physikalischer Größen mit einem im Kraftschalter ortsfest angeordneten Wärmefühler, der kontinuierlich nach Maßgabe der Stellung des Steuergliedes des Kraftschalters durch eine ebenfalls ortsfest angeordnete Heizvorrichtung beeinflußt wird.
Ausgangspunkt vorliegender Erfindung ist ein Kraftschalter für selbsttätige Regler für eine beliebige, von einem Fühler erfaßte Meßgröße, beispielsweise Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, mit einem im Kraftschalter ortsfest angeordneten Wärmefühler, der kontinuierlich nach Maßgabe der Stellung des Steuergliedes des Kraftschalters durch eine ebenfalls ortsfest angeordnete Heizvorrichtung beeinflußt wird, gemäß welchem das in der unmittelbaren Nähe des Heizkörpers schwingende, als Abkühlungskörper wirkende Steuerglied, welches aus Metall großer Wärmeleitfähigkeit, z. B. Silber, besteht und großflächig, z. B. als Folie, ausgebildet ist, auf der der Heizvorrichtung zugewandten Seite ein Absorptionsvermögen hat, welches größer als das der Heizvorrichtung ist und gemäß welchem der Heizkörper eine so geringe Wärmekapazität hat, daß sich seine Temperatur in Abhängigkeit von der Stellung des Steuergliedes möglichst stark ändert.
Dieser Folienregler hat sich bestens bewährt. Er wird erfindungsgemäß dadurch wesentlich weiter gebildet, daß die ortsfest angeordnete Heizvorrichtung als Spirale ausgebildet ist, innerhalb welcher ein von dieser Spirale geheizter Draht angeordnet ist, dessen Längenänderung nach Maßgabe der Stellung des als Abkühlungskörper und zu diesem Zweck großflächig, vorzugsweise als Folie ausgebildeten, aus Metall großer Wärmeleitfähigkeit, insbesondere aus Leichtmetall bestehenden Steuergliedes die Steuerkraft zur Betätigung einer Drosselsteuerung liefert (Steuerdraht), die ihrerseits zur Erzielung einer großen Regelleistung über ein Schnellsteuerrelais, das, hydraulisch oder pneumatisch arbeitend, aus zwei durch eine Membran getrennten Kammern besteht, auf das Regelorgan wirkt.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines Chromnickeldrähtes für die Heizspirale wird erreicht, daß man bereits mit einer Spannung von 6 V und einem Strom von etwa 5'o mA die notwendige Heizenergie für das Heizsystem erhält. Dies ist deshalb wichtig, weil man mit den angegebenen Strom-und Spannungswerten noch den Bedingungen für die Explosionssicherheit genügt.
Weiter 'hat sich als vorteilhaft aus Gründen der Festigkeit ergeben, daß als Steuerdraht ein isolierter Stahldraht verwendet wird, dessen Durchmesser etwa o,i mm beträgt. Die Festigkeit spielt deshalb eine Rolle, weil zur Erzielung einer möglichst schnellen Steuerwirkung der Steuerdraht nicht dünn genug sein kann.
Im einzelnen ist vorgesehen, daß der auf einer Temperatur von etwa ioo bis 200° C im Betrieb gehaltene Steuerdraht gegenüber der Heizspirale durch eine Lackschicht oder ein isolierendes Oxyd isoliert ist. Hiermit erzielt man auch einen wirksamen Schutz des Steuerdrahtes gegen äußere Einflüsse wie Korrosion.
Weiter bezieht sich die Erfindung auf eine konstruktive Durchbildung eines Reglers mit elektrischem Meßsystem und pneumatischer Regelung dergestalt, daß auch durch diese konstruktive Durchbildung große Genauigkeit gewährleistet ist. So ist beispielsweise vorgesehen, daß zur Beseitigung der durch die Wärmeschwankungen innerhalb des Reglergehäuses bedingten Wärmeausdehnungen des Steuerdrahtes seine Aufhängung aus solchem Material gewählt ist, daß diese Aufhängung dieselben durch die Raumtemperaturschwankurigen bedingten Längenänderungen erfährt wie der Steuerdraht selbst.
Weiter bezieht sich die Erfindung auf eine Ausbildung des Reglers dergestalt, daß allen praktischen Anforderungen genügt ist. So ist beispielsweise vorgesehen, daß zur Einstellung der Steuerwirkung der axiale Abstand zwischen Steuerdraht und Folie einstellbar ausgebildet ist.
Im einzelnen kann dies dadurch erreicht werden, daß eine Verstellschraube vorgesehen ist, mittels deren die Lage des an sich festen Aufhängepunktes des Steuerdrahtes gegenüber der Steuerkante der Folie verändert werden kann.
Zur Durchführung des Erfindungsgedankens kann weiter vorgesehen werden, daß die Verstellung des Steuerdrahtes der Folie in einer Tangentialebene des durch die Bewegung der Steuerkante der Folie beschriebenen Zylinders erfolgt.
Erfindungsgemäß wird auch der foliengesteuerte Regler so weitergebildet, daß man bereits durch die Gestaltung der Folie und die Gestaltung des Heizdrahtes sowie durch die Lage beider Organe gegeneinander eine optimale Steuerwirkung erhält. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, daß zur Erzielung einer möglichst großen Steuerwirkung bei möglichst kleinem Gewicht des Steuerdrahtes und der Folie beide derart ausgebildet sind, daß das Verhältnis der Oberfläche der Folie zur wirksamen Oberfläche des Steuerdrahtes etwa 200:r ist.
Als Beispiel 'hierfür wird im einzelnen die Verwendung eines Stahldrahtes von o,i mm Durchinesser und einer wirksamen Länge von 25 mm für den Steuerdraht mit einem Gewicht von etwa 130 mg und einer Aluminiumfolie voll 20 y 25 mm und o,i mm Stärke genannt. Somit ergibt sich für die wirksame Oberfläche der Folie 500 mm2 und für den Steuerdraht 2,5 mm2, also ein Verhältnis von 200: i.
Die Erfindung wird nunmehr an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel im einzelnen näher erläutert.
i ist der Fühler in Form eines Thermoelementes bzw..eines Widerstandsthermometers, der die Temperatur in dem Behälter 2 fühlt. 'Diese Temperatur wird in Form eines elektrischen Impulses durch die Leitungen 3 und 4 auf die Drehspule 5 und damit den Zeiger 6 des Meßgerätes übertragen. An dem Zeigerhalter 7 der Drehspule 5 ist die Folie 8 befestigt, die aus Leichtmetall verhältnismäßig großer Wärmeleitfähigkeit, wie Aluminium, hergestellt sein kann. Die Folie 8 absorbiert nach Maßgabe der Zeigerstellung die Heizenergie, die von der Spirale 9 zugestrahlt wird, innerhalb welcher der Steuerdraht io sich befindet. Das untere Ende des Steuerdrahtes ist an dem Bügel i i gelagert, während das obere Ende an dem Winkelhebel 12 in einem Punkt angreift, auf den auch die Feder 13 wirkt, die den Steuerdraht io dauernd gestreckt hält. Das freie Ende des Winkelhebels 12 arbeitet mit einer Düse 14 zusammen und gibt je nach seiner Stellung den Austrittsquerschnitt der Düse 14 mehr oder weniger frei. Entsprechend fällt der am Instrument 15 abzulesende Steuerdruck.
Weiter ist zur Vergrößerung der Steuerwirkulig ein Schnellsteuerrelais 16 vorgesehen, dessen Kammer über die Leitung 17 mit der Steuerdüse 14 verbunden ist. Der Druck des Steuermittels in der Leitung 17 wird nun durch das Schnellsteuerrelais 16 im verstärkten Maße über die Leitung i8 dem Membranventil i9 weitergegeben, so daß eine augenblickliche Verstellung des Regelorgans nach Maßgabe des Ausschlages des Zeigers 6 erfolgt. Mit der Leitung 17 ist gleichzeitig die Rückführung 20 verbunden. Diese Rückführung gleicht Verzögerungen innerhalb der Anlage aus.
Wird nun eine wesentliche Verstärkung der Empfindlichkeit verlangt, so wird das Schnellsteuerrelais, wie in der Zeichnung besonders herausgezeichnet, mit einer Kapselmembran 21 versehen, deren wirksamer Durchmesser im Verhältnis der gewünschten Empfindlichkeitsverstärkung größer ist als der der Relaismembran 22.
Die Druckluft wird in der Leitung 23 zugeführt. Weiter ist zur Empfindlichkeitseinstellung vorgesehen, daß der untere Punkt 24, an dem der Steuerdraht io aufgehängt ist, in Richtung des eingezeichneten Doppelpfeils verstellt werden 'kann, so daß der Steuerdraht gegenüber der Steuerkante der Folie 8 eine Schräglage erhält. Auf diese Weise kann während des Betriebs mit außerordentlicher Genauigkeit kontinuierlich die Steuergeschwindigkeit eingestellt werden.

Claims

PATEN TAhsPr,CCric: i. Kraftschalter zur selbsttätigen Regelung technisch-physikalischer Größen mit einem im Kraftschalter ortsfest angeordneten Wärmefühler, der kontinuierlich nach Maßgabe der Stellung des Steuergliedes des Kraftschalters durch eine ebenfalls ortsfest angeordnete Heizvorrichtung beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsfest angeordnete Heizvorrichtung als Spirale ausgebildet ist, innerhalb welcher ein von dieser Spirale geheizter Draht angeordnet ist, dessen Längenänderung nach .Nlaßgal>e der Stellung des als Abkühlungskörper und zu diesem Zweck großflächig, vorzugsweise als Folie ausgebildeten, aus Metall großer Wärmeleitfähigkeit, insbesondere aus Leichtmetall, bestehenden Steuergliedes die Steuerkraft zur Betätigung einer Drosselsteuerung liefert (Steuerdraht), die ihrerseits zur Erzielung einer großen Regelleistung über ein Schnellsteuerrelais, das, hydraulisch oder pneumatisch arbeitend, aus zwei durch eine Membran getrennten Kammern besteht, auf das Regelorgan wirkt.
2. Kraftschalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet. daß die Heizspirale aus einem Chromnickeldraht mit einem Durchmesser von etwa 0,03 nun besteht.
3. Kraftschalter nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerdraht ein isolierter Stahldraht verwendet wird, dessen Durchmesser etwa o.i mm beträgt.
4. Kraftschalter nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der auf einer Temperatur von etwa 100 bis 200° C im Betrieb gehaltene Steuerdraht gegenüber der Heizspirale durch eine Lackschicht oder ein isolierendes Oxyd isoliert ist.
5. Kraftschalter nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der SteuerNvirkung der axiale Abstand zwischen Steuerdraht und Folie einstellbar ausgebildet ist.
6. Kraftschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verstellschraube vorgesehen ist, mittels der die Lage des an sich festen Aufhängepunktes dis Steuerdrahtes gegenüber der Steuerkante der Folie verändert werden kann.
7. Kraftschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung des Steuerdrahtes durch die Einstellschraube gegenüber der Steuerkante der Folie in einer Tangentialel>ene des durch die Bewegung dieser Steuerkante beschriebenen Zylinders erfolgt. B. Kraftschalter nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer möglichst großen Steuerwirkung bei möglichst kleinem Gewicht des Steuerdrahtes und der Folie leide derart ausgebildet sind, daß das Verhältnis der Oberfläche der Folie zur wirksamen Oberfläche des Steuerdrahtes etwa 200 : 1 ist. g. Kraftschalter zur selbsttätigen Regelung technisch-hhysikalischer Größen mit einem im Kraftschalter ortsfest angeordneten Wärmefühler, der kontinuierlich nach Maßgabe der Stellung des Steuergliedes des Kraftschalters durch eine ebenfalls ortsfest angeordnete Heizvorrichtung beeinflußt wird, insbesondere nach Anspruch i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beseitigung der durch die Wärmeschwankungen innerhalb des Reglergehäuses bedingten bÄlärmeausdebnungen der Heizvorrichtung, deren Längenänderungen selbst zur Betätigung einer Drosselsteuerung verwendet werden (Steuerdralttl, die Aufhängung der Heizvorrichtung 1>7w. des Steuerdrahtes aus einem solchen Material gewählt ist, daß diese Aufhängung dieselben durch die Raumtemperaturschwankungen bedingten Längenänderungen erfährt wie der Steuerdraht selbst. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 730547.