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Vorrichtung für selbsttätige Regelung, insbesondere zur Temperaturregelung
von elektrisch oder mit Gas, Öl oder Kohle beheizten Industrieöfen und anderen Wärmebehandlungsvorrichtungen
Zur Feststellung der Temperatur von Industrieöfen bedient man sich mit gutem Erfolg
der bekannten Thermoelemente, welche einen der jeweiligen Temperatur entsprechenden
Strom abgeben. Da die thermoelektrische Spannung in der Größenordnung von Millivolt
liegt, muß das Meßgerät entsprechend sehr fein gestaltet sein. Infolgedessen kann
vom Meßgerät selbst auch keine direkte Kontaktabnahme zu Regelzwecken erfolgen.
Erst die sinnvolle Gestaltung des bekannten Fallbügelreglers ermöglichte die Regeltätigkeit
nach der Temperaturfeststellung dadurch, daß ein motorbetriebener Fallbügel den
Zeiger des Meßeerätes in der eingestellten Solltemperatur festklemmt, wodurch dann
eine Regeltätigkeit über geeignete Schaltvorrichtungen ausgeführt werden kann.
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Ein Nachteil dieser an sich einwandfreien Regelvorrichtung ist der
hohe Preis, der dadurch bedingt ist, daß das Gerät für genaues Arbeiten sehr sorgfältig
ausgeführt sein muß. Es wurden daher schon eine ganze Anzahl wohlfeilere Temperaturregler
entwickelt, welche aber entweder nur bei geringeren Temperaturen verwendbar sind
oder unwirtschaftlicher arbeiten. Aus diesen Gründen arbeiten auch noch sehr viele
kleinere elektrisch beheizte Öfen sowie die meisten mit Gas, Öl oder Kohle beheizten
Industrieöfen ohne jede Temperaturregelung, ein Zustand, der im volkswirtschaftlichen
Interesse zu verwerfen ist.
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Gemäß vorliegender Erfindung wird eine Temperaturregelvorrichtung
offenbart, die trotz einfacher und billiger Herstellung einwandfrei arbeitet und
durch die dem genannten Mangel abgeholfen wird. Bei dieser neuen Vorrichtung wird
das bewährte thermische Messen mittels der Thermoclemente beibehalten und auf das
bisher bekannte Meßgerät
übertragen. Erfindungsgemäß erfolgt jedoch
die Cbertragung des Meßergebnisses auf die in der Solltemperatur eingestellte Abnahmevorrichtung
bei völlig frei schwingendem Zeiger des Meßgerätes, also ohne Einklemmung des Zeigers,
in denkbar einfachster Weise durch an sich bekannte, bewährte und billige Bestrahlungseinrichtungen
in Verbindung mit Hitzdraht-, Quecksilber- oder Bimetallkontaktvorrichtungen, so
daß die bisher benötigte! komplizierte motarbetriebene Fallbügeleinrichtung in Wegfall
kommen kann.
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Gemäß der Erfindung sind an oder in dem Meßgerät den Meßwerten entsprechende
Strahlungsöffnungen in einem festen Schirm, z. B. der Meßskala, vorgesehen und vorzugsweise
auf der einen Seite der Meßskala verstellbar zur Einteilung der Skala ein Wärme
strahlender Körper (Lampe), auf der anderen Seite des Schirmes bzw. der Meßskala
und dem strahlenden Körper gegenüber ein wärmeempfindliches Schaltgerät (Fühler
und Schalter) angeordnet, und der Zeiger, der zweckmäßig selbst als Blende benutzt
wird, steuert die frei schwingende Bewegung der Blende, durch die bei Erreichung
der gewünschten Temperatur die Strahlöffnung zwischen strahlendem Körper und Schaltgerät
geschlossen oder geöffnet wird und hierdurch Schaltvorgänge hergestellt oder aufgehoben
werden.
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Die Erfindung wird an Hand der Schaltbilder für einen elektrisch beheizten
Ofen beispielsweise näher erläutert.
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Fig. i zeigt 'die Ofenanlage im ausgeschalteten Ruhezustand; Fig.2
zeigt die Anlage in der Arbeitsstellung »Anheizung«; Fig.3 in der Schaltstellung
»Solltemperatur erreicht, Heizpause«.
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Die Regelvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem üblichen Thermoelement
T, welches, der jeweiligen Temperatur entsprechend, den Meßstrom für das Meßinstrum,ent
M erzeugt. Aus dem Meßinstrument M wird dadurch ein. Kraftschalter für den Regler,
daß die Meßskala S, der Meßeinteilang entsprechend, mit Lichtschlitzen oder Strahlungsöffnungen
ö versehen ist. Auf der ,einen Seite der Skala S wird die Strahlungslampe L, eine
infrarote Heizlampe, und dieser gegenüber auf der anderen Seite der Skala ein Relais
R angebracht, die beide zwecks Einstellung der jeweils gewünschten Solltemperatur
verstellbar sind. Das Relais R ist ein Bimetallumschaltrelais, das durch die offenen
Lichtschlitze ö der Skala S hindurch von der Strahlungslampe L durch die infraroten
Beheizungsstrahlen betätigt wird. Der Zeiger Z des Meßgerätes M, welcher
zwischen der Strahlungslampe L und den Strahlungsöffnungen Ö der Skala. S frei schwingt,
ist an seinem vorderen Ende mit einer Blende B versehen, durch die er bei Erreichung
der jeweils eingestellten Solltemperaturstellung die Strahlungsöffnung Ö, die zwischen
der Strahlungslampe L und dem Relais R liegt, schließt, wodurch die Einwirkung der
Lampe L auf das Relais R unterbrochen und letzteres hierdurch aus- bzw. umgeschaltet
wird. Durch diese Umschaltung im Relais R wird das Schaltschütz Sch über
die Kontakte i und 2 ixn Relais R betätigt und damit auch der Ofen O ausgeschaltet.
Gleichzeitig schaltet das Relais R über die Kontakte i und 3 auch die Strahlungslampe
L aus, und zwar durch die Einschaltung des Hitzdraht- oder Bimetallunterbrecherrelais
U, welches außerhalb des Reglers und des Meßinstrumentes M angeordnet sein kann.
Diese Ausschaltung der Strablungslampe L ist deshalb erforderlich, weil sonst die
Blende B und damit der Zeiger Z des Meßinstrument@es M unnötig beheizt würden, was
eine Meßstörung hervorrufen könnte. Zur selbsttätigen Wiedereinschaltung des Ofens
O nach dem Rückgang des Zeigers Z ist eine elastische Rückführung einfachster Art
vorgesehen. Noch während die Blende B am Zeiger Z die Strahlungsöffnung Ö zwischen
der Strahlungslampe L und dem Relais R geschlossen hat, versucht das Relais R durch
sein Wiedereinschaltungsvermögen in den eingestellten kurzen oder längeren Schaltzeitabständen
die Strahlungsverbindung zwischen der Strahlungslampe L zu dem Relais R wiederherzustellen.
Aber erst, wenn die Blende B, infolge des Rückganges des Zeigers Z, die Strahlungsöffnung
Ö zwischen der Strahlungslampe L und dem Relais R wieder geöffnet hat, kann die
Strahlungslampe L die Bimetallkontakteinrichtuiig des Relais R erneut hcheizeii,
wodurch die Wiedere@in@schaltung des Schalts--hützes Sch und damit des Ofens
O erfolgt, womit die Schaltpause beendet wird. Durch diese elastische Rückführung
wird auch eine Flackerschaltung vermieden.
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Im einzelnen arbeitet die Vorrichtung in folgender Weise: Die Einschaltung
des Ofens O erfolgt durch den Sehalter E (Fig. 2). Damit wird die Strahlungslampe
L über die im Unterbnecherrelais U geschlossenen Kontakte i und 2
eingeschaltet. Die Bestrahlungslampe L beheizt durch die offene Strahlungsöffnung
Ö in der Skala S des Meßinstrumentes M den Kontakt i im Relais R, der sich zum Kontakt
2 durchbiegt, so daß die Kon- i takte i und 2 im Relais R geschlossen werden, wodurch
das Schaltschütz Sch betätigt und somit der Ofen O eingeschaltet wird.
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Ist die Solltemperatur erreicht, so unterbricht die Blende B des Zeigers
Z_ durch ihre Stellung zwischen der Lampe L und dem Relais R infolge Abblenden der
Strahlungsöffnung Ö in der Skala S die bisherige Bestrahlung des Bim@etallstr@eifens
im Relais R. Der Bimetallkontakt i erkaltet, biegt sich zurück, gibt den Kontakt
2 frei, und der Ofen O wird über das Schaltschütz Sch ausgeschaltet. Somit
erfolgt bei Erreichen der Solltemperatur (Fig. 3)
eine einwandfreie Abschaltung
des Ofens O.
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Um aber auch eine einwandfreie, selbsttätige Wiedereinschaltung des
Ofens O sicherzustellen, ohne den strahlungsunterbrechenden Zeiger Z und die Blende
B ständig durch die Strahlungslampe L während der ganzen Schaltpause zu bestrahlen
und damit der fortgesetzten Erwärmung auszusetzen, ist die elastische Schaltrückführung
vorgesehen (Fig. 3)-
Die Unterbrechung der Kontakte i und z im Relais
R, welche in der Schaltpause die Ausschaltung des Schaltschützes Sch und
damit des Ofens O bewirkt hat, schließt zwangsläufig mit dem Erkalten des Bimetallstreifens
die Kontakte Ri und R:3 des Relais R, wodurch der Stromkreis von R:; zu U; und weiter
über die Heizwicklung H und die im kalten Zustand geschlossenen Kontakte Ui und
U= nach Null geschlossen wird. Die Hitzdrahtschaltvorrichtung N im Unterbrecherrelais
U tritt in Tätigkeit und schaltet in einstellbaren Schaltabständen die Lampe
L in an sich bekannter Weise jeweilig kurz. ein und lang aus, bis die in der Solltemperaturstellung
liegende, durch die Blende B überblendete Strahlungsöffnung Ö bei Beendigung der
Schaltpause wieder freigegeben und die Heubestrahlung der Lampe L wieder auf den
Kontakt l?' auftreffen kann, welcher dann wieder zum Kontakt R= durchbiegt, das
Schaltschütz Sch und damit den Ofen O \%icder einschaltet und damit die Schaltpause
Beendet.
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Es ist offensichtlich, daß nach dem beschriebenen Erfindungsgedanken
auch andere Ausführungsformen möglich sind. So können z. B. die Strahlungseinrichtung
L, R sowohl ganz im Meßinstrument M oder auch teilweise oder ganz außerhalb des
Meßinstrumentes M sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Lage angeordnet
werden. Statt durch die Meßskala S hindurch kann die Bestrahlung auch parallel zur
Skala S auf das Relais gerichtet sein. Auch eine indirekte Bestrahlung über optische
Geräte ist möglich. Selbstverständlich kann die Vorrichtung nach der Erfindung auch
für andere Regelungen der Feinmessung Verwendung finden, ohne daß eine solche andere
Verwendungsart aus dem Rahmen der Erfindung fällt.
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Durch die Anordnung mehrerer Strahlungslampen durch mehrere Strahlungsöffnungen
auf geeignete Schalt- oder Umsch.altbimetallrelais oder auch von einer Strahlungslampe
über eine indirekte optische Strahlungslenkung durch mehrere Strahlungsöffnungen
auf geeignete Bimetallschalt-, -umschalt-, -fortsclialt- oder -verzögerungsreIaiswirkend,
mit oder ohne Verwendung geeigneter Zwischenrelais jeder geeigneten Art, lassen
sich mit sehr einfachen, bewährten und sehr wohlfeilen Mitteln, welche an sich bekannt
sind, Sterndreieck- und sogar Programmregelungen durchführen, so daß der Regler
nach der Erfindung nicht nur sehr einfach und wohlfeil herzustellen ist, sondern
auch bei seiner Vielseitigkeit den Eigenschaften der bisher teuersten Regler nicht
nachsteht. An Stelle der Verwendung des beschriebenen Binvetallstreifens für die
Schaltungen durch Wärmewirkung könnte auch beispielsweise ein gespannter Draht oder
ein Quecksilberfaden u. dgl. benutzt und deren durch die Wärmewirkung erzielte Ausdehnung
bzw. bei der Abkühlung erzielte Zusammenziehung zum Schalten der Stromkreise benutzt
werden. Auch könnte an Stelle von Strahlungslampen ein anderes Wärmestrahlungsgerät
oder eine andere elektrische Heizvorrichtung als Strahlkörper Verwendung finden.