-
Rückführungseinrichtung für Temperaturregler Es sind Einrichtungen
bekannt, die als Rückführung für Temperaturregler wirken. Diese Rückführungseinrichtungen
wurden bisher als Ersatzofen aufgebaut, wobei man bisher angenommen hat, daß die
Wärmezeitkonstante dieses Ersatzofens in einem bestimmten Verhältnis zu der Wärmezeitkonstante
des Ofens stehen muß, dessen Temperatur geregelt werden soll. Eine bekannte Ausführung
einer solchen thermischen Rückführung ist in Fig. i dargestellt. Der Ersatzofen
ist zylinderförmig ausgeführt. In der Nähe der Heizwicklung liegt ein Thermoelement
TI, dessen Lötstelle L1 sehr rasch durch die Heizwicklung erwärmt wird, wenn der
Heizstrom des Ersatzofens eingeschaltet wird. Ein zweites Thermoelement T2 ist im
Innern des Ersatzofens durch einen schlecht wärmeleitenden Stoff umgeben, z. B.
kann ein keramisches Rohr dazu verwendet werden. Die Lötstelle L2 des Thermoelementes
T2 wird also längere Zeit brauchen, bis die Temperatur auf einen bestimmten Wert
angestiegen ist. Im stationären Zustand soll die Temperatur an der Stelle L1 gleich
der an der Stelle L2 sein, so daß also die Thermospannungen von T1 und T2 gleich
groß sind. Die Thermoelemente T1 und T2 sind gegeneinandergeschaltet, d. h. die
beiden kalten Enden i, 2 sind miteinander verbunden, und die Hilfsspannung wird
an den kalten Enden =', 2' entnommen. Wird die Heizwicklung des Ersatzofens von
einem Strom durchflossen, so steigen die Temperaturen an den Stellen L1 und L2 so
lange, bis sich der stationäre Zustand eingestellt hat. Da die Temperatur an der
Stelle L2 nachhinkt, entsteht eine resultierende Thermospannung an den Klemmen i',
2', wobei i' positiver und 2' negativer
Pol ist. Die Spannung steigt
dabei während der Erwärmung an, erreicht einen Höchstwert und geht im stationären
Zustand auf Null zurück. Wird nun der Heizstrom des Ersatzofens abgeschaltet, so
kühlt sich die Lötstelle Ll rascher ab als L2, und es entsteht nun eine Thermospannung
an den Klemmen i', 2' mit umgekehrter Polarität. Die beim Ein- und Ausschalten entstehende
Thermospannung ist in Abhängigkeit von der Zeit ihrem grundsätzlichen Verlauf nach
in Fig. 2 gezeigt. Die Gesamtschaltung der thermischen Rückführung zusammen mit
denn Fallbügelregler und dem Ofen ist in Fig. 3 angegeben. Die Aufgabe der thermischen
Rückführung ist es, eine solche Zusatzspannung zu erzeugen, daß der Regler eine
größere Schalthäufigkeit erhält.
-
Bei der seitherigen bekannten Ausführung der thermischen Rückführung,
die oben geschildert wurde, wird also die Verzögerung des Wärmeflusses in radialer
Richtung ausgenutzt. Wenn z. B. ein Ersatzofen mit einem äußeren Durchmesser von
d cm verwendet wird, so hat der Wärmestrom, wenigstens in der äußeren Zone, einen
Querschnitt von Q = 7v d l (cm2) zur Verfügung, wenn l die Länge des
Ersatzofens bedeutet. Dieser Querschnitt beträgt z. B. bei einem ausgeführten Ersatzofen
etwa ioo cm2. Es muß deshalb eine ziemlich dickwandige Isolierung für das Thermoelement
T2 vorgesehen sein, so daß der ganze Ersatzofen verhältnismäßig schwer und damit
teuer wird.
-
Erfindungsgemäß wird nicht die Verzögerung des Wärmeflusses in radialer
Richtung ausgenutzt, sondern es wird eine neue Einrichtung geschaffen, bei der die
Verzögerung des Wärmeflusses in axialer Richtung benutzt wird. Dadurch wird es möglich,
eine Rückführungseinrichtung zu schaffen, die nur einen Bruchteil der seitherigen
wiegt. Zum Beispiel ist es leicht möglich, das Gewicht einer solchen Einrichtung
auf ein Hundertstel des Gewichtes eines in Fig. i dargestellten Ersatzofens zu bringen.
Der Erfindungsgedanke soll durch Fig. q. erläutert werden. Ein Profilstück eines
Metalls ist an der Stelle Null mit einer Heizwicklung versehen. An der Stelle L1
ist das Thermoelement Tz aufgelötet, und an der Stelle L2 sitzt das Thermoelement
T2. Die Entfernungen a und b
von der Heizwicklung sind verschieden
groß, so daß der Wärmefluß verschiedene Zeiten braucht, um von Null aus nach L1
bzw. L2 zu kommen. Die Strecke b bzw. c wird durch einen wärmeisolierenden Stoff
abgedeckt, so daß die stationäre Temperatur an den Stellen L1 und L2 gleich groß
wird. Die Strecke a bzw. b bleibt dabei zweckmäßigerweise frei (wird nicht abgedeckt).
Die in Fig. q: gezeigte Einrichtung hat praktisch genau dieselbe Wirkungsweise wie
der in Fig. i gezeigte Ersatzofen. Durch Wahl verschiedener Werkstoffe läßt sich
die wirksame Verzögerungszeit weitgehend ändern. Zu erwähnen ist noch, daß die Lötstelle
L2 in der gezeichneten Ausführung nicht auf das Blech aufgelötet werden darf. In
diesem Fall kann die Lötstelle L2 auf ein dünnes Kupferplättchen Cu aufgelötet werden,
das durch eine dünne Lackschicht oder sonstige isolierende Zwischenlagen von dem
Blechstreifen BI isoliert wird.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung ist in Fig. 5 dargestellt. Hier ist
an die Lötstellen L1 und L2 je ein Konstantandraht angelötet. Die an den Klemmen
z, 2 zur Verfügung stehende Thermospannung ist zunächst abhängig von der Differenz
der Thermokräfte des Profilkörpers und des Konstantandrahtes. Bei gegebenem Profillkörperwerkstoff
ist die Thermospannung jedoch nur von der Temperaturdifferenz zwischen den Punkten
L1 und L2 abhängig. Man kann also durch entsprechende Wahl des Werkstoffes eine
verschieden große Thermospannung erzeugen und diese so dem Meßwerk des Temperaturreglers
anpassen. Konstantan wurde in Fig. 5 nur als Ausführungsbeispiel .angegeben. Natürlich
können auch andere Metalle für die Herstellung von Thermoelementen an der Stelle
des Konstantandrahtes verwendet werden.
-
Um die Entstehung einer Thermospannung an dem kalten Ende des Konstantandrahtes
zu vermeiden, ist es nach einer Weiterbildung zweckmäßig, eine Anordnung nach Fig.
6 zu wählen, wo an den Stellen L1 und L2 Kupferdrähte angelötet sind und das Blech
BI zweckmäßig aus Konstantan oder Nickel-Chrom besteht. Die beiden zuletzt genannten
,Werkstoffe haben außerdem den Vorteil, daß die Verzögerungszeit des Wärmeflusses
besonders groß ist, d. h. es ergeben sich besonders kleine Abmessungen der Rückführung.
-
Da in dieser Anordnung ebenso wie bei dem Ersatzofen nach Fig. i nur
die oft verhältnismäßig kleine Temperaturdifferenz zwischen den Punkten L, und L2
ausgenutzt wird, ist die zur Verfügung stehende Thermospannung für unempfindliche
Regler oft zu klein. Es besteht nun die Möglichkeit, mehrere der in Fig. 5 bzw.
6 angegebenen Rückführungseinrichtungen nebeneinander zu setzen und die erzeugten
Thermospannungen zu summieren, wie dies in Fig. 7 an dem Beispiel von Blechstreifen
gezeigt ist. Die beiden Blechstreifen Bll und Blz sind durch eine möglichst dünne
Isolierung J voneinander elektrisch isoliert. Die resultierende Thermospannung wird
an den Punkten i', 2 entnommen, während die Punkte=, 2' miteinander verbunden werden.
Es kann in manchen Fällen zweckmäßig sein, die einzelnen Bleche auf einem Teil ihrer
Länge auseinanderzuführen, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist.
-
Die Profilkörper, die in den Fig. q. bis 8 als einfache Bleche gezeichnet
wurden, können einen beliebig geformten Querschnitt,- z. B. auch rohrförmigen Quer-.schnitt,
besitzen. Zweckmäßig wird die Rückführungseinrichtung durch eine Kappe, Haube oder
durch ein Rohr geschützt, so daß" Störungen durch Strömungen der Raumluft vermieden
werden. Ein Ausführungsbeispiel ist in Fig. g gezeigt, wo die Anordnung so getroffen
ist, daß die Stellen L, und L2 möglichst an derselben Stelle des Raumes liegen,
damit sie im stationären Zustand dieselbe Temperatur annehmen können.