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Einrichtung zur selbsttätigen Regelung einer Sammelheizungsanlage
in Abhängigkeit von der Außenluft DieErfindungbetriffteineEinrichtung zur selbsttätigen
Regelung der Temperatur in dem Steigrohr einer Sammelheizungsanlage in Abhängigkeit
von den Verhältnissen der Außenluft.
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Die Erfindung hat den Zweck, die Regeleinrichtung zu vereinfachen
sowie eine größere Betriebssicherheit zu erreichen und besteht im wesentlichen in
der Anordnung von mindestens einem durch die Verhältnisse der Außenluft beeinflußten,
Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizienten in bezug auf den elektrischen Leitungswiderstand
und mindestens einem durch die Temperatur im Steigrohr beeinflußten Thermistor,
ebenfalls mit negativem Temperaturkoeffizienten, sowie einem die genannten Thermistoren
einschließenden Steuerstromkreis, der eine Relaisvorrichtung überwacht, welche bei
Temperaturänderungen die Regeleinrichtung derart beeinflußt, daß die Temperatur
im Steigrohr fällt oder steigt, wenn der Gesamtwiderstand des Steuerstromkreises
kleiner oder größer wird. Gemäß der Erfindung kann der Außenthermistor entweder
parallel zum Innenthermistor oder in Reihe mit Ihm geschaltet sein..
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Das Wort Thermistor hat sich in den letzten Jahren in der technischen
Sprache ,eingebürgert. Darunter sind Halbleiter mit hohem negativem Temperaturkoeffizienten
zu verstehen, welche mit so geringer Eigenbelastung verwendet werden können, daß
die Temperatur des Widerstandskörpers und damit sein Widerstand durch die Temperatur
der Umgebung bestimmt ist. Als Halbleiter kann hierbei teilweise reduzierter Titanit,
wie Magnesiatitanit, in Betracht kommen. Auch können Halbleiter aus der Spinellgruppe
oder
gesinterte oder geschmolzene Gemische von Schweroxyden, z.
B.. Oxyden von Cu; Nis Mn und Fe, genommen werden.
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Gemäß einer besonders geeigneten Ausführungsform mit mindestens zwei,
Außen- und zwei. Innenthermistoren können nach der Erfindung im Steuerstromkreis
ein Außen- und ein Innenthermistor zueinander parallel geschaltet sowie ein anderer
Außen- und ein anderer Innenthermistor miteinander in Reihe geschaltet sein. Hierbei
kann wenigstens :der eine der parallel geschalteten Thermistoren in Nebenschluß
mit einem regelbaren Widerstand liegen. Ferner kann im Stromkreis ein regelbarer
Reihenwiderstand in Reihe mit der Anordnung Thermistornebenschlußwiderstand eingeschaltet
sein. Außerdem kann jeder Außenthermistor in eine Anzahl Teilthermi.sto.ren aufgeteilt
sein, die miteinander parallel oder in Reihe geschaltet sind:. Diese Anordnung kommt.
besonders für größere Gebäude in Frage, bei denen die Teilthermistoren unter verschiedenen
Bedingungen, z. B. an oder in verschiedenen Außenwänden, angebracht sind.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform besteht ferner darin,
daß .der Steuerstromkreis mit Gleichstrom gespeist und an die Gleichstromseite eines
sogenannten Transduktors angeschlossen ist und daß die Relaisvorrichtung einen mit
Wechselstrom gespeisten Relaisstromkreis enthält, :der an die Wechselstromseite
des Transduktors angeschlossen ist.
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Die Erfindung ist an. Hand von Zeichnungen näher beschrieben, und,
zwar zeigt Fig. i ein Beispiel für eine die Erfindung verwendende Anlage, Fig.2
mehr im einzelnen, obwohl schematisch, die Anordnung .der Vorrichtung und ihre Wirkung,
Fig. 3 ein Diagramm, Fig. q. eine abgeänderte Einzelheit der in Fig. 2 angegebenen
Schaltung, Fig.5 eine weitere abgeänderte Einzelausführung, Fig.6 ein Diagramm,
das die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 5 erläutert, Fig. 7 und 8 schematisch
die Anordnung von Teilthermistoren, Fig:9 :die Anordnung der Teilthermistoren bei
größeren Gebäuden und Fig. io ein Schaltbild für eine besonders geeignete Ausführungsform.
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Bei der in Fig. i gezeigten allgemeinen Anordnung wird angenommen,
daß ein Heizkessel i einer Sammelheizungsanlage, z. B. eines Wohnhauses, mit einem
Vorlauf 2 für Heißwasser versehen ist, in welchem ein Dreiwegeventil 3 angeordnet
ist.
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Das eigentliche Steigrohr q. wird über das Ventil 3 teils vom Vorlauf
2, teils von einer Nebenschlußleitung 5 gespeist. Das Steigrohr speist eine Anzahl
Heizkörper 6 oder andere Wärmeverbraucher, und das abgekühlte Rücklaufwasser wird
durch die Rücklaufleitung 7 zurückgeführt, an deren Ende nach :dem Kessel zu die
Nebenschlußleitung 5 abzweigt: Außerhalb der Wand 8 des Hauses: ist ein Außentliermistor
9 vorgesehen, der der Außenluft und/oder einer etwaigen Strahlung ausgesetzt ist.
Dieser Thermistor ist über eine Anzahl elektrischer Leitungen io au eine Relaisvorrichtung
i i angeschlossen. Ein Innenthermi.stor I2 ist am oder im Steigrohr q. vorgesehen,
so daß er durch die Temperatur es zu den Heizkörpern 6 abgehenden Vorlaufwassers
beeinfiußt wird. Der Thermistor 12 ist über eine Anzahl elektrischer Leitungen 13
an de Relaisvorrichtung i i angeschlossen, die über elektrische Leitungen 1q, bei
Bedarf Strom zu einem kleinen Bedienungsmotor 15 durchläßt. Dadurch wird dieser
Motor veranlaßt, in der einen oder anderen Richtung umzulaufen und hierbei das Dreiwegeventil3
umzustellen, so daß es einen größeren oder kleineren Teil des Rücklaufs :durch die
Nebenschlußleitung 5 zu dem Steigrohr .4 und dementsprechend einen kleineren bzw.
größeren Teil des Heißwassers von der Vorlaufleitung 2 zu dem Steigrohr q. durchläßt.
Hierbei wird die Temperatur des Vorlaufwassers: durch Beimischung von Rücklaufwasser
geregelt, während -die Temperatur des Wassers im Kessel i unverändert bleibt: Zur
näheren Erläuterung der Bauart und Arbeitsweise der Relaisvorrichtung wird auf Fig.2
verwiesen. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden ein Außenthermistor 9 und ein Innenthermistör
1a verwendet, welche zueinander parallel geschaltet und an .ein in der Relaisvorrichtung
i i enthaltenes, mit zwei Spülen 16 und 17 versehenes Differentialrelais angeschlossen
sind. Von einer elektrischen Wechselstromquell.e wird an .den Punkten 18 und 19
eine
Wechselspannung . aufgedrückt und vom Punkt 18 aus durch die beiden parallel geschalteten
Thermistoren 9 und 12, :die Spule 16 und den Punkt i9 hindurch ein. Stromkreis und
ein zweiter Stromkreis vorn Punkt r8 aus :durch den Vergleichswiderstand. 2o, die
Spule 17 und den Punkt i9 gebildet. Der Widerstand 2o ist zweckmäßig so eingestellt,
-daß :die beiden Spulen 16 und 17 die gleiche Amperewindungszahl erhalten i (obgleich
entgegengesetzt gerichtet), wenn die Temperatur im Steigrohr q. im Verhältnis zur
Außentemperatur :den geeigneten Wert hat. Ein durch das resultierende Magnetfeld
der Spulen 16 und 17 beeinflußter Anker 21 kann sich entweder iirn eine unbeeinflußte
Nullage oder in Berührung mit einem oberen Kontakt 22 oder mit einem unteren Kontakt
23 einstellen, je nach der Richtung, die die etwaige Unbalance zwischen den
Spulen 16 und 17 hat. Die Kontakte sind im Motor 15 an zwei verschiedene Wicklungen,
24 und 25 angeschlossen, welche so angeordnet sind, daß der Anker 26 des Motors
in der einen oder anderen Richtung.in Umdrehung versetzt wird, je nachdem die Wicklung
z4. oder die Wicklung 25 stromführend gemacht ist. Die Welle 27 :des Motors wird
hierbei, in Umdrehung versetzt, und es sei angenommen, daß sie den Ventilkörper
z8, je nach der Drehrichtung, nach oben oder nach unten schraubt. Wenn der Ventilkörper
28 sich aufwärts gegen seinen Sitz 29 bewegt, wird die Verbindung
zwischen
dem Vorlauf 2 und dem Steigrohr 4 gedrosselt, während gleichzeitig die Verbindung
mit der Nebenschlußleitung 5 im Verhältnis hierzu geöffnet wird, und umgekehrt.
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Diese Anordnung hat folgende Wirkungsweise: Wenn z. B. die Außentemperatur
steigt, wird der elektrische Widerstand des Thermistors 9 fallen, wodurch der resultierende
Strom durch die Spule 16 im Verhältnis zum Strom durch die Spule 17
zunehmen
wird. Das Relais zieht seinen Anker 2z an, etwa aufwärts, so daß ein Stromkreis
über den Kontakt 22 und die Wicklung 2,4 geschlossen wird. Der Anker des Motors
wird hierbei in solchem Sinne in Umdrehung versetzt., daß das Ventil 3 beginnt,
das von der Vorlaufleitung 2 kommende Heißwasser zu drosseln und eine gesteigerte
Menge des kühlen Rücklaufwassers durch die Nebenschlußleitung 5 durchzulassen. Hierdurch
fällt die Temperatur im Steigrohr 4, und der Thermistor 12 wird abgekühlt. Dessen
elektrischer Widerstand nimmt hierdurch zu, der resultierende, durch die Spule rfl
fließende Strom sinkt, bis eine solche Gleichgewichtslage eingetreten ist, daß das
Relais in Unbalance kommt und seinen Anker 21 lOSläßt, der sich wieder in die Nullage
einstellt, die Wicklung 24 stromlos wird, der Anker 26 stehentbleibt und .der Ventilkörper
28 in seiner erreichten Lage verbleibt. Wenn die Regelbewegung übertrieben worden
wäre, spielte sich ein Verlauf in der entgegengesetzten Richtung ab, indem die'
Unbalance des Relais entgegengesetzt gerichtet wird, der Anker 21 gegen den anderen
Kontakt 23 überschlägt, die andere Motorwicklung 25 stromführend gemacht wird, der
Anker 26 in der anderen Richtung umläuft usw.
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Wenn in Fig.3 die Ordinate die Außentemperatur und die Abszisse die
Temperatur im Steigrohr 4 bezeichnet, erhält man eine Kurve I, die den Zusammenhang
zwischen diesen Größen im Betrieb zeigt. Diese Kurve ist nach oben gekrümmt, was
bedeutet, daß eine gewisse Veränderung in der Lufttemperatur eine kleinere Änderung
in der Temperatur im Steigrohr bei niedrigen als bei hohen Lufttemperaturen verursacht.
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Bei der in Fig.4 gezeigten abgeänderten Ausführungsform sind wiederum
derAußenthermistor9 und der Innentherznistor 12 hintereinandergeschaltet, so d'aß
der Strom durch die Spule 16 umgekehrt proportional zur Summe der Widerstände der
Thermistoren 9 und 12 wird. Hierbei erhält man eine Regelkurve, wie sie in Fig.3
durch die mit II bezeichnete gestrichelte Linie gezeigt ist. Diese Linie isst nach
unten gekrümmt, was bedeutet, daß die Regelung empfindlicher ist für Änderungen
in der Außentemperatur, wenn diese Temperaturniedrig ist, als wenn sie hoch ist.
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Es ist aber im allgemeinen ein erwünschtes Ziel, daß die Regelkurve,
die den Zusammenhang zwischen der Temperatur der Außenluft und der im Steigrohr
betrifft, annähernd eine Gerade sein soll, westhalb man gemäß der Erfindung die
Reihenschaltung mit der Parallelschaltung vereinigen kann; wie es in Fig.5 gezeigt
ist. Gemäß dieser Figur werden zwei Außenthermistoren 9 und 30 sowie zwei Innenthermistoren
12 und 31 verwendet, wobei die Thermistoren 9 und 12 in Reihe, während die
Thermistoren 30 und 3 r nebeneinandergeschaltet sind. Diese Thermis.toranordnwng
führt zu einer Ausrichtung der Kurvenform. Die Steilheit der Kurve kann mittels
eines Nebenschlußwiderstandes 32 geregelt werden, der parallel zu dem Thermistor
30 geschaltet ist. Um der Widerstandsminderung, die dies zur Folge hat, entgegenzuwirken,
kann ein weiterer Reihenwiderstand 3'3 eingeschaltet sein. Weitere Reihenwiderstände
34 und 35 können eingeschaltet sein, um die geeignete Ausgangslage zwischen den
nebeneinander- und den hintereinandergeschalteten Thermistoren zu erzielen.
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Die Schaltung gemäß Fig.5 wird durch das Diagramm gemäß Fig.6 charakterisiert,
in denn die ausgezogene Kurve Ta den Betriebszusammenhang der beiden Thermistortemperaturen
bei einem gewissen Wert .des Nebenschlußwiderstanäes 32 angibt. Wenn dieser vermindert
wird, ergibt sich die Kurve Tb, und wenn er vergrößert wird, die Kurve Tc.
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Bei der in Fig.7 gezeigten Ausführungsform sind die Außenthermistoren
in Teilthermistoren aufgeteilt, nämlich der Reihenthermistor in die Teilthermistoren
36 und 37, welche hintereinandergeschaltet sind, während der äußere Parallelthermisto:r
,in zwei hintereinandergeschaltette Teilthermistoren 38 und 39 aufgeteilt ist: Der
hierdurch erreichte Vorteil wird, im Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig.
9 hervorgehen.
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Bei der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform ist der Reihenthermistor
in zwei nebeneinandergeschaltete Teilthermistoren 4o und . 41 saufgeteilt, während,
der Parallelthermistor in zwei nebeneinandergesch.altete Teilthermistoren 42 und
43 aufgeteilt ist.
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In Hinsicht auf Fig. 7 und 8 kann die Anzahl der Teilthermistoren
größer als zwei sein, aber die Anzahl in der Abzweiglcitlung, ,die dem Reihenthermistorentspricht,
soll am besten gleich der Anzahl in der Aibzweigleit,ung sein, die dem Parallelthermistor
entspricht.
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Teilthermistoren sind von Bedeutung, wenn es sich um ein größeres
Gebäude oder ausgedehnte Anlagen, handelt, bei denen die Temperatur- und Sonnenstrahlungsverhältnisse
in verschiedenen Teilen des Gebäudes verschieden sein können, wie bei der in Fig.9
gezeigten Planzeichnung eines Hauses angedeutet ist. Die in der Zeichnung nach oben
gekehrte Seite des Hauses kann ungefähr gegen. Süden und der in der Zeichnung unten
befindliche Teil gegen Norden liegen. Bei Befolgung der in Fig.8 gezeigten Schaltungsweise
können hierbei Teilthermistoren 40, 42, d. h. ein Teilthermistor jeder Art, an .derselben
Stelle auf der Südseite des Hauses angebracht sein, während Teilthermistoren 41,
43, gleichfalls ein Teilthermistor jeder Art, auf der Nordseite des Hauses angeordnet
sind. Es versteht sich, daß weitere solche Gruppen auf anderen Stellen am oder im
Hauskörper angeordnet sein können. Hierbei wird
offenbar die geregelte
Temperatur des Wassers im Steigrohr sich aus den Temperatur- und Strahlungsverhältnissen
an den- verschiedenen Stellen des Hauskörpers ergeben.
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Es hat sich herausgestellt, daß die Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes
und dieGenauigkeit der Regelung durch Anwendung der in Fig. io gezeigten Relaisvorrichtung
in hohem Grade erhöht werden können. In diesem Beispiel ,ist angenommen worden,
daß die Außen- und Innenthermistoren in der in Fig.5 angegebenen Weise nebeneinandergeschaltet
worden sind. Der eine Endpunkt 44 der Thermistorschaltung .ist hierbei an den einen
Pol einer elektrischen Gleichstromquelle .angeschlossen, während der andere Punkt
45 an eine Wicklung 46 eizts Transformators 47 angeschlossen ist. Die genannte Wicklung
ist in Reihe mit der Wicklung 48 eines zweiten Transformators 4Q geschaltet, welche
ihrerseits. an den anderen Pol der Gleichstromquelle angeschlossen ist. Die anderen
Wicklungen 5o und 51 der Transformatoren sind ebenfalls hintereinandergeschaltet
und ähnlich wie vorher an die beiden Spulen 1,6 und 17 der Relaisvorrichtung angeschlossen
und werden von einer elektrischen Wechselstromquell.e gespeist. Die Reihenschaltung
zwischen den beiden Spulenpaaren an, den Transformatoren ist so ausgeführt, daß,
wenn zu einem gewissen Zeitpunkt die Wicklungen 46 und 5o an dem einen Transformator
einander entgegenwirken, die Wicklungen 48 und 51 gleichzeitig in dem anderen Transformator
zusammenwirken, und umgekehrt. Eine solche Zusammenschaltung der Transformatoren
bildet einen sogenannten. Transduktor. Je nach der Stärke des Gleichstroms wird
hierbei die Induktanz der Wicklungen 5o und 51 verschieden sein, wodurch der Wechselstrom
durch die Spule 16 verschiedene Amplituden erhält. Man kann in dieser Weise eine
kräftige Verstärkung der Temperaturänderungen erreichen, die in dem Widerstand der
Thermistoren im Steuerstromkreis zusammenwirken. Die erhöhte Empfindlichkeit bewirkt,
daß die Temperatur des Vorlaufwassers auch kleinen Veränderungen 'in der Temperatur
und Strahlung der Außenluft genauer folgt.
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In Fig. io ist die Abänderung gezeigt, nach der die Kontakte 22 und
23 sowie der Anker 2i an, eine andere Regeleinrichtung als,ein Ventil, nämlich ein
Hilfsrelais 52, enthaltend eine zwischen dem Kontakt 22 und dem Anker 21 eingeschaltete
Spule 53, angeschlossen sind. Der Anker der Spule betätigt drei Kontakte 54, 55
u'n'd 56, von denen der Kontakt 54 eine Verbindung zwischen dem Kontakt 23 und einem
Widerstand 57, dessen anderer Endpunkt an den :dem Anker ä1 zugekehrten Endpunkt
der Spule angeschlossen ist, überwacht. Die Kontakte 55 und 56 regeln den Strom
einer Stromquelle für einen Antriebsmotor 58, z. B. einer ölfeuerungsanlage in einem
Kessel i, von dem das Steigrohr 4 abgeht.
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Die Vorrichtung wirkt derart, daß ein Stromkreis vom einen Pol der
Stromquelle über den Kontakt 22, den Anker 21 und den Widerstand 57 nach dem Kontakt
54 geschlossen wird, wenn bei verhältnismäßig hoher Vorlauftemperatur der Anker
21 nach oben, gegen den Kontakt 22, umschlägt. Wenn der Kontakt offen ist, erfolgt
keine Veränderung, und der Motor bleibt in Ruhe. Wenn dagegen die Temperatur des
Vorlaufwassers zu niedrig ist, stößt der Anker 21 an den Kontakt 23 an. Hierdurch
schließt sich ein Stromkreis vom einen Pol der Stromquelle über den Kontakt 23,
den Anker 21, <die Spule 53 und den anderen Pol der Stromquelle. Die Spule 53
spricht an, und die Kontakte 54, 55 und 56 werden geschlossen, wobei der Motor 58
die Ölfeuerungsanlage in Betrieb setzt. Das Wasser des Kessels i wird erhitzt, und
die Temperatur im Steigrohr 4 nimmt zu. Ferner wird über dem Kontakt 54,der Widerstand
57 kurzgeschlossen. Wenn bei einer Steigerung der Temperatur im Steigrohr 4. der
Anker 21 abfällt, bildet sich ein Haltestromkreis von dem einen Pol der Stromquelle
über den Kontakt 54, den Widerstand 57 und die Spule 53 nach dem anderen Pol der
Stromquelle. Hierdurch wird der Anker der Spule festgehalten.. Der Motor läuft weiter,
bis die Temperatur im Steigrohr 4 so hoch gestiegen ist, daß der Anker 21 zum Anschlagen
gegen den Kontakt 22 gebracht wird. Dabei wird die Spule 53 über den Kontakt 22
kurzgeschlossen, und sein Anker fällt ab, so daß die Kontakte 54, 55 und 56 geöffnet
werden und der Motor 58 mit der Ölfeuerungsanlage zum Stillstand kommt.
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Der Erfindungsgedanke ist nicht auf die Art beschränkt, nach der die
Temperatur im Steigrohr mittels der Relaisvorrichtung i i geregelt wird. Beispielsweise
kann die Relaisvorrichtung einen Schalter einer elektrischen Heizbatterie betätigen,
die in einem Kessel das an das Steigrohr geförderte Wasser erhitzt. Hierbei kann
z. B. das Hilfsrelais 52 benutzt werden, und seine Kontakte 55 und 56 können die
gesamte oder einen Teil der elektrischen Heizbatterie ein- und ausschalten, je nach
den von der Relaisvorrichtung i i aus empfangenen Regelstößen..
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In ähnlicher Weise kann die Erfindung ihre Anw-endung finden, bei
Kesseln mit Stokerfeuerung, bei welchen z. B. ein elektrischer Motor, der die Stokervorrichtung
antreibt, durch ein Hilfsrelais 52 geregelt wird.