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Einstellbarer elektrischer Temperatur-Regler, bestehend aus einem
Meßkreis und einem von diesem gesteuerten Kraftstrom-Schalter Für die Einstellung
einer bestimmten Temperatur an Elektroheizgeräten sind Bimetallregler bekannt. Diese
weisen allgemein den Nachteil der mechanischen direkten Einstellmöglichkeit auf,
da sie nur am Ofenraum selbst eingestellt werden können. Dies macht dann besonders
Schwierigkeiten, wenn der Ofenraum, beispielsweise an Backöfen, in seiner ganzen
vorderen Fläche durch eine Tür begrenzt wird, so daß der Regler seitwärts eingeführt
werden muß. Die Einstellung solcher Regler muß dann von der Seite des Ofens vorgenommen
werden, wenn nicht über einen Gelenkmechanismus oder durch eine biegsame Welle die
Bedienung von vorn ermöglicht wird. Eine Trennung des als Temperaturfühler dienenden
Bimetalls und des Einstellregelorgans ist aus mechanischen Gründen nicht möglich.
Die nachstehende Erfindung beschreibt nun einen Temperatur-Regler, der durch Einführung
einer von der Ofentemperatur abhängigen elektrischen Aufheizung eines Bimetalls
die oben geschilderte Schwierigkeit aus dem Wege räumt und es erlaubt, das Fühl-,
Einstell- und Regelorgan oder eines von diesen an einem entfernten geeigneten Platz
anzubringen, wie folgt: Wird beispielsweise an einem Ofen ein temperaturabhängiger
Widerstand beispielsweise negativer Charakteristik in Reihenschaltung mit einem
konstanten, außerhalb des Ofens liegenden Widerstand an konstante Spannung gelegt,
so ist der diesen Kreis durchfließende Strom und damit die Erwärmung des konstanten
Widerstandes auf eine Übertemperatur gegenüber Raumtemperatur eine Funktion der
Ofentemperatur. Erwärmt dieser
Widerstand eine temperaturabhängige
mechanische Anordnung, beispielsweise einen Bimetallstreifen, zweckmäßigerweise
mit einer Vorrichtung zur Kompensation der Umgebungstemperatur, so ist dessen Durchbiegung
ebenfalls von der Ofentemperatur abhängig und ein Maß derselben. Die Durchbiegung
des Bimetallstreifens kann dann, je nach der Höhe des zu steuernden Stromes, direkt
oder indirekt, z. B. durch Zwischenschaltung von durch den Bimetallstreifen gesteuerten
Schaltgliedern, z. B. Relais oder Schaltern, für die Steuerung der Ofentemperatur
benutzt werden. Im folgenden sind beispielsweise Ausführungen angegeben. Das Prinzipschaltbild
i zeigt einen Ofen i, der von einer Heizwicklung 2 erwärmt wird, die über den einstellbaren
Kontakt 8 und einem aufheizbaren Bitnetallstreifen 4, der im kalten Zustand den
Kontakt 8 berührt, eingeschaltet wird. Parallel zu diesem Heizkreis liegt ein Reglerkreis,
der gebildet wird von einem in dem Ofen i befindlichen temperaturabhängigen Widerstand
negativer Charakteristik 3 und der auf dem Bimetallstreifen 4 aufgewickelten Heizwicklung
6. Der mit der Heizwicklung 6 umwickelte Bimetallstreifen 4 und ein gleich dimensionierter,
nicht aufheizbarer, der Umgebungstemperaturkompensation dienender Bimetallstreifen
5 sind einseitig miteinander fest verbunden, wobei diese in den Figuren nicht näher
bezeichnete Verbindung gleichzeitig Drehpunkt der Bimetallanordnung ist, die durch
eine Druck- oder Zugfeder, die an dem Bimetallstreifen 4 angreift, gegen die Stellschraube
7 leicht gedrückt wird. Wird die Anordnung durch einen in den Fig. i bis 4 nicht
gezeichneten Schalter eingeschaltet, so wird im kalten Zustand des Bimetallstreifens
4 der Ofenheizstromkreis geschlossen sein, der Ofen i sich damit erwärmen. Im Anfang
möge der temperaturabhängige negative Widerstand 3 einen so großen Widerstandswert
besitzen, daß die Rufheizung der Heizwicklung 6 nicht ins Gewicht fällt. Erreicht
die Ofentemperatur eine so große Höhe; daß der negative Widerstand so gering und
damit die in der Heizwicklung 6 erzeugte Wärme wiederum so groß wird, daß die Durchbiegung
des Bimetallstreifens 4 ausreicht, um sich von dem Kontakt 8 abzuheben, schaltet
die Ofenheizung aus. Diese bleibt so lange ausgeschaltet, wie der Bimetallstreifen
4 in Abhängigkeit von der Rufheizung vom Reglerstromkreis seine Durchbiegung behält.
Wird diese im Zuge der Abkühlung des abgeschalteten Ofens geringer, gibt der Bimetallstreifen
4 mit der Kontaktschraube 8 wieder Kontakt, und das Spiel beginnt von neuem. Durch
Verstellen der Kontaktschraube 8 oder der Stellschraube 7 kann durch Veränderung
des Durchbiegungsweges eine Temperatureinstellung auf den Sollwert vorgenommen werden.
Fig.2 zeigt die gleiche Schaltung, jedoch mit dem Unterschied, daß statt des Widerstandes
mit negativen Widerstandskoeffizienten 3 hier ein Widerstand mit positiven Widerstandskoeffizienten
Verwendung findet, der dann, um an der Heizwicklung dieselbe Charakteristik zu erhalten,
in Parallelschaltung zu der Heizwicklung 6 so liegt, daß ein Vorwiderstand ig eine
Strombegrenzung für die Parallelschaltung darstellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit
ist der Ofen i hier zeichnerisch geteilt. Auch bei dieser Schaltung tritt durch
die Parallel- und Hintereinanderschaltung der drei Widerstände 3, 6 und ig bei steigender
Ofentemperatur ein steigender Strom in der Heizwicklung 6 des Bimetallstreifens
4 auf.
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Diese Prinzipschaltungen besitzen den Nachteil, daß das Schaltintervall
in Abhängigkeit von der Ofentemperatur so groß ist, daß von einer Regelung kaum
gesprochen werden kann, da die Abkühlung des Ofens viel schneller vonstatten geht
als die Abkühlung der dauernd stromdurchflossenen Schaltungsglieder des Regelstromkreises.
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Die folgenden Fig.3 und 4 zeigen deshalb beispielsweise Schaltungen,
bei denen eine schnellere Abkühlung der Schaltungsglieder des Regelstromkreises
durch gleichzeitig ganzes oder teilweises Abschalten des Regelkreises zusammen mit
dem Ofenkreis erreicht wird. Es bedeutet in der Fig. 3 2 den in dem Ofen i liegenden
Heilwiderstand negativer Charakteristik; der über einen Schnappschalter, bestehend
aus dem Widerlager 14, der Kippfeder 15, dem Schaltarm 16 und der einstellbaren
Kontaktschraube 18, gebildet wird. Der Reglerkreis in dieser Schaltung wird so an
den Schnappschalter angeschlossen, daß bei Öffnung des Heizstromkreises auch der
Reglerstromkreis spannungslos gemacht wird, so daß parallel zur Ofenheizung 2 die
Hintereinanderschaltung des temperaturabhängigen Widerstandes 3 der Heizwicklung
6 sowie eines regelbaren Widerstandes 13 liegt. Wird durch einen in dieser Figur
nicht gezeichneten Schalter der Ofen an Spannung gelegt, so sind beim Anfahren beide
Stromkreise eingeschaltet. Wird die Erwärmung der Heizwicklung 6 in Abhängigkeit
der Temperatur an dem temperaturabhängigen Widerstand 3 größer, dann biegt sich
der Bimetallstreifen 4, an dessen Ende die Kippfeder 15 befestigt ist, so lange
und so weit durch, bis der Schnappschalter umkippt. Hiermit sind beide Stromkreise
ausgeschaltet. Der Bimetallstreifen biegt jetzt wegen der schnellen Abkühlung schneller
als in den vorher geschilderten Fällen wieder zurück, doch tritt unter Ausnutzung
des Schaltweges des Schnappschalters eine so große Verzögerung ein, daß durch diesen
Vorgang eine nicht allzu große Schalthäufigkeit erreicht wird. Die Einschaltung
dauert nun so lange an, bis der Bimetallstreifen in Abhängigkeit von seiner von
der Ofentemperatur abhängigen Rufheizung wieder so weit durchgebogen ist, daß der
Schnappschalter ausschaltet. Dieser Vorgang wiederholt sich dann ständig bis zur
Abschaltung des Gerätes, wobei die Einschaltdauer jeweils so groß ist, als durch
diese der Wärmeverlust des Ofens bei der eingestellten Temperatur gedeckt werden
muß.
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Die Fig. 4 zeigt -eine weitere Abwandlung als Prinzipschaltbild, bei
der einmal der Schnappschalter durch ein Relais g mit den beiden Arbeitskontakten
fo und ii ersetzt ist und die Abschaltung
des Regelstromkreises
nicht ganz durchgeführt ist, sondern durch einen Vorwiderstand 12, der bei Einschaltung
des Ofens durch den Relaiskontakt i i überbrückt wird, vorgenommen ist. Durch Veränderung
dieses Widerstandes wird es möglich, die Temperaturintervalle und die Schalthäufigkeit
in vorbestimmter Grenze zu halten, was in der Fig. 3 auch durch Veränderung der
Länge des Schaltweges des Schnappschalters, durch Verstellen der Stellschraube 7
oder der Kontaktschraube 18 erreicht werden kann. Naturgemäß kann das Relais auch
mit Ruhekontakt versehen sein, wenn dann die Bimetallanordnung in umgekehrter Weise
angeordnet ist, d. h. sich bei Erwärmung auf die Kontaktschraube 8 hinbewegt.
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Die in den Fig.3 und q. dargestellten Regelwiderstände 13 sind für
die Funktion der Schalter nicht nötig; ihre Einführung erlaubt eine Einstellung
einer vorbestimmten Temperatur in Abhängigkeit vom Reglerstrom, während die in den
Fig. i, 2, 3 und q. gezeichneten Stellschrauben 7 bzw. Kontaktschraube 8 die Einstellung
einer vorbestimmten Temperatur auf mechanische Weise erlauben. Es ist dadurch wahlweise
die Sollwerteinstellung entweder mechanisch durch die Stellschraube 7 oder die Kontaktschraube
8 (in diesem Falle kann der variable Widerstand 13 fortfallen) oder eine
elektrische Sollwerteinstellung durch den variablen Widerstand 13 möglich;
im letzteren Falle können die Stellschraube 7 und Kontaktschraube 8 durch feste
ersetzt werden.
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Da die Durchbiegung des Bimetallstreifens auch von der an dem Meßkreis
liegenden Spannung abhängig ist, läßt sich auch eine Sollwerteinstellung durch Veränderung
dieser Spannung erreichen, was zweckmäßigerweise durch ein mit den Enden des Widerstandes
an Netzspannung liegendes Potentiometer erreicht wird, dessen veränderliche Anzapfung
und der eine Netzpol die variable Spannung für den Meßkreis abgeben.
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Zur Erzielung einer möglichst geringen Erwärmungsträgheit des als
Fühlorgan dienenden temperaturabhängigen Widerstandes 3 ist die großflächige Ausführung
dieser Widerstände vorteilhaft. Bei solchen Widerständen positiver Charakteristik
ist dies leicht durch bekannte Anordnungen der meist aus Eisen oder Nickel bestehenden
Widerstandsdrähte in Form von Matten, Gittern oder Spiralen mit oder ohne Trägerkörper
möglich. Solche Widerstände negativer Charakteristik, die vornehmlich als Massewiderstände
ausgeführt werden, erhalten zweckmäßigerweise Formen, wie sie beispielsweise in
den Fig. 5 bis 8 schematisch dargestellt sind. Die Fig. 5 zeigt einen Widerstandskörper
i mit Längsrippen 2 (Fig. 6), einen Widerstandskörper i mit Querrippen 2, wobei
beide Ausführungen der Rippen 2 aus gleichem Widerstandsmaterial bestehen können
und der Widerstandskörper i noch axial hohl ausgeführt sein kann oder zwischen den
äußeren Begrenzungen, die dann den Zusammenhalt der Rippen geben, fehlen kann.
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Die Fig. 7 und 8 zeigen Ausführungen, bei denen die Rippen beispielsweise
aus Metall hergestellt sind, wobei, wie Fig. 7 zeigt, die Rippen im Zuge der Herstellung
in das Material eingepreßt werden können oder, wie die Fig.8 es zeigt, der Widerstand
aus einzelnen Hohlzylindern unter Zwischenlegen von Rippenblechen gleich welcher
Form gebildet wird, die durch eine Schraube oder einen Niet zusammengehalten werden.
Die Bleche können auch als Anschlußstellen für die Stromzuführungen oder Mitten-
und Stufenanzapfungen benutzt werden. Des weiteren kann bei einem zusammengesetzten
Widerstand der Fig. 8, durch Verwendung von Material verschiedener Charakteristik
für die einzelnen Hohlzylinder, ein Widerstand mit beispielsweise Treppencharakteristik
hergestellt werden.