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Temperatur-Regler Es ist bekannt, bei Temperatur-Reglern den der zu
regelnden Temperatur ausgesetzten Temperaturfühler mit einer Vorheizspule zu versehen,
welche ihn während der Zeit steigenden Wärmebedarfes beheizt. Dieses wird getan,
um Überregelungen und Pendelungen der Temperatur zu vermindern.
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So ist beispielsweise ein Temperatur-Regler vorgeschlagen worden,
bei dein als Temperaturfühler eine Memb-rando,se angeordnet ist, die von einer zweiteiligen
Zusatzheizwicklung beheizt wird und bei ihrer durch die Temperaturänderung bedingten
Verformung einen Maximal- bzw. einen Minimalkontakt schließt. Dabei werden bei zu
niedriger Temperatur durch Schließen des Minimalkontaktes beide Teile der Zusatzheizwicklung
eingeschaltet und. bei zu hoher Temperatur durch Schließen des Maximalkontaktes
den beiden Heizwicklungen ein Widerstand parallel geschaltet, so, daß der Einfluß
der Zusatzheizwicklung fast ganz ausgeschaltet ist. Bei einer Temperatur, die gleich
der Solltemperatur ist, ist nur die eine der beiden Heizwicklungen eingeschaltet.
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Bei einer anderen, bekannten Anordnung ist an Stelle der obengenannten
Membrandose ein wellenförmig gebogener Bimetallstreifen, der an den Wendepunkten
der Wellenkurve eingespannt ist, als Schaltvorrichtung angeordnet. Je nach der Größe
und Richtung der Abweichung vom Sollwert
wird dabei über je eine
Heizwicklung entweder die konkave oder konvexe Halb-welle beheizt.
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Es ist ebenfalls ein Temperatur-Regler bekannt, bei dem der Ausschlag
eines KoitaktgaIvänometers in- Abhängigkeit von der Größe der Temperaturabweichung
vom Sollwert erfolgt. Durch einen intermttierend gehobenen und gesenkten. Fallbügel
wird der Zeiger in die Lücke zwischen treppenförmig abgestufte Kontaktstücke gedrückt,
wobei er die Kontakte für den Heizstromkreis des Temperaturfühlers schließt. Bei
dieser Anordnung ist, die Zeitdauer der Einschaltung des Heizwiderstandes und des
das. Regelventil betätigenden Motors eine Funktion des Galvanometerausschlages und
somit die Rückführungsheizleistung eine Funktion des. Wärmebedarfes..
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Gegenstand der Erfindung ist ein Temperatur-Regler mit einer in Abhängigkeit
vorn Wärmebedarf beheizten Rückführung, die gegenüber der oben beschriebenen Anordnung
den Vorzug eine- einfachen Schaltung und robusten Ausführung besitzt. Erfindungsgemäß
wird bei dieser Anordnung die Höhe der Rückführleistung von der Stellung des Regelventils
abhängig gemacht, indem die der Rückführeinrichtung zugeführte Spannung von einem
Potentiometer bestimmt wird, dessen Verstellung mit der Ventilverstellung gekuppelt
und gleichzeitig mit diesem betätigt wird.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispieles.
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In der Zeichnung stellt Fig. i- eine Einrichtung zur Raumheizung dar;
Fig. 2 zeigt schematisch die Zusammenschaltung der in Fig. i angegebenen Einrichtung;
Fig. 3 ist ein Schaltbild einer Abänderung, und Fig. 4 zeigt eine besondere Ausführung
des verwendeten Umkehrmotors.
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Die Erfindung wird in ihrer Ausführung als Anlage zur Raumheizung
näher beschrieben. Sie kann jedoch auch bei Kühl- oder Klimaanlagen verwendet werden.
In gleicher Weise ist sie zur Regelung von Temperaturen bei beliebigen Einrichtungen
anwendbar.
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Die in Fig. i dargestellte, der Raumheizung dienende Einrichtung enthält
den Heizkörper io, der mittels der Röhren i i und 12 angeschlossen ist. In dem Zufluß
i i ist ein. Ventil 13 vorhanden, dessen Stellung durch die erfindungsgemäß ausgebildete
.Einrichtung bestimmt wird. Es ist weiter ein Tempers,turfühler 14 beliebiger Ausführung
vorhanden, ferner ein' Umkehrmotor 15, ein. Potentiameter 16, Grenzschalter 17 und
18, deren Wirkungsweise später beschrieben: wird.
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Um bei der Temperatur-Regelung reit einem Mindestmaß von Pendelungen
arbeiten zu können und die Temperatur auf einem konstanten Wert zuhalten, ist die
in Fig. 2 angegebene Einrichtung vorgesehen. Hiernach ist das. Ventil 13 zur Steuerung
des Wärmeträgers vorhanden. Die Bewegung des Ventils wird geregelt entsprechend
in dem zu heizenden Raum vorkommenden Temperaturschwankungen, die sich auf den.
Temperaturfühlen 14 auswirken. Bei dem Ausführungsbeispiel enthält der Temperaturfühler
den Bimetallstreifen i9, der mit zwei festen Kontakten 2o und 21 zusammenwirkt.
Entsprechend der Stellung des Temperaturfühlers i4 wird ein. Motor 15 gesteuert.
Dieser ist ein umkehrbarer Wechselstrommotor und enthält die Erregerwicklung 22
sowie je ein Paar die Hilfsphase erzeugenden Hilfsspulen 23 und 24. Die Hilfsspulen
23 und 24 sind in Reihe über die Leitungen 25 und 26 an eine Spannungsquelle gelegt.
Diese kann z. B. durch einen Transformator 27 gegeben sein, der seinerseits über
die Leiter 28 und 29 gespeist wird. Die Hilfsspulen. 23 und 24 sind so, angeordnet,
daß die Hälfte jeder Spule auf dem einen Kernschenkel und die andere Hälfte diametral
gegenüber auf dem anderen Kernschenkel sitzt. Wenn die Wicklungen 23, 24 von dem
gleichen Strom durchflossen werden, so steht der Motor still. Um den Motor zum Laufen
zu bringen, ist es lediglich notwendig, eine der Spulen kur7zuschließen, so. daß
dadurch die andere Spule die, bebenötigte magneto@motorische. Kraft ergibt.
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Wie bereits festgestellt, sind die Spulen 23 und 24 zusammengeschaltet,
ihre Enden. sind mit den Transformätör verbunden. Die Anschlußenden auf der,Transformatorseite
der Spulen sind auch über die Grenzschalter 17 und 18 rizit dem Temperaturfühler
verbunden. Wie sich aus Fig. 2 ergibt, ist die Anschlußseite des Spulenpaares 23
mit dem Temperaturfühler 14 durch die Leiter 30, 31, Grenzschalter 18, Leiter 32,
festen Kontakt 2o des Temperaturfühlers 14 zusammengeschaltet: Die Transformato@rseite
der Spulengruppe 24 ist mit den anderen festen Kontakt 21 des Temperaturfühlers
14 durch den Leiter 33, Grenzschalter 17, Leiter 34, 26 verbunden. Zur Vervollständigung
des für den Temperaturfühler geltenden Stromkreises ist der Bimetallstreifen i9
mit dem gemeinsamen. Anschlußpunkt der Spulengruppen 23 und 24 durch den Leiter
35 verbunden. Es ergibt sich daraus, daß bei Anliegen des Bimetallstreifens T9 an
dem festen Kontakt 2o die Spulengruppen 23 durch den Leiter 25, 30, 31, Grenzschalter
17, Kontakt 2o, Bimetallstreifen 18, Leiter 35 kurzgeschlossen ist. Wenn. der Bimetallatreifen
i9 an dem festen Kontakt 2i anliegt, so ist die Spulengruppe 24 über den Leiter
26, 34 Grenzschalter 17, Leiter 33, Kontakt 21, Bimetallstreifen i9, Leiter 35 kurzgeschlossen.
Es sei angenommen, daß die Erregung der Spulengruppe 23 eine Schließung des Ventils
13, die Erregung der Spulengruppe 24 eine Öffnung des Ventils zur Folge hat. Wenn
also der Bimetallstreifen. i9 sich nach links bewegt und gegen den Kontakt 2o zu
liegen, kommt, so wird dadurch Wärme angefordert. Die Spulengruppe 23, die die Schließung
des Ventils 13 bewirkt, wird kurzgeschlossen. Kommt hingegen der Bimetallstreifen
i9 gegen den Kontakt 21 zu liegen,, so ist der Wärmebedarf geringer, es- wird die
Spulengruppe 24 kurzgeschlossen, was eine Schließung des Ventils 13 bewirkt.
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Um Über- oder Unterreglungen., d. h. zu starke Pendelungen der Regeltemperatur
zu vermeiden, wird der Thermostat i9 durch den in seiner unmittelbaren
Nähe
angeordneten Widerstand 36 vorgeheizt. Der Widerstand 36 ist mit seinem einen Anschlußende
an die Verbindungsstelle zwischen den, beiden. Spulengruppen 23 und 24 über den
Leiter 35 angeschlossen. Das andere Ende des Widerstandes 36 ist über den Leiter
37 mit dem beweglichen. Arm 38 des Potentiometers 16 verbunden. Das Potentiometer
16 enthält den. Widerstand 39, der einerseits über den Leiter 4o und 35 mit der
Verbindungsstelle zwischen den beiden Spulengruppen 23 und 24 und andererseits mit
der Ein: gangsklemme der Spulengruppe 24 über die Leiter 34,:26 verbunden ist. Ein
Ausgleichswiderstand 41, der die gleiche Höhe hat wie der Potentiometerwiderstan,d
39, ist parallel zu der Spulengruppe 23 geschaltet, so daß das Potentiometer keinen
wesentlichen Einfluß auf die zwischen den Spulengruppen herrschenden Spannungen
hat. Der Widerstand 41 ist einerseits mit dem Leiter 3o, andererseits mit dem Leiter
35 und 40 verbunden.
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Das Potentiometer 16 ist angeordnet, um die Erregung der Vorheizspule
36 und demgemäß ihre Wärmeerzeugung zu steuern. Der bewegliche Arm 38 des Potentiometers
wird gleichzeitig mit dem Ventil 13 verstellt, z. B. über ein Rädergetriebe 42,
43. Das Getriebe seinerseits ist mit dem Umkehrmoto,r 15 gekuppelt. Auf diese Weise
ist die Verstellung des Potentiometers direkt proportional der Bewegung des Ventils
13. Die Anordnung ist so, getroffen, daß, wenn das Ventil vollkommen geschlossen
ist, die Spule 36, wie in Fig. 2 gezeigt, kurzgeschlossen ist, während bei voll
geöffnetem Ventil die volle Spannung auf die Vorheizspule 36 einwirkt. In dem Bereich
zwischen diesen beiden Endstellungen des Ventils bzw. des Potentiometers ändert
sich die Erregung der Vorheizspule 36 direkt in Abhängigkeit von, der Bewegung des
Ventils 13.
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Es wurde festgestellt, daß ein mit den beschriebenen, Mitteln arbeitender
Regler nicht vollkommen. Pen.delungen vermeide kann. Es wird daher, um eine empfindlichere
Einrichtung mit sehr geringen Pendelungen der zu regelnden Temperatur zu erreichen,
die Anordnung so getroffen, daß die Erregung der Vorheizspule und damit der Heizeffekt
im Moment der Temperaturfühlerbetätigung sich plötzlich, ändert. Auf diese Weise
ergibt sich, daß, wenn der Temperaturfühler mehr Wärme anfordert, ein plötzlicher
Erregungsanstieg an der Vorheizspule einsetzt, während, wenn der Temperaturfühler
weniger Wärme anfordert, die Vorheizspule vollständig entregt wird. Dies läßt sich
in beliebiger Weise, vorteilhaft am besten mit den zu Fig. 2 beschriebenen. Mitteln
erreichen. So wird, wenn der Temperaturfühler mehr Wärme anfordert, die Spulengruppe
23 kurzgeschlossen, und daher am Potentiometer die doppelte Spannung liegen als
zu der Zeit, während der der Bimetallstreifen i9 sich bewegt. Diese doppelte Spannung
liegt dann. an der Vorheizspule und ergibt die vierfache Leistung. Da jedoch das
Potentiometer parallel zu der Spulengruppe 24 liegt, wenn diese kurzgeschlossen
ist, so ist auch, das Potentiometer kurzgeschlossen mit dem Ergebnis, daß die Vorheizspule
36 stromlos ist. Daraus ergibt sich., daß die Vorheizspule mit der Betätigung des
Temperaturfühlers plötzlich erregt oder enterregt wird.
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Die Arbeitsweise ist die folgende. Es sei angenommen, daß der Potentiometerarm
38 die in Fig. 2 gestrichelt gezeichnete Lage einnimmt. Er befindet sich
dann. in der Mittelstellung zwischen den. beiden Endstellungen. Da der Arm 38 synchron.
mit dem Ventil 13 bewegt wird, so, befindet sich, dieses ebenfalls in der Mittelstellung
zwischen zwei Endstellungen. Bei dieser Stellung herrscht eine gewisse Spannung,
z. B. 2o Volt zwischen, den Transfo,rmatorleitungen 25, 26. Das bedeutet, daß io
Volt an der Spulengruppe 23 und dein Widerstand 41 und io Volt an: der Spulengruppe
24 und dem Poten.tiometerwi.derstand 39 liegen. Da der bewegliche Arm des Poten.tionieters
den Widerstand. 39 in. der Mittelstellung abgreift, so, herrscht an, der Vorheizspule
36 eine Spannung von 5 Volt. Für einen bestimmten Temperaturwert soll nun angenommen.
werden, daß der Bimetallstreifen i9 des Temperaturfühlers auszuschlagen hat.
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Unter den, vorstehend erwähnten Umständen wird nun bei einem Rückgang
der Temperatur der Temperaturfühler Wärme anfordern. Dann, bewegt sich der Bimetallstreifen
i9 nach links und kommt gegen, den. festen Kontakt 2o zu liegen. Dadurch wird sofort
die Spulengruppe 23 kurzgeschlossen, so daß die Spulengruppe 24 allein auf den Motor
einwirkt und dieser eine weitere Öffnung des Ventils 13 verursacht. Es ist ersichtlich,
daß im Augenblick der Kurzschließung der Spulengruppe 23 die volle-, vom Transformator
27 hergegebene Spannung von 2o Volt an, der Spulengruppe 24 und. an. dem Poten;tiometerwiderstand
39 auftritt. Dies wird wiederum bewirken, daß ungefähr io Volt an, der Vo-rheizspu'le
36 liegen, so, daß- dieser die -vierfache Leistung gegenüber dem Zustand, der vorher
herrschte, entwickelt. Es wird daher der Sollwert der Temperatur innerhalb des Gehäuses
des Temperaturfühlers sehr viel schneller auftreten als in dem Raum, dessen Temperatur
geregelt werden soll. Da indessen die durch die Wirkung der Vorheizspule 36 sich
ergebende; Rückführung nicht unmittelbar von der Raumtemperatur, sondern von dem
Wärmebedarf abhängig ist, werden Pendelun.-gen, vermieden.
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Wenn, der Temperaturfühler weniger Wärme anfordert, so legt sich der
Bimetallstreifen. i9 gegen den festen Kontakt 21. Dadurch wird verursacht, daß die
Spulengruppe 24 kurzgeschlossen wird und der Motor unter der Wirkung der Spulengruppe
23 anläuft und das Ventil in die Schließstellung 13 bewegt. Da das Potentiometer
parallel zur Spulengruppe 24 liegt, so, ist es, wenn, diese kurzgeschlossen, wird,
ebenfalls kurzgeschlossen. Es wird daher, wenn der Thermostat weniger Wärme anfordert,
die Vo@rheizspule 36 plötzlich stromlos.
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Es ist daraus ersichtlich, da,ß die im Inneren des Gehäuses. des Temperaturfühlers
14 herrschende Temperatur schneller auf den Soldwert zurückkehrt, als wenn. dies
in der Hauptsache von. Spannungsänderungen an der Vorheizspule, die durch die Bewegung
des
Potentiometerarmes 38 verursacht werden, 'zustande kommt. Es ist dabei zu bemerken,
daß der Spannungsanstieg bzw. die Unterbrechung der Spannung an der Vorheizspule
so, lange aufrechterhalten bleibt, wie, der Temperaturfühler betätige ist.
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Gemäß einer Abänderung der Erfindung läßt sich eine noch größere Genauigkeit
mit der Schaltung nach Fig. 3 erreichen. Diese -entspricht im wesentlichen der Schaltung
nach Fig. 2 mit dem Unterschied, daß 'ein Widerstand 44 zwischen der »Aus«-Stellung
des Potentiometerwiderstandes 39 und dem gemeinsamen Verbindungspunkt 35 der Spulen.-gruppen
23 und 24 angeordnet ist. Der Widerstand 44 hat die Wirkung, daß die Erregung der
Vorheizspule 36 während einer Zeit, in der der Temperaturfühler weniger Wärme anfordert,
unter einen. als Normal- oder Nullwert geltenden Wert gebracht werden kann. Dies
ergibt dieselbe Wirkung, als wenn eine kleine Kühlvorrichtung dem Temperaturfühler
zugeordnet wäre, die während der Zeit, in der der Temperaturfühler weniger Wärme
anfordert, wirksam ist. Durch den in Fig. 3 gezeigten Widerstand ergibt sich, daß
bei der »Aus«-Stellung des Potentiometers eine gewisse Spannung an der Vorheizspule
36 liegt, die gleich der am Widerstand 44 liegenden Spannung ist. Dies ist ein Unterschied
gegenüber der Schaltung nach Fig. 2, bei der in der »Aus«-Stellung des Potentiometers
die Vorheizspule 36 unerregt ist. Es wird daher, wenn der Temperaturfühler weniger
Wärme anfordert, die durch den Widerstand 44 sich ergebende Erregung der Vorheizspule
36 weggenommen, so daß sich im Effekt eine Herabsetzung der Erregung unter einen
als Null oder normal geltenden Wert ergibt.. Zur Erreichung dieses Resultates muß
lediglich der Temperaturfühler entsprechend geeicht werden, wobei berücksichtigt
werden muß, daß die Vorheizspule mit einer bestimmten konstanten Spannung entsprechend
der Gegenwart des Widerstandes 44 vorerregt ist.
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Im übrigen arbeitet die in Fig. 3 angegebene Einrichtung bei Anforderung
von mehr Wärme in gleicher Weise wie die Anordnung nach Fig. 2.
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In Fig. 4 ist eine andere Ausführung des Umkehrmoto,rs dargestellt.
Gemäß dieser Figur wird ein selbstanlaufender kleiner Synchronmotor mit zwei Ständern.
und zwei Läufern verwendet. Die Ständer sind gleichartig ausgeführt, außer daß die
die Hilfsphase ergebenden Wicklungen 47, 49 dermaßen versetzt sind, daß entsprechend
der Erregung der Hilfsspulen sich entweder Stillstand der Welle 48 oder Links. oder
Rechtslauf ergibt.