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Elektrischer Regler Es ist bekannt, physikalische Größen, wie Druck,
Feuchtigkeit oder Temperatur, für ihre Regelung elektrisch abzubilden. So werden
z. B. zur Temperaturregelung, besonders für hohe Temperaturen, vorwiegend Thermoelemente
in Verbindung mit Drehspulgeräten verwendet, bei denen .der Zeiger über einen Schaltmechanismus
einen Kontakt öffnet, sobald die vorher eingestellte Temperatur erreicht ist. Diese
zumeist als Fallbügelregler ausgebildeten Geräte arbeiten an sich zuverlässig, sind
jedoch infolge ihres komplizierten Aufbaues teuer. Man muß daher in der Praxis aus
preislichen Erwägungen in vielen Fällen auf eine Regelung verzichten. Trotz des
hohen Preises ist andererseits die Regelgenauigkeit von Fallbügelreglern in vielen
Fällen nicht ausreichend, so daß dann auf noch wesentlich kompliziertere und teurere
Kompensationsregler, elektrotechnische Regler usw. zurückgegriffen werden muß.
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Die im Aufbau einfachen und daher billigen Ausdehnungs-, z. B. Bimetallregler
sind aus werkstofflichen Gründen für hohe Temperaturen nicht geeignet.
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Es ist auch bekannt, die über Thermoelemente oder temperaturabhängige
Widerstände erhaltenen Spannungen in Verbindung mit elektromagnetischen Schaltgliedern
zur Temperaturregelung zu benutzen. Eine genaue Temperaturregelung erweist sich
jedoch bei einem einfachen Schaltrelais als schwierig, weil die notwendige gute
Ansprechempfindlichkeit fehlt.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen vorzugsweise als Temperaturregler
in Verbindung mit Thermoelementen bzw. temperaturabhängigen
Widerständen
zu verwendenden elektrischen Regler mit einem Elektromagneten als Schaltglied, der
sich gegenüber den bisher bekannten Reglern durch einfacheren Aufbau und damit,
niedrigeren Preis sowie höhere Regelempfindlichkeit auszeichnet.
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Das Wesen der Erfindung besteht darin, das Ansprechvermögen eines
solchen elektrischen Reglers dadurch zu erhöhen, daß ein Anker periodisch gegen
den von einem der Regelgröße verhältnisgleichen Strom erregten Magnet-en bewegt
wird. Zu diesem Zweck sieht die Erfindung vor, daß ein Anker, welcher gegen eine
Federkraft auf den von der Regelgröße verhältnisgleichen Strom durchflossenen Elektromagneten
zu bewegbar ist, unter der Wirkung einer den Anker periodisch gegen den Elektromagneten
bewegenden Vorrichtung steht, wobei ein mit dem Ankermitbewegter, die Regelgröße
steuernder Kontakt vorgesehen ist, dessen Öffnung erst erfolgt, wenn durch Überwiegen
der durch den Meßstrom erzeugten Magnetkraft gegenüber der entgegengerichteten Federkraft
der Anker am Magneten klebenbleibt.
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Fig. i zeigt schematisch die Wirkungsweise des Reglers nach der Erfindung
an einem Temperaturregler. i ist ein Thermoelement, an das die Wicklung 2 des Topfmagneten
3 angeschlossen ist, der aus einem hochpermeablen Material angefertigt ist. Mittels
einer Nockenscheibe4 wird dieAnkerplatte 5, die an einer Blattfeder 6 befestigt
ist, periodisch gegen den Topfmagneten 3 gedrückt. Dabei bleibt der Kontakt 7-8
geschlossen. Die Nockenscheibe wird durch einen Kleinelektromotor 9 angetrieben.
Der Elektroofen io erhält die Spannung über den Kontakt 7-8. Statt eines Kontaktes
können auch zwei oder mehrere vorgesehen werden. Sobald die durch den Thermostrom
erzeugte Feldstärke eine Induktion im Topfmagneten hervorruft, die ausreicht, um
die Ankerplatte 5, mit welcher das Kontaktstück 7 verbunden ist, festzuhalten, werden
die Kontaktstücke 7 und 8 voneinander getrennt, so daß der Ofen io abgeschaltet
wird. Auch der Motor 9 bleibt stehen, da er seine Spannung ebenfalls über den Kontakt
7-8 erhält. Sinkt die Temperatur, so vermindert sich der Thermostrom und damit die
Induktion des Topfmagneten, bis schließlich die Feder 6 die Ankerplatte 5 wieder
abhebt. Dabei schließt sich der Kontakt 7-8, und das Spiel des .Reglers beginnt
von neuem.
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Die Anziehungskraft des Topfmagneten steigt mit dem Quadrat der Induktion.
Die Induktion ändert sich proportional mit dem Thermostrom und damit auch mit der
Temperatur. Daraus ergibt sich, daß die Anziehungskraft mit dem Quadrat der Temperatur
steigt. Bei den üblichen Reglern mit Drehspulmeßwerk sowie bei den Ausdehnungsreglern
verläuft die Änderung des Schalteffektes jeweils nur linear mit der Temperatur.
Der Regler nach der Erfindung hat, weil er mit sehr viel geringerem Luftspalt arbeiten
kann als die bisher bekannten Temperaturregler, dagegen eine bedeutend höhere Ansprechempfindlichkeit.
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Der Sollwert der Temperatur kann entweder durch die Spannung der Feder
6 oder durch Verschieben des Kernes i i des Magneten mittels eines Gewindes 12 und
der Skalenscheibe 13 in axialer Richtung verändert werden. An der Scheibe 13 kann
gleichzeitig die Temperaturskala angebracht werden. Durch die Verschiebung verändert
sich die Luftspaltbreite 14 und damit die Induktion des magnetischen Kreises. Zur
Überwindung der Federspannung sind z. B. bei großem Luftspalt große Feldstärken,
also höhere Temperaturen notwendig, damit die Ankerplatte am Magneten klebenbleibt.
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Sollen größere Leistungen geschaltet werden, so wird der Ofen io über
einen Schaltschütz geschaltet.
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Das periodische Andrücken der Ankerplatte an den Magneten durch Nockenscheibe
und Elektromotor stellt lediglich eine mögliche Ausführungsform dar. In Fig. z und
3 sind zwei andere Ausführungsbeispiele gezeichnet. In Fig. Z weist ein das Kontaktstück
8 tragender Bimetallstreifen 16 eine Heizwicklung 17 auf, die in Serie mit dem Kontakt
18 geschaltet ist. Eine Druckfeder i9 hemmt vorerst den Bimetallstreifen, bis dessen
Erwärmung groß genug ist und er nach links springt. In dieser Stellung ist der Kontakt
i8 geöffnet, so daß der Streifen abkühlt und bei genügend tiefer Temperatur in seine
Ausgangslage zurückspringt. Dieses Spiel geht so lange periodisch weiter, bis die
Ankerplatte am Magneten klebenbleibt und der Kontakt 7-8 in Fig. i geöffnet
wird, wodurch die Heizung des Bimetallstreifens, die auch in Serie mit dem Kontakt
7-8 liegt, ausgeschaltet bleibt.
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In Fig. 3 steuert ein Bimetall 2o einen Elektromagneten 21. Dieser
Magnet wird durch das sich periodisch ausbiegende Bimetall ein- und ausgeschaltet
und zieht den Kniehebel 22- gegen die Feder 23 nach unten. Das Kontaktstück 8, das
gegen die Ankerplatte gedrückt wird, gleitet hierbei in horizontaler Richtung hin
und her. Die Heizung des Bimetalls 2-o ist auch hier wieder mit dem Kontakt 7-8
in Fig: i in Serie geschaltet; so daß beim Klebenbleiben der Ankerplatte die Schaltbewegung
des Elektromagneten zur Ruhe kommt.
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Bei stärkeren Schwankungen der Raumtemperatur ist es erforderlich,
die Kaltlötstellen i 5 (Fig. i) des Thermoelementes auf konstanter Temperatur zu
halten. Zu diesem Zweck kann man den Temperaturregler in einem geschlossenen Gehäuse
anordnen, das mit einem Heizkörper auf eine Temperatur gebracht wird, die über der
höchst auftretenden Raumtemperatur liegt. Die Temperatur des Schaltgehäuses wird
mit einem kleinen Bimetallregler konstant gehalten.
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Mit dem beschriebenen Temperaturregler ist es natürlich auch möglich,
Temperaturen zu regeln, die unter der Raumtemperatur liegen. Die Zuleitungen vom
Thermoelement zum Regler können den jeweiligen Verhältnissen entsprechend lang ausgeführt
werden, so daß der Regler selbst nicht an der Meßstelle eingebaut werden muß.
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Die Verwendung des beschriebenen Reglers beschränkt sich nicht auf
Thermoelemente und auf Temperaturmessungen. Es können vielmehr auch elektrische
Spannungen sowie andere Regelgrößen,
die als elektrischer Strom
abgebildet werden können, geregelt werden. An Stelle des Thermoelementes i in Fig.
i ist dann die diesen Strom erzeugende Spannung anzuschalten und der Regelgröße
verhältnisgleich zu steuern. In Verbindung mit Widerstandsgebern können auf diese
Weise Drücke, Mengen, Feuchtigkeiten usw. geregelt werden.