DE959593C

DE959593C - Thermische Rueckfuehrung fuer Regler

Info

Publication number: DE959593C
Application number: DES26777A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Heinz Kro Dipl-Phys
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1952-01-13
Filing date: 1952-01-13
Publication date: 1957-03-07

Description

AUSGEGEBEN AM 7. MÄRZ 1957

S 26777IX142 r

Es sind nachgiebige thermische Rückführungen bekannt, deren Nachstellzeit der Trägheit der Regelstrecke angepaßt werden kann. Die Nachstellzeit wird hierbei durch Beeinflussen der Abkühlungsverhältnisse von Heizkörpern eingestellt, die z. B. Thermoelemente beheizen und dadurch die Rückführspahnung erzeugen. Bei einer derartigen bekannten Anordnung sind die Heizwicklungen für die Thermoelemente auf Spulenkörpern angeordnet, deren gegenseitiger Abstand einstellbar ist. Zur Einstellung des Wärmeübergangs zwischen den miteinander in Wärmeaustausch stehenden Heizkörpern sind auch bereits keilförmige Abschirmkörper verwendet worden, die zwischen die Heizkörper eingeschoben werden können.

Bei Temperaturmeßgeräten mit Thermoelementen sind ebenfalls bereits Einrichtungen verwendet worden, um- den Wärmeübergang von der Meßstelle zum eigentlichen Temperaturfühler zu beeinflussen. - ao

Bei den eingangs erwähnten thermischen Rück'-führungen läßt sich die Rückführzeit ohne Auswechseln des Heizkörpers etwa im Bereich 1:3 verändern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine a'5 Rückführung mit einem wesentlich größeren Einstellbereich ohne Auswechseln der Heizkörper odef anderer Bauteile zu erreichen. Gemäß der Erfindung beheizen die miteinander in. Wärmeaustausch stehenden Heizkörper Platten oder Hohlzylinder,

die einander gegenüberstehen und parallel zueinander zwecks Einstellung des Wärmeübergangs verschiebbar sind. Die Rückführung gemäß der Erfindung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübergangswiderstand zwischen jedem Heizkörper und dem ihm zugeordneten Temperaturfühler oder die Wärmekapazität jedes Temperaturfühlers unabhängig von der Einstellung der Platten bzw. Hohlzylinder einstellbar ist. id Durch diese erfindungsgemäß insgesamt anzuwendenden Maßnahmen gelingt es, die Nachstellzeit etwa im Bereich ι : io zu verändern.

Die beiden letzten Maßnahmen, nämlich der einstellbare Wärmeübergangswiderstand und die veränderbare Wärmekapazität des Temperaturfühlers, ermöglichen die Einstellung der Vorhaltezeit. Bei schwierigen Regelaufgaben ist nämlich außer der richtig einzustellenden Rückführzeit ein gewisser Vorhalt für die Rückführung einzustellen,

d. h. die Rückführspannung darf bei einer Abweichung der Regelgröße vom Sollwert nicht sofort, sondern erst nach einer gewissen Verzögerungszeit wirksam werden. Es ist bereits bekannt, diesen Vorhalt bei thermischen Rückführungen durch Differenzschaltung zweier thermischer Rückführglieder mit verschiedenen Rückführzeiten zu erzeugen. Nach einem Merkmal der Erfindung wird, der Wärmeaustausch zwischen beheizten Körpern dadurch verändert, daß die Körper parallel zueinander verschoben werden. Hierdurch werden die Flächen der beheizten Körper, die einander unmittelbar gegenüberstehen und zwischen denen der Wärmeaustausch in der Hauptsache stattfindet, in ihrer Größe verändert.

Auf den miteinander in Wärmeaustausch stehenden Flächen können die Heizdrähte unmittelbar angebracht sein, oder die Heizkörper sind von diesen Flächen räumlich getrennt angeordnet, und die Wärme wird durch metallische Leiter zugeführt.

Bei der zuletzt erwähnten Anordnung bildet z. B. eine Anzahl zueinander paralleler Metallplatten zwei Gruppen von jeweils miteinander wärmeleitend verbundenen Platten. Jeder Gruppe wird von je einem Heizkörper Wärme zugeleitet. Durch Parallelverschiebung der einen Plattengruppe relativ zur anderen werden die einander unmittelbar gegenüberliegenden Flächen, über die der Wärmeaustausch erfolgt, verändert. Bei der Relativverschiebung können die Platten sich auf einer geraden oder auf einer gekrümmten, z. B. kreisbogenförmigen Bahn bewegen. Besonders vorteilhaft ist es, die beiden Plattengruppen nach Art der in der Hochfrequenztechnik verwendeten Drehkondensatoren auszubilden. Die beiden Plattengruppen können auch in Form von koaxialen Zylindern, die sich ineinanderschieben lassen, ausgeführt sein.

Außerdem wird zur Beeinflussung der Vorhaltezeit, wie bereits erwähnt, der Wärmeübergangswiderstand zwischen Heizkörper und Temperaturfühler oder die Wärmekapazität des Temperaturfühlers selbst, z. B. durch Anbringen von zusätzlichen Massen, verändert, wie dies an sich bekannt ist. Es können auch beide Maßnahmen gleichzeitig ausgeführt werden. Ein veränderlicher Wärmeübergangswiderstand wird z. B. (in ebenfalls bekannter Weise) durch eine Luftstrecke zwischen Heizkörper und Temperaturfühler gebildet. Diese Luftstrecke kann durch Annähern des Temperaturfühlers an den Heizkörper oder durch Einfügen von gut wärmeleitenden Metallteilen verändert werden. Statt einer Luftstrecke sind auch andere schlecht wärmeleitende, z. B. keramische Stoffe als Verbindung zwischen Heizkörper und Temperaturfühler verwendbar. Der Wärmeübergangswiderstand kann in diesem Fall z. B. durch Kurzschließen oder Überbrücken der schlecht wärmeleitenden Teile durch Metallkörper verringert werden. Liegt zwischen Temperaturfühler und Heizkörper eine Luftstrecke, die durch einen mit dem Temperaturfühler in Wärmekontakt stehenden Metallkörper verkleinert wird, so wird im allgemeinen mit der Verringerung des Wärmeübergangswiderstandes gleichzeitig eine Vergrößerung der Wärmekapazität des Temperaturfühlers erfolgen.

Die Wärmekapazität des Temperaturfühlers oder des Wärmeübergangswiderstandes läßt sich auch durch flüssige Wärmeleiter, z. B. Quecksilber, verändern.

An Hand der nachfolgend beschriebenen Figuren sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert werden.

In der Fig. 1 sind die Heizdrähte 3 in Form einer Flachspule unmittelbar auf die Metallscheiben 1 und 2 aufgebracht. Die miteinander in Wärmeaustausch stehenden Flächen können durch Relativverschiebung der Platten in Richtung der Pfeile 4 verändert werden. Mit den Platten sind stielförmige, zylindrische Körper S verbunden, die aus schlecht wärmeleitendem Material, z. B. keramischen Stoffen, bestehen. Die Temperaturfühler 6 haben ebenfalls Scheibenform und lassen sich in Richtung des Pfeiles 7 auf dem Zylinderkörper S verschieben. Als Temperaturfühler können Thermo; elemente oder Widerstandsthermometer verwendet werden. Durch die Verschiebung der Temperaturfühler 6 wird der Wärmeübergangswiderstand zu dem Heizkörper 3 verändert. Außerdem kann durch Anbringen von zusätzlichen Metallscheiben an den Körpern 6 die Wärmekapazität der Temperaturfühler vergrößert werden.

In der Fig. 2 haben die miteinander in Wärmeaustausch stehenden Flächen die Form eines Drehkondensators. Die Platten 8 und 9 lassen sich um eine gemeinsame Achse bewegen; die Wärme wird über einen Zylinder 16 zugeführt. Den Platten 11, 12 und 13, die ebenfalls miteinander wärmeleitend verbunden sind, wird über den Zylinder 14, auf dem die Platten befestigt sind, die Wärme zugeleitet.

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch die zum Zylinder 16 gehörigen Teile. Die Heizwicklung ist mit 15 bezeichnet und auf den zylindrischen Körper 16 aufgewickelt. Der Zylinder 16 ist in einer Zwischenwand 17 gelagert und kann mittels

des Drehknopfes 18 verdreht werden. Die Platten 8 und 9, die am Zylinder 16 befestigt sind, machen diese Drehung mit. Der Temperaturfühler 19 hat die Form eines schlanken Zylinders und ist koaxial zum Zylinder 16 in der gezeichneten Lage festgehalten. Er ist mit einem Gewinde versehen, und auf dieses Gewinde kann der Hohlzylinder 20 mehr oder weniger weiter aufgeschraubt werden. Wenn .der metallische Hohlzylinder 20 den Temperaturfühler 19 vollständig überdeckt, ist der kleinste Wärmeübergangswiderstand zwischen Heizwicklung 15 und Temperaturfühler 19 eingestellt. Der Wärmeübergangswiderstand vergrößert sich um so mehr, je weiter der Hohlzylinder 20 nach rechts herausgedreht wird.

In der Fig. 4 und dem dazugehörigen Seitenriß Fig. 5 haben die Platten Rechteckform. Die Heizkörper 23 sind als flache Wicklung auf die Verbindungsstege 22 der Platten 21 aufgebracht.

Durch Verschieben der oberen Platten in Richtung des Pfeiles 24 oder senkrecht zur Papierebene werden die einander gegenüberliegenden, in Wärmeaustausch stehenden Plattenflächen verändert. Die Temperaturfühler 25 sind wieder in bestimmtem Abstand von der Heizwicklung angeordnet. Der Wärmeübergang wird durch Verschieben der Metallwinkel 26 eingestellt. Statt der rechteckigen Plattenform der Fig. 4 und 5 können auch andere Formen, von denen z. B. eine in Fig. 6 gezeigt ist, verwendet werden. In Fig. 7 bestehen die Teile 27 und 28 aus je zwei koaxialen Zylindern. Fig. 8 zeigt einen Schnitt durch diese Anordnung. Die Körper 27 und 28 werden von je einer Heizwicklung aufgeheizt und der Wärmeaustausch durch Verschieben z. B. von 27 in Richtung des Pfeiles 29 eingestellt.

In Fig. 9 sind die einander gegenüberstehenden Platten ähnlich wie in Fig. 5 angeordnet. Die Relativverschiebung der Platten erfolgt jedoch durch Schwenken der Plattengruppen 30 um die feststehende Achse 29.

Die Fig. 10, 11 und 12 zeigen Lösungsbeispiele für den einstellbaren Wärmeübergang zwischen Temperaturfühler und Heizkörper.

In der Fig. 10 ist der Temperaturfühler 32 in einem Wärmeisolator 33 in Form eines Hohlzylinders befestigt. Der Temperaturfühler ist in der Mitte durchbohrt, und in dieser Bohrung kann in Richtung des Pfeiles 34 die Metallstange 35 verschoben werden. Diese Metallstange trägt an einem Ende eine scheibenförmige Verdickung 36. Durch Verschieben der Metallstange 35 nach rechts wird der Luftraum der Scheibe 36 und Heizkörper 31 verkleinert. Der Wärmeübergang zum Temperaturfühler erfolgt, wenn die Scheibe 36 am Heizkörper 31 anliegt, schließlich durch rein metallische Wärmeleitung.

Fig. 11 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 10. Der Temperaturfühler 32 ist hier jedoch nicht durchbohrt, sondern schließt das Rohr 33 an seinem Ende dicht ab. Über die Leitung 35 kann in den Hohlraum eine wärmeleitende Flüssigkeit, z. B. Quecksilber, eingefüllt werden. Je höher der Quecksilberspiegel im Rohr steht, um so rascher kann die Wärme vom Heizkörper 31 zum Temperaturfühler 32 gelangen. Die Heizwicklung 31 kann auch auf dem Rohr 33 angebracht sein. Statt eines Rohres 33 mit festen Wänden kann ein solches mit elastischen Wänden, das eine bestimmte Quecksilbermenge enthält, verwendet werden. Die Höhe des Flüssigkeitsstandes wird in diesem Fall durch Zusammendrücken der elastischen Wände verändert.

In Fig. 12 kann die Masse des Temperaturfühlers 32' durch Einleiten von Quecksilber in das Rohr 36 vergrößert werden. Mit Hilfe der verschiebbaren Metallstange 37, die an ihrem Ende die Metallscheibe 38 trägt, läßt sich außerdem der Wärmeübergangswiderstand durch Verändern der Luftstrecke 39 verstellen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

ι. Thermische Rückführung für Regelzwecke mit zwei miteinander in Wärmeaustausch stehenden Heizkörpern, zwischen denen der Wärmeübergang einstellbar ist, und hierdurch beheizten Temperaturfühlern, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizkörper miteinander in Wärmeaustausch stehende Platten oder Hohlzylinder beheizen, daß die einander gegenüberstehenden Platten bzw. Hohlzylinder parallel zueinander zwecks Einstellung des Wärme Übergangs verschiebbar sind und daß unabhängig von der Einstellung der Platten bzw. Hohlzylinder der Wärmeübergangswiderstand zwischen jedem Heizkörper und dem ihm zugeordneten Temperaturfühler oder die Wärme- ¹O⁰ kapazität jedes Temperaturfühlers einstellbar ist.
2. Thermische Rückführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Plattengruppe um eine zur Plattenebene senkrechte Achse drehbar ist und die Plattengruppen bei der Drehbewegung nach Art eines Drehkondensators ineinandergreifen.
3. Thermische Rückführung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch zwei koaxial ineinanderschiebbare zylindrische Metallkörper, die je aus einem oder mehreren miteinander wärmeleitend verbundenen koaxialen Zylindern bestehen.
4. Thermische Rückführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizkörper auf einer zur Plattenebene senkrechten Achse angeordnet sind und daß zwischen Heizkörper und Platten eine metallische Verbindung, vorzugsweise aus Aluminium, besteht.
5. Thermische Rückführung nach Anspruch 1 oder folgenden, gekennzeichnet durch eine Verbindung mit großem Wärmewiderstand, z. B. eine Luftstrecke zwischen Heizkörper und Temperaturfühler, und durch einen diese. Verbindung auf einem wählbaren Wegabschnitt

kurzschließenden oder überbrückenden, vorzugsweise metallischen Wärmeleiter.
6. Thermische Rückführung nach Anspruchs, gekennzeichnet durch eine in /den Luftraum zwischen Heizwicklung und Temperaturfühler einschiebbare, am Temperaturfühler anliegende metallische Hülse.
7. Thermische Rückführung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der verschiebbaren Hülse an einem Ende stetig abnimmt.
8. Thermische Rückführung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Wärmeübergangswiderstand als auch die Masse des Temperaturfühlers einstellbar sind.
9. Thermische Rückführung nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme über einen z. B. in einem Rohr oder Ring angeordneten flüssigen Wärmeleiter, z. B. Queck- ao silber, zum Temperaturfühler übertragen wird und daß der Querschnitt des Wärmeleiters durch Zu- oder Ableiten von Flüssigkeit oder durch elastische Verformung des rohrförmigen Teiles veränderbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung S 2125 IX/42qu

(Patent Nr. 908 540); deutsche Patentschriften Nr. 595 484, 704 464, 166, 746 949.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Q 609618/226 9.56 (609 833 2. 57)