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Elektrische Regeleinrichtung mit elastischer Rückführung
Es sind bereits Regeleinrichtungen mit elastischer Rückführung bekannt, bei welchen gleichzeitig mit der Betätigung des Regelorgans die festen Kontakte eines von der Regelgrösse beeinflussten Messwerkes verstellt werden und dadurch das Regelorgan nach einer bestimmten Laufzeit wieder abgeschaltet wird. Die Verstellung der Kontakte wird entweder durch einen elektrischen Antrieb oder durch ein wärmeempfindliches Organ, z. B. ein Bimetallstreifen, bewirkt. In beiden Fällen werden die Kontakte nach Unterbrechung derselben verzögert wieder in ihre Ruhelage zurückgeführt. Solche elastische Rückführungen können für astatisch wirkende Regeleinrichtungen gute Dienste leisten, sind aber für statische Regelsysteme nicht geeignet.
Für statische Regelsysteme anderseits sind elastische Rückführeinrichtungen bekannt geworden, bei welchen ein in einem Messkreis liegender Regelwiderstand oder ein Potentiometer durch einen elektrischen Antrieb oder ein wärmeempfindliches Organ gleichzeitig mit dem Regelorgan verstellt und hierauf selbsttätig in die Ruhelage zurückgeführt werden. Diese Einrichtungen haben den Nachteil, dass sie verhältnismässig kompliziert sind und einen weiteren Schleif-oder Abgreifkontakt in den Messkreis einführen, dessen Übergangs- widerstand und mechanische Reibung die Regel- genauigkeit ungünstig beeinflusst.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine äusserst einfache und betriebssichere elastische
Rückführung für statische Regelsysteme ge- schaffen, welche die genannten Nachteile nicht aufweist. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass in den Messstromkreisen eines ein Regelorgan beherrschenden Steuergerätes zwei temperatur- abhängige elektrische Widerstände eingeschaltet sind, von denen der eine beim Öffnen und der andere beim Schliessen des Regelorgans beheizt wird, derart, dass das Regelorgan nach einer be- stimmten Verstellzeit selbsttätig zur Ruhe kommt.
Vorzugsweise sind die temperaturabhängigen, elektrischen Widerstände mit je einer Erreger- spule eines das Regelorgan beherrschenden
Differentialrelais in Reihe geschaltet.
Es sind bereits temperaturabhängige, elektrisch beheizte Widerstände ähnlicher Art bekannt ge- worden, die jedoch für den von der Erfindung angestrebten Zweck der elektrischen Rückführung in Regelgeräten nicht geeignet sind.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Fig. 1 zeigt das Schaltungsschema einer Temperatur-Regelanlage ; Fig. 2 zeigt ein weiteres Schaltungsschema für denselben Zweck mit anderer Schaltung der Heizwiderstände ; Fig. 3 zeigt den Aufbau eines Heizelementes.
Im Schema nach Fig. 1 bedeuten M ein Messgerät, Dein Differentialrelais, Rein Regelventil, Hu H2 Heizelemente und Ea, Eb die Stromquelle. Das als Steuergerät dienendeDifferentialrelais D weist einen um den Punkt 1 schwenkbaren Magnetanker 2 auf, an welchem eine zwischen zwei Kontakten 3, 4 bewegliche Kontaktzunge 5 befestigt ist. Die beiden Schenkel des Magnetankers 2 tauchen in je eine Erregerspule, von denen die eine 6 mit einem temperaturabhängigen Widerstand 8 und mit dem Geberwiderstand 15 des Messgerätes M und die andere 7 mit einem zweiten temperaturabhängigen Widerstand 11 und einem Einstellwiderstand 14 in Reihe ge- schaltet und an die Stromquelle Ea, Eb, ange- schlossen sind.
Das Messgerät M weist im übrigen einen Wärmefühler 16, einen Feder- balg 17 und einen um den Punkt 18 schwenkbaren
Kontaktarm 19 auf, welcher in Abhängigkeit von der Temperatur am Wärmefühler auf und ab bewegt wird. Die beiden Heizelemente HI, H2 werden durch Heizwiderstände 9, 12 beheizt, deren Heizströme durch Regelwiderstände 10, 13 einstellbar sind.
Das Regelventil R ist mit einem Antriebs- motor 20 versehen, welcher vorwärts oder rück- wärts läuft, je nachdem die Erregerwicklung 21 oder 22 eingeschaltet ist. 23 und 24 sind End- schalter, welche in den Endlagen des Regelorgans den Antriebsmotor abschalten. 25 ist das eigent- liche Ventil, welches den Heisswasserzufluss regelt.
Die Wirkungsweise der Regeleinrichtung nach
Fig. 1 ist die folgende :
Der Anker 2 des Differentialrelais D befindet sich beim Sollwert der Regelgrösse in der ein- gezeichneten Mittellage, wobei die Ströme in den beiden Erregerspulen 6 und 7 gleich gross sind. Die Kontaktzunge 5 berührt hiebei keinen
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der beiden Kontakte 3, 4 und der Regelantrieb R sowie die Heizwiderstände 9, 12 sind stromlos. Ist die Temperatur am Wärmefühler 16 zu hoch, so ist der Widerstand 15 über dem Sollwert, wodurch der Strom in der Erregerspule 6 kleiner ist als in der Spule 7 und der Kontakt 3 geschlossen wird. Hiedurch wird der Motor 20 des Regelventils R eingeschaltet und das Ventil im Schliesssinne verstellt.
Gleichzeitig wird aber auch der Heizwiderstand 12 des Heizelementes H2 eingeschaltet und der Widerstand von 11 nach kurzer Aufheizzeit erhöht, bis das Gleichgewicht der Ströme in den Erregerspulen 6 und 7 des Differentialrelais wieder hergestellt ist und der Kontakt 3 geöffnet wird. Das Regelventil kommt also infolge Zunahme des Widerstandes 11 nach einer bestimmten Verstellzeit selbsttätig wieder zur Ruhe, es sei denn, dass die Temperatur am Wärmefühler 16 so viel über dem Sollwert ist, dass die maximal eintretende Widerstandszunahme am Widerstand 11 nicht genügt, um das Gleichgewicht der Ströme im Differentialrelais herzustellen. In diesem Falle würde das Regelventil in die Endlage bewegt, d. h. vollständig geschlossen und der Endschalter 23 geöffnet. Der Heizwiderstand 12 bleibt jedoch eingeschaltet, solange der Kontakt 3 geschlossen ist.
Ist die Regeltemperatur unter dem Sollwert, so wird Kontakt 4 geschlossen und das Regelventil im Öffnungssinne verstellt, unter gleichzeitigem Aufheizen des Heizelementes Hl.
Durch entsprechende Einstellung der Widerstände 10 und 13 kann die Aufheizzeit und die Aufheiztemperatur der Heizelemente Hi und H2 und damit auch der Bereich der Rückführung den Verhältnissen angepasst werden. Durch Ver- ändern der Masse und der Abkühlungsverhältnisse (Wärmeisolierung) der Heizelemente ist eine weitere Beeinflussung der Charakteristik der
Rückführung möglich.
Die Regeleinrichtung nach Fig. 2 arbeitet im Prinzip gleich wie diejenige nach Fig. 1 mit dem Unterschied, dass die Heizwiderstände 9' und 13'nicht wie in Fig. 1 parallel zu den Motor- wicklungen 21', 22', sondern in Reihe zu diesen geschaltet sind. Dies hat zur Folge, dass beim Öffnen der Endschalter 23', 24'nicht nur der
Antriebsmotor, sondern auch die Heizwick- lungen 9', 12'abgeschaltet werden, wodurch die nächstfolgende Verstellung des Regelventils erst stattfindet, wenn die Regeltemperatur den
Sollwert durchläuft, im Gegensatz zu der Ein- richtung nach Fig. 1, wo die Verstellung schon vorher beginnt. Die Anordnung nach Fig. 1 bietet in den meisten Fällen Vorzüge, da hiedurch einem Überregulieren vorgebeugt werden kann.
Gegenüber den bekannten, eingangs der Be- schreibung bereits erwähnten Einrichtungen hat die beschriebene Anordnung den wesentlichen
Vorteil, dass die temperaturabhängigen Wider- stände 8 und 11 im abgekühlten Zustande stets auf den genau gleichen Widerstandswert zurück- kehren, wodurch eine sehr genaue Regelung bzw. genaue Einhaltung des Sollwertes möglich ist. Werden bei der Rückführung Kontaktbürsten verstellt, so ergibt sich infolge Reibung stets eine gewisse mechanische Hysterese und damit eine Ungenauigkeit in der Einhaltung des Sollwertes.
Das in Fig. 3 dargestellte Heizelement enthält ein emailliertes Metallrohr 26, in welchem der spiralförmig gewickelte Heizwiderstand 27 untergebracht ist. Auf der Aussenseite des Rohres. ist in die Emaille eingeschmolzen der temperaturabhängige Widerstand 28 aufgewickelt. Hiedurch ergibt sich eine gut wärmeleitende Verbindung zwischen diesem und dem Metallrohr. Zwecks guter Wärmeisolierung ist das Ganze in einem Glasrohr 29 untergebracht, wobei dir Enden 30, 31 des Heizwiderstandes und die Enden 32, 33 des temperaturabhängigen Widerstandes in das Glas eingeschmolzen und die Röhre mehr oder weniger evakuiert sein können. Durch diese Anordnung wird die notwendige Heizleistung auf ein Minimum beschränkt und die Abkühlungszeit verlängert.
Die beschriebene elastische Rückführung mit beheizten Widerstandselementen kann natürlich nicht nur in der in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten
Schaltung, sondern z. B. auch in einer Brückenoder Potentiometerschaltung, wie solche für elektrische Regeleinrichtungen üblich sind, ver- wendet werden. Sie eignet sich grundsätzlich zur Regelung irgendwelcher physikalisch-tech- nischer Grössen, wie Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, Menge usw., wobei die Konstanten der
Heizelemente und übrigen Elemente der Regel- einrichtung natürlich den Verhältnissen anzu- passen sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrische Regeleinrichtung mit elastischer
Rückführung, dadurch gekennzeichnet, dass in
EMI2.1
eingeschaltet sind, von denen der eine beim Öffnen und der andere beim Schliessen des Regelorgans (R) beheizt wird, derart, dass das Regelorgan (R) nach einer bestimmten Verstellzeit selbsttätig zur Ruhe kommt.