DE1004304B - Vorrichtung zur selbsttaetigen Regelung der Temperatur eines elektrischen Ofens - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung der Temperatur eines mittels eines Widerstandselementes beheizten elektrischen Ofens. Vielfach besteht dieses Heizelement aus einem hochschmelzenden Metall, wie z. B. Molybdän oder Wolfram. Bei derartigen Vorrichtungen erfolgt die Regelung dadurch, daß der das Heizelement durchfließende Strom derart geändert wird, daß bei einer zu hohen Ofentemperatur der Strom verringert wird. Dies kann z. B. mittels eines Vorschaltwiderstandes erfolgen, der durch das selbsttätige Regelorgan, etwa mit Hilfe eines Relais, bei übermäßiger Ofentemperatur in Reihe mit dem Heizwiderstand des Ofens geschaltet wird. Wenn danach die Temperatur wieder unter den gewünschten Wert abfällt, wird der Widerstand wieder vom Relais kurzgeschlossen. Bei dieser Regelung schwankt der Strom immer zwischen zwei Werten. Auch dauernde Regelung ist möglich, ζ B. durch Änderung einer Induktivität oder durch dauernde Änderung eines Vorschaltwiderstandes. Weiter kann die Speisespannung dadurch unmittelbar geändert werden, daß die Sekundärwicklung des Speisetransformators mit Anzapfungen versehen wird. In diesen Fällen kann das Regelorgan ein Motor sein, der einen Gleitkontakt verstellt.

Der Ofen wird vorzugsweise mit Wechselstrom gespeist, der dem Netz über einen Transformator entnommen wird.

Das selbsttätige Regelorgan wird von einer elektrischen Größe gesteuert, die sich mit der Ofentemperaiur ändert. Dies kann in bekannter Weise unter Zuhilfenahme eines Thermoelementes erfolgen, von dem die eine Schweißstelle im Ofen oder in der Nähe des Ofens angebracht ist, wobei der Schweißstelle Wärme durch Leitung oder Strahlung übertragen wird. Die Spannung des Thermoelementes wird im allgemeinen mittels eines Verstärkers mit gesteuerten Entladungsröhren verstärkt, und die verstärkte Spannung steuert das Regelorgan.

Auch ein Widerstandsthermometer kann verwendet werden, das einen Widerstand mit hohem positivem oder negativem Temperaturkoeffizieten hat. In diesem Fall wird in gleichfalls bekannter Weise eine Wheatstonesche Brücke verwendet und in einen ihrer Zweige der Widerstand mit hohem Temperaturkoeffizienten eingeschaltet. Letzterer wird im Ofen oder in seiner Nähe angeordnet. Die Ausgangsspannung der Brückenschaltung wird zur Steuerung des Regelorgans verwendet. Die Einstellung ist meistens derart, daß die Brücke im Gleichgewicht ist, wenn der Ofen die gewünschte Temperatur hat.

Da derartige Regeleinrichtungen sich häufig schwierig im Ofen unterbringen lassen und zum Teil auch ziemlich träge wirken, ist weiter vorgeschlagen wor-Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung der Temperatur eines elektrischen Ofens

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampeniabrieken, Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dipl.-Ing. K. Lengner, Patentanwalt, Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität: Niederlande vom 9. November 1953

Adriaan Hendrik van Gorcum,

Eindhoven (Niederlande), ist als Erfinder genannt worden

den, dem Heizelement selbst unmittelbar eine Spannung zu entnehmen, um das Regelorgan zu steuern. Wenn das Heizelement aus einem Metall mit hohem Temperaturkoeffizienten besteht, bildet sein Widerstand und mithin auch die Spannung am Element bei einer bestimmten Stromstärke ein direktes Maß für seine Temperatur. Diese wird vielfach nicht sonderlich von der zu regelnden Temperatur des Ofens selbst abweichen. Die Spannung am Heizelement bzw. an einem Teil desselben kann also zur Steuerung des Regelorgans dienen, wobei die Temperatur des Heizelementes auf einem im wesentlichen konstanten Wert gehalten werden kann.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelvorrichtung von der letztgenannten Art. Es könnte hierbei entsprechend anderen Regeleinrichtungen mit Widerstandsthermometern der Heizwiderstand mit hohem Temperaturkoeffizienten einen Teil einer Brückenschaltung bilden, und die anderen Brückenzweige könnten temperaturunabhängige Widerstände sein. Hierbei würde des Heizelement in Reihe mit einem temperatuirunabhängigen Widerstand an die Speisespannung angeschlossen sein, wodurch im letztgenannten Widerstand eine ziemlich beträchtliche Energiemenge verlorengehen würde. Die Erfindung zielt auf eine Schaltungsanordnung ab, bei der dieser Nachteil in viel geringerem Maße auftritt.

Die Erfindung besteht darin, daß bei einer Vorrichtung zur selbsttätigen Temperaturregelung eines elektrischen Ofens, der mittels eines Heizelementes mit hohem Temperaturkoeffizienten des Widerstandes

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beheizt wird und bei dem das Regelorgan entsprechend dem Widerstaiidswert des Heizelementes gesteuert wird, dieses Regelorgan nicht nur \*on der Spannung am Heizelement, sondern auch von einer Spannung gesteuert wird, die dem das Heizelement durchfließenden Strom nahezu proportional ist.

Zu diesem Zweck kann die Vorrichtung derart ausgebildet sein, daß in dem zum Steuern des Regelorgans bestimmten Kreis außer einer unmittelbar von

gegriffen wird, die in Reihe mit der am Widerstand auftretenden Spannung der Sekundärwicklung des Stromwandlers 5 geschaltet und im Eingangskreis eines im vorliegenden Fall als eine einzige Triode 5 dargestellten Verstärkers wirksam ist. Der Ausgangskreis des Verstärkers enthält eine Relaiswicklung 9, die, wenn die im Eingangskreis des Verstärkers, d. h. zwischen Gitter und Kathode der Triode 8, wirksame Spannung mit der Anodenspannung in

der Spannung am Heizelement abgeleiteten Spannung io Phase ist, von einem Strom durchflossen wird, der eine dem Strom nahezu proportionale Spannung wirk- den Kontakt 10 schließt. Infolgedessen wird die sam ist, die der erstgenannten Spannung entgegen- Wicklung 11 eines Schützes 12 erregt, dessen Konwirkt, takte den Widerstand 4 kurzschließen. Die Einstellung

Bei Wechselstromversorgung wird die zweite ist derart, daß dies bei zu niedriger Ofentemperatur Spannung vorzugsweise der Sekundärwicklung eines 15 erfolgt. Der Strom und die Spannung am Element 3 Stromwandlers entnommen, dessen Primärwicklung in nehmen infolgedessen plötzlich zu, und die Ofen-Reihe mit dem Heizelement an der gleichen Wechsel- temperatur wächst. Infolgedessen nimmt auch der stromquelle liegt. Die erstgenannte Spannung oder Widerstand des Elementes 3 zu. Der das Element 3 ein konstanter Teil derselben kann mittels eines durchfließenden Strom nimmt dann wieder allmählich parallel zum Heizelement geschalteten Spannungs- 20 ab, wodurch nach einer gewissen Zeit, die im wesentteilerwiderstandes von diesem Element abgegriffen liehen durch die Wärmeträgheit des Ofens bedingt werden. ist, das Relais 9, 10 abfällt. Dies erfolgt bei einer

Die Differenzspannung kann, wie an sich üblich, Temperatur, welche die gewünschte Ofentemperatur mittels eines Verstärkers mit mindestens einer ge- etwas übersteigt. Der Widerstand 4 wird dann wieder steuerten Entladungsröhre verstärkt werden. Die 25 eingeschaltet, und die Ofentemperatur nimmt wieder Anode(n) dieser Röhre(n) kann (können) hierbei ab. Die Ofentemperatur schwankt fortwährend um die ebenfalls unmittelbar mit Wechselstrom gespeist gewünschte Betriebstemperatur. Bei einer Änderung werden, dessen Phase mit der der Differenzspannung der Verhältnisse, z. B. bei Belastungsänderungen des zumindest annähernd übereinstimmt. Die Einstellung Ofens, würde die Temperatur auf den gleichen Wert kann hierbei derart sein, daß das als Regelorgan 30 geregelt werden, und nur das Verhältnis zwischen der

dienende Relais gerade in oder außer Tätigkeit ist, wenn der Unterschied der genannten Spannungen gleich Null ist. Die Regelung erfolgt hier entweder mittels eines Vorschaltwiderstandes, über den das

Dauer der Periode, während der der Widerstand 4 eingeschaltet ist, und der Dauer der Periode, während der er ausgeschaltet ist, wird ein wenig geändert. Es hat sich gezeigt, daß das Ein- bzw. Ausschalten

Heizelement gespeist und der vom Relais ein- oder 35 des Widerstandes 4 das Ansprechen des Relais kaum ausgeschaltet wird, oder mittels einer vorgeschalteten beeinflußt; hierbei wird sich sowohl die Spannung

am Widerstand 6 als auch die am Widerstand 7 im gleichen Maße ändern. Da diese Spannungen einander entgegenwirken, bleibt die Spannung im Eingangs-

Drossel, die die Spannung je nach der Ofentemperatur
zeitweise erniedrigt oder erhöht. Es handelt sich im
vorliegenden Fall um eine sogenannte Zweilagenregelung, d. h., es gibt zwei verschiedene periodisch 40 kreis des Verstärkers nahezu Null, abwechselnde Betriebszustände, und die Regelung der Die Vorrichtung spricht schnell auf Netzspannungsdurchschnittlich zugeführten Energie erfolgt durch Schwankungen an. Wenn die Netzspannung zunimmt, Regelung des Verhältnisses der Dauer der zwei Be- wird auch der Widerstand des Elementes 3 durch Ertriebszustände. wärmung schnell zunehmen, wodurch der Regler

Um für eine gewünschte Betriebstemperatur des 45 schnell tätig wird.

Ofens die benötigte Leistung annähernd einstellen zu Die gewünschte Betriebstemperatur ist innerhalb

können, hat die Speisung über einen Transformator bestimmter Grenzen durch Verstellung des Gleit-

zu erfolgen, dessen Sekundärwicklung mit Anzapfun- kontaktes des Spannungsteilers 6 einstellbar,

gen versehen ist. Wie. im folgenden erläutert, ist es Sollen die Betriebstemperaturen innerhalb weiterer

hierbei angebracht, den zur selbsttätigen Regelung 50 Grenzen einstellbar sein, so ist es erforderlich, außer-

dienenden Widerstand über den Primärkreis und den Sekundärkreis zu verteilen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der zwei Ausführungsbeispiele dargestellt sind.

In Fig. 1 ist die an das Netz angeschlossene Primärwicklung eines Speisetransformators mit 1 bezeichnet. Die z. B. eine Spannung von der Größenordnung von 50 V liefernde Sekundärwicklung 2 speist das zur Ofenbeheizung dienende Widerstandselement 3 über einen Vorschaltwiderstand 4 und die Primärwicklung eines Stromwandlers 5. Das Element 3 besteht aus einem hochschmelzenden Metall, wie z. B. Platin, Molybdän oder Wolfram, mit einem hohen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes. Dieser ist bei den genannten Metallen ungefähr 0,5% je ° C. Diese Eigenschaft wird zur selbsttätigen Regelung der Ofentemperatur benutzt.

Parallel zum Widerstandselement 3 ist ein Span-

dem die Sekundärwicklung 2 des Speisetransformators mit Anzapfungen zu versehen, so daß die Speisespannung geändert werden kann. Eine derartige Schaltungsanordnung ist in Fig. 2 abgebildet.

Die Schaltungsanordnung gemäß der Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 weiter darin, daß sowohl an der Sekundärseite als auch an der Primärseite des Speisetransformators ein Vorschaltwiderstand angeordnet ist. Diese Widerstände 4 und 14 können mittels der Schaltkontakte 15 und 16 des Schützes 11 überbrückt bzw. eingeschaltet werden. Mittels des veränderbaren Abgriffs 13 an der Sekundärwicklung kann die Speisespannung beliebig abgegriffen werden.

Das Verteilen des Vorschaltwiderstandes über den Primär- und den Sekundärstromkreis des Speisetransformators zielt darauf ab, die bei der Regelung auftretenden Schwankungen der zugeführten Leistung bei sämtlichen Einstellungen der Betriebstemperatur

nungsteilerö geschaltet, von dem eine Spannung ab- 70 nahezu auszugleichen. Wäre der Vorschaltwiderstand

ausschließlich im Primärkreis angeordnet, so würde die Leistungsänderung beim Ein- bzw. Ausschalten des Schützes bei niedrigen Ofentemperaturen gering sein, da dann der Kontakt 13 an einem niedrigen Punkt der Sekundärwicklung 2 eingestellt sein wird und der Ofen mit seinem Speisetransformator eine Belastung von verhältnismäßig großem Widerstand bildet, wobei das Hinzufügen eines Widerstandes 14 den Strom wenig beeinflußt.

Bei höheren Betriebstemperaturen wäre die Beeinflussung viel größer. Wenn hingegen der Vorschaltwiderstand in Reihe mit der Sekundärwicklung liegen würde, so wäre das umgekehrte der Fall. Wenn nach der Erfindung bei der geschilderten Regelvorrichtung die Vorschaltwiderstände in einem günstig gewählten Verhältnis über den Primärkreis und den Sekundärkreis verteilt werden, ist erzielbar, daß die Leistungsänderung beim Schalten im Verhältnis zur Gesamtleistung annähernd konstant ist, unabhängig von der Einstellung des Kontaktes 13. ao

Das Verhältnis zwischen dem Vorschaltwiderstand auf der Primärseite, das richtig etwa gleich 60 zu wählen wäre, und dem Vorschaltwiderstand kann, wenn die Sekundärspannung 30 bis 50 V und die Primärnetzspannung 380 V beträgt, unbeschadet sogar etwa gleich 25 gewählt werden.

Die Absolutwerte der Vorschaltwiderstände werden möglichst klein gewählt, um die darin auftretenden Verluste zu beschränken. Sinngemäß sollen sie so groß sein, daß Netzspannungsschwankungen und die beim Betrieb auftretenden Überlastungsschwankungen durch die Regelung ausgeglichen werden können.

Die Leistungsänderung beim Übergang von dem einen in den anderen Betriebszustand kann auch durch Ein- oder Ausschalten einer Drossel in Reihe mit der Primärwicklung 1 des Speisetransformators erfolgen.

Claims (8)

Patentanspküche:

1. Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung der Temperatur eines mittels eines Widerstandselementes mit hohem Widerstandstemperaturkoeffizienten beheizten elektrischen Ofens, bei der das Regelorgan entsprechend dem Widerstand des Heizelementes gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelorgan nicht nur von der Spannung am Widerstandselement, sondern auch von einer Spannung gesteuert wird, die dem das Widerstandselement durchfließenden Strom nahezu proportional ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zum Steuern des Regelorgans dienenden Kreis außer einer von der Spannung am Widerstandselement abgeleiteten Spannung eine dem Strom nahezu proportionale Spannung wirksam ist, die der erstgenannten Spannung entgegenwirkt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spannung der Sekundärwicklung eines Stromwandlers entnommen wird, dessen Primärwicklung in Reihe mit dem Widerstandselement an der gleichen Wechselstromquelle liegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spannungen im Eingangskreis eines Verstärkers mit mindestens einer Röhre wirksam sind, deren Ausgangsstrom das Regelorgan steuert.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelorgan ein Relais besitzt, mit dem ein vor dem Widerstandselement liegender Vorschaltwiderstand oder eine vorgeschaltete Drossel ein- oder ausgeschaltet wird.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erstgenannte Spannung von einem parallel zum Widerstandselement geschalteten Spannungsteiler abgegriffen wird.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisung über einen Transformator erfolgt, dessen Sekundärspannung einstellbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl an der Primärseite als auch an der Sekundärseite des Transformators ein von der Regelvorrichtung kurzschließbarer Vorschaltwiderstand angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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