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Einrichtung zur elektrischen Impulsgabe Die Erfindung bezieht sich
auf eine Einrichtung zur elektrischen Impulsgabe mit einem abwechselnd elektrisch
aufgeheizten und sich wieder abkühlenden Wärmeträgheits-System. Dabei besteht die
Aufgabe, einen Impulsgeber zu schaffen, der mit zuverlässigen und billigen Mitteln
große Periodendauern erreicht, insbesondere im Bereich von etwa einer Viertelstunde
bis zu einer vollen Stunde.
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Elektrische Impulsgeber mit einem Wärmeträgheits-System sind vielfach
schon durch Bimetallanordnungen realisiert worden.
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Beim Aufheizen eines sich thermisch verformenden Körpers nimmt dieser
nach einer gewissen Zeit eine von seiner Ruhestellung abweichende Lage ein und kann
dadurch einen mechanischen Schaltkontakt betätigen, der die elektrische Heizleistung
unterbricht.
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Beim darauffolgenden Abkühlvorgang deformiert sich der Körper wieder
in Richtung seiner Ursprungslage. Sobald er seine Ruhestellung wieder erreicht hat,
wird abermals ein Kontakt betätigt, der die Heizleistung wieder herstellt, sodaß
das Spiel von neuem beginnt.
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Diese bekannte Anordnung weist den Nachteil auf, daß die Kontaktgabe
und damit die Periodendauer ungenau ist, abgesehen davon, daß der deformierbare
Körper Alterungserscheinungen unterworfen ist und mit der Zeit immer unsicherer
arbeitet. Die Erfindung strebt demgegenüber die Vermeidung mechanisch beweglicher
Teile im Wärmeträgheits-System an. Die Erfindung besteht darin, daß das Wärmeträgheits-System
durch eine Kombination
eines heizenden Kaltleiters mit mindestens
zwei von diesem beheizten Kaltleitern gebildet ist. Die Kennlinien der beheizten
Kaltleiter weisen dabei insbesondere unterschiedliche Anlaufwerte auf. Die beiden
beheizten Kaltleiter können so für die Grenzwertbildung der oberen und der unteren
Temperaturwerte herangezogen werden. Die Anlaufwerte liegen dann jeweils im Bereich
der vorgesehenen Temperaturen. So kann beispielsweise als unterer Grenzwert eine
Temperatur von 400C gewählt werden, die die höchste auftretende Umgebungstemperatur
gerade noch übertrifft, während als oberer Grenzwert beispielsweise eine Temperatur
von 1200C dienen kann.
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Um die Periodendauer zu beeinflussen, kann die Betriebsspannung einstellbar
gemacht werden.Auf diese Weise oder durch ähnliche Maßnahmen kann die Heizleistung
im Kaltleiter den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden. Darüber hinaus oder
auch für sich allein können die Zeiten der Aufheizung und Abkühlung durch mechanische
Verstellung kopplungsbedingter Größen beeinflußt werden. Eine variable thermische
Kopplung zwischen beheizendem Kaltleiter und beheizten Kaltleitern sowie Maßnahmen
zur verstärkten oder verminderten WärmeabSuhr können angewendet werden.
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Die einzelnen kaltleiter werden zweckmäßig in Massen eingebettet,
die bei hinreichender elektrischer Isolierung el.:de hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
So können diese Kaltleiterwiderstände z.B. zusammen mit ihren Einbettmassen in einer
Metallhülse oder in einem anderen gut wärmeleitenden Rohrkörper angeordnet sein
und dort insbesondere verschieblich angebracht werden. Eine wärmeisolierende äußere
Hülle verzögert die Abkühlungsgeschwindigkeit des ganzen Systems und kann insbesondere
im Bereich der signalgebenden Kaltleiter angeordnet werden.
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ttber diese Kaltleiteranordnung können Relais mit ausreichender Genauigkeit
unmittelbar geschaltet werden. Die Schaltung kann dabei im Sinne einer Doppelkippschaltung
mit mechanischen
Relais oder mit einer elektronischen kontaktlosen
Anordnung ausgestaltet sein. Bei Erreichen bestimmter Widerstands-, Strom- oder
Spannungswerte erfolgt jeweils eine Umschaltung bzw. das Ansprechen eines bestimmten
Relais.
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Um das Zeitverhalten unabhängig von der Umgebungstemperatur nahezu
weitgehend konstant zu halten, kann eine geeignete Beeinflussung der Heizepannung
bzw. des Heizstromes für den heizenden Kaltleiter vorgesehen sein. Zu diesem Zweck
kann z.B. eine Kombination eines heizenden Kaltleiters mit einem unbeheizten Heißleiter
in Parallelschaltung verwendet werden, wobei diesen beiden veränderlichen Widerständen
ein gemeinsamer Vorschaltwiderstand zugeordnet wird. Der Heißleiter ist hierbei
so zu bemessen, daß seine Eigenvorwärmung vernachlässigbar klein ist.
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An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die
Figuren zeigen Ausführungsbeispiele in ihren für die Erfindung wesentlichen Teilen
in stark vereinfachter, zum Teil schematischer DarsteLlung. Gleiche oder einander
entsprechende Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel für das Wärmeträgheits-System
7 ist ein der Beheizung dienender Kaltleiter 1 in einer elektrisch isolierenden
und thermisch gut leitenden Masse 2 eingebettet. Als derartige Masse können z.B.
die unter dem Handelsnamen Durexon gebräuchlichen Stoffe oder andere mit Aluminiumpulver
angereicherte Kunstharzmassen verwendet werden.
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In ähnlicher Weise sind auch die beiden signalgebenden Kaltleiter
14 und 15 in einer gut wärmeleitenden Masse 6 eingebettet. Der Kaltleiter 1 ist
so ausgelegt, daß die von ihm erreichte obere Temperaturgrenze bei etwa 1300C liegt,
während die signaigebenden Kaltleiter 14 und 15 so dimensioniert sind, daß ihre
Kennlinien beim Kaltleiter 14 bei etwa 400C und beim Kalt:er 15 bei etwa 120ob,
signalgebend ausgenutzt werden können
Mit 3 ist eine Metallhülse
bezeichnet, die die Wärme vom aufheizenden Kaltleiter 1 zu den beheizten Kaltleitern
14 und 15 überträgt. Um die thermische Kopplung verändern zu können, ist es möglich,
die einzelnen Kaltleiter mitsamt ihren Einbettmassen innerhalb der Hülse 3 zu verschieben,
wobei gegebenenfalls auch die Hülse 3 aus zwei oder mehr teleskopartig verstellbaren
Rohrstücken zusammengesetzt sein kann. Mit 4 ist eine wärmeisolierende Hülle bezeichnet,
die die Abkühlungsgeschwindigkeit verzögert und insbesondere im Bereich der Kaltleiter
14 und 15 die Hülse 3 umgibt.
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Zur Erläuterung des Prinzips dienen die Kurvendarstellungen in den
Figuren 2, 3 und 4. In Figur 2 ist die Charakteristik des aufheizenden Kaltleiters
dargestellt, dessen Widerstandswert Rk sich mit der Temperatur tj ändert. Der Kaltleiter,
der aus einer einstellbaren Spannung gespeist wird, erwärmt sich und das mit ihm
gekoppelte Wärmeträgheits-System. Der Ausgangszustand bei Umgebungstemperatur ist
durch den Punkt A versinnbildlicht. Der ausgenutzte Arbeitsbereich erstreckt sich
beispielsweise bis zu einem Temperaturwert gemäß dem Punkt C, bei dem der Widerstand
RK einen bestimmten Wert erreicht hat.
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In Figur 3 ist die Abhängigkeit des Widerstandes RKl von der Temperatur
iJ des aufgeheizten Kaltleiters 14 veranschaulicht.
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Für den Ausgangszustand ist wiederum die Umgebungstemperatur maßgebend.
Dem Arbeitspunkt A in Figur 2 entspricht also hier der Arbeitspunkt B. Mit zunehmender
Erwärmung des Kaltleiters steigt dessen Widerstand, sodaß dem Arbeitspunkt C in
Figur 2 jetzt der Punkt D in Figur 3 entspricht, bei dem der Widerstand des Kaltleiters
stark angestiegen ist.
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In Figur 4 ist die Kennlinie für den beheizten Kaltleiter 15 veranschaulicht,
die ähnlich verläuft wie die in Figur 3 gezeigte Kennlinie des Kaltleiters 14, aber
einen anderen unteren Anlaufwert besitzt. Die Arbeitspunkte sind mit E und F bezeichnet.
Während für den Kaltleiter 14 ein Temperaturwert für die Signalgabe bei 400C angenommen
wird, beträgt diese
Temperatur für den Kaltleiter 15 beispielsweise
12000.
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Figur 5 zeigt in stark vereinfachter Form eine Schaltungsanordnung,
bei der die beiden Kaltleiter 14 und 15 unmittelbar die in Reihe zu ihnen geschalteten
Relais 11 und 12 betätigen. Eine derartige Relaisschaltung kann naturgemäß zweckmäßig
durch eine kontaktlose elektronische Schaltung ersetzt werden, lediglich zum Verständnis
der Wirkungsweise ist die Darstellung von Relaisanordnungen günstiger. Im übrigen
veranschaulicht Figur 6 darüber hinaus den zeitlichen Verlauf des Aufheiz- und Abkühlvorganges,
die beide zusammen die Periodendauer ergeben.
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Dem Kaltleiter 14 ist das Relais 11, dem Kaltleiter 15 das Relais
12 vorgeschaltet. Der aufheizende Kaltleiter 1 liegt über einen verstellbaren Vorschaltwiderstand
16 an der Betriebsspannung U.
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Im Ausgangszustand befindet sich der aufheizende Kaltleiter 1 im Arbeitspunkt
A. Dementsprechend ist auch der signalgebende Kaltleiter 14 im Ruhezustand, d.h.
für ihn ist der Punkt B maßgebend. Der Kaltleiter 14 hat jetzt einen niedrigen Widerstand,
sodaß bei aufgesehalteter Betriebsspannung U das Relais 11 anspricht. Die Arbeitskontakte
11a und 11b des Relais 11 schließen.
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Im Ausgangszustand ist auch der Kaltleiter 15 kalt und hat einen niedrigen
Widerstand (Punkt E). Infolgedessen spricht das Relais 12 an,dessen Arbeitskontakt
12a ebenfalls schließt.
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Das Relais 11 wird zunächst durch den über den Kaltleiter 14 fließenden
Strom gehalten, erhält später aber über den Selbsthaltekontakt 11a in Verbindung
mit dem Kontakt 12a weiterhin Strom. Der Arbeitskontakt 11b des Relais 11 hat inzwischen
den aufheizenden Kaltleiter 1 an die Betriebsspannung U gelegt. Die Aufheizperiode
beginnt.
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Aufheizperiode beginnt.
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Nach einer gewissen Zeit steigt mit zunehmender Erwärmung der Widerstand
K1 des Kaltleiters 14, sodaß im Punkt D der über ihn fließende Strom nicht mehr
ausreichen würde, das Relais 11 noch zu halten. Durch die geschlossenen Kontakte
11a und 12a bleibt das Relais 11 aber noch angezogen. Bei weiterem Temperaturanstieg
wird dann nach längerer Zeit der Arbeitspunkt F auf der Kennlinie des Kaltleiters
15 erreicht. Der Strom geht jetzt so stark zurück,daß das Relais 12 abfällt, Damit
öffnet sich dessenSchaltkontakt 12a; die Selbsthaltung des Relais 11 ist jetzt aufgehoben.
Das Relais 11 fällt ab und öffnet seinen Arbeitskontakt 11 b, sodaß die Heizung
des Kaltleiters 1 abgeschaltet ird. Jetzt beginnt die Abkühlperiode.
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Nach einer gewissen-Zeit spricht zwardas Relais 12 wieder an und schließt
den Kontakt 12a. Dies dient jedoch nur der Vorbereitung der neuen Aufheizperiode.
Nach Beendigung der Abkühlzeit wird beim Kaltleiter 14 der Arbeitspunkt B erreicht,
wonach das Spiel wieder von vorne beginnt.
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Die Anordnung eignet sich als Langzeit-lmpulsgeber für lange Perioden,
beispielsweise in der Größenordnung von einer halben bis zu mehrerenStunden. Der
Aufheizvorgang kann außer den geometrischen und mechanischen Gegebenheiten natürlich
auch durch die Höhe der Heizspannung beeinflußt werden. Der Abkühlvorgang ist aber
allein durchdie mechanischen Größen, die Geometrie, Wärmedämmung und Einflüsse der
Umgebung bestimmt.
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Bei stark schwankender Umgebungstemperatur können Maßnahmen getroffen
werden, um die Einflüsse der Umgebungstemperatur auf die Periodendauer zu verringern
oder ganz auszugleichen.
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Eine solche Kompensationsschaltung ist in Figur 7 veranschaulicht.
Hier ist dem aufheizenden Kaltleiter 1 ein unbeheizter Heißleiter 8 zugeordnet,
wobei dieser Parallelschaltung ein gemeinsamer Widerstand 9 vorgeschaltet ist. Der
von der Stromquelle
U gelieferte Strom J setzt sich zusammen aus
dem Strom 1 über den Kaltleiter 1 und dem Strom J8 über den Heißleiter 8. Es wird
hierbei angenommen, daß der Heißleiter 8 so ausgebildet ist, daß seine Eigenerwärmung
vernachlässigbar klein bleibt. Durch diese Schaltung gelingt es bei geeigneter Bemessung,
dem Widerstand des Kaltleiters im interessierenden Bereich eine bestimmte Charakteristik
zu geben und gegebenenfalls konstant zu halten. Der Widerstand des Heißleiters hängt
bei vernachlässigbar kleiner Eigen erwärmung nämlich praktisch nur von der Umgebungstemperatur
ab. Auf diese Weise wird der über den Kaltleiter 1 fließende Strom J1 von der Umgebungstemperatur
abhängig, und es gelingt für jede verschiedene Umgebungstemperatur.jeweils den passenden
Heizstrom für den Aufheizvorgang des Kaltleiters vorzusehen und so das Zeitverhalten
des Aufheizvorganges und damit die ganze Periodendauer konstant zu halten.
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7 Patentansprüche 7 Figuren