DE2131773A1

DE2131773A1 - DEVICE FOR ELECTRIC PULSE GIVING

Info

Publication number: DE2131773A1
Application number: DE19712131773
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl-Ing Pfister
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1971-06-25
Filing date: 1971-06-25
Publication date: 1973-02-08

Description

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.Electrical Pulse Apparatus The invention relates to to a device for generating electrical impulses with an alternating electrical heated and then cooling down thermal inertia system. There is the Task to create a driving force with reliable and cheap means large periods reached, in particular in the range of about a quarter of an hour up to an hour.

Elektrische Impulsgeber mit einem Wärmeträgheits-System sind vielfach schon durch Bimetallanordnungen realisiert worden.There are many electrical pulse generators with a thermal inertia system has already been implemented by means of bimetal arrangements.

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.When a thermally deforming body is heated, it decreases after a certain time a position deviating from its rest position and can thereby actuate a mechanical switching contact that controls the electrical heating output interrupts.

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.During the subsequent cooling process, the body deforms again towards its original position. As soon as it has returned to its resting position, a contact is activated again, which restores the heating power, so that the game starts all over again.

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.This known arrangement has the disadvantage that the contact and so the period is imprecise, apart from the fact that the deformable The body is subject to signs of aging and becomes more and more unsafe over time is working. In contrast, the invention seeks to avoid mechanically movable Share in the thermal inertia system. The invention consists in that the thermal inertia system by a combination of a heating PTC thermistor with at least two of this heated PTC thermistors is formed. The characteristics of the heated PTC thermistors in particular have different starting values. The two heated PTC thermistors can be used to create the limit values for the upper and lower Temperature values are used. The start-up values are then each in the range the intended temperatures. For example, a Temperature of 400C can be selected, which is the highest ambient temperature that occurs barely exceeds, while the upper limit value is, for example, a temperature from 1200C can serve.

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.The operating voltage can be adjusted in order to influence the period duration In this way or by similar measures, the heating output be adapted to the respective requirements in the PTC thermistor. In addition or The times of heating up and cooling down can also be by mechanical means on their own Adjustment of coupling-related variables can be influenced. A variable thermal Coupling between heating PTC thermistors and heated PTC thermistors as well as measures for increased or decreased heat dissipation can be used.

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.The individual PTC thermistors are expediently embedded in masses, which, with sufficient electrical insulation el.:de, have high thermal conductivity. For example, these PTC resistors can be used together with their investment materials in one Metal sleeve or be arranged in another highly thermally conductive tubular body and are attached there, in particular, in a displaceable manner. A heat insulating outer Shell delays the cooling rate of the whole system and can in particular be arranged in the area of the signaling PTC thermistors.

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.This PTC thermistor arrangement enables relays with sufficient accuracy can be switched immediately. The circuit can be in the sense of a double flip-flop circuit with mechanical Relay or with an electronic contactless Be designed arrangement. When reaching certain resistance, current or Voltage values are switched over or a specific one is activated Relay.

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.To the time behavior almost independent of the ambient temperature Keeping it largely constant can be a suitable way of influencing the heating voltage or the heating current for the heating PTC thermistor. To this end e.g. a combination of a heating PTC thermistor with an unheated thermistor can be used in parallel, these two variable resistances a common series resistor is assigned. The thermistor is here to be dimensioned so that its self-preheating is negligibly small.

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.The invention is to be explained in more detail with reference to the drawing. the Figures show exemplary embodiments in their essential parts for the invention in a greatly simplified, partly schematic representation. Same or each other Corresponding parts are provided with the same reference symbols in the figures.

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.In the embodiment shown in Figure 1 for the thermal inertia system 7 is a PTC thermistor 1 used for heating in an electrically insulating one and thermally highly conductive mass 2 embedded. As such a mass e.g. the substances commonly used under the trade name Durexon or others with aluminum powder enriched synthetic resin compositions are used.

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.The two signaling PTC thermistors are similar 14 and 15 embedded in a highly thermally conductive compound 6. The PTC thermistor 1 is designed so that the upper temperature limit reached by it is around 1300C, while the signaigebenden PTC thermistors 14 and 15 are dimensioned so that their Characteristic curves for PTC thermistor 14 at around 400C and for cold: he 15 at around 120ob, can be used for signaling purposes With 3 is a metal sleeve denotes that the heat from the heating PTC thermistor 1 to the heated PTC thermistors 14 and 15 transmits. In order to be able to change the thermal coupling, it is possible to to move the individual PTC thermistors together with their investment material within the sleeve 3, optionally also the sleeve 3 from two or more telescopically adjustable Pipe pieces can be assembled. 4 with a heat-insulating cover is referred to, which delays the cooling rate and especially in the area of the PTC thermistors 14 and 15 surrounds the sleeve 3.

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.The graphs in the serve to explain the principle Figures 2, 3 and 4. In Figure 2 is the characteristic of the heating PTC thermistor shown, whose resistance value Rk changes with the temperature tj. The PTC thermistor, which is fed from an adjustable voltage, heats up and that with it coupled thermal inertia system. The initial state at ambient temperature is symbolized by the point A. The utilized work area extends for example up to a temperature value according to point C, at which the resistance RK has reached a certain value.

In Figur 3 ist die Abhängigkeit des Widerstandes RKl von der Temperatur iJ des aufgeheizten Kaltleiters 14 veranschaulicht.In Figure 3 is the dependence of the resistance RKl on the temperature iJ of the heated PTC thermistor 14 illustrates.

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.The ambient temperature is again decisive for the initial state. The working point A in Figure 2 corresponds here to the working point B. With increasing If the PTC thermistor is heated, its resistance increases, so that the operating point C in FIG. 2 now corresponds to point D in FIG. 3, at which the resistance of the PTC thermistor has risen sharply.

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.In Figure 4, the characteristic curve for the heated PTC thermistor 15 is illustrated, which is similar to the characteristic curve of the PTC thermistor 14 shown in FIG. 3, but has a different lower starting value. The working points are labeled E and F. While for the PTC thermistor 14 a temperature value for the signaling is assumed at 400C is, this is Temperature for the PTC thermistor 15, for example 12000.

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.FIG. 5 shows, in a greatly simplified form, a circuit arrangement, in which the two PTC thermistors 14 and 15 are directly connected to them in series Actuate relays 11 and 12. Such a relay circuit can of course be expedient be replaced by a contactless electronic circuit, for understanding only the mode of operation is the representation of relay arrangements more favorable. Furthermore Figure 6 also illustrates the time course of the heating and cooling process, which together give the period duration.

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.The PTC thermistor 14 is the relay 11, the PTC thermistor 15 is the relay 12 upstream. The heating PTC thermistor 1 is connected to an adjustable series resistor 16 at the operating voltage U.

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.In the initial state, the heating PTC thermistor 1 is at the operating point A. Accordingly, the signaling PTC thermistor 14 is also in the idle state, i. E. point B is decisive for him. The PTC thermistor 14 now has a low resistance, so that the relay 11 responds when the operating voltage U is maintained. The working contacts 11a and 11b of relay 11 close.

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.In the initial state, the PTC thermistor 15 is also cold and has a low value Resistance (point E). As a result, the relay 12 responds, its normally open contact 12a also closes.

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.The relay 11 is initially through the flowing through the PTC thermistor 14 Current held, but is later connected via the self-holding contact 11a with the contact 12a still current. The normally open contact 11b of the relay 11 has meanwhile the heating PTC thermistor 1 is connected to the operating voltage U. The warm-up period begins.

Aufheizperiode beginnt.The heating-up period begins.

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.After a certain time, the resistance increases as the temperature increases K1 of the PTC thermistor 14, so that at point D the current flowing through it is no longer would be sufficient to hold the relay 11. Because of the closed contacts 11a and 12a, the relay 11 remains attracted. If the temperature rises further Then after a long time the operating point F becomes on the characteristic of the PTC thermistor 15 reached. The current is now so strong that the relay 12 drops out, so its switching contact 12a opens; the latching of relay 11 is now canceled. The relay 11 drops out and opens its normally open contact 11 b, so that the heater of PTC thermistor 1 is switched off. The cool-down period now begins.

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.After a certain time the relay 12 responds again and closes contact 12a. However, this only serves to prepare for the new warm-up period. After the end of the cooling time, the PTC thermistor 14 reaches operating point B, after which the game starts all over again.

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.The arrangement is suitable as a long-term pulse generator for long periods, for example on the order of half an hour to several hours. Of the In addition to the geometrical and mechanical conditions, the heating process can of course can also be influenced by the level of the heating voltage. The cooling process is, however solely through the mechanical parameters, the geometry, thermal insulation and the influences of the Environment determined.

Bei stark schwankender Umgebungstemperatur können Maßnahmen getroffen werden, um die Einflüsse der Umgebungstemperatur auf die Periodendauer zu verringern oder ganz auszugleichen.Measures can be taken if the ambient temperature fluctuates significantly in order to reduce the influence of the ambient temperature on the period duration or to compensate entirely.

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.Such a compensation circuit is illustrated in FIG. Here the heating PTC thermistor 1 is assigned an unheated thermistor 8, A common resistor 9 is connected upstream of this parallel connection. Of the from the power source U supplied current J is composed of the current 1 via the PTC thermistor 1 and the current J8 via the thermistor 8. It is here it is assumed that the thermistor 8 is designed so that its self-heating remains negligibly small. With a suitable dimensioning, this circuit makes it possible to the resistance of the PTC thermistor in the area of interest has a certain characteristic to give and, if necessary, to keep it constant. The resistance of the thermistor depends with negligibly small self-heating, namely practically only from the ambient temperature away. In this way, the current J1 flowing through the PTC thermistor 1 is different from the ambient temperature Depending on, and it succeeds for each different ambient temperature. in each case the right one Provide heating current for the heating process of the PTC thermistor and thus the time behavior of the heating process and thus to keep the entire period constant.

7 Patentansprüche 7 Figuren7 claims 7 figures

Claims

Patent claims device for electrical impulses with a alternately electrically heated and again cooling down thermal inertia system, characterized in that the thermal inertia system by a combination of one heating PTC thermistors formed with at least two PTC thermistors heated by this is.

2. Device according to claim 1, characterized in that the heated PTC thermistors can be used for signaling and characteristic curves with different Have starting values.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized by a variable thermal coupling between heating PTC thermistors and heated PTC thermistors.

4. Device according to claim 3, characterized in that the PTC thermistor are embedded in masses which, with sufficient electrical insulation, have a high Have thermal conductivity.

5. Device according to claim 4, characterized in that the PTC thermistor together with their investment material in a metal sleeve or another highly thermally conductive one Tubular body arranged, in particular mounted displaceably.

6. Device according to claim 3 to 5, characterized in that a heat-insulating outer shell, especially in the area of the heated PTC thermistors, is provided.

7. Device according to claim 1 to 6, characterized in that the PTC thermistor to be heated is a thermistor exposed to the ambient temperature is connected in parallel with a common series resistor, with such a dimensioning of the Arrangement that the heating current for the PTC thermistor itself the ambient temperature changes in the sense of keeping the heating time constant. Blank page