DE601932C - Einrichtung zum Regeln beliebiger physikalischer Groessen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung, bei welcher die zu regelnde Größe durch Ein- und Ausschalten eines oder mehrerer Regelstromkreise beeinflußt wird. Gemäß der Erfindung dient als Schaltvorrichtung für das Ein- und Ausschalten des oder der Regelstromkreise ein aus einem einzigen Stück bestehender, wellenförmig gebogener Bimetallstreifen, der an Wendepunkten der Wellenkurve eingespannt ist. Dabei schließt der auf die zu regelnde Größe ansprechende Regler erst seinerseits einen oder mehrere Steuerstromkreise, in denen eine Heizwicklung liegt, die jeweils nur die konvexen oder nur die konkaven Halbwellen heizt: Da der Bimetallstreifen im Gegensatz zu den bisher bekannten Bimetallschnappfedern aus einem einzigen Stück besteht und über dessen ganze Länge kein Wechsel der Lage seiner Metallschichten eintritt, ist es auch nicht möglich wie bei anderen Reglern, die die Schnappbewegung veranlassende Temperaturerhöhung gleichzeitig auf konkave und konvexe Halbwellen einwirken zu lassen. Sowohl beim Anwachsen als auch beim Kleinerwerden der zu regelnden Größe treten beim Erfindungsgegenstand Heizspulen in Tätigkeit mit der Maßgabe, daß z. B. beim Herunterregeln nur die konkaven und beim Heraufregeln nur die konvexen Halbwellen beheizt werden. Die Schnappbewegung der nicht beheizten Halbwellen erfolgt mechanisch durdi Mitnahme durch die beheizten, da ja der ganze Bimetallstreifen aus einem Stück besteht. Eine schnelle Kontaktgebung bzw. -öffnung wird dadurch erreicht, daß die Kontakte gemäß der weiteren Erfindung an nicht beheizten Halbwellen angebracht sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Abbildung dargestellt, und zwar handelt es sich hier um die Regelung einer Kühlanlage, z. B. eines Kühlschrankes, dessen Verdichter von einem Elektromotor 1 angetrieben wird. Der Motor 1 ist ein Wechselstrommotor mit einer Hauptphase 2 und einer Hilfsphase 3, in deren Stromkreis zur Erzeugung der erforderlichen Phasenverschiebung ein Kondensator 4 eingeschaltet ist. 5; und 6 sind die Anschlußklemmen für das Wechselstromnetz. Der Stromkreis für den Motor ι läuft von der Klemme 5 über einen Teil der rechten Halbwelle 7 eines gemäß der Erfindung weUenfßrmig gebogenen Bimetallstreifens über den Kontakt 21, die Klemme 9, den Verzweigungspunkt 10 und die Haupt- und Hilfsphase 2 und 3 nach der Klemme 6.

11 ist eine Vorrichtung, die zur Messung der zu regelnden Größe und zur Kontaktgabe für die Steuerstromkreise dient. Sie besteht aus einem Federungskörper 12, der durch das Rohr 13 mit dem Innenraum des Kühlschranks oder mit dem Verdichter in Verbindung steht. In dem ersten Fall wird auf konstante Kühlschranktemperatur, in dem zweiten Fall auf konstanten Verdichterdruck geregelt. Der Federungskörper 12 drückt mit

einer Spitze gegen einen Regelarm 14, der bei

15 drehbar gelagert ist und von einer Feder

16 nach oben gedrückt wird. Sinkt beispielsweise die Temperatur des Kühlschranks, so zieht sich der Federungskörper 12 zusammen und der Hebel 14 geht nach oben. Bei Unterschreitung einer bestimmten Kühlraumtemperatur berührt er mit seinem rechten Hebelende den oberen Anschlagkontakt 17. Durch diese Berührung wird ein Steuerstromkreis geschlossen, der von der Netzklemme 5 über einen Teil der linken Halbwelle 8 des wellenförmig gebogenen Bimetallstreifens, den Kontakt 19, durch die Heizwicklung 18, den Kontakt 17 und den Hebelarm 14 nach der Netzklemme 6 verläuft. Durch den durch diesen Steuerstromkreis fließenden Strom wird die Heizwicklung 18 und damit auch die nach unten durchgebogene Halbwelle 8 des Bimetallstreifens geheizt. Der Bimetallstreifen ist so angeordnet, daß die in der Zeichnung unten, d. h. die nach dem Kontakt 19 zu gelegene Seite des Streifens einen kleineren Ausdehnungskoeffizienten besitzt als die nach oben, d. h. nach dem Kontakt 20 zu gelegene Seite. Unter dem Einfluß der von der Heizwicklung 18 erzeugten Wärme dehnt sich die obere Seite der Halbwelle 8 stärker aus als die untere Seite. Um eine stabile Lage einnehmen zu können, schnappt die Halbwelle 8 nach oben. In dem Augenblick, in dem die Halbwelle 8 während ihrer Schnappbewegung etwa durch ihre mittlere Lage hindurchgeht, überträgt sie ihre Bewegung auch auf die rechte, nicht beheizte Halbwelle 7, so daß diese jetzt ganz plötzlich nach unten schnappt und den Kontakt 21 für den Hauptstromkreis ruckartig unterbricht. Die neue Lage der Bimetallfeder ist in der Zeichnung strichpunktiert dargestellt. Der Steuerstromkreis über die Heizwicklung 18 ist jetzt, da der Kontakt 19 ,geöffnet ist, unterbrochen, und über den jetzt geschlossenen Kontakt 20 ist der zweite Steuerstromkreis über die Heizwicklung 22 vorbereitet.

Durch die Unterbrechung des Hauptstromkreises bei 21 wird der Motor 1 stromlos und bleibt stehen. Die Temperatur in dem Kühlraum m kann infolgedessen wieder ansteigen, und der Federungskörper 12 des Reglers dehnt sich wieder aus. Ist eine bestimmte Kühlraumtemperatur überschritten, so berührt der Hebel 14 den unteren Anschlagkontakt 23, wodurch der zweite Regelstromkreis eingeschaltet wird. Dieser zweite Regel Stromkreis läuft von der Netzkammer 5 über den rechten Teil der linken Halbwelle 8 der Bimetallfeder, den Kontakt 20, die Heizwicklung 22, den Kontakt 23 über den Hebel 14 nach der Netzklemme 6. Es wird jetzt nur die rechte Halbwelle der Bimetallfeder beheizt. Nach genügender Erwärmung schnappt die rechte Halbwelle nach oben und bewegt gleichzeitig die linke Halbwelle nach unten. Hierdurch wird der Kontakt 21 ruckartig wieder eingeschaltet und der Motor 1 wieder in Betrieb genommen. Cie linke HalbweEe hat bei der Schnappbewegung den Steuerstromkreis für die Heizwicklung 22 unterbrochen und den Steuerstromkreis für die Heizwicklung 18 durch Schließung des Kontaktes 19 vorbereitet.

Mit der aus den Teilen 7 und 8 bestehenden wellenförmigen Bimetallfeder ist ein isolierter Stab 24 verbunden, der dazu dient, die eine Schnappbewegung der wellenförmigen Feder auf eine zweite Bimetallfeder 25 zu übertragen. Diese Feder 2 5 hat die Aufgabe, zum Anlassen des Motors 1 einen besonderen Anlaufstromkreis zu schaffen, der nach einer gewissen Zeit wieder ausgeschaltet werden soll. Beim Abschalten des Motors, d. h. beim Öffnen des Kontaktes 21, wird der Stab· 24 von der rechten Halbwelle 7 der wellenförmigen Feder nach unten bewegt und drückt derart auf die Feder 25, daß diese in ihre zweite (strichpunktiert gezeichnete) Gleichgewichtslage überspringt. In dieser Lage schließt die Feder 25 zwei Kontakte 26 und 27. Durch den Kontakt 26 wird ein Stromkreis geschlossen, durch den der Kondensator 28 über die Klemme 30 zu dem Kondensator 4 parallel geschaltet wird.

Wenn dann später der 'Motor durch Schließen des Kontaktes 21 wieder eingeschaltet wird, ist infolge der Parallelschaltung die resultierende Kapazität, die vor der Hilfsphase 3 liegt, wesentlich größer als mit dem Kondensator 4 allein vor der Hilfsphase. Der Motor ι kann infolgedessen mit einem sehr kräftigen Drehmoment anlaufen. Da durch die Feder 25 in ihrer gestrichelten Lage auch der Kontakt 27 geschlossen ist, liegt beim Anlaufen des Motors 1 (d. h. bei geschlossenem Kontakt 21) auch die Heizwicklung 29 der Bimetallfeder 25 an Spannung. Diese Heizwicklung ist so ausgebildet, daß nach einer gewissen Zeit, die etwa gleich der von dem Motor ι benötigten Anlaufzeit ist, eine genügend große Erwärmung vorhanden ist, um ein Umschnappen der Feder 25 herbeizuführen. Die Feder schnappt dann in die Lage um, wie sie in der Zeichnung fest ausgezogen dargestellt ist. In dieser Lage sind der Kondensator 28 und die Heizwicklung 29 wieder abgeschaltet. Da in diesem Fall die Abschaltung nur in Abhängigkeit von der Netzspannung und nicht von dem Strom erfolgt, kann die Anordnung für Motoren beliebiger Größe verwendet werden.

Es ist zweckmäßig, den Schaltkontakt 21

auf derjenigen Halbwelle der Bimetallfeder anzuordnen, die für die Unterbrechung dieses Kontaktes nicht beheizt wird. Der Schaltkontakt 2i sitzt, wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, auf der Halb welle J, und für das Abschalten wird die andere Halbwelle 8 beheizt. Die Bedeutung einer solchen Anordnung erkennt man, wenn man den Schaltvorgang im einzelnen verfolgt: Bei der Erwärmung der Halbwelle 8 schnappt diese nicht gleich von der einen Endlage in die andere über, sondern sie bewegt sich zunächst allmählich von ihrer seitherigen Endlage auf eine - mittlere Lage zwischen den beiden Endlagen zu. Würde man daher den Hauptabschaltkontakt auf der beheizten Feder anordnen, so könnte es beim Abschalten infolge der anfänglich langsamen Bewegung der Feder zu einem Schmoren der Kontakte kommen. Für die Kontakte der Heizstromkreise ist ein solches Schmoren nicht zu befürchten. Denn diese Stromkreise sind rein Ohmsehe Stromkreise mit einer sehr geringen Wattleistung. Um jedoch auch für die Heizstromkreise ein zu frühes Unterbrechen zu verhindern, sind die Kontakte 19 und 20 als Federungskontakte ausgebildet, so daß sie während der anfänglich langsamen Bewegung der Bimetallfeder gegen diese anfedern und ihre Bewegung bis ungefähr in die mittlere Lage zwischen den beiden Endlagen der Bimetallfeder mitmachen und den Kontakt geschlossen halten, so daß der Heizstrom während; der ganzen Zeit ununterbrochen fließen kann. Während dieser langsamen Bewegung der linken Halbwelle 8 bleibt die rechte Halbwelle 7 noch vollkommen in Ruhe. Der Kontakt 21 ist während dieser ganzen Zeit noch fest geschlossen. Erst nachdem die beheizte Halbwelle 8 ihre mittlere Lage ungefähr erreicht hat, schnappt sie plötzlich in die gestrichelte Lage über und reißt die unbeheizte Halbwelle 7 mit sich, so daß diese ruckartig den Kontakt 21 unterbricht.

Die beschriebene, wellenförmig gebogene Bimetallfeder eignet sich nicht nur in solchen Fällen, wo es sich darum handelt, zur Regelung einen Stromkreis ein- oder auszuschalten, sondern auch für solche Falle, in denen zum Höherregeln auf einen und zum Tieferregeln auf einen anderen Stromkreis eingeschaltet werden muß. Solche Fälle liegen z. B. vor, wenn zum Höherregeln ein Elektromotor in der einen und zum Tieferregeln in der anderen Richtung umlaufen soll. Für solche Fälle braucht nur in dem gezeichneten Ausführungsbeispiel für die Durchbiegung der rechten Halbwelle 7 der Bimetallfeder auch nach unten hin ein zweiter Anschlagkontakt vorgesehen zu werden. Beim Tieferregeln wird dann infolge der Durchbiegung der Halbwelle 7 nach oben ein Kontakt entsprechend Kontakt 2i und beim Höherregeln infolge der Durchbiegung der Halbwelle 7 nach unten der zweite Kontakt geschlossen. Man kann auch zur Regelung mehrerer Stromkreise eine Bimetallfeder mit mehr als zwei Halbwellen verwenden.

Die Feder 25, deren Stellung von der Lage der wellenförmigen Bimetallfeder mit abhängig ist, kann natürlich auch für das Ein- und Ausschalten von Anlaßstromkreisen beliebiger Art, z. B. für das Ein- und Ausschalten von Anlaßwiderständen, verwendet werden.

Die Regeleinrichtung mit der wellenförmig gebogenen Bimetallfeder hat gegenüber bekannten Regeleinrichtungen mit magnetischen Zwischenrelais den Vorteil, daß die Bimetallfeder eine sehr geringe Bauhöhe besitzt und vollkommen geräuschlos arbeitet.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Regeln beliebiger physikalischer Größen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schließen und Unterbrechen eines oder mehrerer Stromkreise ein aus einem einzigen Stück bestehender, wellenförmig gebogener, an den Wendepunkten der Wellenkurve eingespannter Bimetallstreifen dient, von dem jede Schicht über seine ganze Länge auf der gleichen Seite liegt und dessen einzelne Halbwellen Heizwicklungen besitzen, deren Stromkreise vom Regelgerät geschlossen werden und die so geschaltet sind, daß entweder nur die konvexen oder nur die konkaven Halbwellen geheizt werden.

2. Einrichtung nach Anspruch r, da- too durch gekennzeichnet, daß von der einen Halbwelle (8) des Streifens die Stromkreise der Heizwicklungen zweier benachbarter Halbwellen vorbereitet und von der dieser Halbwelle benachbarten Halbwelle (7) die zu regelnden Stromkreise gesteuert werden.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Halbwelle (8) in ihrer einen Endstellung den Stromkreis ihrer eigenen Heizwicklung und in der anderen Endstellung den Stromkreis der Heizwicklung der benachbarten HalbweEe schließt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwicklungen mit den von der einen Halbwelle (8) des Bimetallstreifens betätigten Kontakten derart verbunden sind, daß jeweils der Stromkreis derjenigen Heizwicklung, die ein Umschnappen des Streifens veranlaßt hat, unterbrochen wird.

5· Einrichtung nach Anspruch ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwicklungen zweier benachbarter Halbwellen mit einer der zu regelnden Größe beeinflußten Kontaktvorrichtung derart verbunden sind, daß die Heizwicklung der einen Halbwelle dann eingeschaltet wird, wenn die zu regelnde Größe zu klein, und daß die Heizwicklung der anderen HaIbwelle dann eingeschaltet wird, wenn die zu regelnde Größe zu groß ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bimetallstreifen mit zwei Halbwellen verwendet ist, der an seinen Enden und in der Mitte eingespannt ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Unterbrechung des Schaltkontaktes (21)

ao des Hauptstromkreises diejenige Halbwelle des Bimetallstreifens beheizt wird, auf welcher dieser Kontakt nicht angeordnet ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 7, as dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkontakte (19 und 20) für die Heizstrom- kreise als Federungskontakte ausgebildet sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 8, bei welcher beim Höherregeln ein Motor eingeschaltet und beim Tieferregeln der Motor wieder ausgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der wellenförmige Bimetallstreifen beim Ausschalten des Hauptstromkreises den Anlaßstromkreis vorbereitet.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ausschalten des Hauptstromkreises durch den wellenförmigen Bimetallstreifen ein zweiter, zwei stabile Ruhelagen besitzender Bimetallstreifen in diejenige Ruhelage gebracht wird, in welcher er den Anlaßstromkreis für den Motor vorbereitet.

11. Einrichtung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bimetallstreifen eine im eingeschalteten Zustand des Motors an der Netzspannung liegende Heizwicklung besitzt, durch deren Einwirkung der Bimetallstreifen den Anlaßstromkreis unterbricht. ·

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen