Einrichtung zur zeitabhängigen Steuerung physikalischer Grössen. Es sind Einrichtungen bekannt, um physikalische Grössen zeitabhängig zusteuern. Diese Vorrichtungen sind mit dem Nachteil behaftet, dass eine einmal eingestellte zeit abhängige Funktion nur durch Auswechs lung von Steuerelementen geändert werden kann, und dass der Verlauf der eingestellten Funktion nicht ohne weiteres sichtbar ge macht ist.
Vorliegende Erfindung vermeidet zum Teil diese Nachteile. Sie erlaubt, irgendeine physikalische Grösse, wie Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, Strom, Spannung, Leistung ete., durch elektrisch betätigte Steuerorgane in Abhängigkeit von der Zeit nach einer be stimmten Steuerfunktion zu steuern, wobei diese Funktion beliebig ohne Auswechslung von Zeitelementen änderbar ist. Die ein gestellte Steuerfunktion ist zweckmässig in einem Diagrammbild (koordinatenmässig, vek- toriell) sichtbar gemacht.
Die Zeichnung veranschaulicht schema tisch ein Ausführungsbeispiel des Erfin dungsgegenstandes in seiner Anwendung zur zeitabhängigen Steuerung der elektrischen Leistung, welche ein Elektrodenheizkessel aufnehmen soll.
Fig. 1 zeigt das Schema der gesamten Einrichtung.
Fig. 2 stellt ein Beispiel einer Leistungs kurve in Abhängigkeit von der.Zeit dar. Fig. 3 zeigt ,eine Einstellungsmarkierung mittels von der Zeit abhängiger Steuer elemente der Steuervorrichtung für eine Leistungs-Zeitkurve entsprechend Fig. 2.
A (Fig. 1) ist eine Steuervorrichtung, mittels der idie Leistung in Funktion der Zeit, das heisst das gewünschte Leistungs programm, eingestellt werden kann. B ist eine Schaltuhr, um in regelmässigen Inter vallen einen Stromimpuls auf die Vorrich tung A abzugeben.
C ist ein reversierbarer elektrischer Antrieb zur Betätigung einer Elektrodenverstellvorrichtung E eines Elek- trodenkessels F, das heisst eines Kessels, in welchem mittels. der Vorrichtung E Elektro den in einer Flüssigkeit heb- und senkbar sind, um die Grösse ihrer Heizwirkung zu re- gulieren. D ist ein Differentialrelais, um den Antrieb C von der Steuervorrichtung A aus zu steuern, und zwar nach dem an und für sich bekannten System der Widerstands Differential-Regulierung.
Die Steuervorrich tung A besitzt. eine Reihe von Steuer elementen (Steuerwiderständen) mit je einem in Abhängigkeit von der Zeit einstellbaren Steuerkontakt, wobei die jeweiligen Steuer elemente von der Schaltuhr B aus nach einander einschaltbar sind, so dass die Steue rung in aufeinanderfolgenden Zeitperioden t2-t', P-t2 . , , (Fig. 2) eine durch das in Fig. 2 dargestellte Diagrammbild versinn bildlichte, zeitgesteuerte Leistung ergibt.
Es sei angenommen, die verlangte zeit abhängige Leistung sei durch eine in einem rechtwinklichen Koordinatensystem aufge tragene Kurve nach Fig. 2 veranschaulicht. Die Kurve ist hier aus sechs Stufen be stehend angenommen, es ist aber auch mög lich, das Prinzip der Schaltung durch Ver kleinerung ider Stufenintervalle und Ver grösserung der Anzahl Stufen zur Verwirk lichung irgendeiner Kurve zu verwenden.
Entsprechend den sechs Stufen der Kurve nach F'ig. 2 ist die Steuervorrichtung A der Fig. 1 mit sechs Steuerelementen w', w2 ...
11116 ausgestattet. Diese Steuerelemente be stehen hier in variablen Widerständen, deren Ohmu"ert durch Verstellen von Steuerkontak ten<I>k',</I> k2 ...<I>kg</I> beliebig zwischen Null und einem Maximalwert eingestellt werden kann. Die Steuerkontakte k' bis k sind alle unter einander elektrisch verbunden und an Klemme 1 angeschlossen.
Eine Kontaktvorrichtung 3 besitzt entsprechend den sechs Steuer elementen<I>w'</I> bis iv' sechs Kontakte cl bis c', von denen je einer mit dem entsprechenden Steuerelement u,', u,2 ... zcg in elektrischer Verbindung steht, also z.
B. c' mit w', c2 mit Wz usf. Die Kontaktvorrichtung 3 besitzt einen beweglichen Kontaktarm u, welcher eine elektrische Verbindung zwischen dem Schleifring r und je nach der Stellung von a4 mit einem der Kontakte c' bis e' herstellt.
In Fig. 1 steht der Arm u auf dem Kontakt c3, wodurch das Steuerelement w' über Kon- takt c', u und r an Klemme 2 angeschlossen ist.
Der Ohmwert jedes Schaltelementes bis w' wird durch Einstellen der Steuer- kontakte k' bis kg gemäss der gewünschten Leistungskurve, also beispielsweise gemäss Fig. 2 gewählt. Der Ohmwert Null ent spricht der Leistung Null, der maximale Ohmwert der maximalen Leistung, die Zwi schenwerte sind der Leistung proportional.
Der bewegliche Kontaktarm u ist isoliert. auf einer drehbaren Welle 4 befestigt. Auf dieser Welle 4 sitzt auch ein Schaltrad 5. Ein Elektromagnet 6 schiebt, wenn erregt, seinen Anker 7 nach oben entgegen der Feder 8 und dreht dadurch die Welle 4 mit. dem Kontaktarm u zum Beispiel im Uhr zeigersinne.
Durch diese Bewegung wird der Kontaktarm u von einem der Kontakte ex bis e6 auf den darauffolgenden .geschaltet, in der Darstellung der Fig. 1 beispielsweise von c' auf c4. Wenn der Elektromagnet 6 unerregt ist, befindet sich .dessen Anker 7 unter Wir kung der Feder 8 in seiner Ruhestellung und der Kontaktarm u bleibt stehen, bis ein neuer Stromimpuls auf den Elektromagnet 6 ge geben wird.
Die Schaltuhr B ist mit einem Kontakt 12 ausgerüstet, der durch eine Nockenscheibe 11 betätigt wird. Die Nockenscheibe 11 wird über die Welle 10 von einem Uhrwerk oder einem Synchronmotor 9 angetrieben. Die Schaltuhr B ,gibt in regelmässigen Zeitinter vallen t' bis t8 einen Stromimpuls auf den Elektromagnet 7.
Der Stromkreis verläuft dabei von der Phase U des Steuerstromkreises über Kontakt 12, Elektromagnet 6 an die Phase V des Steuerstromkreises. In diesem Beispiel ist die Betätigung des beweglichen Kontaktarmes u der Vorrichtung A impuls weise angenommen. Es ist aber auch mög lich, den Kontaktarm u sich kontinuierlich drehen zu lassen, indem man ihn direkt von einem Synchronmotor oder dergleichen an treiben lässt, wobei die Schaltuhr B, der Elektromagnet 6 und das Schaltrad 5 in Wegfall kommen.
Der Antrieb C der Elektroden-Verstell- vorrichtung E besitzt einen Wechselstrom motor 13 mit einer Wicklung 14 für Vor wärtslauf und einer Wicklung 15 für Rück wärtslauf. Der Motor 13 treibt über Getriebe 19 eine Welle 16 an. Mit der Welle 16 ge kuppelt ist der bewegliche Kontakt 18 eines variablen Widerstandes 17. Mit Welle 7 6 gekuppelt ist auch die Verstellvorrichtung r der Elektroden des Elektrodenkessels F.
Der maximalen Eintauchtiefe der Elektroden und somit der maximalen Leistungsaufnahme des Elektrodenkessels entspricht der Ohmwert Null des Widerstandes 17, der Leistung Null der maximale. Ohmwert von 17. Die Zwischenwerte von 17, welche durch den be weglichen Kontaktarm 18 abgegriffen wer den, sind der Leistung proportional.
Das Differentialrelais D besitzt zwei Wicklungen 22 und 23, die magnetisch einen schwingbaren Anker 24 mit seinem Kontakt 25 steuern. Der Anker 24 ist um seine La gerstelle 30 drehbar. Überwiegt der Einfluss der Wicklung 2, weil durch sie ein grösserer Steuerstrom fliesst als durch die Wicklung 23, so wird der Anker 24 von der Wicklung 22 magnetisch angezogen und macht dadurch mit seinem Kontakt 25 elektrischen Kontakt mit einem stationären Kontakt 27. Um gekehrt, wenn die Wirkung der Wicklung 23 jene von 22 überwiegt, wird der Anker 24 mit seinem Kontakt 25 mit einem statio nären. Kontakt 26 Kontakt machen.
Wenn der magnetische Einfluss der beiden Wick lungen 22 und 23 auf den Anker 24 sich genau die Waage hält, bleibt der Anker 24 in einer neutralen Stellung und Kontakt 25 berührt dann weder Kontakt 26, noch Kontakt 27, sondern befindet sich in der Mitte zwischen beiden.
Die Wicklung 23 des Differentialrelais D ist über einen, einstellbaren, aber als konstant anzunehmenden Widerstand 29 an die Phase Tr des Steuerstromkreises angeschlossen, das andere Ende der Wicklung 23 über Klemme 28 an die Steuerphase U. Die Wicklung 23 wird somit von einem konstanten Strom durchflossen, wobei konstante Spannung am Steuerstromkreis vorausgesetzt ist. Die Wick lung 22 ist mit einem Ende über Klemme 28 an Steuerphase U, mit dem andern Ende an. Klemme 20 des Antriebes C angeschlossen. Der Strom durch Wicklung 22 wird bestimmt durch den Ohmwert, den .der bewegliche Kontakt 18 auf Widerstand 17 abgreift.
Da Widerstand 17 über Klemme 21 an Klemme 2 der Steuervorrichtung A angeschlossen ist, befindet sich der über den beweglichen Kon taktarm zu angeschaltete Steuerwiderstand w5 ebenfalls im Stromkreis der Wicklung 22 von Relais D. Der Stromkreis verläuft von Steuer phase U über Klemme 28, Wicklung 22, Klemme 20, Kontakt 18, Widerstand 17, Klemme 21, Klemme 2, Schleifring r, beweg lichen Kontakt u, Kontakt c3, Widerstand w3, Schleifkontakt k3, Klemme 1 an Steuer phase V.
Es sei nun beispielsweise der Strom durch Wicklung 22 des Relais D kleiner als .durch Wicklung 23. Der Anker 24 wird dann magnetisch von Wicklung 23 angezogen, und Kontakt 25 berührt Kontakt 26. Dadurch wird Wicklung 14,des Antriebes C an Phase U gelegt. Der Motor 13 dreht seine Welle 16, verstellt die Elektroden über die Ver- stellvorrichtung E am Elektrodenkessel F, aber gleichzeitig auch den Kontakt 18. Dieser greift am Widerstand 17 einen kleineren Ohmwert ab.
Der Motor 13 bleibt in Bewe gung, bis der Ohmwert, der durch 18 auf Widerstand 17 abgegriffen wird, zusammen. mit dem durch k3 auf w3 abgegriffenen Ohm wert durch die Wicklung 22 des Relais D einen gleich grossen Strom fliessen lässt wie durch Wicklung 23. Alsdann wird der Anker 24 wieder seine Ruhestellung einnehmen, und Kontakt 25 öffnet -den; Stromkreis der Mo torwicklung 14.
Wenn anderseits der Strom durch Wicklung 22 des Relais D grösser wäre als jener durch Wicklung 23, dann würde analog die Wicklung 15 des Antriebes C eingeschaltet, bis durch Abgreifen eines grösseren Ohmwertes durch Kontaktarm 18 der Strom durch Wicklung 22 gleich gross ist wie jener durch Wicklung 23. Wenn der Antrieb C zufolge des Stromgleichgewichtes in den Wicklungen 22 und 23 des Relais D zur Ruhe gekommen ist, wird er erst wieder zu drehen beginnen, wenn durch Weiter schalten des Kontaktarmes 2c der Steuer vorrichtung A eine andere Widerstandsstufe zum Beispiel w' in den Stromkreis der Wick lung 22 eingeschaltet wird.
Der Motor 13 dreht dann wieder im einen oder andern Sinne, je nachdem der Ohmwert, den der Kontakt. k' auf 1t7' abgreift, grösser oder kleiner ist als jener der vorhergehenden Stufe. Der Motor 13 bleibt so lange in Bewegung, bis wieder durch Drehen von Kontakt 18 Stromgleich gewicht in den Wicklungen 22 und 23 er reicht ist. Das Gleiche wiederholt sich jedes- mal beim Weiterschalten des Kontaktarmes u der Steuerv orriehtung A, wodurch die ge wünschte zeitabhängige Steuerung erreicht wird.
An Stelle der vorerwähnten Schaltung könnte man auch die Wicklung 23 des Dif ferentialrelais D an die Sekundärseite eines Stromwandlers anschliessen, dessen Primär- ivicklung vom Elektrodenstrom des Elektro- denkessels F durchflossen wäre. Der An sehluss der 'Wicklung 23 an den Steuerstrom kreis L'T" würde wegfallen, der Antrieb C wäre ohne Widerstand 17 und Arm 18, und die Klemmen 21 und 20 wären direkt mit einander verbunden.
Wenn in diesem Falle der Elektroden strom und damit jener in der Wicklung 23 des Differentialrelais z. B. kleiner würde als der Leitungseinstellung an der Steuer vorrichtung A entspräche, würde der Anker 24 von der Wicklung 22 anbezogen, wodurch der Kontakt 25 mit 27 Kontakt machen würde. Die Wicklung 15 des Antriebes er hielte Spannung, der Antrieb C würde sich drehen und die Elektroden so lange verstel len, bis der Elektrodenstrom um so viel ver grössert würde, als der Leistungseinstellung an A entspräche.
Um die jeweilige Einstellung der zeit abhängigen Funktion zu erleichtern, sind hier die Steuerelemente w' bis w" in einem rechtwinkligen Koordinatensystem aufge stellt, so dass die Bewegung der Einstell- kontakte k' bis kg vertikal in Richtung der Ordinatenachse erfolgen kann.
Die Kontakte k' bis kg sind, wie Fig. 3 zeigt, als mit einer Markierung 31 versehene Plättchen 33 aus gebildet, die an einer Grundplatte 32 (Fig. 3), welche als Basis des Koordinatensystems dient, sichtbar sind und daran auf- und ab wärts geschoben werden, können, wobei sie auf der Hinterseite mit den Steuerwider ständen Kontakt machen.
Die Distanz ihrer Markierung 31 von der Abszissenachse ist ein Mass für die Leistung. Die Steuerwider stände w' bis w' sind dabei nebeneinander angeordnet, so dass ihre Aufeinanderfolge mit der Zeitachse in Richtung der Abszissen echse zusammenfällt.. Die eingestellte Steuer funktion ist somit in einem rechtwinkligen Koordinatensystem ersichtlich. Durch Her vorheben der Markierstreifen 33 kann man das Steuerdiagramm möglichst anschaulich maehen.
Das oben beschriebene Beispiel bezieht sich auf eine Darstellung in einem recht winkligen Koordinatensystem. Es ist auch möglich, die zeitabhängigen Steuerelemente w' k', w' k$ ... so anzuordnen, .dass die Einstellung der Funktion nach einem Kreis diagramm vektoriell in einer Ebene erfolgen würde, wobei die Zeitachse kreisförmig und die einzustellende Steuergrösse radial verliefe.
Fig. 1 zeigt nur sechs zeitabhängige Steuerelemente. Für praktische Anwendun gen wird man je nach Bedarf eine grössere Anzahl verwenden können, z. B. 24 Steuer elemente, um entsprechend den 24 Stunden des Tages eine zeitabhängige Funktion ein stellen zu können.
Zur besseren Kenntlichmachung des jeweils eingeschalteten Steuerelementes kann noch eine Markierung -durch Signallampen mit der Steuervorrichtung kombiniert sein, um beispielsweise das eingeschaltete Stück der Abszissenachse oder des Kurvenzuges aufleuchten zu lassen.
Die Einrichtung gemäss Fig. 1 benutzt für die zeitabhängige Steuerung einstellbare Widerstände, die in bestimmter Reihenfolge zur Einschaltung gelangen. An Stelle dieser Widerstände könnte auch ein Kontaktwähler treten, der mit einem Walzenschalter zusammenarbeiten würde. Die Widerstände W' bis W', ebenso der Wi derstand 17 würden hierbei in Wegfall kom men.
Die Einrichtung würde so arbeiten, dass entsprechend den sechs Steuerstufen in Fig. 1 sechs Kontaktsegmente eines in Ab hängigkeit der Zeit einstellbaren Wählers mit ebenfalls sechs Kontaktsegmenten eines Walzenschalters verbunden wären. Die Walze des letzteren hätte an einer Stelle eine isolie rende Schicht und die sechs Kontakte könn ten am Umfange dieser Walze angeordnet sein. Je nach Stellung der Walze wäre also einer der Kontakte unterbrochen. Die Walze selbst ist elektrisch über einen Steuermotor mit dem Kontaktarm des Kontaktwählers verbunden und wird vom Moor zwangsläufig verstellt. Wird nun der Kontaktarm auf einen bestimmten Kontakt gestellt, z.
B. auf Nr. 3, so läuft der Steuermotor so lange, bis die isolierende Stelle am Walzenschalter den Steuerstrom an Kontakt Nr. 3 unterbricht. Die Walze -des Walzenschalters hat also das Bestreben, auf das gleiche Kontaktsegment zu laufen, auf dem der Wähler steht. Damit die Walze auf dem kürzesten Weg in die verlangte Stellung läuft, könnte diese in zwei Kontakthälften unterteilt sein, wobei die eine mit einem vorwärtslaufenden, . die andere mit einem rückwä.rtslaufenden Steuermotor ver bunden wäre.
Die beschriebenen Einrichtungen lassen sieh für die Steuerung irgendeiner physi kalischen Grösse, wie Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, Strom, Spannung, Leitung usw. durch elektrisch betätigte Steuerorgane in Abhängigkeit von der Zeit nach einer be stimmten Steuerfunktion ausbilden.