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Vorrichtung zur Angleichung der Heiz- und Abkühlzeiten bei Thermostaten,
insbesondere für die Hochfrequenztechnik Man benutzt zur Konstanthaltung von Frequenzgebern,
wie z. B. Quarzen oder Stimmgabeln, sogenannte Thermostate, die dafür sorgen, daß
die Umgebung des Frequenzgebers in ihrer Temperatur und damit der Frequenzgeber
in seiner Schwingungszahl konstant gehalten wird. So ist z. B. ein Thermostat bekannt,
der aus einem Kupferzylinder besteht, in dem eine Heizwicklung eingebettet ist.
Die Verhältnisse werden bei dieser Anordnung so gewählt, daß der Temperaturverlauf
am Zylinderumfang nahezu gleichmäßig, d. h. angenähert sinusförmig ist, damit sich
im Innern des Zylinders ein Gleichgewichtszustand einstellt. Nach diesem Grundsatz
aufgebaute Thermostate arbeiten an sich für viele Fälle einwandfrei, jedoch vermögen
sie nicht die neuerdings immer schärfer werdenden Bedingungen zu erfüllen. Dies
hängt damit zusammen, daß bei den obenerwähnten Thermostaten vorausgesetzt wurde,
daß die Umgebungstemperatur des Thermostats einigermaßen konstant ist. Der vorerwähnte
angenähert sinusförmige Temperaturverlauf ist nämlich nur bei einer bestimmten Raumtemperatur
vorhanden. Weicht dieselbe nach oben oder unten hin ab, so weicht auch der Wärmeverlauf
von der Sinusform ab, und damit hört der geschilderte angenähert sinusförmige Temperaturverlauf
auf.
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Diese Überlegungen -gelten für Thermostate aller Art, d. h. für einfache
und auch für mehrfache, wie sie z. B. zur Konstanthaltung der Temperatur für Quarze
von Röhrensendern bekannt sind. Bei derartigen mehrfachen Thermostaten sind zwei
Thermostate ineinander angeordnet. Im Innern befindet sich ein Quarz, der im Gitterkreis
der Schwingungsröhre liegt. Die Röhre selbst mit ihren Schaltmitteln befindet sich
zusammen mit dem Thermostaten für den Quarz im Innern des äußeren Thermostats und
wird von einem gleichmäßig erwärmten Luftstrom umspült.
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Alle diese Mittel genügen, bei der neuerdings auftretenden Forderung
sehr hoher Frequenzkonstanz (Verhältnis von Frequenzabweichung zu Sollfrequenz),
die in der Größenordnung von 1o-$ bis io-3 je Grad Temperaturänderung liegt, nicht
mehr. Man hat zur Erfüllung dieser hohen Anforderungen zwar bereits vorgeschlagen,
auch bei schwankender Umgebungstemperatur des Thermostats den annähernd sinusfö:rmigen
Verlauf dadurch herzustellen, daß die Heiz-und Abkühlungszeiten des Thermostats
gleich
gemacht werden. Die bekannte Vorrichtung zur Durchführung
dieser Bedingung arbeitet mit einer den Heizstrom des Thermostats steuernden Regeleinrichtung.
Es wird während der Heizzeit ein Schleifkontakt an einem im Heizkreis liegenden
Widerstand in Bewegung versetzt und während der Abkühlzeit zurückgeführt. Wenn die
beiden Zeiten einander gleich sind, steht der Schleifkontakt nach der Beendigung
der Abkühlung wieder auf dem gleichen Punkt wie bei Beginn der Heizzeit. Andernfalls
steht er unter- oder oberhalb dieses Punktes und bewirkt dadurch, daß die folgende
Heizperiode entweder mit einem starken oder schwachen Strom beginnt, so daß dadurch
die Heiz- und Abkühlzeiten wieder angeglichen werden. Der Nachteil dieser Anordnung
besteht darin, daß dauernd ein Schleifkontakt an einem Widerstand in Bewegung ist,
was eine dauernde Überwachung bei längeren Betriebszeiten erfordert. Als Steuerorgan
für die im Heizkreis liegende Regeleinrichtung dient bei der be-
kannten Anordnung
eine lichtelektrische Einrichtung.
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Durch die vorliegende Erfindung wird eine einfache und betriebssichere
Steuerung für Thermostate geschaffen, die ebenfalls die Heiz- und Abkühlungszeiten
gleich macht, um dadurch Unabhängigkeit der geregelten Temperatur von der Außentemperatur
zu erreichen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht die Vorrichtung zur Angleichung
der Heiz-und Abkühlzeiten bei Thermostaten, insbesondere für die Hochfrequenztechnik,
darin, daß zwei Kondensatoren derart angeordnet sind, daß der eine während der Aufheizzeit
und der andere während der Abkühlzeit aufgeladen wird und ihre Differenzladung die
den Heizstrom steuernde Regeleinrichtung derart beeinflußt, daß die Aufheiz- und
Abkühlzeiten einander gleich werden.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung wird dadurch erreicht, daß
die Charakteristiken der Kondensatoren durch Widerstände aufeinander abgeglichen
sind. Ebenso wird die Erfindung noch dadurch verbessert, daß die Regulieranordnung
zur Steuerung des Heizstromes aus einem Drehspulinstrument besteht, das die Gitterkreise
zweier im Gegentakt arbeitenden Röhren schaltet.
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Bei der Durchführung dieser Maßnahmen ergeben sich zweckmäßig vier
Arbeitstakte. Im ersten Takt wird der Thermostat geheizt und gleichzeitig der eine
Kondensator geladen. Im zweiten wird die Heizung abgeschaltet und der andere Kondensator
geladen. Während der folgenden Heizperiode bzw. Heizpause des Thermostats werden
von der Regeleinrichtung der dritte und vierte Takt, die in dem Vergleich der Kondensatorladungen
und in der Regulierung bzw. in der Rückführung der Anordnung in die Ruhestellung
bestehen, durchgeführt.
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Der Erfindungsgedanke ist im folgenden für nvei ineinander angeordnete
Thermostate gezeigt, ohne daß damit jedoch zum Ausdruck gebracht werden soll, daß
der Erfindungsgedanke sich nicht bei Thermostaten aller Art, also auch bei einfachen
Thermostaten anwenden ließe. Die Anwendung des Erfindungsgedankens ist allerdings
gerade bei der dargestellten Anordnung besonders zweckmäßig.
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Die Wirkungsweise ist an Hand der Abb. i bis q. im einzelnen erläutert.
Jede dieser Abbildungen zeigt die Kontaktstellungen der in der Schaltung verwendeten
Relais während eines der vier aufeinanderfolgenden Arbeitstakte.
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In diesen Abbildungen ist der äußere Thermostat dargestellt, in dessen
Innern der den Quarz enthaltende Thermostat und die Röhrenanordnung sich befinden.
Dieser äußere Thermostat besitzt eine Heizwicklung H, die durch ein Kontaktthermometer
Th abwechselnd ein- und ausgeschaltet wird. Der Heizstrom kann dabei aus einem normalen
5o-Perioden-Wechselstromnetz entnommen werden. Das Kontaktthermometer Th nimmt die
Schaltung nicht direkt vor, sondern über ein Zwischenrelais Z, da beträchtliche
Stromstärken zu schalten sind. ' Der erste Arbeitstakt ergibt sich aus Abb. i. Zu
Beginn herrschen die Kontaktstellungen des vorangehenden vierten Arbeitstaktes (Abb.
q.). Durch das Relais Z wird vom Kontaktthermometer Th die Heizwicklung
H '
eingeschaltet und gleichzeitig damit auch das Relais A. Beim Ansprechen
von A schließt dieses seinen Kontakt a1 und schaltet hierdurch über cl das Relais
B ein. Der Kontakt a2 wird geöffnet. Die Vergleichskondensatoren K1 und K2 waren
bisher über die Kontakte a3, b3 bzw. c3 kurzgeschlossen, um jede Restladung abzuführen.
Durch das Öffnen des Kontakts a3 wird nunmehr bei Beginn der Heizperiode den Kondensator
K1 freigegeben und durch den bei Ansprechen von B umgelegten Kontakt b2 an die Stromquelle
U, gelegt. Bei Ansprechen von B wird außerdem der Kontakt bi geschlossen und b3
geöffnet. Im Stromkreis des Kondensators K1 liegt außerdem noch ein Widerstand R1,
dessen Bedeutung später erläutert wird. Der Kondensator K1 wird so lange geladen,
wie das Heizen dauert.
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Im zweiten Arbeitstakt (Abb. 2) schaltet das Kontaktthermometer Th
durch Aberregen von Z die Heizung ab, und damit fällt auch das Relais H ab, dessen
Kontakte a1 und a3 umgelegt und der Kontakt a2 wieder geschlossen
wird.
Das Relais B bleibt jedoch über die Kontakte b1 und a1 erregt, und nunmehr kommt
durch den geschlossenen Kontakt a2 auch das Relais C zum Ansprechen. Durch dessen
umgelegten Kontakt. c2 wird j ttzt über den Widerstand R2 die Spannung U, an den
Kondensator K2 gelegt, dessen Kurzschluß durch das Umlegen des Kontakts c3 aufgehoben
ist und der so lange geladen wird, wie die Heizpause des Thermostats dauert. Durch
den umgelegten Kontakt cl wird der Kontakt a2 überbrückt.
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Im dritten Arbeitstakt (Abb. 3) schaltet das Kontaktthermometer wiederum
über Z die Heizung ein. Das Relais A zieht wieder an, und dessen Kontakte a1 und
a3 werden umgelegt und der Kontakt cal geöffnet. Durch den umgelegten Kontakt a1
wird das Relais B aberregt, während das Relais C über cl Spannung behält und deshalb
angezogen bleibt. Bei Abfallen von B wird der Kontakt b2 umgelegt, und dadurch wird
die Spannung U, von dem Kondensator abgetrennt. Die beiden Kondensatoren K1 und
K2 werden durch den umgelegten Kontakt b2.gegeneinander auf das Regelinstrument
J geschaltet. Je nach der Größe der Ladung jedes einzelnen Kondensators wird das
Instrument J in einem oder anderem Sinne betätigt. Das Instrument besitzt vorzugsweise
ein Drehspulensystem, da die Anordnung außerordentlich empfindlich sein muß. Durch
J wird nun eine Vorrichtung V betätigt, die im Heizkreis des Thermostats liegt und
die in beliebiger Weise aufgebaut die Aufgabe hat, die Heizzeiten und die Pausen
entsprechend den Ausschlägen des Instruments J zu verkleinern bzw. zu vergrößern,
d. h. gleich zu machen. Es kann z. B. ein drehbares Potentiometer verwendet werden,
dessen Kontaktarme durch einen Servomotor, der selbst wiederum durch das Instrument
J in einem .oder anderem Sinne betätigt wird, gedreht werden, oder es können auch
entsprechende Schrittschaltwähler Verwendung finden. Da das Instrument J, wie bereits
erwähnt, vorzugsweise ein Drehspulinstrument ist, also keinen großen Strom führen
kann, erfolgt die Steuerung der Einrichtung V zweckmäßig über die Röhre El und E2,
in deren Anodenkreis Relais liegen, deren Kontakte mit der Einrichtung h in Verbindung
stehen.
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Im vierten Arbeitstakt (Abb. q.), in dein die Heizung wiederum abgeschaltet
wird, fallen auch die Relais A und C ab, und damit werden die Kondensatoren K1 und
K2 über die Schutzwiderstände R, und R4 kurzgeschlossen und die Restladungen abgeführt.
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Die eigentliche Einregulierung kann in verschiedener Weise erfolgen.
Es ist möglich, entsprechend den Ladungsunterschieden die den Regelwiderstand im
Rechts- oder Linkssinne betätigende Einrichtung mehr oder weniger lange laufen zu
lassen, etwa derart, daß ein Motor über ein entsprechendes Getriebe zwei in einem
Winkel zueinander stehende Arme antreibt. Durch diese Arme wird eine auf dem Regelwiderstand
aufliegende Bürste mehr oder weniger verschoben, sobald die Arme an sie anschlagen.
Sind die Ladungs-und Entladungszeiten gleich bzw. die Zeiten des Rechts- und Linkslaufes
gleich, so wird die Bürste nicht verstellt. Sind Abweichungen vorhanden, so wird
sie im einen oder anderen Sinne nach links oder rechts verschoben. Es ist auch möglich,
und zwar ist diese Anordnung in der Praxis vielleicht einfacher, beim Vorhandensein
einer Differenzladung das Regelorgan nur schrittweise weiter zu betätigen. Herrscht
dann beim nächsten Vergleich nochleine Differenz, so wird um einen weiteren Schritt
weitergeschaltet, so lange, bis der Gleichgewichtszustand wiederum hergestellt ist.
Man tastet sich also im letzteren Falle an den Endzustand heran, jedoch dürfte in
der Praxis in vielen Fällen diese Methode ausreichend sein.
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Durch die Vorwiderstände R1 und R2, die bei der Ladung der Kondensatoren
K1 und K2 mit der Spannungsquelle U, in Serie liegen, können die Charakteristiken
der Kondensatoren einander angeglichen werden. Es können Verschiedenheiten der Kondensatoren
selbst ausgeglichen werden, da die Ladungskurve bzw. Entladungskurve des Kondensators
vorn Widerstand des Ladestromkreises abhängig ist. Es ist aber auch möglich, falls
die Kondensatoren nicht besonders gut sind, Isolationsfehler auszugleichen. Der
Kondensator K1 muß seine Ladung so lange halten, bis er gegen den Kondensator K2
geschaltet wird. Ist sein Isolationswiderstand nicht sehr groß, so wird er sich
entladen, und man kann hierauf Rücksicht nehmen, indem man ihn vorher etwas stärker
auflädt, damit er im Augenblick des Gegenschaltens die richtige Ladung besitzt.
:Dies kann durch Bemessung seines Vorwiderstandes R1 erreicht werden. Das gleiche
gilt auch für den Kondensator K2.