Verfahren und Vorrichtung zur Umschaltung der Heizleistung eines durch
einen Temperaturregler überwachten elektrischen Ofens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Umschaltung der Heizleistung eines durch
einen Temperaturregler überwachten elektri-
schen Ofens mit verschiedenen, lediglich dur ch
Schalter einschaltbaren Heizstufen von der
größeren auf die kleinere Heizleistung, wobei
der Temperaturregler die Heizleistung ein-
und ausschaltet.
Es ist bekannt, in elektrisch beheizten Öfen
die Temperatur in der Weise zu überwachen,
daß mit Hilfe eines sogenannten Temperatur-
reglers bei Überschreiten einer bestimmten
Temperaturgrenze die Heizleistung im Ofen
abgeschaltet wird. Infolge der dafaufhin ein-
tretenden Abkühlung des Ofens sinkt seine
Temperatur, und die Heizleistung wird selbst-
tätig wieder zugeschaltet.
Um dabei verschiedenen Größen und Arten
von Beschickungen und verschiedenen Be-
triebsverhältnissen im Ofen gerecht zu wer-
den, ist es ferner bekannt, verschiedenartige
Leistungsstufen vorzusehen. Beispielsweise
können die Heizwiderstände für die einzelnen
Heizstufen betriebsmäßig in Stern-, Doppel-
stern-, Dreieck-, Parallelschaltung o. dgl. um-
geschaltet werden.
Es ist murr verhältnismäßig schwierig zu er-
kennen, welche dieser Stufen und zu welchem
Zeitpunkt sie zweckmäßig eingeschaltet wer-
den sollen. Es ist zwar schon bekannt, bei
Anwendung von zwei Heizleistungen' z. B.
mit Stern- und Dreieckschaltung, den Ofen
mit der' größeren Heizleistung, d. h. also in
der Dreieckschaltung, anzuheizen und ihn
dann betriebsmäßig mit der kleineren Heiz-
leistung, d. h. in der Sternschaltung, weiter
zu betreiben. Schwierigkeiten bei einer der-
artigen Anordnung bietet jedoch die Ermitt-
lung des Zeitpunktes der Heizleistungsurn-
schaltung insofern, als eine sofortige Um-
Schaltung beim ersten nach dem Aufheizvor-
gang erfolgenden Ansprechen des Temperatur-
reglers zu früh ist, -weil der Ofen. und das
Gut noch nicht genügend durchgeheizt sind
und die niedere Heizleistung nicht ausreicht:
eine zeitlich oder leistungsmäßig vom Zeit-
punkt dieses Ansprechens ab bemessene Um-
schaltung hat jedoch den Nachteil, daß sie:
beispielsweise je nach der Größe der Re-
Schickung des Ofens verändert werden müßte@"
was praktisch in vielen Fällen nicht durch-
führbar ist.
Die Erfindung zeigt einen anderen Weg. um
in einfacher Weise im günstigsten Zeitpunkt
die Urnschaltung der Heizleistung vorzuneh-
men. Sie beruht auf der Erkenntnis, daß die
Ausschaltzeit des durch den Temperaturregler
gesteuerten Schaltschützes für eine Heizlei-
stung feststehender Größe ein besonders gutes
und einfaches Maß für den jeweiligen Wärme-
verbrauch im Ofen darstellt.
Dem jeweils während einer Schaltperiode
im Ofen auftretenden Wärmebedarf entspricht
die Wärmemenge, die dem Ofen in der betref-
fenden Schaltperiode zugeführt wird, oder,
mit anderen Worten, die in der gleichen Zeit
in den Heizkörpern in Wärme umgesetzte
elektrische Arbeit. Da der mittlere Wärme-
verbrauch des Ofens je Schaltperiode mit der
Zeit, d.li. mit fortschreitender Aufheizung,
sinkt, wird auch die zugeführte elektrische
Arbeit von Schaltperiode zu Schaltperiode
kleiner. Ist im Verlauf der Aufheizung des
Ofens der Wärmebedarf erst auf einen be-
stimmten Wert, etwa den kW-Betrag der
Sternleistung, gesunken, so ist die Dauer der
zugehörigen Schaltperiode und ebenso auch
die Ausschalt- und Einschaltzeit selbst unab-
hängig von der Größe des in den Ofen ein-
gebrachten Glühgutes, da ja der augenblick-
liche Wärmezustand des Ofens beim gleichen
Wärmebedarf der gleiche ist. Der Zustand
gleichen Wärmebedarfes wird lediglich bei
leerem Ofen früher, bei beschicktem Ofen
später erreicht. Hieraus erklärt sich, warum
die Heizleistungsumschaltung bei dein Ver-
fahren gemäß der Erfindung praktisch unab-
hängig von der Größe des Einsatzgutes er-
folgt.
Erfindungsgemäß wird die einem bestimm-
ten Wärmebedarf des Ofens zugeordnete Aus-
schaltdauer durch ein Zeitrelais überwacht
und `mit dessen Hilfe beim überschreiten
einer gewissen Zeitspanne der Ausschaltung
auf die kleinere Heizleistung umgeschaltet.
Mit besonderem Vorteil wird dabei das den
Ofen auf verschiedene Heizstufen unischal-
tende "Zeitrelais mittels einer beim Schalten
des Schützes für die höhere Heizleistung be-
wegten Kontaktvorrichtung erregt bzw. ent-
regt und sein Schaltkontakt bei Beginn der
Ausschaltung der höheren Heizleistung mit
Verzögerung von der Schaltstellung für die
höhere Heizleistung auf die Schaltstellung der
n i clistniederen Heizleistung =gelegt. el
Es ist zwar bereits eine N"orrichtung zur
Regelung der Heizleistung in elektriSchen
Öfen bekanntgeworden, bei der, im Gegen-
* ratz zur Erfindung, zusätzlich zu den Aus-
Schaltzeiten eines Temperaturreglers auch
dessen Einschaltzeiten zwangsliiufig iiiitver-
wendet werden, wobei die algebraische Summe
dieser Schaltzeiten in einem besonderen Hilfs-
gerät gebildet und nach einer größeren durch
eine Schaltuhr bemessenen Zeitspanne für den
Schaltvorgang der Ofenbeheizung ausgewertet
wird. Abgesehen davon, daß eine solche Ein-
richtung eine Schaltuhr und ein zusätzliches
Hilfsgerät benötigt und außerdem erlieblicli
verwickelter als die Anordnung gemäß der
Erfindung ausfällt, handelt es sich beim
Gegenstand der Erfindung uni solche Heiz-
stufen. die betriebsinä llig konstant sind und
daher lediglich durch Schalter oder Schütze
beherrscht werden können, während der be-
kannten Anordnung während des Betriebes
sich stetig ändernde Heizgrößen zugrunde
liegen, die durch Spannungsregelung mittels
eines Drehtransformators erzielt werden.
Überdies muß bei der bekanntere Anordnung
die Veränderung der Größe der Reizleistung
ein durch den Temperaturregler eingeschal-
teten Zustand der Heizleistung durchgeführt
werden, wogegen beim Gegenstand der Erfin-
dung die Umschaltung der Heizleistung wäh-
rend der Ausschaltperioden des Temperatur-
reglers durchgeführt wird.
An Hand der Zeichnung soll die Erfindung
näher erläutert werden-. In Fig. i ist der
Wärmebedarf eines Ofens in Kilowatt beim
Anheizen einer Charge in Abhängigkeit von
der Zeit dargestellt, wie er sich unter Zri-
grundelegung der vorhandenen Ofenleitung
bei Dreieckschaltung und der Eindringge-
schwindigkeit der Wärme in das Glühgut er-
gibt. Die Ofenverluste sollen der Einfachheit
halber unberücksichtigt bleiben. In der Kurve
kann im Bereich von A bis B das Gliiligut
infolge seiner noch niedrigen Eigentempe-
ratur die durch den Anschlußwert des Ofen"
gegebene Leistung voll aufnehmen. Von da
an wird infolge der fortschreitenden Verringe-
rung der Temperaturdifferenz zwischen Heiz-
körper und Glühgut nicht mehr die volle Ofen-
leistung von dem Glühgut aufgenommen. Die
vom Gut aufgenommene Wärmemenge wird
vielmehr fortlaufend geringer und erreicht
schließlich im Punkt C einen Wert, der der
Wärmezufuhr durch Sternleistung des Ofens
entspricht. Von da an reicht also die Stern-
leistung aus, um den Wärmebedarf des Glüh-
gutes zu decken, und der Punkt C gibt dein-
nach den geeigneten Augenblick für die Umschaltung von Dreieck
auf Stern.Method and device for switching the heating power of an electric furnace monitored by a temperature controller The invention relates to a method for
Switching the heating power of one through
a temperature controller monitored electrical
different furnace with different, only through
Switchable heating levels from the
larger to the smaller heating output, whereby
the temperature controller switches the heating power on
and turns off.
It is known in electrically heated ovens
monitor the temperature in such a way that
that with the help of a so-called temperature
controller when a certain
Temperature limit the heating power in the furnace
is switched off. As a result of the
as the furnace cools down, its decreases
Temperature, and the heating output is self-
active again.
To do different sizes and types
of loads and various loads
operating conditions in the furnace
which, it is also known, of various kinds
Provide power levels. For example
can change the heating resistors for each
Heating levels operating in star, double
star, delta, parallel connection or the like.
be switched.
It is relatively difficult to find
know which of these levels and at which
Time they are appropriately switched on
the should. Although it is already known at
Application of two heating powers' z. B.
with star and delta connection, the furnace
with the 'greater heating power, ie in
the delta connection, and heat it up
then operationally with the smaller heating
performance, ie in the star connection
to operate. Difficulties with one of the
like arrangement, however, offers the investigation
the point in time of the heating output change
switching insofar as an immediate
Switching on the first time after the preheating
response of the temperature
regulator is too early because the oven. and the
Well not yet heated sufficiently
and the low heating output is not sufficient:
a time or performance related to the time
point of this response from a measured environment
circuit has the disadvantage that it:
for example, depending on the size of the
The delivery of the furnace would have to be changed @ "
which is practically impossible in many cases
is feasible.
The invention shows another way. around
in a simple way at the most favorable time
to switch on the heating power
men. It is based on the knowledge that the
Switch-off time of the by the temperature controller
controlled contactor for a heating cable
performance of a fixed size is a particularly good one
and simple measure for the respective heat
consumption in the oven.
Each during a switching period
corresponds to the heat demand occurring in the furnace
the amount of heat that the furnace in
at the end of the switching period, or,
in other words, the same time
converted into heat in the radiators
Electrical work. Since the mean heat
consumption of the furnace per switching period with the
Time, i.e. with progressive heating,
decreases, so does the electrical input
Work from switching period to switching period
smaller. Is in the course of the heating of the
Furnace, the heat demand is only
correct value, about the kW amount of the
Star power, decreased, so is the duration of the
associated switching period and also
the switch-off and switch-on times themselves
depending on the size of the
brought incandescent material, since the moment
liche heat state of the furnace at the same
Heat demand is the same. The state
the same heat demand is only used for
empty oven earlier, when the oven is loaded
reached later. This explains why
the heating power switchover at your
drive practically independently according to the invention
depending on the size of the input
follows.
According to the invention, the one specific
the heating requirement of the furnace.
switching time monitored by a time relay
and `with its help when crossing
a certain period of time of switching off
switched to the lower heating output.
This is particularly advantageous
Uniswitch the oven to different heating levels
tende "time relay by means of one when switching
of the contactor for the higher heating output
away from contact device excited or de-
stimulates and its switching contact at the beginning of the
Switching off the higher heating output with
Delay from the switch position for the
higher heating output to the switch position of
ni clistlower heating output = laid. el
It is already a north direction
Control of the heating power in electrical
Ovens became known, in which, on the contrary,
* addition to the invention, in addition to the
Switching times of a temperature controller too
whose switch-on times are inevitably
be applied, where the algebraic sum
these switching times in a special auxiliary
device formed and after a larger one
a time switch measured time span for the
Switching process of the furnace heating evaluated
will. Apart from the fact that such an
direction a timer and an additional
Auxiliary equipment required and also available
more complicated than the arrangement according to FIG
Invention fails, it is with
The subject of the invention uni such heating
stages. which are constant during operation and
therefore only by switches or contactors
can be mastered during the
familiar arrangement during operation
constantly changing heating parameters
lying by voltage regulation by means of
a rotary transformer can be achieved.
In addition, with the more familiar arrangement
the change in the size of the stimulus output
a switched on by the temperature controller
performed state of the heating power
while the subject matter of the invention
the switching of the heating output while
end of the switch-off periods of the temperature
controller is carried out.
The invention should be based on the drawing
will be explained in more detail-. In Fig. I is the
Heat requirement of a furnace in kilowatts at
Heating up a batch depending on
of the time, how he was under Zri-
laying out the existing furnace pipe
with delta connection and the intrusion
speed of heat in the annealing material
gives. The furnace losses are supposed to be simplicity
are disregarded for the sake of In the curve
can range from A to B.
due to its still low owner-
temperature caused by the connected load of the furnace "
fully absorb the given power. From there
is due to the progressive reduction
the temperature difference between heating
body and annealing material no longer have the full furnace
power absorbed by the annealing material. the
the amount of heat absorbed by the good
rather, progressively lower and achieved
finally at point C a value that is the
Heat supply through star power of the furnace
is equivalent to. From then on, the star
power to meet the heat demand of the annealing
good cover, and point C gives your-
after the appropriate moment for switching from delta to star.
Überträgt man die Kurve der vom Glühgut aufgenommenen Wärme im Bereich
von A bis B auf die von außen zugeführte Leistung, so entsteht Fig. z.If you transfer the curve of the heat absorbed by the annealing material in the area
from A to B on the externally supplied power, Fig.
_ Von A bis B ist der Ofen dauernd eingeschaltet. Von da an wird das
Schaltschütz. zeitweise den Ofen vom Netz trennen. - Entsprechend der immer kleiner
werdenden Wärmeaufnahmefähigkeit des Glühgutes werden fortschreitend die Ausschaltzeiten
des Schützes immer größer. Im Punkt C, der ja für die Umschaltung von Dreieck auf
Stern maßgebend ist, hat die iAusschaltzeit des Schützes eine bestimmte Größe angenommen,
die als Vergleichswert für die Vornahme der Umschaltung zugrunde gelegt werden kann.
Diese Größe wird also zweckmäßig für die Einstellung der Zeitspanne .des gemäß der
Erfindung vorgesehenen Zeitrelais zugrunde gelegt._ The oven is switched on continuously from A to B. From then on it will
Contactor. temporarily disconnect the furnace from the mains. - According to the getting smaller
As the heat absorption capacity of the annealing material increases, the switch-off times become progressively
of the contactor getting bigger. In point C, yes for switching from triangle to
Asterisk is decisive, the switch-off time of the contactor has assumed a certain value,
which can be used as a comparison value for carrying out the switchover.
This size is therefore useful for setting the time .des according to the
Invention provided timing relay is based.
An Hand des beispielsweise in Fig. 3 dargestellten Schaltbildes soll
ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert werden. Dort ist mit Dy
das Heizschütz für die Dreieckschaltung bezeichnet, mit St das Heizschütz
für die Sternschaltung. r ist der Regelkontakt des Tomperaturreglers, der normalerweise
geschlossen und bei Überschreiten einer bestimmten Temperaturgrenze, wie in der
Zeichnung dargestellt, geöffnet ist. R S sind zwei Phasen des Drehstromnetzes. Z
ist ein Zeitrelais, das in bekannter Weise derart wirkt, daß sein Kontakt z bei
seiner Erregung mit einer gewissen Zeitverzögerung umgeschaltet wird, während er
beim Stromloswerden der Relaisspule sofort in seine Ruhelage zurückkehrt. In der
gezeichneten Ruhestellung des Umschaltkontaktes z des Zeitrelais ist bei geschlossenem
Reglerkontakt das Dreieckschütz Dr eingeschaltet, während bei umgelegtem Kontakt
z das Sternschütz St eingeschaltet ist.An exemplary embodiment of the invention will be explained using the circuit diagram shown in FIG. 3, for example. There, the heating contactor for the delta connection is designated with Dy, the heating contactor for the star connection with St. r is the control contact of the temperature regulator, which is normally closed and opened when a certain temperature limit is exceeded, as shown in the drawing. RS are two phases of the three-phase network. Z is a timing relay which works in a known manner in such a way that its contact z is switched over with a certain time delay when it is energized, while it immediately returns to its rest position when the relay coil is de-energized. In the illustrated rest position of the changeover contact z of the timing relay, the delta contactor Dr is switched on when the controller contact is closed, while the star contactor St is switched on when the contact z is switched.
Das Zeitrelais Z ist über einen Ruhekontakt lt des Dreieckschützes
und gegebenenfalls über den Türkontakt t angeschlossen, der bei geschlossener Tür
geschlossen ist. Der Reglerkontakt r befindet sich in Hintereinanderschaltung mit
dem U_ mschaltkontakt z des Zeitrelais Z.The timing relay Z is via a normally closed contact according to the delta contactor
and if necessary connected via the door contact t, which is when the door is closed
closed is. The controller contact r is connected in series with
the U_ m switch contact z of the timing relay Z.
Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Beim Aufheizen des Ofens
ist der Kontakt r des Temperaturreglers geschlossen. Das Dreieckschütz *ist eingeschaltet,
der Hilfskontakt lt unterbrochen. Beim Überschreiten der oberen Temperaturgrenze
öffnet sich der Kontakt r. Das Dreieckschütz fällt ab, Kontakt 1i. wird geschlossen
und die Spule des Zeitrelais Z erregt. Dieser Vorgang wiederholt sich mehrmals,
bis die Zeitspanne der Ausschaltzeiten so groß ist, daß der Umschaltkontakt z des
Zeitrelais Z zum Ansprechen kommt. Dies ist dann der Fall, wenn die Dürchwärmung
des Glühgutes so weit 'fortgeschritten-ist, daß die Aufrechterhaltung der Temperatur
auch von der kleineren Heizstufe übernommen werden kann; der Ofen wird also mit
dem Sternschütz S t weiter beheizt. Erfolgt eine neue Beschickung, so wird die Tür
und damit der Kontakt t geöffnet. Das Zeitrelais Z wird entregt, und der eingangs
geschilderte Vorgang wiederholt sich von neuem. Außer dem Kontakt t kann z. B. vorteilhafterweise
noch ein zusätzlicher Kontakt vorgesehen sein, durch den jederzeit die'Umschaltung
von Stern- auf Dreieckschaltung möglich ist.The mode of operation of the arrangement is as follows: When the furnace is heated up, contact r of the temperature controller is closed. The delta contactor * is switched on, the auxiliary contact according interrupted. When the upper temperature limit is exceeded, contact r opens. The delta contactor drops out, contact 1i. is closed and the coil of the timing relay Z is energized. This process is repeated several times until the time span of the switch-off times is so long that the changeover contact z of the timing relay Z is activated. This is the case when the through-heating of the material to be annealed has progressed so far that the temperature can also be maintained by the lower heating level; the furnace will continue to be heated with the star contactor S t. If a new load takes place, the door and thus the contact t are opened. The timing relay Z is de-energized and the process described above is repeated anew. In addition to the contact t, z. For example, an additional contact can advantageously be provided through which switching from star to delta connection is possible at any time.