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Thermostat Bei Thermostaten, die zur Aufrechterhaltung einer konstanten
Temperatur in einem 'Gefäß oder einer sonstigen Einrichtung bestimmt sind, ist es
bekannt, eine vorzugsweise elektrische Heizeinrichtung und ein Temperaturfühlorgan
in den Flüssigkeitsumlauf einzuschalten. Das Fühlorgan schaltet, sobald die Temperatur
der in dem Gefäß befindlichen Flüssigkeit unterhalb der gewünschten konstanten Temperatur
liegt, die Heizeinrichtung ein und- schaltet sie wieder aus, wenn die gewünschteTemperatur
erreicht oder überschritten ist.
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Diese Thermostaten haben den Nachteil, daß das Fühlorgan für die Temperatur
eine gewisse Trägheit hat. Es vergeht also jedesmal eine wenn auch nur kurze Zeit
bis zum Einschalten bzw. .bis zum Abschalten, so daß dadurch unvermeidliche Temperaturschwankungen
entstehen. Auch die verwendeten Heizeinrichtungen besitzen eine gewisse Wärmekapazität,
die ein Nacheilen der Heizwirkung zur Folge hat. Hierdurch werden die bereits erwähnten
Temperaturschwankungen noch erheblich vergrößert, so daß die erzielbare Temperaturkonstanz
begrenzt ist und solche Thermostaten für Einrichtungen, bei denen es auf die Einhaltung
einer genauen Temperatur bis auf geringste Bruchteile eines Grades ankommt, nicht
verwendet werden können.
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Die vorliegende Erfindung beseitigt diesen Nachteil und schafft einen
Thermostaten, welcher eine Temperaturkonstanz mit geringster Toleranz sichert. Zu
diesem Zweck ist gemäß der Erfindung an die Temperierkammer des Thermostaten eine
Einrichtung angeschlossen, die den Flüssigkeitsstrom, der durch die stetigen Regelvorgänge
Temperaturschwankungen unterworfen ist, aufteilt und später wieder die Einzelströme
zusammenführt. Wesentlich ist hierbei, daß der eine Teilstrom so geleitet wird,
daß er mehr Zeit benötigt an die Zusammenflußstelie
zu gelangen
als der andere, im günstigsten Falle ist der Umweg eines Teilstromes so bemessen,
daß seine zeitliche Verzögerung ebenso groß ist wie die Heizzeit und die Heizpause.
Es trifft dann an der Zusammenflußstelle jeweils ein warmer Flüssigkeitsstrom mit
einem aus einer vorhergegangenen Periode stammenden kalten Flüssigkeitsstrom oder
umgekehrt ein kalter mit einem warmen zusammen. Diese vermischen sich und verlassen
mit der sich ergebenden mittleren Temperatur den Thermostaten.
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Die Zeichnung zeigt als Beispiel zwei Ausführungsformen der Erfindung,
und zwar veranschaulicht Fig. i den Regelungsvorgang schematisch und Fig.2 und 3
zeigen zwei verschiedene Ausführungsformen für die Unterteilung des Flüssigkeitsstromes.
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In Fig: i, in der der Regelungsvorgang als solcher erläutert werden
soll, stellt a das zu temperierende Gerät bzw. einen Behälter dar, der die auf die
genaue Temperatur einzustellende Flüssigkeit enthält. Die Flüssigkeit wird über
eine Leitung b dem Thermostaten zugeführt, der aus der eigentlichen Temperierkammer
c und einer sich daran anschließenden, die erwärmte Flüssigkeit absatzweise oder
phasenweise weiterleitenden Vorrichtung d besteht. Von hier gelangt die Flüssigkeit
über eine Leitung e, in die eine Umwälzpumpe feingeschaltet ist, in das zu temperierende
Gerät zurück. In der eigentlichen Temperierkammer c befinden sich die Heizvorrichtung
g und der Temperaturfühler la.
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Die die erwärmte Flüssigkeitphasenweiseweiterleitende Vorrichtung
muß so eingerichtet sein, daß der aus der eigentlichen Temperierkammer zugeleitete,
Temperaturschwankungen unterworfene Flüssigkeitsstrom aufgeteilt und später die
einzelnen Teile wieder mit Phasenverschiebung zusammengeführt werden. Es ist dies
in Fig. i in der Weise veranschaulicht, daß eine Kammer d vorgesehen ist, die etwa
in ihrer Mitte eine senkrecht zur Einströmrichtung der Flüssigkeit liegende Wand
i aufweist. Diese Wand ist mit zwei Durchbrechungen k und na versehen. Von
der Temperierkammer ist sie durch eine Wand n mit einer Öffnung o getrennt.
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Die Arbeitsweise der Einrichtung ist folgende: Die durch die Leitung
b dem Thermostaten zufließende zu kalte Flüssigkeit bewirkt, daß der Fühler ls die
Heizvorrichtung einschaltet, und es ergibt sich dadurch ein Strom warmer Flüssigkeit,
die durch die Öffnung o in die Kammer d einfließt. In der Kammer teilt sich der
Strom, ein Teil geht durch die Öffnung k unmittelbar in die Leitung
e,
ein zweiter Teil fließt in der Kammer d an der Wand i entlang, dann durch
die Öffnung m hindurch auf der anderen Seite der Wand wieder zurück, um nach dem
Ausflußrohr e zu gelangen: Infolge der Trägheit des Wärmefühlers und der Heizvorrichtung
wird der durchfließende erwärmte Flüssigkeitsstrom nach kurzer Frist eine übertemperatur
aufweisen, so daß die Heizvorrichtung ausgeschaltet wird. Die Folge davon ist, daß
hinter diesem mit Übertemperatur aus der Temperierkammer ausfließenden Flüssigkeitsstrom
ein zweiter unter der gewünschten konstanten Temperaturliegender Flüssigkeitsstrom
ausfließen wird, d. h. es wird durch die Öffnung m abwechselnd ein Flüssigkeitsstrom
mit Übertemperatur und hinterher ein solcher mit Untertemperatur fließen. Da sich
der Flüssigkeitsstrom beim Eintritt in die Kammer d teilt, wird, wenn beispielsweise
der erwärmte Flüssigkeitsstrom zufließt, die Hälfte davon unmittelbar durch die
Öffnung k in die Abflußleitung e gelangen, während die andere Hälfte sich um die
Wand i herumbewegt. Folgt nun jetzt der Flüssigkeitsstrom mit der Untertemperatur,
so wird auch dieser wieder entsprechend geteilt, d. h. die Hälfte fließt unmittelbar
in die Leitung e und die andere Hälfte um die Wand i herum. Wenn der unmittelbar
hindurchfließende Teil des kalten Flüssigkeitsstromes die Leitung e erreicht hat,
wird der Teil des warmen Flüssigkeitsstromes, der vorher um die Wand i herumfloß,
ebenfalls gerade an der Öffnung des Abflußröhres e angelangt sein, d. h. es werden
der eine Teil des kalten Flüssigkeitsstromes mit dem abgekühlten Teil des vorherigen
warmen Flüssigkeitsstromes zusammen in die Leitung einfließen, so daß sich in der
Leitung e sofort ein Ausgleich ergibt, diese Leitung also als Ausgleichsgefäß dient.
Der folgende Flüssigkeitsstoß besteht nun wiederum aus dem unmittelbar hindurchgeflossenen
warmen. Teil und dem um die Wand i herumgeflossenen Teil des vorhergehenden kalten
Flüssigkeitsstromes. Es findet somit ein sofortiger Ausgleich der aufeinanderfolgenden,
abwechselnd kalten und warmen Flüssigkeitsstöße statt, so daß eine außerordentlich
genaue Temperatur der in den Behälter a zurückströmenden Flüssigkeit vorhanden ist.
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Natürlich kann man auch noch in die Leitung e an einer beliebigen
Stelle eine Ausgleichskammer ,p einschalten.
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Die Länge der Wand i bzw. der Kammer d muß der Empfindlichkeit
des Temperaturfühlers und der Trägheit des Fühlers bzw. der Heizvorrichtung angepaßt
sein, damit die Länge des jeweiligen kalten :bzw. warmen Flüssigkeitsstoßes dem
Wege um die Wand i herum entspricht und der neu unmittelbar hindurchtretende Teil
des Flüssigkeitsstromes zusammen mit- der abgespalteten Hälfte des vorhergehenden
Flüssigkeitsstromes an der Eintrittsstelle des Rohres e eintrifft.
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Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen zwei Möglichkeiten der praktischen
Durchführung der die Flüssigkeit phasenweise weitergebenden Einrichtung. Bei Fig.
2 teilt sich die aus der eigentlichen Temperiervorrichtung c austretende, den Flüssigkeitsstrom
führende Leitung in zwei Arme qi und q2. Der Querschnitt des Armes qi ist etwa die
Hälfte des Querschnittes der Zuleitung, und der Arm q2 ist so stark erweitert, daß
die hindurchfließende Flüssigkeit etwa die Hälfte ihrer Geschwindigkeit einbüßt.
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Ein in die beiden Arme q1 und q2 der Leitung eintretender Flüssigkeitsstrom
wird demnach aufgespalten,
und die durch den Arm q2 fließende Flüssigkeit
bewegt sich nur mit der halben. Geschwindigkeit als die durch den Arm q1. Wenn demnach
abwechselnd warme und kalte Ströme einfließen, wird immer ein durch den Arm q1 fließender
warmer Flüssigkeitsstrom am Ausgang der Rohrverzweigung auf die Hälfte des kalten
Flüssigkeitsstromes treffen, der von dem vorhergehenden kalten Flüssigkeitsstrom
sich noch in der erwärmten Leitung q2 befand, so daß also in das Rohr
e
immer gleichzeitig ein warmer und kalter Teilflüssigkeitsstrom eintritt,
die einander ausgleichen. Die warmen bzw. kalten Ströme sind in der Zeichnung durch
ausgezogene bzw. gestrichelte Pfeile angedeutet.
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Bei der Ausführung nach Fig. 3 ist an Stelle der Erweiterung der einen
Abzweigung eine Verlängerung des Abzweigerohres vorgesehen, d. h. das Zuleitungsrohr
.teilt sich in ein etwa die Hälfte des zugeführten Stromes aufnehmendes Rohr y1
und ein die zweite Hälfte aufnehmendes Rohr r2. Letzteres ist um so viel länger
als das Rohr r1, wie der Länge der aufeinanderfolgenden warmen und kalten Flüssigkeitsstöße
entspricht, so daß also an der Vereinigungsstelle der Abzweigung immer ein kalter
und der von dem vorhergehenden Stromstoß herrührende warme Flüssigkeitsstrom zusammentreffen.
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Man kann diese Einrichtung auch mehrfach hintereinanderschalten, insbesondere
auch in verschiedenen Abmessungen, um auch bei einer Freduenzänderung der Temperaturschwankungen
einen genügenden Ausgleich zu erhalten, ebenso kann man die Einrichtung gemäß der
Erfindung mit anderen Thermostaten vereinen, um die Wirkung derselben zu verbessern.
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Die Einrichtung ist nicht nur für die Aufrechterhaltung der Temperatur
einer sich bei der Arbeit abkühlenden, sondern auch einer sich bei derArbeit erhitzenden
Flüssigkeit anwendbar, wobei dann an Stelle der Ideizvorrichtung eine Kühlvorrichtung
treten müßte.
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Die abwechselnden warmen und kalten Flüssigkeitsströme sollen nach
den vorstehenden Ausführungen je zur Hälfte durch die beiden Abzweigungen fließen,
mankann aber durch entsprechende Bemessungen der Vorrichtung die Teilströme auch
so wählen, daß unter Berücksichtigung zusätzlicher Temperaturverluste oder sonstiger
störender Einflüsse die ordnungsmäßige Phasenverschiebung aufrechterhalten bleibt.
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Gegebenenfalls kann man auch zum Zwecke der Regelung des Verhältnisses
der in beide Abzweigungen fließenden Flüssigkeitsmengen geeignete Einstellvorrichtungen
anordnen.