Temperaturregler

Bestandteile eines Regelkreises

Laborthermostat mit Spiral- Heizelement und Trockenlaufschutz

Kühlschrankthermostat

Ein Temperaturregler ist eine Einheit, die es erlaubt, mit Hilfe eines Temperaturfühlers den Ist-Wert einer Temperatur zu erfassen, mit einem vorgegebenen Sollwert zu vergleichen und über ein Stellglied den gewünschten (vorgegebenen) Sollwert einzustellen. Ein Thermostat (von altgriechisch θερμός thermós „warm, heiß“ und στατός statós „stehend, eingestellt“) kann sowohl einen Temperaturregler bezeichnen als auch nur den Temperaturfühler ohne Stellglied.

Funktionsweise

Der Regelkreis dient dazu, eine vorgegebene Temperatur (Regelgröße x) auf einen gewünschten Wert (Sollwert w) zu bringen und möglichst konstant zu halten. Um diese Aufgabe zu erfüllen (x=w), muss die Regelgröße mit einem Temperatursensor gemessen werden. Tritt zwischen Soll- und Istwert der Regelgröße eine Differenz auf (Regeldifferenz e), muss der Regler dem entgegenwirken. Die Größe, die zu diesem Zweck geändert werden muss, heißt Stellgröße (y). Die Änderung der Stellgröße muss zu einer Änderung der Regelgröße führen. Im Ergebnis wird die Abweichung verringert bzw. ganz beseitigt. Die hierzu erforderliche Stelleinrichtung besteht aus dem Stellantrieb und dem Stellglied, im Falle des Temperaturreglers steuert dieses entweder ein Heizelement, allfällig auch Kühlelement über die Energiezufuhr (Beispiel: Bügeleisen), oder besteht in einer Steuerung für eine externe Wärmezufuhr (Beispiel: Heizkörper).

Ein Eingriff des Temperaturreglers wird entweder durch Änderung der Sollgröße (Temperaturwahl) oder eine Störung ausgelöst. Eine Störung kann z. B. die Änderung der Umgebungstemperatur sein. Sie wird als Störgröße (z) bezeichnet. Jede Änderung der Störgröße bewirkt eine Änderung der Regelgröße. Würde sich die Störgröße nicht ändern und fände keine Änderung des Sollwertes statt, so würde der in den Sollzustand gelangte Temperaturregler in diesem Zustand verharren. Das Glied, welches den Vergleich zwischen Ist- und Sollwert durchführt und den Wert für die Stelleinrichtung (Steuergröße u) vorgibt, wird als Regler bezeichnet.

Die Regler sind in der Praxis oft mit den Sensoren und Steuereinheiten in einem Gerät oder Bauteil zusammengefasst.

Beispiele

Temperaturregler für Gussheizkörper um 1910

Thermostate

• Thermostatventile an Heizkörpern und in Thermostatmischarmaturen. Es gibt sie auch mit Fernfühlern sowie mit einer Funkbedienung, falls die Heizkörper nicht so leicht zugänglich sein sollten.
• Mit Wasser oder anderen Medien arbeitende, mit einem Thermostat und einer Pumpe ausgestattete Geräte, die zur Thermostatierung von Laboraufbauten dienen: Eintauchthermostat, Bad-Thermostat. Labor-Thermostate besitzen neben dem Temperaturregler auch eine Pumpe und ein Vorratsgefäß für eine Wärmetauscherflüssigkeit.
• Temperaturregler in Bügeleisen, Kühlschränken und Backöfen bestehen aus einem Temperaturschalter.
• Thermostat in Narkosemittelverdampfern (Vaporen), um bei Schwankungen der Umgebungstemperatur die vorher eingestellten Narkosegaskonzentrationen konstant zu halten.
• Thermostatgesteuertes Zuschalten des Kühlerkreislaufs im Flüssigkeits-Kühlkreislauf von Verbrennungsmotoren.

Komplexere Regelsysteme für die Temperatur

• Elektronische Heizungsregler an Heizkörpern, die einen tageszeitabhängig geführten Temperatursollwert haben, lassen sich oft tageszeit- oder wochentagsabhängig programmieren und berücksichtigen eventuell auch die Außentemperatur zur Steuerung der Vorlauftemperatur (Regelkreis mit mehreren Stellgrößen).
• Selbstregelnde elektrische Heizelemente bestehen lediglich aus einem Werkstoff mit extrem temperaturabhängigem elektrischem Widerstand (PTC-Keramik) und vereinen in sich alle Bestandteile eines Regelkreises - die Sollgröße ist ein fester Materialparameter. Typisch für Kleingeräte mit weit gespreizter Betriebsspannung (typisch 110–240 oder 12–24 Volt), wie Heißklebepistole, Haarglätter, Haartrockner, Wasserkocher.
• Elektronisch geregelte Lötkolben mit Temperaturfühler nahe der Lötspitze, Stromregler im Handgriff oder einem extra Gehäuse.
• Elektrische Temperaturregler für industrielle Anwendungen sind oft in einem DIN-Einbaugehäuse untergebracht und lassen sich für verschiedenste Regelaufgaben und Charakteristiken konfigurieren. Sie können oft wahlweise für den Betrieb mit Platin-Messwiderständen (Pt100 oder Pt1000) oder verschiedenen Thermoelementen als Temperatursensor konfiguriert werden und enthalten ein Relais zur Steuerung einer Heizung oder eines Kühlers.

Literatur

• Werner Kriesel: ursastat - Meßfühler mit Relaisausgang (Relaisgeber) und Regler ohne Hilfsenergie (Direktregler). In: Haas, H., Bernicke, E., Fuchs, H., Obenhaus, G. (Gesamtredaktion): ursamat-Handbuch, herausgegeben vom Institut für Regelungstechnik Berlin. Verlag Technik, Berlin 1969.
• Heinz Töpfer, Werner Kriesel: Kleinautomatisierung durch Geräte ohne Hilfsenergie. Band 173 der Reihe Automatisierungstechnik, Verlag Technik, Berlin 1976, 2. Auflage 1978 (mit Ekkehard Reimann und Mertik Quedlinburg).
• Heinz Töpfer, Werner Kriesel: Funktionseinheiten ohne Hilfsenergie. In: Funktionseinheiten der Automatisierungstechnik – elektrisch, pneumatisch, hydraulisch. Verlag Technik, Berlin und VDI-Verlag, Düsseldorf 1977, 4. Auflage 1983, ISBN 3-341-00290-1.
• Werner Kriesel, Hans Rohr, Andreas Koch: Geschichte und Zukunft der Mess- und Automatisierungstechnik. VDI-Verlag, Düsseldorf 1995, ISBN 3-18-150047-X.
• Werner Kriesel: Automatikmuseum in Leipzig. In: Verein Deutscher Ingenieure, VDI/VDE-GMA (Hrsg.): Jahrbuch 1997 VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik. VDI-Verlag, Düsseldorf 1997, ISBN 3-18-401611-0.

Weblinks

 Commons: Temperaturregler – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien