DD238683A1 - Anordnung zur temperaturregelung elektrisch beheizbarer koerper und zur ueberwachung der dafuer verwendeten baugruppe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungsanordnung zur Temperaturregelung elektrisch beheizbarer Koerper, insbesondere in Produktionsprozesse, wo definierte Temperaturzustaende aufrechterhalten werden muessen. Ziel ist der Einsatz der Temperaturregelung mit geringem Aufwand, hohem Schutz vor moeglichen Stoerungsfaellen und unter belastenden Umwelteinfluessen. Dazu soll der Einsatz stoeranfaelliger mechanisch und elektrisch bewegter Bauelemente vermieden und die verwendete Baugruppe auf vorkommende Fehlerfaelle ueberwacht werden. Erfindungsgemaess besteht die Temperaturanzeige aus einstellbaren vorgegebenen Temperaturstufen in Form einer Zeile mit LED, wobei die Temperaturwahl ueber zugeordnete Sensorschalter erfolgt. Die Ueberwachung der eingesetzten Baugruppe erfolgt ueber elektronische Schalter, die die Stromaufnahme der Heizer kontrollieren und weiterhin einen elektrischen Parameter des regelnden Temperaturaufnehmers und eine Ueberschreitung der Uebertemperatur des beheizbaren Koerpers und die Sollwertabweichung der stabilisierten Spannung der Stromversorgung, die im Fehlerfall ueber eine Erkenntnisschaltung den Heizkreis blockieren. Ein guenstiger Anwendungsfall ist die Temperaturregelung von Heissklebetischen in der Optikfertigung von waermeempfindlichen Bauteilen. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Anordnung zur Temperaturregelung elektrisch beheizbarer Körper und zur Überwachung der dafür verwendeten Baugruppe wird insbesondere für Heizflächen in Produktionsprozessen verwendet, bei denen mit geringem Aufwand definierte gewählte Temperaturzustände aufrecht erhalten werden sollen.

Die Erfindung ist einsetzbar auf allen technischen Gebieten, in denen unter belastenden Umwelteinflüssen sowohl eine zuverlässige Temperaturregelung ohne jegliche Kontrolle und Wartung, verbunden mit geringstem Bedienungsaufwand, als auch ein umfassender Schutz vor möglichen Störungen technologisch notwendig ist.

Ein günstiger Anwendungsfall ist die Temperaturregelung von Heißklebetischen in der Optikfertigung von wärmeempfindlichen optischen Bauteilen, z. B. aus Glas, wo zu niedrige Temperaturen den Beginn des Arbeitsprozesses verhindern und zu hohe Temperaturen schädigend oder zerstörend auf das wärmebehandelte Objekt wirken.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die für die Temperaturregelung allgemein verwendeten Anordnungen legen ihren Schwerpunkt zuerst mit häufigem Einsatz aufwendiger Mittel auf die Realisierung einzelner Funktionen, wie Eingabe, Ausgabe, Signalverarbeitung usw., mit hoher Genauigkeit und entsprechendem Bedienungsaufwand (z. B. DE-OS 2631700) und dann erst auf die Überwachung eingesetzter Bauteile durch zusätzliche Baugruppen verbunden mit einem erhöhten ökonomischen Aufwand (z.B. DE-OS 2425224). Dies erfordert oft die Verwendung mehrerer Geräte sowie die Einhaltung äußerer Randbedingungen zur sicheren Funktion über lange Zeiträume, wobei belastende Umwelteinflüsse eine entscheidende Rok'a spielen, so daß die konzipierte Zuverlässigkeit durch die eingesetzten Bauteile nicht im Arbeitsprozeß durch die aktiven Baugruppen erreicht wird. Hierbei sind besonders mechanisch oder elektrisch bewegte Teile störanfällig, wie z. B. bei DD-WP112016, DE-OS 2451346, wo diese selbst zur Überwachung eingesetzt werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung zur zuverlässigen Temperaturregelung für elektrisch beheizbare Körper mit geringem Aufwand und einem hohen Schutz vor möglichen Störungsfällen, besonders beim Einsatz unter belastenden Umwelteinflüssen einschließlich der im Produktionsprozeß entstehenden korrodierenden Abprodukte. Dabei soll eine sichere Arbeitsweise über große Zeiträume mit geringstem Wartungsaufwand und eintretendem Schaden für die beheizten Objekte im Arbeitsprozeß erreicht werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur zuverlässigen Temperaturregelung elektrisch beheizbarer Körper derart zu gestalten, daß der Einsatz störanfälliger mechanisch und elektrisch bewegbarer Bauelemente vermieden und die zur Regelung verwendete Baugruppe auf vorkommende Fehlerfälle überwacht wird bzw. beim Auftreten von Fehlerfällen zeitgemäß abgeschaltet wird.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einer Anordnung, bei der mindestens ein Temperaturaufnehmer für die Heizfläche mit einer Temperaturanzeigevorrichtung verschaltet ist, die ihrerseits mit einerTemperaturwahleinheit verbunden ist, erfindungsgemäß folgende Merkmale auftreten:

1. Die Temperaturanzeige in Form einzelner vorgebbarer Temperaturstufen mit stetig steigender Temperatur besteht aus einer Zeile mit Lichtemitterdioden (LED) und ist zur Temperaturwahl über einen jeweils zugeordneten Sensorschalter mit einer zugeordneten Temperaturstufe, ebenfalls mittels LED, für die jeweilige gewählte Temperaturstufe verschaltet.

2. Zur Anzeige der Überwachung der eingesetzten Baugruppe sind ebenfalls LED eingesetzt, wobei ein erster elektronischer Schalter, der den elektrischen Heizern eine reduzierte Netzspannung zuliefert, über einen zweiten elektronischen Schalter, der die Überstrom- bzw. Unterstromaufnahme der elektrischen Heizer überwacht, verbunden ist.

3. Neben dem üblichen Temperaturaufnehmer für die Temperaturregelung des elektrisch beheizbaren Körpers ist ein weiterer Temperaturaufnehmer, vorzugsweise ein Thyristor, angeordnet, der die vorgegebene maximal zulässige Temperatur des elektrisch beheizten Körpers überwacht und bei deren Überschreitung über den zweiten elektronischen Schalter zur Blockierung des Heizkreises führt.

4. Ein Spannungsteiler für den regelnden Temperaturaufnehmer, vorzugsweise ein Thermistor, ist einmal direkt mit dem Regelkreis verschaltet und zum weiteren mit einer Erkennungsschaltung für eine Sollwertabweichung, die bei deren Auftreten über einen optoelektronischen Schalter den Heizkreis blockiert.

5. Die Stromversorgungseinheit ist mit einer Erkennungsschaltung für eine Sollwertabweichung der vorgegebenen stabilisierten Spannung verbunden, die bei Auftreten einer Sollwertabweichung über den optoelektronischen Schalter ebenfalls den Heizkreis blockiert.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung sind die zur Regelung geforderten Solltemperaturen in einer frei festgelegten Anzahl voη Temperaturstufen wählbar in Abhängigkeit vom verwendeten Temperaturaufnehmer. Dazu ist die Anzahl der vorgebbaren Temperaturstufen beliebig aufreihbar und nur durch die Stromversorgung der Anordnung begrenzt. Durch eine Änderung einer eingesetzten Widerstandskombination am Spannungsteiler ist für jede Temperaturstufe eine beliebige Temperatur einstellbar, deren Bereich nur durch den Temperaturaufnehmer begrenzt wird. Als Temperaturaufnehmer wird vorteilhaft ein Thermistor eingesetzt, weil er die Anordnung mit dem geringsten Aufwand realisiert.

Die Funktion der Anordnung besteht darin, daß ein erster elektronischer Schalter, getaktet von einem netzsynchronen Impulsgeber, mit einem Komplex elektrischer Heizungen verschaltet ist und diesen mit reduzierter Netzspannung betreibt, um die Lebensdauer der elektrischen Heizer zu vergrößern. Mittels eines optoelektronischen Schalters ist der erste elektronische Schalter mit dem Regelkreis, d. h. mit einer Soll- und Isttemperaturerkennung verbunden, die zur Regelung über den Spannungsteiler mit dem regelnden Temperaturaufnehmer verschaltet ist. Die Soll- und Isttemperaturerkennung ist mit einem Bedien- und Anzeigeteil gekoppelt, an dem eine jeweilige gewählte Temperaturstufe über einen zugeordneten Sensorschalter sowie ein aktueller Stand des Temperaturzustandes, aber auch ein Störungsfall mittels LED erkennbar sind. Zum anderen ist der erste elektronische Schalter mit einem zweiten elektronischen Schalter verbunden, der bei einer Über- oder Unterstromaufnahme der elektrischen Heizer sowie bei Überschreitung der vorgegebenen maximal zulässigen Temperatur des elektrisch beheizten Körpers, vermittelt durch einen weiteren eingesetzten Temperaturaufnehmer, vorzugsweise ein Thyristor, und bei Abweichung eines elektrischen Parameters des regelnden Temperaturaufnehmers vom Sollwert einschließlich seiner Zuleitungen und bei zu großer Sollwertabweichung der stabilisierten Spannung zur Stromversorgung der einzelnen Bauteile zur Anzeige bzw. zur Abschaltung der gesamten Anordnung vom Netz nach einem vorgegebenen Zeitplan führt, falls die Fehler nicht vorher abgestellt werden.

Zur optischen Anzeige der einzelnen Fehlererkennungsschalter können zusätzlich LED zur Fehlerlokalisation angeschlossen werden.

Die Erfindung zeigt den Vorteil, daß bei Einwirkung belastender Umwelteinflüsse, z. B. korrodierender Atmosphäre, die Regel- und Überwachungsanordnung nicht funktionsunfähig wird, sondern bei Ausfall einzelner Bauteile bzw. bei Sollwertabweichung der Regelparameter immer eine Anzeige oder Abschaltung der gesamten Anlage vom Netz erfolgt, so daß der Beheizungsprozeß nur in einen solchen gestörten Zustand gesetzt werden kann, der keinen Schaden im Produktionsprozeß hervorruft. Weiterhin ist durch die Vereinheitlichung der verwendeten Bauteile mit hoher Zuverlässigkeit und durch die Mehrfachfunktion einzelner Baustufen ein geringer Aufwand erreicht.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand der schematischen Zeichnung erläutert, die ein Blockschaltbild für eine Temperaturregelung in beispielsweise vier Stufen darstellt.

In der Zeichnung ist in einem elektrisch zu beheizenden Körper 2 eine Heizung 2.1-2.2 in Form eines Komplexes von Widefstandsheizern, zur gleichmäßigen Aufteilung der entstehenden Wärmemenge über eine große Fläche mit einem ersten elektronischen Schalter 7 (Thyristor) verbunden, der von einem Impulsgeber 8 zur Bereitstellung der netzsynchronen Zünderspannungsimpulse bei jedem Nulldurchgang der Netzspannung eines elektrischen Netzes 1 getaktet wird zum Betrieb der Heizung 2.1-2.2 mit reduzierter Netzspannung, mit dem Ziel ihrer gesteigerten Lebensdauer. Ein regelnder Temperaturaufnehmer 2.3 (Thermistor), der sich im beheizbaren Körper 2 befindet, ist über einen Spannungsteiler 15 mit einer aus dem Netz 1 über eine ungeregelte Stromversorgung 13 gewonnene geregelte Stromversorgung 14 zur Speisung der entsprechenden Bauteile verbunden, so daß dessen temperaturabhängiger Widerstand eine Verschiebung der aufgeprägten Spannung zur Folge hat, die in einer nachgeschalteten Istwerterkennung 5 die Regeltemperatur zur Klassifizierung in vier Temperaturstufen mittels Operationsverstärker (OPV) in eine über der Raumtemperatur liegenden O. Temperaturstufe 5.1, jedoch noch unterhalb der niedrigsten wählbaren Temperaturstufe sowie in eine 1 .-4.Temperaturstufe 5.2-5.5 mit stetig

steigender Temperatur führt. Diese Temperaturstufen 5.1-5.5 sind mit in einer in einem Bedien- und Anzeigeteil 3 untergebrachten LED-Zeile 3.3-3.7 derart verbunden, daß mit stetig steigender Temperatur immer mehr erreichte Temperaturstufen in Form des Aufleuchtens der zugehörigen nächsten LED der Zeile quittiert werden. Eine Reihe von Sensorschaltern 3.8-3.11 (Thyristoren) für die zu wählende Temperaturstufe, die sich ebenfalls wie eine weitere LED-Zeile für gewählte Temperaturstufe 3.12-3.15 im Bedien- und Anzeigeteil 3 befindet, ist mit einer Sollwerterkennung 6 (mittels OPV) für eine gewählte Temperaturstufe verschaltet über einen Auswahlschalter 11 für nur eine mögliche zu wählende Temperaturstufe. Die Verknüpfung der Sollwerterkennung 6 der gewählten Temperaturstufe mit der Istwerterkennung 5 der Regeltemperatur führt über den Auswahlschalter 11 und danach zur Verbindung über einen optoelektronischen Schalter 9 zur Steuerung des Impulsgebers 8 und damit zur Bestimmung der aktiven Zeit des Komplexes der Heizung 2.1-2.2. Zur Überwachung der eingesetzten Baugruppe ist eine Überwachungseinheit 4 mit einem Erkennungsschalter für Übertemperatur 4.1 verbunden, der seinerseits mit einem überwachenden Temperaturaufnehmer 2.4 (Thyristor) für die maximal zulässige Temperatur des zu beheizenden Körpers 2 verknüpft ist; der überwachende Temperaturaufnehmer 2.4 befindet sich unmittelbar im elektrisch beheizten Körper 2. Ebenso ist ein Erkennungsschalter für Überstromaufnahme 4.2 (Thyristor) bzw. ein Erkennungsschalter für Unterstromaufnahme 4.3 (Thyristor) der Heizung 2.1-2.2 über den Impulsgeber 8 mit dem ersten elektronischen Schalter 7 verbunden, des weiteren ein Erkennungsschalter für Sollwertüberschreitung 4.4 (OPV) bzw. ein Erkennungsschalter für Sollwertunterschreitung 4.5 (OPV) eines elektrischen Parameters (vorzugsweise elektrischer Widerstand) des regelnden Temperaturaufnehmers 2.3 mit dem Spannungsteiler 15 und ein Erkennungsschalter für Überspannung 4.6 (Thyristor) bzw. ein Erkennungsschalter für Unterspannung 4.7 (Thyristor) der geregelten Stromversorgung 14 mit dieser selbst. Die Überwachungseinheit 4 ist selbst wiederum mit einem zweiten elektronischen Schalter 12 (Thyristor) verbunden, der bei Ansprechen einer der Erkennungsschalter 4.1-4.7 gemäß einer vorgebbaren Zeitverzögerung über die Verschaltung mit dem Auswahlschalter 11 und darüber mit dem optoelektronischen Schalter 9 zur Blockierung der Heizung 2.1-2.2 führt. Erkennbar wird dies an einer am Bedien-und Anzeigeteil befindlichen LED für Netz 3.1 und einer LEDfür Heizung 3.2, die über einen Multivibrator 10 mit dem Impulsgeber 8 verknüpft sind.

Im Betriebszustand bei Anliegen des elektrischen Netzes 1 leuchtet LED für Netz 3.1 und signalisiert damit die völlig intakte Baugruppe und ihre Bereitschaft für eine Temperatureingabe. Würde bereits jetzt ein Fehlerfall vorliegen, wie z. B. Stromaufnahme der Heizung 2.1—2.2, Sollwertabweichung des elektrischen Parameters des regelnden Temperaturaufnehmers 2.3 einschließlich Bruch oder Kurzschluß, Über- oder Unterspannung der geregelten Stromversorgung 14 usw., so würde ein Ansprechen des jeweiligen Erkennungsschalters zur Blockierung der Heizung 2.1-2.2 und der Bereitschaft einer Temperatureingabe führen, quittiert durch ein Blinken der LED für Netz 3.1. Damit werden Folgeschäden von vornherein vermieden.

Im Normalfall wird über den entsprechenden Sensorschalter 3.8-3.11 die gewünschte Temperaturstufe angewählt, quittiert durch Aufleuchten der jeweiligen LED in der LED-Zeile für gewählte Temperaturstufe 3.12-3.15. Der Auswahlschalter 11 wird eingeschaltet und gibt den Signalweg für nur eine mögliche Temperaturstufe zum optoelektronischen Schalter 9 frei von der Sollwerterkennung 6, da die angewählte Temperaturstufe eine der 1.-4.Temperaturstufenwahl aktiviert durch Freigabe des Ausgangs des entsprechenden OPV. Damit beginnt der Impulsgeber 8 eine netzsynchrongetaktete Steuerung der aktiven und passiven Phase der Heizung 2.1-2.2 in Form einer Anzahl bereitgestellter Zündimpulse mit dazwischenliegenden Intervallen (Betrieb mit reduzierter Netzspannung). Dabei blinkt die LED für Heizung 3.2 bei richtiger Stromaufnahme und zeigt somit den Beginn des Regelvorganges an. Die aufgeprägte Spannung des regelnden Temperaturaufnehmers 2.3 wird von der Istwerterkennung 5 über die vorgegebene gewählte Temperaturstufe mit der Sollwerterkennung 6 verglichen als Spannungsdifferenz. Je nach erreichter Temperaturstufe leuchtet die zugehörige LED in der LED-Zeile für Temperaturanzeige 3.3-3.7 und signalisiert den Temperaturzustand des zu beheizenden Körpers 2. Beim Erreichen der gewählten Temperaturstufe verlischt die Anzeige LED für Heizung 3.2, da jetzt die Spannungsdifferenz Null wird und der optoelektronische Schalter 9 über den Auswahlschalter 11 gesperrt wird, bis eine von Null abweichende Spannung das Öffnen des optoelektronischen Schalters 9 bewirkt durch eine wieder absinkende Temperatur des zu beheizenden Körpers 2.

Durch Verändern der Widerstandskombination am Spannungsteiler 15 kann die jeweilige gewünschte Temperaturstufe eingestellt werden, ebenso kann eine beliebige Aufreihung derTemperaturstufen erfolgen, nur begrenzt durch die bereitgestellte Stromversorgung

Durch LED-Anzeige an den Ausgängen der Erkennungsschalter 4.1-4.7 kann eine sofortige Lokalisation des Fehlers erfolgen.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   1. Anordnung zur Temperaturregelung elektrisch beheizbarer Körper (2) und zur Überwachung der dafür verwendeten Baugruppe, bei der Temperaturaufnehmer (2.3) für die Heizfläche mit einer Temperaturanzeigevorrichtung (3.3-3.7) verschaltet sind, die ihrerseits mit einer Temperaturwahleinheit (3.8-3.11) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,

   — daß die Temperaturanzeige (3.3-3.7) in einzelne vorgebbare Temperaturstufen (3.12-3.15) mit stetig steigender Temperatur aus einer Zeile mit LED (3.3-3.7) besteht, wobei die Temperaturanzeige (3.3-3.7) zur Temperaturwahl über einen jeweils zugeordneten Sensorschalter (3.8-3.11) mit einer zugeordneten Temperaturstufe (3.12-3.15) ebenfalls mittels LED für die jeweilige gewählte Temperaturstufe (3.12-3.15) verschaltet ist,

   — daß zur Anzeige der Überwachung der eingesetzten Baugruppe ebenfalls LED eingesetzt sind, wobei ein erster elektronischer Schalter (7), der den elektrischen Heizern (2.1-2.2) eine reduzierte Netzspannung zuliefert, über einen zweiten elektronischen Schalter (12), der die Überstrom- bzw. Unterstromaufnahme (4.2-4.3) überwacht, verbunden ist,

   — daß neben einem Temperaturaufnehmer für die Temperaturregelung (2.3) des elektrisch beheizbaren Körpers (2) ein weitererTemperatu rauf nehmer (2.4), vorzugsweise ein Thyristor, für eine einstellbare maximal zulässige Temperatur des elektrisch beheizbaren Körpers (2) über den zweiten elektronischen Schalter (12) zur Blockierung des Heizkreises (2.1-2.2) führt,

   — daß ein Spannungsteiler (15) für den regelnden Temperaturaufnehmer (2.3), vorzugsweise ein Thermistor, einmal direkt mit dem Regelkreis (5,6) verschaltet ist und zum weiteren verbunden ist mit einer Erkennungsschaltung (4) für eine Sollwertabweichung seines vorgegebenen Spannungsabfalls (4.4-4.5), die bei Auftreten einer Sollwertabweichung über einen optoelektronischen Schalter (9) zum Blockieren des Heizkreises (2.1-2.2) führt.
2. 2. Anordnung zur Temperaturregelung elektrisch beheizbarer Körper (2) nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der vorgebbaren Temperaturstufen (3.12—3.15) beliebig auftreihbar ist und nur durch die Stromversorgung (14) begrenzt ist.
3. 3. Anordnung zur Temperaturregelung elektrisch beheizbarer Körper (2) nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Änderung einer eingesetzten Widerstandskombination am Spannungsteiler (15) für jede Temperaturstufe (3.12-3.15) eine beliebige Temperatur einstellbar ist, deren Bereich nur durch den Temperaturaufnehmer begrenzt ist.
4. 4. Anordnung zur Temperaturregelung elektrisch beheizbarer Körper (2) und zur Überwachung der dafür verwendeten Baugruppe nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgängen der Erkennungsschalter (4.1-4.7) zusätzlich LED zur Fehlerlokalisation angeschlossen sind.