DE10056068C1

DE10056068C1 - Verfahren zum Steuern und Regeln der Laminiertemperatur eines beheizbaren Laminators und durch das Verfahren gesteuerter und geregelter Laminator

Info

Publication number: DE10056068C1
Application number: DE2000156068
Authority: DE
Inventors: Friedrich Von Rohrscheidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-11-11
Filing date: 2000-11-11
Publication date: 2002-05-23
Anticipated expiration: 2020-11-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern und Regeln der Laminiertemperatur eines beheizbaren Laminators (1), welcher eine Heizeinrichtung (6) und eine Sensoreinrichtung (26) zur Messung einer Laminier-Isttemperatur (T¶ist¶) beinhaltet. Das Verfahren beinhaltet folgende, zeitlich aufeinander folgende Schritte: DOLLAR A a) Aktivieren der Heizeinrichtung (6), bis die Laminier-Isttemperatur (T¶ist¶) eine Starttemperatur (T¶start¶) überschreitet, welche kleiner als eine vorgegebene Laminier-Solltemperatur (T¶soll¶) ist, DOLLAR A b) Einregeln der Laminier-Isttemperatur (T¶ist¶) auf die Laminier-Solltemperatur (T¶soll¶), indem abhängig von der Größe der Regeldifferenz zwischen der Laminier-Solltemperatur (T¶soll¶) und der Laminier-Isttemperatur (T¶ist¶) eine Zeitdauer berechnet wird, während der die Heizeinrichtung (6) aktiviert oder nicht aktiviert wird, DOLLAR A c) wenn die Laminier-Isttemperatur (T¶ist¶) aufgrund einer erhöhten Abfuhr von Wärmeenergie, beispielsweise zu Beginn eines Laminiervorgangs, eine Abfangtemperatur (T¶a¶) unterschreitet, welche kleiner als die Laminier-Solltemperatur (T¶soll¶) ist, wird die Heizeinrichtung (6) solange aktiviert, bis die Laminier-Isttemperatur (T¶ist¶) konstant bleibt oder ansteigt, DOLLAR A d) Fortfahren mit Schritt b).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern und Regeln der Laminiertemperatur eines beheizbaren Laminators gemäß dem Ober begriff von Anspruch 1 sowie einen beheizbaren Laminator gemäß An spruch 6.

Aus dem Stand der Technik sind einfache Temperaturregelun gen von beheizten Laminatoren bekannt, bei welchen eine Spannungs versorgung der Heizeinrichtung eingeschaltet wird, wenn die gemesse ne Laminier-Isttemperatur unter einer vorgegebenen Laminier- Solltemperatur liegt, und bei welcher die Spannungsversorgung ausgeschaltet wird, falls die Laminier-Isttemperatur über der Laminier- Solltemperatur liegt. Solche Regelsysteme neigen jedoch aufgrund ih rer Trägheit zum Über- bzw. Unterschwingen, so daß sich zum Teil er hebliche Abweichungen von der Laminier-Solltemperatur ergeben kön nen. Eine möglichst konstante Laminiertemperatur ist jedoch entschei dend für das Laminierergebnis. Aus diesem Grund wurde versucht, durch eine relativ große Masse der Heizelemente der Heizeinrichtung den Einfluß von Störgrößen möglichst gering zu halten. Wegen der großen Masse der Heizelemente verlängert sich jedoch die Aufheizzeit bis zum Erreichen der Laminier-Solltemperatur, was im Hinblick auf ei ne in der Praxis geforderte schnelle Betriebsbereitschaft von Laminato ren jedoch unerwünscht ist.

In der JP 2-10414 (A) in Patent Abstracts of Japan, Sect. P, Vol. 14 (1990), No. 150 (P-1025) ist eine Temperatursteuerung einer durch eine Heizeinrichtung beheizbaren Rolle offenbart, bei welcher die Heizein richtung während einer Aufheizphase zwischen einer niedrigsten Ziel temperatur und einer höchsten Zieltemperatur wiederholt aktiviert und deaktiviert wird bis die höchste Zieltemperatur erreicht ist.

In der DE 33 10 367 C2 ist ein Verfahren zur Einzelraumtempe raturregelung mit einer regelbaren Wärmequelle offenbart, bei wel chem während einer nichtstationären Aufheizphase die Raumlufttempe ratur unter Vorgabe einer über der anfänglichen Wandoberflächentem peratur liegenden Raumluft-Solltemperatur als Regelgröße herangezo gen wird und die nichtstationäre Aufheizphase unter Verwendung der Raumlufttemperatur als Regelgröße durchgeführt wird, bis die Wandoberflächentemperatur nur noch höchstens um eine vorgegebene Temperaturdifferenz niedriger ist als die Raumluft-Solltemperatur, und in der anschließenden quasistationären Regelphase die Wandoberflächentemperatur unter Vorgabe einer Wandoberflächen-Solltemperatur als Regelgröße verwendet und die Wärmequelle dann eingeschaltet wird, wenn die Wandoberflächentemperatur unterhalb der Untergrenze der Schalthysterese liegt, und die Wärmequelle dann abgeschaltet wird, wenn die Raumlufttemperatur die Obergrenze der Schalthystere se überschreitet, bzw. wenn die Wandoberflächentemperatur schon vor der Raumlufttemperatur ihren Sollwert erreicht hat.

Die DE 197 53 364 A1 offenbart eine Temperaturregelvorrich tung mit einem Steuerprozessor, der periodisch in zeitlichen Abständen jeweils abhängig von einem Istwert-Sollwertvergleich ein Einzeit- Auszeit-Schaltverhältnis eines Leistungsschaltgliedes steuert.

In der Zeitschrift Elektronik, 1967, Heft 8, S. 237-239 ist eine proportionale Temperaturregelung mit Nullspannungsschaltern be schrieben, bei welcher Thyristoren verwendet werden.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art derart weiter zu entwickeln, daß sich eine kur ze Aufheizzeit eines mit ihm betriebenen Laminators in Verbindung mit einem hiernach schnellen Ausgleich von Temperaturabweichungen von einer vorgegebenen Laminier-Solltemperatur ergibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende, zeitlich aufeinander folgende Verfahrensschritte gelöst:

a) Aktivieren der Heizeinrichtung, bis die Laminier-Isttemperatur eine Starttemperatur überschreitet, welche kleiner als eine vorgegebene Laminier-Solltemperatur ist,
b) Einregeln der Laminier-Isttemperatur auf die Laminier- Solltemperatur, indem abhängig von der Größe der Regeldifferenz zwischen der Laminier-Solltemperatur und der Laminier- Isttemperatur eine Zeitdauer berechnet wird, während der die Heiz einrichtung aktiviert oder nicht aktiviert wird,
c) wenn die Laminier-Isttemperatur aufgrund einer erhöhten Abfuhr von Wärmeenergie, beispielsweise zu Beginn eines Laminiervor gangs, eine Abfangtemperatur unterschreitet, welche kleiner als die Laminier-Solltemperatur ist, wird die Heizeinrichtung solange akti viert, bis die Laminier-Isttemperatur konstant bleibt oder ansteigt,
d) Fortfahren mit Schritt b).

Vorteile der Erfindung

Indem die Temperaturregelung während der Regelphase gemäß Schritt b) abhängig von der Größe der Regeldifferenz erfolgt, wird die Schwingungsneigung des Systems reduziert. Beispielsweise ergibt sich bei größeren Regeldifferenzen eine längere und bei kleineren Regel differenzen eine kürzere Aktivierung bzw. Deaktivierung der Heizein richtung. Durch diese Maßnahme verringert sich die Trägheit des Sy stems, weshalb die Masse und das Volumen der Heizeinrichtung relativ klein gewählt werden können. Dies hat neben einer Ersparnis von Fer tigungskosten und Bauraum in vorteilhafter Weise zur Folge, daß sich die Aufheizzeit des Laminators während der Aufheizphase gemäß Schritt a) reduziert. Um einem bei Einführen eines Laminierguts in den Laminator plötzlich auftretenden Temperaturabfall zu begegnen, wird die Regelung zeitweise außer Kraft gesetzt und die Heizeinrichtung gemäß Schritt c) ständig aktiviert. Infolgedessen ist eine schnellere An passung der Laminiertemperatur an die Sollwertvorgabe möglich, so daß auch zu Beginn des Laminiervorgangs keine relevanten Abwei chungen von der Laminier-Solltemperatur zu erwarten sind.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patent anspruch 1 angegebenen Erfindung möglich.

Gemäß einer zu bevorzugenden Maßnahme wird während der Regelphase gemäß Schritt b) die Zeitdauer, während der die Heiz einrichtung aktiviert oder deaktiviert wird, durch Multiplikation eines vor zugsweise in einem Mikrocomputer gespeicherten, durch eine Zeitdau er je Grad Regeldifferenz definierten Proportionalbeiwerts K_p mit der Regeldifferenz errechnet. Die Aktivierung und Deaktivierung der Heiz einrichtung wird dabei mittels wenigstens eines durch den Mikrocom puter angesteuerten Wechselstromtyristors (Triac) bewerkstelligt.

Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines beheizbaren Laminators, der mittels des Verfahrens gemäß der Erfindung betrieben wird,

Fig. 2 ein Temperatur-Zeit-Diagramm des Verlaufs der Laminiertempe ratur des Laminators von Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Bei dem in Fig. 1 mit der Bezugszahl 1 bezeichneten Laminator handelt es sich in bevorzugter Ausführungsform um einen Folienlaminator. Solche Folienlaminatoren werden verwendet, um häufig ge brauchte Dokumente wie z. B. Ausweise, Speisekarten oder Bedie nungsanleitungen mit einem dauerhaften Schutzüberzug aus Kunst stofffolie zu versehen. Hierzu wird das zu schützende Dokument bei spielsweise in eine Folientasche eingelegt, welche an drei Seiten offen ist. Die Kunststofffolie der Folientasche ist mehrschichtig und besteht in der Regel aus einer äußeren PVC-Schicht und einer inneren Polyäthy len-Schicht, welche an ihrer zum Dokument weisenden Innenseite mit einem Heißkleber versehen ist. Folientasche und Dokument bilden zu sammen ein Laminiergut 2. Zum Erhitzen des Laminierguts 2 weist der Laminator 1 eine vorzugsweise zwei Heizplatten 4 enthaltende Heizein richtung 6 auf. Die Heizplatten 4 verlaufen parallel zueinander und bil den zwischen sich einen Heizschlitz 8, welchen das Laminiergut 2 zum Erhitzen passiert. Hierdurch dringt der Heißkleber in die Poren des Do kuments ein. Anschließendes Verwalzen durch zwei dem Heizschlitz 8 nachgeordnete Preßrollen 10 sorgt für eine bessere Vernetzung des Heißklebers und für eine glatte Oberfläche, so daß die Folientasche mit dem Dokument untrennbar verbunden ist.

Die Heizeinrichtung 6 steht über eine elektrische Leitung 12 mit einem Wechselstromthyristor (Triac) 14 in Verbindung, welcher wieder um durch eine elektrische Leitung 16 mit einer Spannungsquelle 18 verbunden ist, so daß Strom der Spannungsquelle 18 in Abhängigkeit des Durchlaßverhaltens des Wechselstromthyristors 14 zu den Heiz platten 4 der Heizeinrichtung 6 fließen kann. Der Wechselstromthyristor 14 wird beispielsweise durch einen programmgesteuerten Mikrocom puter oder Mikroprozessor 20 über eine Steuerleitung 22 angesteuert, der vorzugsweise in eine Steuer- und Regeleinrichtung 24 des Folien laminators 1 integriert ist. Darüber hinaus ist im Bereich des Heizschlitzes 8 wenigstens ein Temperatursensor 26 einer Sensoreinrichtung angeordnet, welcher mittels einer Signalleitung 28 dem Mikrocomputer 20 der Steuer- und Regeleinrichtung 24 ein der im Heizschliz 8 vor herrschenden Laminier-Isttemperatur T_ist proportionales Signal über mittelt. Der Temperatursensor 26 könnte beispielsweise zwischen den beiden Heizplatten 4 oder auch in einer der Heizplatten 4 angeordnet sein. Denkbar sind auch je ein Temperatursensor 26 in einer Heizplatte 4, wobei beispielsweise aus den beiden gemessenen Temperaturen in der Steuer- und Regeleinrichtung 24 ein Mittelwert für die Laminier- Isttemperatur T_ist gebildet wird.

Das Programm des Mikrocomputers 20 der Steuer- und Rege leinrichtung 24 steuert und regelt den Folienlaminator 1 und insbeson dere die Heizeinrichtung 6 nach folgendem Verfahren:
Zur Inbetriebnahme des Folienlaminators 1 wird während einer Aufheizphase der Wechselstromthyristor 14 durchgeschaltet, so daß die beiden Heizplatten 4 durch Strom der Spannungsquelle 18 versorgt werden und sich infolgedessen aufheizen. In Fig. 2 ist ein Diagramm mit dem Verlauf der Laminier-Isttemperatur T_ist über der Zeit dargestellt, in welchem die Aufheizphase mit I gekennzeichnet ist.

Parallel hierzu wird ein der im Heizschlitz 8 herrschenden und vom Temperatursenor 26 gemessenen Laminier-Isttemperatur T_ist pro portionales, elektrisches Signal an den Mikrocomputer 20 übermittelt, der den momentanen Wert mit einer gespeicherten Starttemperatur T_start vergleicht, welche vorzugsweise um ca. 8 bis 12 Prozent kleiner ist als eine vorgegebene, ebenfalls gespeicherte Laminier-Solltemperatur T_soll. Die Laminier-Solltemperatur T_soll beträgt gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel 110 Grad Celsius und die Starttemperatur T_start 100 Grad Celsius. Während der Aufheizphase I ist die Regelfunktion der Steuer- und Regeleinrichtung 24 außer Kraft gesetzt, lediglich ein Vergleich der gemessenen Laminier-Isttemperatur T_ist mit der gespei cherten Starttemperatur T_start findet statt. Die ungeregelte, einen mög lichst schnellen Temperaturanstieg hervorrufende Aufheizphase I ist beendet, wenn die Laminier-Isttemperatur T_ist die Starttemperatur T_start überschritten hat.

Dann setzt der Mikrocomputer 20 eine Temperaturregelung in Kraft, bei welcher die Laminier-Isttemperatur T_ist auf die Laminier- Solltemperatur T_soll eingeregelt wird, indem abhängig von der Größe der Regeldifferenz zwischen der Laminier Solltemperatur T_soll und der La minier-Isttemperatur T_ist eine Zeitdauer berechnet wird, während der die Heizeinrichtung 6 aktiviert oder nicht aktiviert wird. Vorzugsweise wird nach einem proportionalen (P-)Regelverhalten geregelt, wobei ein vor gegebener Proportionalbeiwert K_p durch eine Zeitdauer je Grad Tempe raturdifferenz definiert und im Mikrocomputer 20 gespeichert ist. Die vom Mikrocomputer 20 errechnete Regeldifferenz wird anschließend mit dem Proportionalbeiwert K_p multipliziert, wobei sich als Ergebnis die Zeitdauer ergibt, während der die Heizeinrichtung 6 abhängig vom Vor zeichen der Regeldifferenz aktiviert oder deaktiviert wird. Das Regel verhalten ist durch Ändern des Proportionalbeiwerts K_p an unterschied liche Randbedingungen anpaßbar.

Je größer die Regeldifferenz ist, desto größer ist daher die er rechnete Zeitdauer, während der die Heizeinrichtung 6 mit Strom ver sorgt oder nicht versorgt ist, je nachdem ob die Regeldifferenz positiv oder negativ ist. Die elektrische Koppelung der Heizeinrichtung 6 mit der Spannungsquelle 18 bzw. deren Trennung hiervon erfolgt durch entsprechende Ansteuerung des Wechselstromthyristors 14 durch den Mikrocomputer 20. Die beschriebene zeitbasierte Regelphase ist in Fig. 2 mit II und der Temperaturverlauf ist durch eine um die Laminier- Solltemperatur I_soll oszilierende Kurve mit kleinen Amplituden gekenn zeichnet. Die im Bereich der Laminier-Solltemperatur T_soll gehaltene Laminier-Isttemperatur T_ist stellt dann die Bereitschaftstemperatur des Folienlaminators 1 dar.

Wenn nun ein unter Umgebungstemperatur stehendes Laminier gut 2 in den Heizschlitz 8 der Heizeinrichtung 6 eingeschoben wird, fällt die Laminier-Isttemperatur T_ist aufgrund der Abfuhr von Wärmeenergie schlagartig ab, ein entsprechend schneller Ausgleich ist durch die Re gelung oft nicht möglich. Falls nun die Laminier-Isttemperatur T_ist eine Abfangtemperatur T_a unterschreitet, welche um ca. 1,5 bis 2,5 Prozent kleiner als die Laminier-Solltemperatur T_soll ist und beispielsweise 108 Grad Celsius beträgt, so sieht das im Mikrocomputer 20 gespei cherte Programm vor, daß die vorangehend beschriebene Regelung zunächst außer Kraft gesetzt wird. In einem solchen Fall wird der Wechselstromthyristor 14 vom Mikrocomputer 20 derart geschaltet, daß die Heizeinrichtung 6 solange bestromt ist, bis die Laminier- Isttemperatur T_ist konstant bleibt oder ansteigt. Eine Überwachung der Laminier-Isttemperatur T_ist erfolgt dabei vorzugsweise in konstanten Zeitabständen Δt. Diese gradientenbasierte Steuerungsphase der La miniertemperatur ist in Fig. 2 mit III gekennzeichnet. Alternativ könnte die Phase III auch abhängig von der Geschwindigkeit eingeleitet wer den, mit welcher sich die Laminier-Isttemperatur T_ist je Zeitintervall Δt ändert und insbesondere fällt. Diese Geschwindigkeit ist dann definiert durch ΔT_ist/Δt, wobei ΔT_ist die Änderung der Laminier-Isttemperatur T_ist über der Zeit t darstellt.

Falls durch die ständige Aktivierung der Heizeinrichtung 6 sich nun die Laminier-Isttemperatur T_ist konstant einpegelt oder ansteigt, so schaltet der Mikrocomputer 20 wieder auf die Regelphase II zurück, in welcher die eingeregelte Laminier-Isttemperatur T_ist um die Laminier- Solltemperatur T_soll oszilliert.

Claims

1. Verfahren zum Steuern und Regeln der Laminiertemparatur eines be heizbaren Laminators (1), welcher eine Heizeinrichtung (6) und eine Sensoreinrichtung (26) zur Messung einer Laminier-Isttemperatur (T_ist) beinhaltet, gekennzeichnet durch folgende zeitlich aufeinander fol gende Schritte:

a) Aktivieren der Heizeinrichtung (6), bis die Laminier-Isttemperatur (T_ist) eine Starttemperatur (T_start) überschreitet, welche kleiner als ei ne vorgegebene Laminier-Solltemperatur (T_soll) ist,
b) Einregeln der Laminier-Isttemperatur (T_ist) auf die Laminier- Solltemperatur (T_soll), indem abhängig von der Größe der Regeldif ferenz zwischen der Laminier-Solltemperatur (T_soll) und der Lami nier-Isttemperatur (T_ist) eine Zeitdauer berechnet wird, während der die Heizeinrichtung (6) aktiviert oder nicht aktiviert wird,
c) wenn die Laminier-Isttemperatur (T_ist) aufgrund einer erhöhten Ab fuhr von Wärmeenergie, beispielsweise zu Beginn eines Laminier vorgangs, eine Abfangtemperatur (T_a) unterschreitet, welche kleiner als die Laminier-Solltemperatur (T_soll) ist, wird die Heizeinrichtung (6) solange aktiviert, bis die Laminier-Isttemperatur (T_ist) konstant bleibt oder ansteigt,
d) Fortfahren mit Schritt b).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Regelphase gemäß Schritt b) die Zeitdauer, während der die Heiz einrichtung (6) aktiviert oder deaktiviert wird, durch Multiplikation eines in einem Mikrocomputer (20) gespeicherten, durch eine Zeitdauer je Grad Regeldifferenz definierten Proportionalbeiwerts K_p mit der Regel differenz errechnet wird, wobei die Aktivierung oder Deaktivierung der Heizeinrichtung (6) abhängig vom Vorzeichen der Regeldifferenz er folgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Akti vierung und Deaktivierung der Heizeinrichtung (6) mittels wenigstens eines durch den Mikrocomputer (20) angesteuerten Wechselstromtyri stors (14) erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Starttemperatur (T_start) etwa 8 bis 12 Prozent kleiner als die Laminier-Solltemperatur (T_soll) ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Abfangtemperatur (T_a) etwa 1,5 bis 2,5 Prozent kleiner als die Laminier-Solltemperatur (T_soll) ist.

6. Beheizbarer Laminator (1) mit einer Heizeinrichtung (6), einer Sen soreinrichtung (26) zur Messung einer Laminier-Isttemperatur (T_ist) und einer Steuer- und Regeleinrichtung (24) zur Ausführung des Verfah rens nach einem der Ansprüche 1 bis 5.