DE10056068C1 - Verfahren zum Steuern und Regeln der Laminiertemperatur eines beheizbaren Laminators und durch das Verfahren gesteuerter und geregelter Laminator - Google Patents
Verfahren zum Steuern und Regeln der Laminiertemperatur eines beheizbaren Laminators und durch das Verfahren gesteuerter und geregelter LaminatorInfo
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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
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.
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).
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 Kp mit der
Regeldifferenz errechnet. Die Aktivierung und Deaktivierung der Heiz
einrichtung wird dabei mittels wenigstens eines durch den Mikrocom
puter angesteuerten Wechselstromtyristors (Triac) bewerkstelligt.
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.
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 Tist 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 Tist 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 Tist über der Zeit dargestellt, in welchem die Aufheizphase mit I gekennzeichnet ist.
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 Tist 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 Tist pro
portionales, elektrisches Signal an den Mikrocomputer 20 übermittelt,
der den momentanen Wert mit einer gespeicherten Starttemperatur
Tstart vergleicht, welche vorzugsweise um ca. 8 bis 12 Prozent kleiner ist
als eine vorgegebene, ebenfalls gespeicherte Laminier-Solltemperatur
Tsoll. Die Laminier-Solltemperatur Tsoll beträgt gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel 110 Grad Celsius und die Starttemperatur Tstart
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 Tist mit der gespei
cherten Starttemperatur Tstart findet statt. Die ungeregelte, einen mög
lichst schnellen Temperaturanstieg hervorrufende Aufheizphase I ist
beendet, wenn die Laminier-Isttemperatur Tist die Starttemperatur Tstart
überschritten hat.
Dann setzt der Mikrocomputer 20 eine Temperaturregelung in
Kraft, bei welcher die Laminier-Isttemperatur Tist auf die Laminier-
Solltemperatur Tsoll eingeregelt wird, indem abhängig von der Größe der
Regeldifferenz zwischen der Laminier Solltemperatur Tsoll und der La
minier-Isttemperatur Tist 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 Kp 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 Kp 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 Kp 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 Isoll oszilierende Kurve mit kleinen Amplituden gekenn
zeichnet. Die im Bereich der Laminier-Solltemperatur Tsoll gehaltene
Laminier-Isttemperatur Tist 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 Tist aufgrund der Abfuhr von Wärmeenergie
schlagartig ab, ein entsprechend schneller Ausgleich ist durch die Re
gelung oft nicht möglich. Falls nun die Laminier-Isttemperatur Tist eine
Abfangtemperatur Ta unterschreitet, welche um ca. 1,5 bis 2,5 Prozent
kleiner als die Laminier-Solltemperatur Tsoll 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 Tist konstant bleibt oder ansteigt. Eine Überwachung der
Laminier-Isttemperatur Tist 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 Tist je Zeitintervall Δt
ändert und insbesondere fällt. Diese Geschwindigkeit ist dann definiert
durch ΔTist/Δt, wobei ΔTist die Änderung der Laminier-Isttemperatur Tist
über der Zeit t darstellt.
Falls durch die ständige Aktivierung der Heizeinrichtung 6 sich
nun die Laminier-Isttemperatur Tist konstant einpegelt oder ansteigt, so
schaltet der Mikrocomputer 20 wieder auf die Regelphase II zurück, in
welcher die eingeregelte Laminier-Isttemperatur Tist um die Laminier-
Solltemperatur Tsoll oszilliert.
Claims (6)
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 (Tist)
beinhaltet, gekennzeichnet durch folgende zeitlich aufeinander fol
gende Schritte:
- a) Aktivieren der Heizeinrichtung (6), bis die Laminier-Isttemperatur (Tist) eine Starttemperatur (Tstart) überschreitet, welche kleiner als ei ne vorgegebene Laminier-Solltemperatur (Tsoll) ist,
- b) Einregeln der Laminier-Isttemperatur (Tist) auf die Laminier- Solltemperatur (Tsoll), indem abhängig von der Größe der Regeldif ferenz zwischen der Laminier-Solltemperatur (Tsoll) und der Lami nier-Isttemperatur (Tist) eine Zeitdauer berechnet wird, während der die Heizeinrichtung (6) aktiviert oder nicht aktiviert wird,
- c) wenn die Laminier-Isttemperatur (Tist) aufgrund einer erhöhten Ab fuhr von Wärmeenergie, beispielsweise zu Beginn eines Laminier vorgangs, eine Abfangtemperatur (Ta) unterschreitet, welche kleiner als die Laminier-Solltemperatur (Tsoll) ist, wird die Heizeinrichtung (6) solange aktiviert, bis die Laminier-Isttemperatur (Tist) 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 Kp 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 (Tstart) etwa 8 bis 12 Prozent
kleiner als die Laminier-Solltemperatur (Tsoll) ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Abfangtemperatur (Ta) etwa 1,5 bis 2,5 Prozent
kleiner als die Laminier-Solltemperatur (Tsoll) ist.
6. Beheizbarer Laminator (1) mit einer Heizeinrichtung (6), einer Sen
soreinrichtung (26) zur Messung einer Laminier-Isttemperatur (Tist) und
einer Steuer- und Regeleinrichtung (24) zur Ausführung des Verfah
rens nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Priority Applications (1)
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DE2000156068 DE10056068C1 (de) | 2000-11-11 | 2000-11-11 | Verfahren zum Steuern und Regeln der Laminiertemperatur eines beheizbaren Laminators und durch das Verfahren gesteuerter und geregelter Laminator |
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