DE1135832B - Electric temperature control device for freeze-drying goods - Google Patents

Description

Elektrische Temperatursteuervorrichtung für gefriertrocknende Güter Die Erfindung betrifft eine elektrische Temperatursteuervorrichtung für gefriertrocknende Güter durch Schalten der Energiezufuhr zu Heiz- oder Kühlelementen unter Verwendung einerWheatstonebrücke mit temperaturempfindlichen Widerständen in Brükkenzweigen.Electric temperature control device for freeze-drying goods The invention relates to an electrical temperature control device for freeze drying Goods by switching the energy supply to using heating or cooling elements a Wheatstone bridge with temperature-sensitive resistors in the branches of the bridge.

Gefriertrocknungsverfahren, welche eine besonders schonende Trocknung von empfindlichen Substanzen ermöglichen, werden im allgemeinen in der Weise durchgeführt, daß das zunächst eingefrorene zu trocknende Gut in einer Vakuumkammer der Einwirkung eines Hochvakuums ausgesetzt wird, wobei eine Absublimation der eisförmigen Bestandteile eintritt, so daß am Ende des Trocknungsprozesses ein Trockengut in poröser Struktur vorliegt. Zur Erzielung einer guten Wirtschaftlichkeit der Anlage bei kurzen Trokkenzeiten ist man bestrebt, das eingefrorene zu trocknende Gut im Verlauf der Sublimation durch Beheizung auf einer zulässigen Temperatur zu halten, bei der die Eissublimation in erwünschter Weise verläuft. Man verwendet daher Heizvorrichtungen, meist in Form von elektrisch beheizbaren Abstellplatten, auf deren Oberflächen Einsatzgefäße mit dem eingefrorenen zu trocknenden Gut abgestellt werden, wobei durch Wärmeübertragung eine entsprechende Wärmezufuhr zu diesem Gut eintritt. Man kennt außerdem Heizvorrichtungen, bei denen die Wärmeübertragung durch Strahlung erfolgt.Freeze-drying process, which is a particularly gentle drying of sensitive substances are generally carried out in such a way that the initially frozen material to be dried in a vacuum chamber of action is exposed to a high vacuum, with a sublimation of the ice-shaped constituents occurs, so that at the end of the drying process a dry product in a porous structure is present. To achieve good profitability of the system with short drying times the aim is to remove the frozen goods to be dried in the course of the sublimation to keep by heating at a permissible temperature at which the ice sublimation proceeds in the desired manner. One therefore uses heating devices, mostly in the form of electrically heated storage shelves with inserts on their surfaces the frozen goods to be dried are placed, whereby by heat transfer a corresponding supply of heat to this property occurs. Heating devices are also known in which the heat is transferred by radiation.

Eine besondere Schwierigkeit bildet die Temperatursteuerung der Heizvorrichtungen, weil man einerseits eine ausreichende Wärmezufuhr zur Erhöhung der Trocknungsgeschwindigkeit anstrebt und andererseits jede überschreitung der zulässigen Temperaturen mit Sicherheit ausschließen muß, weil sonst durch teilweises Auftauen eine Zerstörung des zu trocknenden Gutes eintreten kann. Hierbei ist zu beachten, daß der Gefriertrocknungsprozeß in charakteristischer Weise derart abläuft, daß zunächst die Oberflächenschichten des zu trocknenden Gutes getrocknet werden, so daß ein eishaltiger Kern im Inneren im Verlauf des Trocknungsverfahrens immer mehr zurückgeht und schließlich ganz verschwindet. Das. bereits im trockenen Zustand vorliegende Gut kann im allgemeinen während der Trocknung zunehmend höheren Temperaturen ausgesetzt werden. Der verbleibende eishaltige Kern darf keine Temperaturerhöhung erfahren, um ein Auftauen zu vermeiden. Diese Tatsache ist für die richtige Dimensionierung der Heizung maßgebend.A particular difficulty is the temperature control of the heating devices, because on the one hand there is a sufficient supply of heat to increase the drying speed and on the other hand every exceeding of the permissible temperatures with certainty must be ruled out, otherwise partial thawing will destroy that to be dried Good can happen. It should be noted that the freeze-drying process in characteristically takes place in such a way that initially the surface layers of the goods to be dried are dried, so that an ice-containing core inside The course of the drying process decreases more and more and finally disappears completely. That. Good that is already present in the dry state can generally be used during the Drying are exposed to increasingly higher temperatures. The remaining icy The core must not experience a temperature increase in order to avoid thawing. These The fact is decisive for the correct dimensioning of the heating.

Es sind schon Anordnungen vorgeschlagen worden, bei denen die Temperatur der Heizelemente durch besondere Steueranordnungen konstant gehalten wird. Ein bekanntes Hilfsmittel der Meß- und Regeltechnik bilden hierzu sogenannte »Brückenschaltungen«, wie sie in der Form der Wheatstoneschen Brücke allgemein bekannt sind und bereits zur Lösung verschiedener Steueraufgaben auch bei nichtelektrischen Größen dienen. Das Grundprinzip ist dabei darin zu sehen, daß in den Brückenzweigen temperaturabhängige Widerstände liegen, deren Temperaturwerte von den nichtelektrischen Meß- und Steuergrößen beeinflußt werden, und daß der Sollzustand den Abgleich der Brücke und damit verschwindenden Strom in der Anzeigediagonalen voraussetzt.Arrangements have already been proposed in which the temperature the heating elements are kept constant by special control arrangements. A well-known one Aids in measurement and control technology are so-called "bridge circuits", as they are and already are generally known in the form of the Wheatstone Bridge serve to solve various control tasks even with non-electrical quantities. The basic principle is to be seen in the fact that temperature-dependent in the bridge branches Resistances lie, the temperature values of which depend on the non-electrical measurement and control variables be influenced, and that the target state the balance of the bridge and thus disappearing Assumes current in the display diagonal.

So wurde schon vorgeschlagen, bei einer Anordnung zurMessung des Trockenzustandes von Trocknungsgut unter atmosphärischen Bedingungen zwei Brückenwiderstände temperaturempfindlich auszubilden, wobei der eine Widerstand in engem Kontakt mit dem Gut und der andere Widerstand im freien Luftstrom angeordnet ist. Solange das Trocknungsgut noch feucht ist, ist die Temperatur an dem dazugehörigen Widerstand infolge Verdunstungskälte stets wesentlich niedriger als in dem im freien Luftstrom befindlichen Widerstand, so daß in der dazugehörigen Brückenschaltung die Widerstands- bzw. Stromdifferenz durch ein Anzeigeinstrument ausgewertet werden kann.It has already been proposed in an arrangement for measuring the dry state of drying goods under atmospheric conditions, two bridge resistors are temperature-sensitive train, with one resistor in close contact with the property and the other Resistance is arranged in free airflow. As long as the items to be dried are still damp is the temperature at the associated resistor due to evaporation cold always much lower than in the resistance in the free air flow, so that the resistance or current difference in the associated bridge circuit can be evaluated by a display instrument.

Ferner wurden Brückenschaltungen bisher auch dazu benutzt, die Temperaturen von Heizelementen während eines Wärmebehandlungsprozesses konstant zu halten.Bridge circuits have also been used to measure the temperatures of heating elements to keep constant during a heat treatment process.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, die Energiezufuhr zu den Heiz- oder Kühlelementen einer Gefriertrocknungsanlage bei Fortschreiten der Gefriertrocknung selbsttätig entsprechend der zulässig steigenden Temperatur der schon getrockneten Gutschichten durch eine elektrische Temperatursteuervorrichtung mit Schaltung der Energiezufuhr zu Heiz- oder Kühlelementen durch ein Nullgalvanometer mit Endkontakten in der Anzeigediagonalen einer Wheatstoneschen Brücke mit zwei temperaturabhängigen und sonst temperaturunabhängigen Brückenwiderständen den Trocknungsablauf zu verkürzen.The invention has set itself the task of supplying energy the heating or cooling elements of a freeze-drying system as the Freeze-drying automatically according to the permissible rising temperature of the already dried good layers by an electrical temperature control device with switching of the energy supply to heating or cooling elements through a zero galvanometer with end contacts in the display diagonal of a Wheatstone bridge with two temperature-dependent and otherwise temperature-independent bridge resistances control the drying process To shorten.

Das Kennzeichen der Erfindung wird darin gesehen, je einen temperaturabhängigen Brückenwiderstand in dem schon trockenen Teil des Trocknungsgutes und an einem Heiz- bzw. Kühlelement anzuordnen. Dabei kann vorteilhaft mittels eines die Energiezufuhr schaltenden wenig empfindlichen ersten Galvanometers ein empfindliches zweites. Galvanometer in die Anzeige diagonale durch ersteres eingeschaltet werden, wenn sich die Brücke dem abgeglichenen Zustand nähert.The characteristic of the invention is seen in each temperature-dependent Bridge resistance in the already dry part of the goods to be dried and on a heating or to arrange cooling element. In this case, the energy supply can be advantageous by means of a switching less sensitive first galvanometer a sensitive second. Galvanometer to be turned on in the display diagonal by the former, if the bridge approaches the balanced state.

Eine Ausführungsform kann gemäß der Erfindung in der Weise aufgebaut werden, daß je ein temperaturabhängiger Brückenwiderstand im schon trockenen Teil des Trocknungsgutes und unmittelbar bei einem Heizelement angeordnet ist, und daß die übrigen Brückenwiderstände temperaturunabhängig sind. Auf das Brückengleichgewicht wirken demnach die Temperaturwerte des zu trocknenden Gutes und der Heizanordnung ein, wobei das in der Anzeigediagonalen vorgesehene Meßsystem durch einen Anschlagkontakt bei hinreichender Verstimmung die Energiezufuhr zu Heiz- oder Kühlelementen schaltet. Der eine temperaturabhängige Brückenwiderstand befindet sich dabei in einer repräsentativen Probe des zu trocknenden Gutes; es können auch entsprechende Widerstände in mehreren Proben zu einem gemeinsamen Widerstand zusammengefaßt werden. Bei der Anordnung der temperaturabhängigen Widerstände in der Brücke ist es möglich, diese in gleichen oder gegenüberliegenden Brückenzweigen einzuschalten, wobei im allgemeinen die Anordnung in gegenüberliegenden Brückenzweigen wegen ihrer besseren Anpassung des Temperaturverlaufes der Heizvorrichtung an den Temperaturverlauf im zu trocknenden Gut im Sinne der gewünschten Beschleunigung des Trocknungsvorganges den Vorzug verdient.An embodiment according to the invention can be constructed in the manner that there is a temperature-dependent bridge resistance in the already dry part of the material to be dried and is arranged directly at a heating element, and that the other bridge resistances are independent of temperature. On the bridge balance Accordingly, the temperature values of the goods to be dried and the heating arrangement act one, the measuring system provided in the display diagonal by a stop contact with sufficient detuning, the energy supply to the heating or cooling elements switches. The one temperature-dependent bridge resistance is in a representative one Sample of the goods to be dried; there can also be corresponding resistances in several Samples can be combined to form a common resistor. In the arrangement of the temperature-dependent resistances in the bridge, it is possible to equalize them or to connect opposite bridge branches, in general the arrangement in opposite bridge branches because of their better adaptation of the temperature curve the heating device to the temperature profile in the goods to be dried in the sense of desired acceleration of the drying process deserves preference.

Zur Erläuterung des Regelvorganges kann man idealisiert eine gleicharmige Wheatstonesche Brücke betrachten, bei der in jedem Brückenzweig ein Widerstand liegt, welcher bei 30° C 100 Ohm beträgt. Die Widerstände in einem Brückenzweig und dem dazugehörigen gegenüberliegenden Brückenzweig sollen aus Platindraht bestehen, dessen Widerstandskoeffizient im Intervall zwischen -100° C bis +100° C vollkommen linear vorausgesetzt wird. Der eine dieser Platindrahtwiderstände befindet sich in der repräsentativen Probe des zu trocknenden Gutes, während der andere Platindrahtwiderstand des gegenüberliegenden Brückenzweiges unmittelbar bei einem Heizelement der Heizvorrichtung angeordnet ist, so daß sein Widerstandswert durch deren Temperatur bestimmt wird. Die beiden verbleibenden Widerstände von 100 Ohm sind in einem Thermostaten untergebracht, der diese entsprechend einer Temperatur von 30° C stabilisiert. Diese Temperatur ist gleichzeitig der Grenzwert der Produkttemperatur wie sie sich am Ende des Trocknungsvorganges einstellen soll.To explain the control process, an idealized one with equal arms can be used Look at the Wheatstone Bridge, where there is resistance in every branch of the bridge, which is 100 ohms at 30 ° C. The resistances in a bridge branch and that The corresponding opposite bridge branch should consist of platinum wire, its Resistance coefficient in the interval between -100 ° C to + 100 ° C completely linear is assumed. One of these platinum wire resistors is in the representative sample of the goods to be dried, while the other is platinum wire resistance of the opposite bridge branch directly at a heating element of the heating device is arranged so that its resistance value is determined by its temperature. The two remaining resistors of 100 ohms are housed in a thermostat, which stabilizes them at a temperature of 30 ° C. This temperature is at the same time the limit value of the product temperature as it is at the end of the drying process should set.

Nach der Brückengleichung verschwindet der Strom in der Anzeigediaonale, wenn R,. R2 = R3 - R4 ist. Bei den gewählten Widerstandswerten von 100 Ohm herrscht also dann Brückengleichgewicht, wenn sich alle Widerstände auf 30° C befinden.According to the bridge equation, the current disappears in the display diaonal, if R ,. R2 = R3 - R4. With the selected resistance values of 100 ohms in other words, bridge equilibrium when all resistances are at 30 ° C.

Bei Beginn der Gefriertrocknung beträgt die Temperatur des eingefrorenen zu trocknenden Gutes etwa -50° C und entsprechend nimmt der Widerstand R1 einen zugehörigen Wert von 68 Ohm an. Damit das Gleichgewicht der Brücke auch in diesem Falle erreicht wird, muß R" in der gegenüberliegenden Brükkendiagonalen einen Wert von 147 Ohm annehmen, und dies kann erreicht werden, wenn die Heizvorrichtung, bei der der Widerstand R2 angeordnet ist, einen Temperaturwert von 147,5° C erreicht. Schaltet man also mit dem Endkontakt eines Meßsystems in der Anzeigediagonalen der Brücke, durch die Auslenkung infolge der ursprünglich gegebenen Verstimmung die Energiezufuhr zur Heizvorrichtung, so nähert sich die Brücke bei konstantem Temperaturrwert des eingefrorenen Produktes dann einem Gleichgewichtszustand, wenn die Temperatur der Heizvorrichtung den bereits angegebenen relativ hohen Wert, welcher gleichzeitig eine gute Wärmeübertragung sichert, eingenommen hat. Die Heizung ist also zu Beginn des Gefriertrocknungsvorganges, d. h. solange sich das zu trocknende Gut im Bereich sehr niedriger Temperaturen befindet, besonderss intensiv. Da durch die Beheizung im Veiüaufe der Sublimation die Temperatur des zu trocknenden Gutes langsam ansteigt, bewirkt die proportionale Änderung von R1 eine erneute Störung des Brückengleichgewichtes, der durch eine entsprechende Verringerung der Temperatur der Heizvorrichtung entgegengewirkt werden kann. Erreicht das zu trocknende Gut 0° C, wobei der eishaltige Kern 0° C nicht überschreiten darf, um ein Auftauen zu vermeiden, so ist der Gleichgewichtszustand bei einer Temperatur der Heizvorrichtung von 62,5 C gegeben, während der endgültige Ausgleich bei einer Produkttemperatur von 30° C entsprechend einer gleich hohen Temperatur der Heizvorrichtung erreicht ist. Auf diese Weise wird die Heiztemperatur der Heizvorrichtung an den jeweils vorliegenden Temperaturwert selbständig angepaßt, wobei ein vom Meßsystem in der Anzeigediagonalen gesteuerter Endkontakt die Energiezufuhr zum Heizsystem, d. h. die elektrische Spannung der Widerstandsheizkörper, ein-oder ausschaltet. Wenn aus bestimmten Gründen (Wärmestart des Heizsystems oder zu starke Erhöhung der Temperatur des zu trocknenden Gutes) das Brükkengleichgewicht in der entgegengesetzten Richtung gestört wird, so kehrt der Strom in der Anzeigediagonalen gleichfalls seine Richtung um, und der entgegengesetzte Bewegungsvorgang eines Schaltorgans des Meßsystems kann über einen weiteren Endkontakt die Energiezufuhr zu Kühlelementen beeinflussen.At the start of freeze-drying, the temperature of the frozen one is The goods to be dried are around -50 ° C and the resistance R1 takes a correspondingly associated value of 68 ohms. So that the balance of the bridge in this too Trap is reached, R "must have a value in the opposite bridge diagonal of 147 ohms, and this can be achieved if the heater is at which the resistor R2 is arranged, reaches a temperature value of 147.5 ° C. So if you switch with the end contact of a measuring system in the display diagonal of the Bridge, due to the deflection as a result of the originally given detuning the Energy supply to the heating device, the bridge approaches at a constant temperature value the frozen product then reaches a state of equilibrium when the temperature the heating device the already specified relatively high value, which at the same time ensures good heat transfer. So the heating is at the beginning the freeze-drying process, d. H. as long as the goods to be dried are in the area very low temperatures, especially intense. Because of the heating in the course of sublimation the temperature of the goods to be dried increases slowly, the proportional change of R1 causes a renewed disturbance of the bridge equilibrium, which is counteracted by a corresponding reduction in the temperature of the heating device can be. If the item to be dried reaches 0 ° C, the ice-containing core is 0 ° C must not exceed in order to avoid thawing, then the equilibrium state given at a heater temperature of 62.5 C during the final Compensation at a product temperature of 30 ° C corresponding to an equally high one Temperature of the heater is reached. In this way, the heating temperature will be the heating device automatically adapted to the respective temperature value, An end contact controlled by the measuring system in the display diagonal is responsible for the energy supply to the heating system, d. H. the electrical voltage of the resistance heating element, one or turns off. If for certain reasons (heat start of the heating system or too strong Increase in the temperature of the goods to be dried) the bridge equilibrium in the is disturbed in the opposite direction, the current is reversed along the display diagonal also reverses its direction, and the opposite movement process of a switching element of the measuring system can supply energy to cooling elements via a further end contact influence.

Im allgemeinen liefert die Anordnung der beiden temperaturabhängigen Brückenwiderstände in gegenüberliegenden Brückenzweigen besonders günstige Ergebnisse hinsichtlich der angestrebten Regelcharakteristik wobei im einzelnen der Verlauf der Regelkurve durch die zusätzliche Einschaltung von Widerständen mit anderer oder verschwindend kleiner Temperaturabhängigkeit beeinflußt werden kann. Legt man beide temperaturabhängigen Brückenwiderstände in den gleichen Brückenzweig, so ist im Gegensatz zu der vorhergehend beschriebenen Schaltung nur eine lineare Charakteristik und im Durchschnitt eine weniger empfindliche Regelung möglich. Außerdem kann in einem solchen Falle lediglich die Heizvorrichtung, nicht aber eine zusätzliche Kühleinrichtung geschaltet werden.In general, the arrangement of the two provides temperature-dependent Bridge resistances in opposite bridge branches give particularly favorable results with regard to the desired control characteristic, with the course in detail the control curve by the additional inclusion of resistors with another or infinitesimally small temperature dependence can be influenced. If you put both temperature-dependent bridge resistances in the same bridge branch, so is im In contrast to the circuit described above, only a linear characteristic and on average a less sensitive regulation is possible. In addition, in in such a case only the heating device, but not one additional cooling device can be switched.

Beim Einschalten der Steuervorrichtung liegt unter Umständen eine sehr starke Verstimmung der Brücke vor, und der hieraus resultierende Strom in der Anzeigediagonalen würde ein empfindliches Meßsystem beschädigen. Man kann daher gemäß einer Weiterbildung der Erfindung das empfindliche Meßsystem durch eine Schutzschaltung gegen Überlastung schützen. Eine solche Schutzschaltung kann neben bekannten Ausführungsformen auch in derWeise ausgebildet sein, daß ein empfindlicheres erstes Meßsystem in der Anzeigediagonalen ein empfindlicheres zweites Meßsystem in die Anzeigediagonale einschaltet, wenn sich die Brücke dem abgeglichenen Zustand nähert, und daß an Stelle des zweiten Meßsystems ein gleich großer Ersatzwiderstand zum ersten Meßsystem parallel gelegt wird, wenn der Strom in der Anzeigediagonalen den für das zweite Meßsystem zulässigen Höchstwert überschreitet. Die Empfindlichkeit des ersten Meßsystems kann zweckmäßig 1/1o der Empfindlichkeit des zweiten Meßsystems betragen. Damit die Schaltung der Energiezufuhr zur Heizvorrichtung auch dann aufrechterhalten bleibt, wenn das empfindlichere zweite Meßsystem aus Sicherheitsgründen ausgeschaltet wird, kann man die Endschaltkontakte am ersten Meßsystem zweckmäßigerweise als Doppelkontakte ausbilden, wobei ein Kontaktpaar zur Schaltung der Energiezufuhr dem entsprechenden Kontaktpaar am zweiten Meßsystem parallel geschaltet ist. Unter Umständen erscheint es angezeigt, das empfindlichere zweite Meßsystem, welches erst durch einen Schaltvorgang des ersten Meßsystems ausgeschaltet wird, gegen den Stromstoß des Schaltmomentes in an sich bekannter Weise etwa durch einen parallel geschalteten Kondensator oder eine vorgeschaltete Induktivität zu schützen.When the control device is switched on, there may be a very strong detuning of the bridge, and the resulting current in the Display diagonals would damage a sensitive measuring system. One can therefore according to a further development of the invention, the sensitive measuring system by a protective circuit protect against overload. Such a protective circuit can, in addition to known embodiments also be designed in such a way that a more sensitive first measuring system in the Display diagonals a more sensitive second measuring system in the display diagonal turns on when the bridge approaches the balanced state, and that in place of the second measuring system, an equivalent resistance of the same size is parallel to the first measuring system is applied when the current in the display diagonal is that for the second measuring system exceeds the maximum permissible value. The sensitivity of the first measuring system can expediently be 1 / 1o of the sensitivity of the second measuring system. So that the circuit the energy supply to the heating device is maintained even if the more sensitive second measuring system is switched off for safety reasons the limit switch contacts on the first measuring system are expediently as double contacts form, with a pair of contacts for switching the power supply to the corresponding Contact pair is connected in parallel on the second measuring system. May appear it indicates the more sensitive second measuring system, which is only activated by a switching process of the first measuring system is switched off, against the current surge of the switching moment in a manner known per se, for example by a capacitor or connected in parallel to protect an upstream inductance.

Man kann außerdem einen zusätzlichen Vorteil und eine Vereinfachung des Aufbaues erreichen, indem man den Widerstandswert der Heizwicklung der Heizelemente unmittelbar als temperaturabhängigen Brückenwiderstand benutzt. Zur Erhöhung der Empfindlichkeit kann außerdem in die Anzeigediagonale ein Verstärkerelement, vorzugsweise ein Transistorverstärker, eingeschaltet sein.One can also get an added benefit and a simplification of the structure can be achieved by looking at the resistance value of the heating coil of the heating elements used directly as a temperature-dependent bridge resistor. To increase the Sensitivity can also be an amplifier element, preferably in the display diagonal a transistor amplifier, be turned on.

Die temperaturunabhängigen Widerstände können diese Eigenschaften entweder durch Stabilisierung der Umgebungstemperatur mit Hilfe eines Thermostaten oder unmittelbar durch die Herstellung aus Werkstoffen mit geringem Temperaturkoeffizienten erlangen. Man kann außerdem die temperaturunabhängigen Widerstände als einstellbare Potentiometer, gegebenenfalls in der Form eines Tandempotentiometers ausbilden, wodurch sich eine besonders einfache Einstellung der gewünschten Endtemperatur des zu trocknenden Gutes ergibt.The temperature-independent resistors can have these properties either by stabilizing the ambient temperature with the help of a thermostat or directly by manufacturing them from materials with a low temperature coefficient gain. You can also use the temperature-independent resistors as adjustable Potentiometer, if necessary in the form of a tandem potentiometer, whereby a particularly simple setting of the desired end temperature of the yields good to be dried.

Außerdem kann die neuartige Steuervorrichtung den dem Zustand des zu trocknenden Gutes entsprechenden Temperaturwert auch direkt durch eine Messung des Innenwiderstandes im zu trocknenden Gut oder indirekt durch Druckmessung unter Umformung der Druck- in entsprechende Widerstandswerte erfolgen. Wie bekannt, läßt sich die Temperatur im zu trocknenden Gut aus den Druckwerten bestimmen, welche in der kurzzeitig vollständig abgesperrten Vakuumtrockenkammer nach einem gegebenen Zeitintervall erreicht werden. Die Umwandlung der Druckwerte in Widerstandswerte kann dabei durch an sich bekannte Druckgeber von Fernsteuereinrichtungen vorgenommen werden.In addition, the novel control device can change the state of the The temperature value corresponding to the goods to be dried can also be directly measured by means of a measurement the internal resistance in the material to be dried or indirectly by measuring the pressure The pressure values are converted into corresponding resistance values. As known, lets the temperature in the goods to be dried can be determined from the pressure values, which in the briefly completely closed vacuum drying chamber after a given Time interval can be reached. The conversion of the pressure values into resistance values can be done by remote control devices known per se pressure transducers will.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt; es zeigt Fig. 1 eine Brückenschaltung mit temperaturabhängigen Brückenwiderständen in gegenüberliegenden Brückenzweigen, Fig. 2 eine Brückenschaltung mit temperaturabhängigen Brückenwiderständen im gleichen Brücken-Zweig, Fig. 3 eine Brückenschaltung nach Fig.1 mit Schutzschaltung für das empfindliche Meßsystem, Fig. 4 eine graphische Darstellung des Temperaturverlaufes im zu trocknenden Gut und in der Heizvorrichtung.In the drawing are exemplary embodiments of the subject matter of the invention shown schematically; It shows Fig. 1 a bridge circuit with temperature-dependent Bridge resistances in opposite bridge branches, FIG. 2 shows a bridge circuit with temperature-dependent bridge resistances in the same bridge branch, FIG. 3 a Bridge circuit according to Fig. 1 with protective circuit for the sensitive measuring system, 4 shows a graphic representation of the temperature profile in the material to be dried and in the heater.

In der Ausführungsform nach Fig. 1 ist eine Brükkenschaltung dargestellt, bei der in gegenüberliegenden Brückenzweigen ein temperaturabhängiger Widerstand 1 und ein temperaturabhängiger Widerstand 2 angeordnet sind. Der temperaturabhängige Widerstand 1 befindet sich in einer repräsentativen Probe des zu trocknenden Gutes, während der temperaturabhängige Widerstand 2 unmittelbar bei einer elektrischen Heizwicklung 7 der Heizvorrichtung angeordnet ist. In den anderen Brückenzweigen befinden sich temperaturunabhängige Widerstände 3, 4 wobei die Temperaturunabhängigkeit durch einen nicht gezeichneten Thermostaten von einstellbarer Temperatur erreicht wird. Zur Speisung der Brücke liegt in der Speisediagonalen eine Gleichspannungsquelle 6. In der Anzeigediagonalen befindet sich ein Meßsystem 5 mit Endschaltkontakten 13, 14, welche durch Berührung mit einem bewegbaren Einstellelement 51 geschaltet werden. Der Endschaltkontakt 13 verbindet in geschlossenem Zustand den elektrischen Heizwiderstand 7 mit dem Stromversorgungsnetz 9, während der in der entgegengesetzten Endlage befindliche Endschaltkontakt 14 ein gleichfalls auf das zu trocknende Gut einwirkendes Kühlaggregat 8 in Betrieb setzt. Eine mögliche Ausführungsform kann in der Weise aufgebaut sein, daß der elektrische Heizwiderstand 7 in entsprechender Verteilung in einer metallischen Abstellplatte für die Aufnahmegefäße des zu trocknenden Gutes angeordnet ist und daß sich in der gleichen Abstellplatte auch Kühlmittelleitungen befinden, welche vom Kühlaggregat 8 versorgt werden. In diesem Falle kann also das zu trocknende Gut je nach der Beheizung oder Abkühlung der Abstellfläche eine entsprechende Temperatureinwirkung erfahren.In the embodiment according to FIG. 1, a bridge circuit is shown in which a temperature-dependent resistor 1 and a temperature-dependent resistor 2 are arranged in opposite bridge branches. The temperature-dependent resistor 1 is located in a representative sample of the material to be dried, while the temperature-dependent resistor 2 is arranged directly next to an electrical heating coil 7 of the heating device. In the other branches of the bridge there are temperature-independent resistors 3, 4, the temperature independence being achieved by a thermostat (not shown) of adjustable temperature. A DC voltage source 6 is located on the diagonal for feeding the bridge. A measuring system 5 with limit switch contacts 13, 14, which are switched by touching a movable setting element 51, is located in the display diagonal. In the closed state, the limit switch contact 13 connects the electrical heating resistor 7 to the power supply network 9, while the limit switch contact 14 in the opposite end position activates a cooling unit 8 that also acts on the material to be dried. A possible embodiment can be constructed in such a way that the electrical heating resistor 7 is arranged in a corresponding distribution in a metal shelf for the receptacles of the goods to be dried and that coolant lines which are supplied by the cooling unit 8 are also located in the same shelf. In this case, the goods to be dried can experience a corresponding temperature effect depending on the heating or cooling of the storage area.

Bei abgeglichener Brücke, d. h. bei dem oberen Einstellgrenzwert der Temperatur, befindet sich das Einstellelement 51 in der Mittellage zwischen den Endschaltkontakten 13, 14, so daß weder die Beheizung noch die Kühlung wirksam werden. Dieser Zustand wird jedoch erst am Ende des Trocknungsprozesses erreicht. Bei seinem Beginn liegt wegen der unterschiedlichen Temperaturwerte, auf denen sich die temperaturabhängigen Widerstände 1 und 2 befinden, zunächst eine starke Verstimmung der Brücke vor, wobei das Einstellelement 51 den Endschaltkontakt 13 durch Anschlag schließt und somit die Heizwicklung 7 in Betrieb setzt. Deren Einwirkung auf den temperaturabhängigen Widerstand 2 erfolgt in der Weise, daß sich die Brücke dem abgeglichenen Zustand nähert. Bei einer Überschreitung der gewünschten Heizung kehrt der Strom in der Anzeigediagonalen seine Richtung um, und das Einstellelement 51 kommt dabei an dem weiteren Endschaltkontakt 14 zur Anlage. Hierdurch wird das Kühlaggregat 8 eingeschaltet und über entsprechende Wärmeaustauschelemente eine Abkühlung des zu trccknenden Gutes herbeigeführt.With a balanced bridge, i. H. at the upper setting limit of the Temperature, the setting element 51 is in the middle position between the Limit switch contacts 13, 14, so that neither the heating nor the cooling are effective. However, this state is only reached at the end of the drying process. At his The beginning lies because of the different temperature values on which the temperature-dependent ones are Resistors 1 and 2 are, initially a strong detuning of the bridge, with the setting element 51 closes the limit switch contact 13 by a stop and thus the heating coil 7 puts into operation. Their effect on the temperature-dependent Resistance 2 takes place in such a way that the bridge is in the balanced state approaching. If the desired heating is exceeded, the current returns to the Display diagonals reverses its direction, and the setting element 51 comes to the further limit switch contact 14 to the system. As a result, the cooling unit 8 is switched on and via corresponding Heat exchange elements brought about a cooling of the goods to be dried.

Gegenüber dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist die Anordnung nach Fig. 2 dadurch unterschieden, daß die beiden temperaturabhängigen Widerstände 1, 2 im gleichen Brückenzweig liegen. Die übrigen Brückenwiderstände 10, 11, 12 sind temperaturunabhängig und können beispielsweise aus einem Material von geringem Widerstandskoeffizienten hergestellt sein. Die Speisung der Brücke erfolgt auch hier durch die Gleichspannungsquelle 6, während der Schaltvorgang von dem Meßsystem 5 mit Einstellelement 51 in der Anzeigediagonalen ausgeht. Da bei dieser Schaltung nur eine Steuerung der Beheizung vorgenommen wird, ist der in Fig. 1 gezeigte weitere Endschaltkontakt 14 des Meßsystems 5 weggelassen worden. Der Endschaltkontakt 13 legt auch hier die elektrische Heizwicklung 7 bei Kontaktgabe an die Spannung des Stromversorgungsnetzes 9.Compared to the embodiment of FIG. 1, the arrangement is according to Fig. 2 distinguished by the fact that the two temperature-dependent resistors 1, 2 are in the same branch of the bridge. The remaining bridge resistors 10, 11, 12 are temperature-independent and can, for example, be made of a material with a low coefficient of resistance be made. The bridge is also supplied by the DC voltage source 6, during the switching process of the measuring system 5 with setting element 51 in the display diagonal goes out. Since this circuit only controls the heating, the further limit switch contact 14 of the measuring system 5 shown in FIG. 1 is omitted been. The limit switch contact 13 also attaches the electrical heating coil 7 here Making contact with the voltage of the power supply network 9.

Fig.3 läßt eine Schutzanordnung zur Sicherung des steuernden Meßsystems gegen Überlastung erkennen. Die Ausführungsform entspricht grundsätzlich der in Fig. 1 mit der Abweichung, daß die materialmäßig temperaturunabhängigen Widerstände 3, 4 zum Einstellen der oberen Grenztemperatur als Potentiometer ausgebildet sind. In der Anzeigediagonalen erkennt man ein erstes Meßsystem 17, welches im Gegensatz zu dem zweiten Meßsystem 5 eine erheblich verringerte Empfindlichkeit (1/10) aufweist. An diesem ersten Meßsystem 17 sind Umsteuerschaltkontakte 15, 16 vorgesehen, welche mit Hilfe einer Spannungsquelle ein Umsteuerrelais 19 schalten. Außerdem weist das erste Meßsystem zwei an entgegengesetzten Bereichsenden liegende Endschaltkontakte 24, 25 auf, welche den entsprechenden Endschaltkontakten 13, 14 des zweiten Meßsystems 5 parallel geschaltet sind. Zur Vereinfachung des Schaltbildes sind die entsprechenden Verbindungsleitungen sowie die Zuleitungen zu Heizwiderständen in Kühlaggregaten weggelassen worden; diese entsprechen im übrigen weitgehend denen der Fig. 1. Ein Schaltanker 22 des Umsteuerrelais 19 legt sich gegen einen ersten Umsteuerkontakt 20, wenn das Umsteuerrelais-19 durch einen der beiden Umsteuerschaltkontakte 15, 16 mit der Spannungsquelle 18 verbunden wird. Dadurch ist das zweite Meßsystem 5, welches an einem zweiten Umsteuerkontakt -21 einpolig angeschlossen ist, von der Spannung der Brükkendiagonalen getrennt. Der erste Umsteuerkontakt 20 legt an seine Stelle einen ohmschen Widerstand 23, der in seiner Größe dem Innenwiderstand des zweiten Meßsystems 5 entspricht, in die Anzeigediagonale, und zwar parallel zu dem dauernd eingeschalteten ersten Meßsystem 17. 3 shows a protective arrangement for securing the controlling measuring system against overload. The embodiment basically corresponds to that in FIG. 1 with the difference that the material temperature-independent resistors 3, 4 for setting the upper limit temperature are designed as potentiometers. A first measuring system 17 can be seen in the display diagonal, which, in contrast to the second measuring system 5, has a considerably reduced sensitivity (1/10). Reversing switching contacts 15, 16 are provided on this first measuring system 17, which switch a reversing relay 19 with the aid of a voltage source. In addition, the first measuring system has two limit switch contacts 24, 25 located at opposite ends of the range, which are connected in parallel to the corresponding limit switch contacts 13, 14 of the second measuring system 5. To simplify the circuit diagram, the corresponding connecting lines and the supply lines to heating resistors in cooling units have been omitted; this otherwise correspond largely to those of Fig. 1. A switching armature 22 of the Umsteuerrelais 19 bears against a first Umsteuerkontakt 20 when the Umsteuerrelais-19 is connected by one of the two Umsteuerschaltkontakte 15, 16 with the voltage source 18. As a result, the second measuring system 5, which is unipolarly connected to a second reversing contact -21 , is separated from the voltage of the bridge diagonal. The first reversing contact 20 places an ohmic resistor 23 in its place, the size of which corresponds to the internal resistance of the second measuring system 5, in the display diagonal, specifically parallel to the permanently switched on first measuring system 17.

Nähert sich die Brücke dem abgeglichenen Zustand, so löst sich das weitere Einstellelement 170 schließlich von seiner Endlage, in der es entweder den Umsteuerschaltkontakt 16 zusammen mit dem Endschaltkontakt 24 oder den Umsteuerschaltkontakt 15 und den Endschaltkontakt 25 geschlossen hielt. Dadurch wird der Stromkreis des Umsteuerrelais 19 unterbrochen und der Schaltanker 22 durch Federkraft gegen den zweiten Umsteuerkontakt 21 gelegt. Dadurch wird nunmehr das empfindlichere zweite Meßsystem 5 in die Anzeigediagonale eingeschaltet und übernimmt mit seinen Endschaltkontakten 13,14 die Feinsteuerung der Energiezufuhr. Der ohmsche Widerstand 23 wird durch Lösen des ersten Umsteuerkontaktes 20 vom Schaltanker 22 aus der Brükkendiagonalen getrennt.If the bridge approaches the balanced state, it is released further adjusting element 170 finally from its end position in which it is either the Reversing switch contact 16 together with the limit switch contact 24 or the reversing switch contact 15 and the limit switch contact 25 kept closed. This will open the circuit of the Reversing relay 19 interrupted and the armature 22 by spring force against the second reversing contact 21 placed. This now becomes the more sensitive second Measuring system 5 switched on in the display diagonal and takes over with its limit switch contacts 13,14 the fine control of the energy supply. The ohmic resistor 23 is through Loosen the first reversing contact 20 from the switching armature 22 from the bridge diagonal separated.

Durch die Parallelschaltung der Endschaltkontakte 13, 24 sowie 14, 25 ist eine kontinuierliche Steuerung der Energiezufuhr in jedem Falle möglich, unabhängig davon, welches der beiden Meßsysteme nach der Größe des Stromes in der Anzeigediagonalen den tatsächlichen Steuervorgang übernimmt.By connecting the limit switch contacts 13, 24 and 14, 25 a continuous control of the energy supply is possible in every case, regardless of which of the two measuring systems according to the size of the current in the Display diagonal takes over the actual control process.

In der Kurvendarstellung nach Fig: 4 erkennt man den Temperaturverlauf einer elektrisch beheizten Abstellplatte im Falle einer Brückenschaltung nach Fig. 1 oder 3, und zwar ist dieser Verlauf durch die Kurve a dargestellt. Die Kurve b beschreibt den Temperaturverlauf der Abstellplatte bei Anwendung einer Brükkenschaltung nach Fig. 2, wobei beide temperaturabhängigen Widerstände im gleichen Brückenzweig liegen. Schließlich zeigt die Kurve c den Verlauf der Temperatur im zu trocknenden Gut, und die waagerechte Grenzlinie d bedeutet den Temperaturgrenzwert des Gleichgewichtes, dem sich die Temperatur des zu trocknenden Gutes und die Plattentemperatur unter dem Einfiuß der Regelung von oben und unten her nähert.In the graph according to FIG. 4, the temperature profile can be seen an electrically heated shelf in the case of a bridge circuit according to Fig. 1 or 3, this course is shown by curve a. The curve b describes the temperature curve of the shelf when using a bridge circuit according to Fig. 2, with both temperature-dependent resistances in the same bridge branch lie. Finally, curve c shows the course of the temperature in the to be dried Good, and the horizontal borderline d means the temperature limit of equilibrium, which the temperature of the goods to be dried and the plate temperature fall below approaches the in fl uence of the regulation from above and below.

Man kann die dargestellten Brückenschaltungen gegebenenfalls auch mit Wechselspannung betreiben, wobei dem oder den Meßsystemen ein Gleichrichterelement vorgeschaltet wird.The bridge circuits shown can also be used if necessary operate with AC voltage, the measuring system or systems having a rectifier element is connected upstream.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektrische Temperatursteuervorrichtung für gefriertrocknende Güter durch Schalten der Energiezufuhr zu Heiz- oder Kühlelementen durch ein Nullgalvanometer mit Endkontakten in der Anzeigediagonalen einer Wheatstonebrücke mit zwei temperaturabhängigen und sonst temperaturunabhängigen Brückenwiderständen, gekennzeichnet durch je einen temperaturabhängigen Brückenwiderstand in dem schon trockenen Teil des Trocknungsgutes und an einem Heiz- bzw. Kühlelement. CLAIMS: 1. Electric temperature control device for freeze drying Goods by switching the energy supply to heating or cooling elements through a zero galvanometer with end contacts in the display diagonal of a Wheatstone bridge with two temperature-dependent and otherwise temperature-independent bridge resistances, each marked by one temperature-dependent bridge resistance in the already dry part of the item to be dried and on a heating or cooling element. 2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide temperaturabhängigen Brückenwiderstände in gegenüberliegenden Brükkenzweigen liegen. 2. Control device according to claim 1, characterized characterized in that both temperature-dependent bridge resistances in opposite Bridge branches lie. 3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide temperaturabhängigen Brückenwiderstände im gleichen Brückenzweig liegen. 3. Control device according to claim 1, characterized in that that both temperature-dependent bridge resistances are in the same bridge branch. 4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein temperaturabhängiger Brückenwiderstand unmittelbar durch die elektrische Heizwicklung der Heizelemente gebildet wird. 4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a temperature-dependent bridge resistance directly through the electrical heating coil the heating elements is formed. 5. Steuervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Brückenzweigen mit temperaturabhängigen Widerständen zusätzlich Widerstände mit anderer oder verschwindend kleiner Temperaturabhängigkeit eingeschaltet sind. 5. Control device according to one of the preceding Claims, characterized in that in the bridge branches with temperature-dependent Resistors additionally resistors with different or negligible temperature dependencies are switched on. 6. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das die Energiezufuhr schaltende Nullgalvanometer wenig empfindlich ist und ein empfindliches zweites Galvanometer in die Anzeigediagonale einschaltet, wenn sich die Brücke dem abgeglichenen Zustand nähert, und darin, daß an Stelle des empfindlichen Galvanometers ein gleich großer Ersatzwiderstand zum wenig empfindlichen parallel gelegt wird, wenn der Strom in der Anzeigediagonalen den für das empfindliche Galvanometer zulässigen Höchstwert überschreitet. 6. Control device according to one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the zero galvanometer switching the energy supply is not very sensitive and a sensitive second galvanometer switches on in the display diagonal, if the bridge approaches the balanced state, and in that in place of the sensitive one Galvanometer has an equivalent resistance equal to the less sensitive one in parallel is applied when the current in the display diagonal is the same as for the sensitive galvanometer exceeds the maximum permissible value. 7. Steuervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Anzeigediagonale ein Verstärker, vorzugsweise ein Transistorverstärker, eingeschaltet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift W 10635 IX/42i (bekanntgemacht am 15. 11. 1956); Zeitschrift »Archiv für technisches Messen«, Juni 1939, S. J 062-4; Buch von W. H. W e s t p h a 1, »Physik«, Springer-Verlag, Berlin 1937.7. Control device according to one of the preceding Claims, characterized in that an amplifier, preferably in the display diagonal a transistor amplifier, is turned on. Considered publications: German Auslegeschrift W 10635 IX / 42i (published on November 15, 1956); magazine "Archives for technical measurement", June 1939, p. J 062-4; Book by W. H. W e s t p h a 1, "Physics", Springer-Verlag, Berlin 1937.