DE3432824A1 - DEVICE FOR HEATING A MATERIAL AND DETERMINING THE TEMPERATURE OF THIS MATERIAL - Google Patents

DEVICE FOR HEATING A MATERIAL AND DETERMINING THE TEMPERATURE OF THIS MATERIAL

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DE3432824A1 DE19843432824 DE3432824A DE3432824A1 DE 3432824 A1 DE3432824 A1 DE 3432824A1 DE 19843432824 DE19843432824 DE 19843432824 DE 3432824 A DE3432824 A DE 3432824A DE 3432824 A1 DE3432824 A1 DE 3432824A1
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Description

Vorrichtung zur Erwärmung eines Materials und zur Bestimmung der Temperatur dieses MaterialsDevice for heating a material and for determining its temperature Materials

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung eines Heizelementes, das Wärme auf ein Material über-: trägt und zur Bestimmung, ob die Temperatur des Heizelementes·' unterhalb einer gewünschten Temperatur liegt, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The present invention relates to a device for heating a heating element which transfers heat to a material: contributes and to determine whether the temperature of the heating element · 'is below a desired temperature, after Preamble of claim 1.

Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Erwärmung eines bandförmigen Materials. Beispielsweise ist eine derartige Erwärmung beim Entwicklungsprozeß eines bahnförmigen Filmmaterials erforderlich.In particular, the present invention relates to a device for heating a strip-shaped material. For example such heating is required in the process of developing a sheet-like film material.

Es sind verschiedene Einrichtungen zur Erwärmung von Elementen bzw. Materialien bekannt. Beispielsweise wird beiVarious devices for heating elements or materials are known. For example, at

einer bekannten Anordnung ein drehbar gelagertes ohmsches Heizelement über vorgesehene Schleifringe mit der zur Erwärmung erforderlichen Leistung versorgt. Dabei wird das zu erwärmende bandförmige Material um das Heizelement herumgeführt. Die Temperaturermittlung erfolgt in diesem Fall beispielsweise durch einen Temperaturfühler, der fest mit dem zu erwärmenden Element verbunden ist, wobei die Meßspannung ebenfalls über Schleifringe übertragen wird. Ein Nachteil einer derartigen Anordnung besteht darin, daß die erforderlichen Schleifringe ein Bremsmoment, Übergangswiderstände und Thermospannungen verursachen. Zudem sind derartige Schleifringe einem Verschleiß unterworfen. Der fest mit dem '· zu erwärmenden Element verbundene Temperaturfühler erfaßt nur die Temperatur an der Stelle, an der er angeordnet ist. ; Außerdem wird infolge der Zeitkonstanten des Temperaturfüh- : lers die Regelgeschwindigkeit der gesamten Anordnung herabgesetzt. a known arrangement a rotatably mounted ohmic Heating element supplied with the power required for heating via slip rings provided. It will to be heated band-shaped material passed around the heating element. In this case, the temperature is determined, for example by a temperature sensor which is firmly connected to the element to be heated, the measuring voltage is also transmitted via slip rings. A disadvantage of such an arrangement is that the required Slip rings cause braking torque, contact resistance and thermal voltages. In addition, such Slip rings subject to wear. The temperature sensor, which is firmly connected to the element to be heated, detects only the temperature where it is placed. ; In addition, due to the time constants of the temperature sensing: lers the control speed of the entire arrangement is reduced.

Es ist auch bekannt, Temperaturfühler lose bzw. schleifend an ein Heizelement zu koppeln. Ein Nachteil besteht dabei darin, daß der Temperaturfühler die Temperatur ebenfalls nur an der Stelle erfaßt, an der er sich befindet. Außerdem besteht zwischen dem Temperaturfühler und dem Meßobjekt ein nur schwer vorhersehbarer thermischer übergangswiderstand, wobei eine Änderung der thermischen Kopplung eineIt is also known to couple temperature sensors loosely or slidably to a heating element. There is a disadvantage to this in that the temperature sensor also only detects the temperature at the point where it is located. aside from that there is a difficult to predict thermal contact resistance between the temperature sensor and the measuring object, where a change in thermal coupling is a

nachteilige Temperaturdrift zur Folge hat. Schließlich ändert sich bei einer derartigen Anordnung des Temperaturfühlers dessen Zeitkonstante, so daß die Regelgeschwindigkeit in sich ändernder Weise herabgesetzt wird.disadvantageous temperature drift. Finally, with such an arrangement, the temperature sensor changes its time constant, so that the control speed is reduced in a changing manner.

Weiterhin ist es auch bekannt, die Temperatur des Meßobjektes durch Strahlungsmessung zu erfassen. Ein Vorteil besteht dabei darin, daß die Messung berührungslos mit der Hilfe eines Pyrometers erfolgt. Ein Nachteil besteht ebenfalls darin, daß sich die Temperaturermittlung immer nur auf den durch das Pyrometer gerade erfaßten Ort des Meßobjektes bezieht. Außerdem beeinflußt die Oberfläche des Meßobjektes relativ stark die abgestrahlte und vom Pyrometer empfangene Strahlung. Dies bedeutet, daß während des Meßvorganges eintretende Oberflächenveränderungen Meßfehler verursachen.It is also known to detect the temperature of the object to be measured by measuring radiation. There is an advantage in the fact that the measurement is carried out without contact with the help of a pyrometer. Another disadvantage is that that the temperature determination always relates only to the location of the measurement object just detected by the pyrometer. In addition, the surface of the measurement object has a relatively strong influence on the radiation emitted and received by the pyrometer. This means that surface changes occurring during the measuring process cause measuring errors.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Einrichtung zur Erwärmung eines Heizelementes, das mit einem zu erwärmenden Material in Berührung gebracht werden kann, und zur Ermittlung eines ersten elektrischen Parameters, der sich auf die Temperatur des Heizelementes bezieht, anzugeben, durch die in Übereinstimmung mit einem in einer einfachen Weise durchgeführten Vergleich des ermittelten elektrischen Parameters mit einem zweiten elektrischen Parameter dem Heizelement Leistung zugeführt werden kann, wobeiThe object of the present invention is to provide a device for heating a heating element with a material to be heated can be brought into contact, and to determine a first electrical parameter, which refers to the temperature of the heating element, indicated by the in accordance with one in one comparison of the determined electrical parameter with a second electrical parameter carried out in a simple manner power can be supplied to the heating element, wherein

sich die Ermittlung des ersten elektrischen Parameters nicht auf eine bestimmte Stelle des Heizelementes an oder auf dem Heizelement bezieht.the determination of the first electrical parameter does not relate to a specific point on the heating element refers to the heating element.

Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmale gekennzeichnet ist.This object is achieved by a device of the type mentioned, which is characterized by the in the characterizing Part of claim 1 listed features is characterized.

Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Einrichtung besteht darin, daß weder zur Leistungszufuhr zum Heizelement noch zur Erfassung des sich auf die Temperatur des Heizelementes beziehenden elektrischen Parameters, noch zur Übertragung des elektrischen Parameters zu einem Vergleicher bewegliche Teile -■ erforderlich sind.A major advantage of the present device is that neither to supply power to the heating element nor to Acquisition of the electrical parameter related to the temperature of the heating element, still for the transmission of the electrical parameter to a comparator moving parts - ■ are required.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß in dem durch die vorliegende Erfindung geschaffenen Temperaturregelkreis keine von der Temperaturleitung abhängigen Verzögerungsstrecken vorhanden sind, die entweder eine schnelle Regelung verhindern und/oder bei schnellen Regelabweichungen oder Sollwertveränderungen zum Temperaturüberschwingen führen könnten. Bei der vorliegenden Erfindung hängt die Regelgeschwindigkeit lediglich von der Einschwingzeit der Schaltung ab, die verwendet wird, um zu bestimmen, ob eine ÄnderungAnother advantage is that in the temperature control loop created by the present invention no there are delay lines that are dependent on the temperature line and either fast control prevent and / or lead to temperature overshoot in the event of rapid control deviations or changes in setpoints could. In the present invention, the control speed depends only on the settling time of the circuit which is used to determine if there is a change

der zum Heizelement zu übertragenden Leistung erforderlich ist.the power to be transmitted to the heating element is required.

Vorteilhafterweise wird bei der vorliegenden Einrichtung die mittlere Temperatur des Heizelementes und nicht die Temperatur einer vorgegebenen Stelle angezeigt, wie dies bei der Verwendung eines temperaturempfindlichen Sensors der Fall ist.The mean temperature of the heating element and not the temperature is advantageously used in the present device at a given point, as is the case when using a temperature-sensitive sensor is.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das Heizelement zu keiner Zeit Temperaturen aufweist, die größer sind als die tatsächlich benötigten. Dies hat zur Folge, daß der Heizring nicht mehr als nötig belastet wird.Another important advantage of the present invention is that the heating element at no time temperatures which are larger than those actually required. This has the consequence that the heating ring is no more than necessary is charged.

Vorteilhafterweise sind bei der vorliegenden Einrichtung · ^ keine, einem Alterungsprozeß unterworfenen Temperatursensoren vorhanden. Außerdem besteht vorteilhafterweise keine ; thermische Kopplung zwischen dem Heizelement und dem Temperatursensor,· die sich verändern und die durchgeführte Ermittlung verfälschen kann.Advantageously, in the present device, · ^ there are no temperature sensors subject to an aging process. In addition, there is advantageously none; thermal coupling between the heating element and the temperature sensor, which can change and falsify the investigation carried out.

Bei der Ausgestaltung des Heizelementes als drehbarer Ring, durch den ein um ihn herumgeführtes bahnförmiges Material erwärmt wird, hängt das Antriebsdrehmoment des Ringes vor-When the heating element is designed as a rotatable ring through which a web-shaped material guided around it is heated, the drive torque of the ring depends

— "ο- —- "ο- -

teilhafterweise lediglich von dessen Lagerreibung ab. Dabei weist das bahn- oder streifenförmige Material einen Reibungskontakt zum Ringelement auf, um dieses zu drehen, wenn es bewegt wird. Erst bei sehr hohen Drehzahlen entstehtpartly only from its bearing friction. The web or strip-shaped material has a Frictional contact with the ring member to rotate this when it is moved. Only occurs at very high speeds

ein durch Wirbelströme verursachtes Bremsmoment.braking torque caused by eddy currents.

Vorteilhafterweise hängt die Gleichmäßigkeit der eingespeisten Leistung und damit bei gleichmäßiger Wärmeabfuhr die Temperaturverteilung am Ring linear von der Genauigkeit des Ringquerschnittes ab.The uniformity of the power fed in and thus the temperature distribution with uniform heat dissipation advantageously depend on it on the ring depends linearly on the accuracy of the ring cross-section.

Da bei der Verwendung eines Heizringes die aufzuheizende Masse" so gering wie mechanisch möglich gehalten werden kann, ergibt-" sich vorteilhafterwiese eine geringe Anschlußleistung bzw. eine kurze Aufheizzeit. ";Since when using a heating ring, the mass to be heated "can be kept as low as mechanically possible, results in-" Advantageously, a low connection load or a short heating-up time. ";

Im folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen \- im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigt:The invention and its embodiments \ be - explained in connection with the figures. It shows:

Fig. 1 in schematischer Weise den Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung;1 shows, in a schematic manner, the structure of the device according to the invention;

und
Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung.and
2 shows an electrical circuit diagram of the device according to the invention.

Die vorliegende Erfindung findet insbesondere Anwendung im Zusammenhang mit der Vervielfältigung von Mikrofilmen, wobei der Film in einem Schritt belichtet und in einem weiteren Schritt entwickelt wird. Dabei werden der Mutterfilm und der zu belichtende Film zwischen zwei Vorratsrollen mit der Hilfe von elektromotorisch angetriebenen Transportrollen umgespult. Bei der Entwicklung ist es erforderlich, den belichteten Film zu erwärmen. Dies erfolgt dadurch, daß der belichtete Film 2 in der aus der Figur 1 ersichtlichen Weise um einen Heizring 1, bei dem es sich vorzugsweise um einen mit der Hilfe von Teflonlagern 13 gelagerten Aluminiumring handelt,The present invention has particular application in connection with the duplication of microfilms, wherein the film is exposed in one step and developed in a further step. The mother film and the The film to be exposed is rewound between two supply rolls with the help of transport rolls driven by an electric motor. During development it is necessary to heat the exposed film. This is done in that the exposed film 2 in the manner shown in FIG. 1 to a heating ring 1, which is preferably one with the help of Teflon bearings 13 supported aluminum ring,

herumgeführt wird.is shown around.

Durch den Kontakt des belichteten Filmes 2 mit dem HeizringThrough the contact of the exposed film 2 with the heating ring

1 wird die zur Entwicklung erforderliche Wärme auf den Film1 is the heat required for development on the film

2 übertragen. Der Heizring 1 ist durch die bereits erwähnten ■2 transferred. The heating ring 1 is by the already mentioned ■

Teflonlager 13 drehbar gelagert und wird infolge der ümschlingung durch den bewegten Film 2 gedreht. Beispielsweise weist ■* der Heizring 2 einen Querschnitt von 150 mm2, einen Umfang von 603 mm und'einen Kurzschlußwiderstand bei 200C von etwa 115 μΟΙιπι auf. Durch die Drehung des Heizringes 1 wird eine gleichmäßige Wärmeverteilung bewirkt, obwohl die Wärme ungleichmäßig abgeführt wird.Teflon bearing 13 rotatably mounted and is rotated as a result of the looping through the moving film 2. For example, the heating ring ■ * 2 a cross section of 150 mm 2, a circumference of 603 mm und'einen short-circuit resistance at 20 0 C. of about 115 to μΟΙιπι. The rotation of the heating ring 1 causes an even distribution of heat, although the heat is dissipated unevenly.

Bei der vorliegenden Einrichtung stellt der Heizring 1 gleichzeitig die Sekundärwicklung eines Transformators dar, dessen Transformatorkern in der Figur 1 mit 3 bezeichnet ist. Primärseitig ist der Transformator über die Primärwicklung 4 an die Anschlüsse 6, 7 einer Wechselspannungsquelle angeschlossen. Dies bedeutet, daß die zur Erwärmung des Heizringes 1 erforderliche Leistung von der Wechselspannungsquelle in der Form einer Wechselspannung über die Primärwicklung 4 dem als Sekundärwicklung dienenden Heizring 1 zugeführt und dort in Wärme umgesetzt wird, weil die Sekundärwicklung 1 einen geschlossenen elektrischen Weg bildet. Beispielsweise wird über die Primärwicklung eine Leistung von 115 Volt und 1,8 Ampere zugeführt, wobei sich in dem Heizring 1 eine Spannung von etwa 0,2 Volt und etwa 1000 Ampere ergeben, die in Wärme umgewandelt werden.In the present device, the heating ring 1 also represents the secondary winding of a transformer, whose transformer core is denoted by 3 in FIG. On the primary side, the transformer is via the primary winding 4 connected to the connections 6, 7 of an alternating voltage source. This means that the warming up of the heating ring 1 required power from the AC voltage source in the form of an AC voltage via the Primary winding 4 is supplied to the heating ring 1 serving as a secondary winding and is converted into heat there because the Secondary winding 1 forms a closed electrical path. For example, a Power of 115 volts and 1.8 amps is supplied, with itself in the heating ring 1 result in a voltage of about 0.2 volts and about 1000 amperes, which are converted into heat.

Zur Temperaturerkennung ist bei der vorliegenden Einrichtung eine zusätzliche Wicklung 5 auf einem Kern 3 vorgesehen, die als Ermittlungswicklung verwendet wird, um den Einfluß des temperaturabhängigen Widerstandes der Primärwicklung zu umgehen. Ein Vergleich des Stromes der Primärwicklung 4 mit der Ausgangsspannung an der Ermittlungswicklung 5 liefert eine Anzeige, ob die gewünschte Temperatur zur Erwärmung des Heizringes 1 vorliegt. Die Einrichtung weist einen Vergleicher 10 auf, in dem ein die Ausgangsspannung der Ermittlungswicklung 5 anzeigendes Signal mit einem SignalFor temperature detection, an additional winding 5 is provided on a core 3 in the present device, which is used as the detection winding to circumvent the influence of the temperature-dependent resistance of the primary winding. A comparison of the current of the primary winding 4 with the output voltage at the detection winding 5 provides an indication of whether the desired temperature for heating the heating ring 1 is available. The facility has a Comparator 10, in which the output voltage of the Detection winding 5 indicating signal with a signal

verglichen wird, das den durch die Primärwicklung 4 fließenden Strom anzeigt. Dabei wird dieses den durch die Primärwicklung 4 fließenden Strom anzeigende Signal vorzugsweise dadurch erzeugt/ daß in einer Meßeinrichtung 9 der Spannungsabfall an einem im Primärkreis angeordneten Widerstand gemessen wird. In Abhängigkeit von der durch den Vergleicher 10 ermittelten Differenz zwischen dem die Ausgangs sspannung der Ermittlungswicklung 5 anzeigenden Signal und dem den in der Primärwicklung 4 fließenden Strom anzeigenden Signal wird eine Schalteinrichtung 8 angesteuert, die in dem Primärkreis angeordnet ist, um den Stromfluß in dem Primärkreis zu steuern.Als Schalteinrichtung 8 ist vorzugsweise ein Triacelement vorgesehen, das durch das Ausgangssignal des Vergleichers 10 angesteuert wird.is compared, which indicates the current flowing through the primary winding 4. This is the one through the Primary winding 4 flowing current indicating signal preferably generated / that in a measuring device 9 of the Voltage drop is measured across a resistor arranged in the primary circuit. Depending on the Comparator 10 determined difference between the output voltage of the detection winding 5 indicating signal and the signal indicating the current flowing in the primary winding 4, a switching device 8 is controlled which is arranged in the primary circuit in order to control the flow of current in the primary circuit. As switching device 8 is preferred a triac element is provided which is controlled by the output signal of the comparator 10.

Im folgenden wird näher erläutert, auf welche Weise bestimmt wird, ob die Temperatur des Heizringes 1 den gewünschten Temperaturwert aufweist. Um den Heizring 1 auf die gewünschte Temperatur aufzuheizen, und auf dieser Temperatur zu halten, ist es erforderlich, der Primärspule 4 von der Wechselspannungsquelle Strom zuzuführen. Eine Ermittlung der Temperatur des Heizringes 1 kann auch nur dann erfolgen, wenn der Primärspule 4 Strom zugeführt wird, wobei an der Ermittlungswicklung 5 die zur Temperaturmessung erforderliche Ausgangsspannung, die durch die Spannungsmeßeinrichtung 12 erfaßtThe following explains in more detail the way in which it is determined whether the temperature of the heating ring 1 has the desired temperature value having. To heat the heating ring 1 to the desired temperature and to keep it at this temperature, it is necessary to supply power to the primary coil 4 from the AC voltage source. A determination of the temperature of the heating ring 1 can only take place when the primary coil 4 is supplied with current, the output voltage required for temperature measurement on the detection winding 5, which is detected by the voltage measuring device 12

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wird, entsteht. Um zu vermeiden, daß der Heizring 1 über eine vorgegebene Temperatur hinaus erwärmt wird, ist es erforderlich, die Primärwicklung 4 während gesteuerter Zeitperioden zu erregen, die einerseits dazu dienen, um den Heizring 1 auf die geforderte Temperatur zu erwärmen und bei Erreichen der geforderten Temperatur auf dieser zu halten, und die andererseits den Temperaturmeßzyklus bestimmen. Es muß dabei darauf geachtet werden, daß der der Primärwicklung 4 zugeführte Stromdurch die Zeitperiode so begrenzt wird, daß der Heizring 1 nicht über die geforderte Temperatur hinaus erwärmt wird. Genauer gesagt wird durch die Schaltung bewirkt, daß der im Kreis der Primärwicklung 4 liegende elektronische Schalter 8 während einer ; " kurzen Zeit betätigt wird, um es zu ermöglichen, daß ein /_ Strom in der Primärwicklung 4 fließt. Diese kurze Durch- ".. schaltzeit muß wenigstens so groß sein, daß die Erfassung der Ausgangsspannung der Ermittlungswicklung 5 durch die ·..- Spannungsmeßeinrichtung 12 erfolgen kann. Beispielsweise ": beträgt die Durchschaltzeit bei einer Wechselspannung von 50 Hz wenigstens 1 see. Diese Durchschaltzeit wird im folgenden als Zwangseinschaltzeit bezeichnet. Nach Ablauf der Zwangseinschaltzeit wird durch den durch den Vergleicher 10 vorgenommenen Vergleich bestimmt, ob der elektronische Schalter 8 geschlossen bleibt, um eine Erwärmung des Heizringes 1 auf die geforderte Temperatur zu erreichen, oder ob der elektronische Schalter 8 geöffnetbecomes, arises. In order to avoid that the heating ring 1 is heated above a predetermined temperature, it is necessary to energize the primary winding 4 during controlled time periods, which serve on the one hand to heat the heating ring 1 to the required temperature and when the required temperature is reached to keep on this, and on the other hand determine the temperature measurement cycle. Care must be taken that the current supplied to the primary winding 4 is limited by the time period so that the heating ring 1 is not heated above the required temperature. More precisely, the circuit has the effect that the electronic switch 8 located in the circuit of the primary winding 4 during a; "is actuated for a short time in order to enable a / _ current to flow in the primary winding 4. This short through" .. switching time must be at least so long that the detection of the output voltage of the detection winding 5 by the · ..- Voltage measuring device 12 can be carried out. For example, ": the switching time for an AC voltage of 50 Hz is at least 1 second. This switching time is referred to below as the forced switch-on time. After the forced switch-on time has elapsed, the comparison made by the comparator 10 determines whether the electronic switch 8 remains closed by a Heating of the heating ring 1 to achieve the required temperature, or whether the electronic switch 8 is open

wird, wenn diese Temperatur noch besteht. Wenn die Temperatur des Heizringes 1 unterhalb der geforderten Temperatur liegt, wird der elektronische Schalter 8 so lange im geschlossenen Zustand gehalten, bis durch den Vergleicher 10 ermittelt wird, daß die geforderte Temperatur erreicht wird. Dies bedeutet, daß der der Primärwicklung 4 zugeführte Stromimpuls über die Zwangseinschaltzeit hinaus verlängert wird, bis der geforderte Temperaturwert erreicht ist. Der elektronische Schalter wird dann geöffnet und es wird der Primärwicklung 4 danach bis zur nächsten Zwangseinschaltzeit während einer vorgegebenen Zeit kein Strom zugeführt. Wenn der während einer Zwangseinschaltzeit durchgeführte Vergleich anzeigt, daß die gewünschte Temperatur des Ringes vorliegt, wird der Stromfluß über den elektrischen Schalter 8 nach der Zwangseinschaltzeit beendet und es wird eine vorgegebene Zeit (Zwangsausschaltzeit) von beispielsweise 5 Sekunden vorge- ' · sehen, bevor die nächste Zwangseinschaltzeit erfolgt. Die Zwangsausschaltzeit richtet sich nach dem gewünschten Regel- „_: bereich der einzuspeisenden Leistung. Bei dem nächstfolgenden Stromimpuls laufen dieselben Vorgänge ab, wie sie voranstehend beschrieben wurden.if this temperature is still present. When the temperature of the heating ring 1 is below the required temperature is, the electronic switch 8 is kept in the closed state until it is determined by the comparator 10 is that the required temperature is reached. This means that the current pulse supplied to the primary winding 4 via the The forced switch-on time is extended until the required temperature value is reached. The electronic switch is then opened and it is the primary winding 4 then until the next forced switch-on time during a predetermined No power supplied for a time. If the comparison made during a forced-on time indicates that the desired temperature of the ring is present, the current flow through the electrical switch 8 after the forced switch-on time ends and a specified time (forced switch-off time) of, for example, 5 seconds is preceded. before the next forced switch-on time occurs. The forced switch-off time depends on the desired control "_: area of the power to be fed in. In the case of the next following current pulse, the same processes take place as above have been described.

Die Figur 2 zeigt ein detailliertes Schaltbild der Schaltungsanordnung der Fig. 1. Einzelheiten der Figur 2, die bereits im Zusammenhang mit der Figur 1 beschrieben wurden,FIG. 2 shows a detailed circuit diagram of the circuit arrangement 1. Details of FIG. 2, which have already been described in connection with FIG. 1,

tragen die entsprechenden Bezugszeichen. Die eine Seite der Primärwicklung 4 ist mit dem elektronischen Schalter 8 verbunden, während der Anschluß 7 des Primärkreises mit der Strommeßeinrichtung 9 verbunden ist. Diese besteht aus wenigstens einem Widerstand 91, der in Reihe zum elektronischen Schalter 8 geschaltet ist, und an dem eine Spannung abfällt, die proportional zu dem durch die Primärwicklung 4 fließenden Strom ist. Die Erfassung des fließenden Stromes erfolgt durch einen Operationsverstärker 92, der so geschaltet ist, daß er auf die Spannung am Widerstand 91 anspricht. Der Verstärkungsfaktor dieses Operationsverstärkers 92 kann durch Potentiometer 93 bzw. 94 wahlweise eingestellt werden, wobei diese Potentiometer 93, 94 durch Schalten eines Relaiskontakt 93" zwischen den Ausgang des Verstärkers 92 und einen Eingang dieses Verstärkers geschaltet werden. Der Wert der einge- : stellten Verstärkung hängt von der gewünschten Temperatur im : : Heizring 1 ab. - -bear the corresponding reference symbols. One side of the primary winding 4 is connected to the electronic switch 8, while the terminal 7 of the primary circuit is connected to the current measuring device 9. This consists of at least a resistor 91 which is connected in series with the electronic switch 8 and across which a voltage drops, which is proportional to the current flowing through the primary winding 4. The current flowing is recorded through an operational amplifier 92 connected to respond to the voltage across resistor 91. The gain factor this operational amplifier 92 can optionally be set by potentiometer 93 or 94, with these potentiometers 93, 94 by switching a relay contact 93 ″ between the output of the amplifier 92 and an input this amplifier can be switched. The value of the adjusted gain depends on the desired temperature in: Heating ring 1 off. - -

Am Ausgang des Operationsverstärkers 1241 der Spannungsmeßeinrichtung 12/ der die Ermittlungsspannung von der Ermittlungswicklung 5 zugeführt wird, wird ein die Spannung der Wicklung 5 repräsentierendes Signal erzeugt. Dabei kann das Verstärkungsverhältnis des Verstärkers 124' so eingestellt werden, daß es 1:1 oder 1:-1 beträgt. Die Einstellung erfolgt durch zwei Operationsverstärker 124, 125, deren Eingänge in der dargestellten Weise miteinander verbunden sind,und durch eineAt the output of the operational amplifier 124 1 of the voltage measuring device 12 / to which the detection voltage is supplied from the detection winding 5, a signal representing the voltage of the winding 5 is generated. The amplification ratio of the amplifier 124 'can be set so that it is 1: 1 or 1: -1. The setting is made by two operational amplifiers 124, 125, the inputs of which are connected to one another in the manner shown, and by one

Dioden-Brückenschaltung 125', 126, 127, 128. Die Ausgänge der beiden Verstärker 124, 125 sind mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Dioden 126 und 128 und mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Dioden 125' und 127 verbunden. Die Verbindungspunkte 97, 129, die jeweils den Dioden 125' und 126 bzw. 127 und 128 gemeinsam sind, bilden Meßpunkte. Der Ausgang des Operationsverstärkers 124 ist über eine Diode 130 mit Masse verbunden. Der invertierende Eingang des Verstärkers 124 und der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers 125 sind miteinander und mit einem Phasenschieber 121, 122, 123 verbunden, der eine Spannung erzeugt, deren Phase in Bezug auf die Spannung vor der Ermittlungswicklung um einen vorgegebenen Winkel verschoben ist. Die ; Wirkungsweise und der Zweck dieses Phasenschiebers wird nachfolgend noch näher erläutert. Der Phasenschieber besteht vorzugsweise aus den zwischen den Anschlüssen der Ermittlungswicklung 5 bzw. den Eingängen der Meßspannungseinrichtung 12 in Reihe geschalteten Widerständen 121, 122 und dem parallel zu dem Widerstand 121 geschalteten Kondensator 123. Die restlichen Eingänge der Verstärker 124, 125 sind miteinander und mit Masse verbunden. Bei einer derartigen Verbindung der Eingänge liegen an den Ausgängen der Operationsverstärker 124, 125 immer entgegengesetzte Potentiale an. Zunächst wird angenommen, daß während einer Halbwelle der phasenverschobenen Spannung der Ermittlungswicklung am Ausgang des VerstärkersDiode bridge circuit 125 ', 126, 127, 128. The outputs of the two amplifiers 124, 125 are connected to the common connection point of the diodes 126 and 128 and to the common Connection point of the diodes 125 'and 127 connected. The connection points 97, 129, each corresponding to the diodes 125 ' and 126 or 127 and 128 are common, form measurement points. The output of operational amplifier 124 is via a Diode 130 connected to ground. The inverting input of amplifier 124 and the non-inverting input of the amplifier 125 are connected to one another and to a phase shifter 121, 122, 123, which generates a voltage, whose phase is shifted by a predetermined angle with respect to the voltage in front of the detection winding. The ; The mode of operation and the purpose of this phase shifter will be explained in more detail below. The phase shifter exists preferably from between the connections of the detection winding 5 or the inputs of the measuring voltage device 12 series-connected resistors 121, 122 and the capacitor 123 connected in parallel with resistor 121. The remainder Inputs of amplifiers 124, 125 are connected to one another and to ground. With such a connection of the Inputs are always at opposing potentials at the outputs of the operational amplifiers 124, 125. First will assumed that during a half cycle of the phase-shifted voltage of the detection winding at the output of the amplifier

124 ein negatives Potential und am Ausgang des Verstärkers124 a negative potential and at the output of the amplifier

125 daher ein positives Potential anliegt. In diesem Fall sperren alle Dioden 125" bis 130 der Dioden-Brückenschaltung, so daß der Meßpunkt 129 stromlos ist. Dadurch wird das Verstärkungsverhältnis des Verstärkers 124* auf den Wert 1:1 eingestellt. Dies gilt auch für den Operationsverstärker 96, dem das den im Primärkreis fließenden Strom darstellende Signal zugeführt wird. Der eine Eingang des Verstärkers 96 ist über einen Widerstand mit dem Ausgang des Verstärkers 92, der dieses Signal erzeugt, und mit dem Meßpunkt 97 der Dioden-Brückenschaltung verbunden. Wenn sich die Polaritäten der Ausgänge der Verstärker 124, 125 umkehren, fließt ein Strom über die Dioden 127, 128, 130 und die diesen vorgeschaltete Widerstände. Am Meßpunkt 129 wird Massepotential erzeugt, das den Wert 1:-1 des Verstärkungsverhältnisses des Verstärkers 124' bewirkt. Entsprechendes gilt für die Dioden 125', 126, 130 den Meßpunkt 97 und den Verstärker 96. Dies bedeutet, daß die Verstärker 96 und 124' als phasenselektive Gleichrichter wirken, wobei das Umschalten der Verstärkungsverhältnisse durch· die phasenverschobene Spannung am Kondensator 123 des Phasenschiebers bewirkt wird.125 therefore has a positive potential. In this case all diodes 125 "to 130 of the diode bridge circuit block, so that the measuring point 129 is de-energized. This brings the amplification ratio of the amplifier 124 * to a value of 1: 1 set. This also applies to the operational amplifier 96, which represents the current flowing in the primary circuit Signal is supplied. One input of amplifier 96 is connected to the output of amplifier 92 via a resistor, which generates this signal, and is connected to the measuring point 97 of the diode bridge circuit. When the polarities of the outputs of the amplifiers 124, 125 reverse, a current flows through the diodes 127, 128, 130 and the upstream of these Resistances. Ground potential is generated at measuring point 129, which has the value 1: -1 of the amplification ratio of the Amplifier 124 'causes. The same applies to the diodes 125 ', 126, 130 the measuring point 97 and the amplifier 96. This means that the amplifiers 96 and 124' as phase-selective Rectifiers act, the switching of the amplification ratios by · the phase-shifted voltage on the capacitor 123 of the phase shifter is effected.

Die Phasenverschiebung der Ermittlungsspannung erfolgt aus folgenden Gründen. Wenn die Ermittlungswicklung 5 ganz dichtThe phase shift of the detection voltage occurs for the following reasons. When the detection winding 5 is very tight

an dem Heizring 1 wäre, wäre ein Phasenschieber nicht erforderlich, weil das Signal an dem Ausgang des Verstärkers 124' dann die richtige Phase aufweisen würde. Räumlich gesehen ist eine derartige Anordngung der Ermittlungswicklung 5 nahe an dem Heizring 1 jedoch nicht möglich. Wegen des Abstandes zwischen dem Heizring 1 und der Ermittlungswicklung stimmen die Phasen der genannten Signale 5 jedoch nicht überein. Durch den Phasenschieber wird die Phase der gemessenen Spannung der Ermittlungswicklung 5 so verschoben, daß die Phasen der genannten Signale auch dann etwa übereinstimmen, wenn die am Kern 3 des Transformators angeordnete Ermittlungswicklung 5 gegenüber dem Heizring 1 versetzt ist. Dabei wird die durch den Phasenschieber bewirkte Verschiebung experimentell in Abhängigkeit von der Anordnung der : Ermittlungswicklung 5 in Bezug auf den Heizring 1 ermittelt und eingestellt.would be on the heating ring 1, a phase shifter would not be required because the signal at the output of the amplifier 124 'would then have the correct phase. From a spatial perspective, such an arrangement is the detection winding 5 close to the heating ring 1, however, not possible. Because of the distance between the heating ring 1 and the detection winding, however, the phases of the signals 5 mentioned are correct do not match. The phase shifter shifts the phase of the measured voltage of the detection winding 5 so that that the phases of the signals mentioned coincide approximately even if the one arranged on the core 3 of the transformer Detection winding 5 is offset with respect to the heating ring 1. The shift caused by the phase shifter is thereby determined experimentally as a function of the arrangement of the: detection winding 5 in relation to the heating ring 1 and set.

Die Ausgangssignale der Verstärker 96 und 124" werden dem Vergleicher 10 zugeführt. Genauer gesagt werden diese Ausgangssignale an einen Eingang eines Operationsverstärkers 101 des Vergleichers 10 angelegt und durch diesen summiert. Da das den Strom im Primärkreis betreffende Signal und das die Spannung an der Ermittlungswicklung 5 betreffende Signal gegenphasig zugeführt werden, ergibt sich genauer gesagt eine Subtraktion. Die Verstärker 102 und 103 des Verglei-The outputs of amplifiers 96 and 124 "are sent to the comparator 10 supplied. More precisely, these output signals are sent to an input of an operational amplifier 101 of the comparator 10 is applied and summed by this. There the signal relating to the current in the primary circuit and the signal relating to the voltage on the detection winding 5 are supplied in phase opposition, more precisely a subtraction results. The amplifiers 102 and 103 of the comparator

-(20·- (20

-VS--VS-

chers 10 und die diesen Verstärkern jeweils vorgeschalteten Tiefpaßfilter verstärken die vom Verstärker 101 ermittelte Differenz weiter und beseitigen Welligkeiten an der Gleichstromseite. Das am Ausgang des Verstärkers 103 anliegende Signal weist bei einen Stromfluß im Primärkreis ein positives Potential auf, wenn die tatsächliche Temperatur des Heizringes 1 kleiner ist als die gewünschte bzw. die geforderte Temperatur. Das Ausgangssignal des Verstärkers 103 weist ein negatives Potential auf, wenn bei einem Stromfluß im Primärkreis die tatsächliche Temperatur des Heizringes 1 größer ist als die gewünschte bzw. geforderte Temperatur.chers 10 and the low-pass filters connected upstream of these amplifiers amplify those determined by the amplifier 101 Difference further and eliminate ripples on the DC side. The one present at the output of the amplifier 103 Signal has a positive potential when a current flows in the primary circuit, if the actual temperature of the Heating ring 1 is smaller than the desired or required temperature. The output of amplifier 103 has a negative potential if the actual temperature of the heating ring 1 when a current flows in the primary circuit is greater than the desired or required temperature.

Wie dies schon ausgeführt wurde, kann eine Temperaturmessung der Temperatur des Heizringes 1 nur dann erfolgen, wenn im Primärkreis ein Strom fließt. Dieser Stromfluß muß daher in kurzen Intervallen erfolgen. Aus diesem Grunde ist ein astabiler Multivibrator (Zwangseinschaltzeit beispielsweise 1 see-, Zwangsausschaltzeit beispielsweise 5 see.) vorgesehen, der beispielsweise durch die Operationsverstärker 104 und 105 gebildet wird, und der stoppt, wenn am Ausgang des Verstärkers 103 ein Potential anliegt. Der Ausgang des astabilen Multivibrators bzw. der Ausgang des Verstärkers 105 ist mit der Steuerelektrode des im Primärkreis vorhandenen Triacelementes8 verbunden. Wenn am Ausgang des Verstärkers 103 ein positives Potential anliegt, d.h., daß die tatsächliche Temperatur desAs has already been stated, the temperature of the heating ring 1 can only be measured when in Primary circuit a current flows. This current flow must therefore take place at short intervals. Because of this, it is an astable Multivibrator (forced switch-on time, for example 1 second, Forced switch-off time, for example 5 seconds) is provided, which is formed, for example, by the operational amplifiers 104 and 105 and that stops when a potential is present at the output of amplifier 103. The output of the astable multivibrator or the output of the amplifier 105 is connected to the control electrode of the triac element8 present in the primary circuit tied together. If there is a positive potential at the output of the amplifier 103, i.e. that the actual temperature of the

Heizringes 1 zu klein ist,bleibt das Triacelement 8 betätigt und leitet, bis die Messung anzeigt, daß die gewünschte Temperatur erreicht ist. Danach wird dann die Zwangsausschaltzeit eingeleitet. Wenn dagegen am Ausgang des Verstärkers 103 ein negatives Potential anliegt, d.h., daß die tatsächliche Temperatur des Heizringes 1 zu groß ist, wird das Triacelement 8 nach der Zwangseinschaltzeit gesperrt. Der astabile Multivibrator schließt dann nach der Zwangsausschaltzeit das Triacelement 8, um zu ermöglichen, daß das Triacelement 8 während der Eischaltperiode von 1 Sekunde leitet, wonach es in Abhängigkeit von der Polarität des Ausganges des Verstärkers 103 weiter leitet oder gesperrt wird.Heating ring 1 is too small, the triac element 8 remains actuated and conducts until the measurement indicates that the desired temperature has been reached. Then the forced switch-off time is then initiated. If, on the other hand, there is a negative potential at the output of the amplifier 103, i.e. that the actual The temperature of the heating ring 1 is too high, the triac element 8 is blocked after the forced switch-on time. Of the astable multivibrator then closes the triac element 8 after the forced switch-off time to enable the Triacelement 8 conducts during the switch-on period of 1 second, after which it depends on the polarity of the Output of the amplifier 103 passes on or is blocked.

Um hohe Einschaltströme zu vermeiden, wird dafür Sorge getragen, daß das Triacelement 8 nicht im Null-Durchgang gezündet wird, weil eine Zündspannung während einer Halbperiode kleinere Einschaltströme bewirkt. Aus diesem Grunde wird an den einen Anschluß des Verstärkers 105 die Versorgungsspannung beispielsweise über einen Phasenschieber 106, 107, 108 angelegt.In order to avoid high inrush currents, care is taken that the triac element 8 does not ignite in the zero passage because an ignition voltage causes smaller inrush currents during a half cycle. For this reason the supply voltage is applied to one terminal of the amplifier 105, for example via a phase shifter 106, 107, 108 applied.

v.Pk./bmv.Pk./bm

Claims (7)

PatentansprücheClaims 1. Vorrichtung zur Erwärmung eines Heizelementes auf eine ; : gewünschte Temperatur und zur Bestimmung, ob die Temperatur des Heizelementes unterhalb der gewünschten Temperatur liegt,', mit einem Heizelement, einer Energiequelle, einer übertragungseinrichtung für Energie und einer Temperaturermittlungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß als übertragungseinrichtung für Energie ein Transformator vorgesehen ist, daß die Primärwicklung (4) des Transformators über einen elektronischen Schalter (8) und eine Stromermittlungseinrichtung (9) mit der Energiequelle (6, 7) verbindbar ist, daß das Heizelement (1) die Sekundärwicklung des Transformators darstellt,1. Device for heating a heating element on a; : desired temperature and to determine whether the temperature of the heating element is below the desired temperature, ', with a heating element, an energy source, a transmission device for energy and a temperature detection device, characterized in that a transformer is provided as the transmission device for energy that the The primary winding (4) of the transformer can be connected to the energy source (6, 7) via an electronic switch (8) and a current determination device (9) so that the heating element (1) represents the secondary winding of the transformer, daß die Temperaturermittlungseinrichtung eine am Kern (3) des Transformators vorgesehene Ermittlungswicklung (5) und eine die Spannung der Ermittlungswicklung (5) ermittelnde Spannungsmeßeinrichtung (12) aufweist, daß ein Vergleicher (10) vorgesehen ist, der ein durch eine im Kreis der Primärwicklung (4) vorgesehene Strommeßeinrichtung (9) ermitteltes Signal, das den im Kreis der Priraärspule fließenden Strom repräsentiert, mit einem Signal der Spannungmeßeinrichtung (12) , das die Spannung der Ermittlungswicklung (5) repräsentiert, vergleicht, und daß der elektronische Schalter (8) durch ein Ausgangssignal des Vergleichers (10) in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis des Vergleichers (10) betätigbar ist.that the temperature detection device has a detection winding (5) and provided on the core (3) of the transformer a voltage measuring device (12) which determines the voltage of the detection winding (5), that a comparator (10) is provided, the one through one in the circle of the primary winding (4) provided current measuring device (9) detected signal that flows in the circle of the primary coil Represents current, with a signal of the voltage measuring device (12), which the voltage of the detection winding (5) represents, compares, and that the electronic switch (8) by an output signal of the comparator (10) in Depending on the comparison result of the comparator (10) can be actuated. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, : daß als elektronischer Schalter ein in den Kreis der Primär-. wicklung (4) geschaltetes Triac-Element (8) vorgesehen ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that : that as an electronic switch in the circle of the primary. winding (4) switched triac element (8) is provided. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement die Form eines Metallringes (1) aufweist, der um den Kern (3) des Transformators drehbar angeordnet ist und es ermöglicht, daß ein bandförmiges, bewegtes Material an einem Teilbereich der Außenfläche des Metallringes (1) anliegt, so daß es durch den Metallring3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the heating element has the shape of a metal ring (1) which is rotatably arranged around the core (3) of the transformer and allows a band-shaped, moving material to a portion of the The outer surface of the metal ring (1) rests so that it passes through the metal ring (1) erwärmt wird.(1) is heated. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallring (1) aus Aluminium besteht.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the metal ring (1) consists of aluminum. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet/ daß der Metallring (1) durch Teflonlager (13) drehbar gela gert ist.5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized / that the metal ring (1) is rotatably Gela Gert by Teflon bearings (13). 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter (8) periodisch durch einen Taktgeber (104, 105) während einer Zwangseinschaltzeit durchgeschaltet wird, so daß während der Zwangseinschaltzeit ein Strom durch die Primärspule (4) fließt, daß bei einem vorgegebenen Wert des Augangssignales des Vergleichers (10) oder bei überschreiten dieses Wertes die Zwangseinschaltzeit beendet wird, daß die Zwangseinschaltzeit so lange verlängert wird, bis der vorgegebene Wert des „ Ausgangssignales des Vergleichers (10) erreicht wird, wenn dieser Wert zuvor unterschritten wurde, und daß der elektronische Schalter (8) während einer Zwangsausschaltzeit, die sich nach dem gewünschten Regelbereich der einzuspeisenden Leistung richtet, durch den Taktgeber (104, 105) periodisch gesperrt wird.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the electronic switch (8) is switched through periodically by a clock (104, 105) during a forced switch-on time, so that a current flows through the primary coil (4) during the forced switch-on time that at a predetermined value of the output signal of the comparator (10) or when this value is exceeded, the forced switch-on time is ended, that the forced switch-on time is extended until the specified value of the "output signal of the comparator (10) is reached, if this value before was not reached, and that the electronic switch (8) is periodically blocked by the clock generator (104, 105) during a forced switch-off time, which depends on the desired control range of the power to be fed in. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsmeßeinrichtung (12) einen Operationsverstärker (124') enthält, dessen Verstärkungsfaktor auf 1 oder -1 einstellbar ist und der ein die Ermittlungsspannung repräsentierendes Signal erzeugt, daß die Strommeßeinrichtung (9) einen weiteren Operationsverstärker (96) enthält, dessen Verstärkungsfaktor auf 1 oder -1 einstellbar ist und dessen Ausgangssignal den im Primärkreis fließenden Strom repräsentiert, daß im Spannungsmeßkreis (12) ein Phasenschieber (121, 122, 123) vorgesehen ist, der eine die Verstärkungsfaktoren des Operationsverstärkers (1241) und des weiteren Operationsverstärkers (96), die als phasenselektive Gleichrichter wirken, in Abhängigkeit von den Halbperioden der Ermittlungsspannung einstellende Steuereinrichtung (124, 125) ansteuert, und daß die Phasenverschiebung des Phasenschiebers (121, 122, 123) in Abhängigkeit von dem am Kern (3) des Transformators bestehenden Abstand zwischen der Ermittlungswicklung (5) und dem Heizelement (1) so erfolgt, daß die Phase des Signales am Ausgang des Operationsverstärkers (125) die gleiche Phasenlage hat, wie die Phase einer idealen, nahe an der Sekundärwicklung angeordneten Meßspule.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the voltage measuring device (12) contains an operational amplifier (124 ') whose gain factor can be set to 1 or -1 and which generates a signal representing the detection voltage that the current measuring device ( 9) contains a further operational amplifier (96) whose gain factor can be set to 1 or -1 and whose output signal represents the current flowing in the primary circuit Gain factors of the operational amplifier (124 1 ) and of the further operational amplifier (96), which act as phase-selective rectifiers, controls the control device (124, 125) which adjusts the half-periods of the detection voltage, and that the phase shift of the phase shifter (121, 122, 123) depending on the distance between the core (3) of the transformer the detection winding (5) and the heating element (1) takes place in such a way that the phase of the signal at the output of the operational amplifier (125) has the same phase position as the phase of an ideal measuring coil arranged close to the secondary winding.
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