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Die Erfindung betrifft einen Trommeltrockner gemäß dem
Oberbegriff des Anspruches 1.
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Bei Trommeitrocknern ist es wichtig, den Trommeitrockner
unterbrechen zu können, wenn der Feuchtigkeitsgehalt der zu
waschenden Gegenstände (im folgenden als "Wäsche" bezeich
net) einen gewünschten Wert erreicht hat. Wenn das Trocknen
zu früh abgebrochen wird, ist der Feuchtigkeitsgehalt zu
hoch, was offensichtliche Nachteile hat. Ein zu spätes
Abbrechen des Trocknens hat einen unnötig hohen
Energieverbrauch zur Folge, und der zu geringe Feuchtigkeitsgehalt der
Wäsche begünstigt eine vermehrte Neigung zum Knittern,
reduziert die Bügelfähigkeit und erhöht die Gefahr des
Schrumpfens und einer statischen elektrischen Aufladung der Wäsche.
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Die zur Herabsetzung des Feuchtigkeitsgehalts auf den
gewünschten Wert erforderliche Zeit hängt in starkem Maße ab
von der Menge der Wäsche in der Trommel, der Temperatur der
zugeführten Luft, vom Feuchtigkeitsgehalt zu Beginn des
Trocknungsprozesses sowie von anderen Faktoren. Einfache
Zeitprogramme, bei denen das Trocknen nach einer
einstellbaren vorgegebenen Zeit abgebrochen wird, sind daher eine
völlig unbefriedigende Steuerung des Trocknungsprozesses.
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Aus der GB-A-1 261 361 ist es bereits bekannt, einen
Temperatursensor vorzusehen, der die Temperatur der Austrittsluft
aus der Wäschetrommel mißt. Das Trocknen wird abgebrochen,
wenn die Temperatur einen vorgegebenen Wert erreicht hat.
Aber auch bei dieser Methode variiert der
Feuchtigkeitsgehalt der Wäsche am Ende der Trocknung in weiten Bereichen in
Abhängigkeit von, unter anderem, der Menge der Wäsche in der
Trommel. Ferner hat diese Methode den Nachteil, daß das
Trocknen nicht abgebrochen wird, bevor die Temperatur der
aus der Trommel austretenden Luft einen Wert erreicht hat,
der nicht unbeträchtlich über der relativ konstanten
Temperatur liegt, die während des größten Teil des
Trocknungsprozesses herrscht. Bei bestimmten Typen von Trommeltrocknern,
beispielsweise Kondensator-Trommeltrocknern, die mit einer
hohen Temperatur der austretenden Luft arbeiten, begründet
dieser Anstieg der Temperatur am Ende des Trommeltrocknens
eine beträchtliche Gefahr einer Beschädigung der Wäsche,
insbesondere solcher aus bestimmten synthetischen
Materialien.
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Ferner ist es bekannt, den Trocknungsprozeß abzubrechen in
Abhängigkeit der Größe der zeitlichen Änderung der
Temperatur der Austrittsluft. Auch dieses Verfahren hat die oben
erwähnten Nachteile.
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Eine andere bekannte Methode arbeitet mit Elektroden in der
Trommel zur Messung des elektrischen Widerstandes der
Wäsche, deren Widerstand vom Feuchtigkeitsgehalt abhängig ist.
Mit dieser Methode kann jedoch eine zuverlässige Messung
herunter bis zu dem niedrigen Feuchtigkeitsgehalt, der für
trockene Wäsche gilt, nicht erreicht werden. Der letzte
Abschnitt des Trocknungsprozesses wird daher durch Überwachung
durch ein Zeitglied durchgeführt, und der
Endfeuchtigkeitsgehalt der Wäsche variiert dann, unter anderem, mit der
Menge der Wäsche und der Art des Materials der Wäsche.
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Aus der GB-A-990 711 ist ein Trommeltrockner bekannt, bei
dem ein Feuchtigkeitssensor vorgesehen ist zur Messung des
Feuchtigkeitsgehalts der aus der Trommel austretenden Luft.
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Da Trocknen der Kleidung erfolgt durch Zuführung von heißer
Luft zu einem die Kleidung aufnehmenden Korb. Diese Luft
32 wird durch einen Gasbrenner erhitzt. Dieser Brenner wird
kontinuierlich gesteuert zwischen einem ersten vorgegebenen
Wert und einem zweiten niedrigeren vorgegebenen Wert, wobei
die Steuerung des letzteren mit Hilfe des
Feuchtigkeitsgehaltssensors stattfindet. Auch dieses Verfahren
liefert unbefriedigende Ergebnisse, und es hat sich
erwiesen, daß der Feuchtigkeitsgehalt der Wäsche bei Abbrechen
des Trocknungsprozesses in starkem Maße von der in der
Trommel enthaltenen Wäschemenge und dem Typ der Wäsche abhängig
ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
Trommeltrockner der eingangs genannten Art zu entwickeln,
bei welchem ein gewünschter Feuchtigkeitsgehalt der Wäsche
automatisch und mit großer Präzision am Ende des Trocknungs
prozesses erreichbar ist, und zwar in hohem Maße unabhängig
von Faktoren wie beispielsweise der Wäschemenge, der Art der
Wäsche und des Anfangsfeuchtigkeitsgehalts der Wäsche.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Trommeltrockner gemäß dem
Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welcher
erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1
genannten Merkmale hat.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
zusätzlichen Ansprüchen genannt.
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Die Erfindung ist besonders vorteilhaft für Kondensations-
Trommeltrockner, die bei hoher Temperatur arbeiten können
ohne Gefahr einer Beschädigung der Wäsche.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist ein Temperatursteuersystem zur Steuerung der Temperatur
der aus der Trommel austretenden Luft so angepaßt, daß diese
Temperatur während des letzten Teils des Trocknungsprozesses
auf einen konstanten Wert gehalten wird. Vorzugsweise ist
dieses Steuersystem als ein elektronisches Steuersystem
ausgebildet, um die gewünschte Geschwindigkeit des Ablaufes
und somit Genauigkeit der Temperatursteuerung zu erreichen.
Die genaue konstante Temperatur der Austrittsluft die so
während des letzten Teils des Trocknungsprozesses erreicht
wird, führt dazu, daß der tatsächliche Feuchtigkeitsgehalt
der Wäsche bei Beendigung des Trocknungsprozesses mit großer
Genauigkeit dem gewünschten Feuchtigkeitsgehalt entspricht.
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Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele
soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
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Figur 1 schematisch einen Trommeltrockner gemäß der
Erfindung,
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Figur 2 die Steuerglieder des Trommeltrockners und die
Verbindung dieser Steuerglieder mit den anderen
Komponenten des Trommeltrockners,
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Figur 3 in Gestalt eines Programmablaufplanes die
Arbeitsweise eines zu den Steuergliedern des
Trommeltrockners gehörenden Mikroprozessors,
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Figur 4 als Funktion der Zeit die Temperatur und den
Feuchtigkeitsgehalt der Austrittsluft während des
Trocknungsprozesses.
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Figur 1 zeigt schematisch Aufbau und Arbeitsweise eines
Trommeltrockners gemäß der Erfindung. Er hat eine Trommel 1
zum Trocknen der Wäsche. Die Trommel kann relativ langsam um
eine Achse A-A rotieren. Die beiden Stimwände der Trommel
haben Öffnungen 20a, 20b für den Eintritt beziehungsweise
Austritt eines Luftstromes zum Trocknen der Wäsche. An jeder
Seite der Trommel befinden sich Endstücke 21a, 21b, an die
ein geschlossener Kanal 25 für die Zirkulation des
Luftstromes angeschlossen ist. Die Endstücke sind gegenüber der
Stirnwand der Trommel mit Hilfe von Gleitdichtungen 22a, 22b
gedichtet. Der Luftstrom wird mittels eines Gebläses 3
zirkuliert. Das Gebläse kann zweckmäßigerweise durch
denselben Antriebsmotor 8 (Figur 2) angetrieben werden, welcher
die Trommel 1 dreht, und im folgenden wird angenommen, daß
dies der Fall ist. Die aus der Trommel ausströmende Luft
passiert einen Kondensator 4 zur Abscheidung von Wasser aus
der Luft. In dem Kondensator wird die Luft gekühlt, und ein
Teil des Feuchtigkeitsgehaltes der Luft schlägt sich in Form
von Wasser nieder, welches abgeführt wird. In
Trommeltrocknern für Haushalte wird der Kondensator normalerweise mit
Hilfe der umgebenden Luft luftgekühlt, jedoch können auch
andere Kühlverfahren, beispielsweise Wasserkühlung,
verwendet werden. Nach ihrem Austritt aus dem Kondensator wird die
gekühlte und entfeuchtete Luft an einem elektrischen
Heizelement 5 vorbeigeleitet, mit dessen Hilfe die strömende
Luft in dem gewünschten Maße aufgeheizt wird.
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In dem Luftkanalabschnitt 25a zwischen der Trommel 1 und dem
Kondensator 4 sind ein Sensor 6 für den Feuchtigkeitsgehalt
und ein Temperatursensor 7 angebracht. Diese beiden Sensoren
messen die Verhältnisse in dem die Trommel 1 verlassenden
Luftstrom, und ihre Arbeitsweise wird im folgenden
beschrieben.
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Figur 2 zeigt den Aufbau des Steuersystems eines
Trommeltrockners. Die Funktionen des Steuersystems werden durch
einen Mikroprozessor 9 mit zugehörigen (nicht dargestellten)
Speichern zur Speicherung des Programms und der Arbeitsdaten
für die Steuerung gesteuert. Eine Steuerschalttafel 14 ist
an den Mikroprozessor angeschlossen. Die Steuerschalttafel
hat einen Startknopf 141, der bei seiner Betätigung ein
Startsignal ST an den Mikroprozessor liefert. Hierdurch
beginnt der Mikroprozessor in Übereinstimmung mit einem
vorgespeicherten Programm zu arbeiten, um die Durchführung des
programmierten Trocknungsprozesses zu steuern. Mit einem
Wahlschalter 142 kann der Wert eines Signals F vorgegeben
werden, welches den gewünschten Feuchtigkeitsgehalt der
Wäsche nach Beendigung des Trocknungsprozesses angibt. Die
Positionen A, B und C des Wahlschalters bestimmen Werte für
das Signal F, die "extra trockene" Wäsche, "trockene" Wäsche
und Wäsche "fertig zum Bügeln und Mangeln" entsprechen. Mit
Hilfe eines zweiten Wahlschalters 143 kann die gewünschte
Trocknungstemperatur TO eingestellt werden. Beispielsweise
kann die Position D einer Temperatur von 50ºC entsprechen
und die Position E einer Temperatur von 70ºC.
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Der Trommeltrockner ist über einen Hauptschalter 16 an eine
Wechselspannungsquelle angeschlossen. Eine
Spannungsversorgungseinheit 15 liefert die erforderliche Betriebsspannung
für das Steuersystem des Trommeltrockners. Die
Hauptwechselspannung wird auch im Antriebsmotor 8 des Trommeltrockners
über das Stellglied 11 und dem Heizelement 5 über das
Stellglied 13 zugeführt. Diese Stellglieder können aus Relais
bestehen, oder vorzugsweise aus geeigneten
Halbleiterelementen, wie zum Beispiel Transistoren oder Tyristoren. Die
Stellglieder werden von dem Mikroprozessor 9 durch digitale
Steuersignale M und E, die der Mikroprozessor liefert,
gesteuert. Wenn eines dieser Signale den Wert "1" annimmt,
dann wird das zugehörige Arbeitsglied (der Motor 8
beziehungsweise das Elemente 5) eingeschaltet, und wenn das
Signal den Wert "0" annimmt, wird das zugehörige Arbeitsglied
abgeschaltet.
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Der Feuchtigkeitsgehaltssensor 6, der zwischen der Trommel
und dem Kondensator im Luftstrom angeordnet ist, ist
zweckmäßigerweise elektrischer Art, zum Beispiel der von der
Shibaura Electronic Co. Ltd. hergestellte Typ CHS-1. Der Sensor
ist an den Mikroprozessor 9 über einen Meßwertumformer 61
angeschlossen, welcher dem Prozessor ein Signal f liefert,
das den Feuchtigkeitsgehalt des Luftstromes, das heißt
dessen Wassergehalt pro Volumeneinheit, anzeigt.
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Der Temperatursensor 7 besteht zweckmäßigerweise aus einem
Termistor. Der Sensor mißt die Temperatur des Luftstromes
bei seinem Austritt aus der Trommel. Das Sensorsignal wird
über einen Meßwertumformer 71 in eine für den Mikroprozessor
geeignete Form umgewandelt. Das vom Prozessor empfangene
Signal T ist somit ein Maß für die Temperatur des Luftstromes
bei seinem Verlassen der Trommel.
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Figur 3 zeigt in Form eines Programmablaufplanes die
Arbeitsweise des Steuersystems während eines
Trocknungsprozesses. Beim Drücken des Startknopfes (Block 101) wird der
Mikroprozessor veranlaßt, sein gestartetes Programm
abzuarbeiten. Zuerst wird geprüft, ob die Tür des Trommeltrockners
geschlossen ist (Block 102). Wenn dies der Fall ist, wird
das Signal M (Block 103) auf den Wert "1" gesetzt. Hierdurch
wird der Motor 8 veranlaßt, die Drehung der Trommel 1 und
des Gebläses 3 zu beginnen und somit den Luftstrom zu
zirkulieren. Danach (Block 104) wird die Variable E auf "1" ge
setzt, wodurch das Heizelement 5 eingeschaltet wird.
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Unter Drehung der Trommel und Zirkulation des Luftstromes
findet nun eine fortschreitende Aufheizung der Luft des
Trommeltrockners und der Wäsche statt. Sowohl der vom Sensor
6 gemessene Feuchtigkeitsgehalt und die vom Sensor 7
gemessene Temperatur nehmen während dieser Phase ständig zu. Dies
zeigt Figur 4, welche die gemessene Temperatur T und den
gemessenen Feuchtigkeitsgehalt f als Funktion der Zeit t an
zeigt. Der Trommeltrockner wird zur Zeit t0 gestartet, und
während des ersten Teils des Prozesses erhöhen sich die
gemessene Temperatur und der gemessene Feuchtigkeitsgehalt
kontinuierlich.
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Der Mikroprozessor mißt periodisch (Block 105), ob der
Feuchtigkeitsgehalt f, der zum jeweiligen Zeitpunkt gemessen
wird, den gespeicherten Wert der Variablen fm übersteigt.
Wenn dies der Fall ist, wird der gemessene
Feuchtigkeitsgehalt als neuer Wert für die Variable fm (Block 106)
gespeichert. Diese fortlaufende Vergrößerung der Variablen fm
schreitet fort, bis die Bedingung des Blocks 105 nicht mehr
erfüllt ist. Dies geschieht im Zeitpunkt t1 in Figur 4. Die
Variable fm bleibt dann unverändert und zeigt den höchsten
während des Trocknungsprozesses gemessenen
Feuchtigkeitsgehalt an.
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Während der ersten Phase nach dem Start kann der gemessene
Feuchtigkeitsgehalt in unregelmäßiger Weise variieren. Es
kann daher zweckmäßig sein, mit dem Messen des
Feuchtigkeitsgehalts erst nach einer vorgegebenen Zeitspanne,
beispielsweise fünf Minuten, nach dem Start zu beginnen. Die
Zustände haben dann Zeit gehabt, sich zu stabilisieren, so
daß der gemessene Feuchtigkeitsgehalt kontinuierlich
ansteigt.
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Das Programm hat eine Schleife für die Temperatursteuerung,
die aus den Blöcken 107-110 besteht. In Abhängigkeit von der
an der Steuerschalttafel vorgegebenen Temperatur T0 bestimmt
der Mikroprozessor zwei Temperaturgrenzen T2 und T1, die et
was höher beziehungsweise etwas niedriger sind als die
Temperatur T0. Im Block 107 wird geprüft, ob die gemessene
Temperatur den Wert T2 überschreitet. Wenn dies der Fall ist,
wird das Signal E auf den Wert "0" gesetzt, und das
Heizelement 5 wird abgeschaltet. Wenn die gemessene Temperatur den
Wert T2 nicht überschreitet, wird es im Block 108 mit dem
Wert T1 verglichen. Wenn die gemessene Temperatur kleiner
als dieser Wert ist, wird das Signal E auf den Wert "1"
(Block 109) gesetzt, wodurch das Programm über den Block 109
zum Block 105 zurückkehrt. Wenn die gemessene Temperatur
nicht kleiner als der Wert T1 ist, kehrt das Programm direkt
zum Block 105 zurück. Mit Hilfe dieser elektronischen
Temperatursteuerung wird die Temperatur der aus der Trommel
austretenden Luft sehr genau auf den vorgegebenen Wert T0
festgehalten, nachdem die Temperatur ihren stationären Zustand
erreicht hat.
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Nach dem Zeitintervall t1 beginnt der gemessene
Feuchtigkeitsgehalt f, wie oben erwähnt, zu fallen. Er wird
penodisch im Block 111 mit dem gespeicherten maximalen Wert fm
verglichen. Solange diese Differenz zwischen den beiden
Werten kleiner als ein vorgegebener Wert df ist, wird der
Trocknungsprozeß in der oben beschriebenen Weise
fortgesetzt. Wenn jedoch der gemessene Feuchtigkeitsgehalt f
soweit gefallen ist, daß die genannte Differenz den Wert df
erreicht, schreitet das Programm weiter zum Block 112 (bei
t = t2 in Figur 4). In diesem Block wird das Signal E auf
den Wert "0" gesetzt, so daß das Heizelement 5 abgeschaltet
wird. Dann folgt eine Abkühlungsphase von vorgegebener Dauer
td. Während dieser Phase kühlt die Wäsche unter kontinuier
licher Luftzirkulation und Rotation der Trommel ab. Wenn die
Zeit td nach Abschaltung der Heizung abgelaufen ist, ist die
im Block 113 gesetzte Bedingung erfüllt, und das Programm
schreitet weiter zum Block 114, wo unter Setzung des Signals
m auf den Wert "0" der Antriebsmotor 8 abgeschaltet wird und
der Trocknungsprozeß beendet ist. Das Programm ist dann
beendet - Block 115.
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Der Wert df wird von dem Mikroprozessor entsprechend dem
Wert F des gewünschten abschließenden Feuchtigkeitsgehalts
der Wäsche, welcher Wert mit Hilfe der Steuerschalttafel
eingestellt wird, vorgegeben. Je größer der vorgegebene Wert
von df, umso kleiner wird der Endfeuchtigkeitsgehalt der
Wäsche.
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Der Verlauf der Kurve, welche den gemessenen Feuchtigkeits
gehalt als Funktion der Zeit anzeigt, variiert beträchtlich
in Abhängigkeit von beispielsweise der Menge der Wäsche, des
anfänglichen Feuchtigkeitsgehalts der Wäsche, der Wäscheart
und der gewählten Arbeitstemperatur. So wird beispielsweise
ein Anstieg der Menge der Wäsche einen Anstieg des während
des Trocknungsprozesses gemessenen Feuchtigkeitsgehalts zur
Folge haben. Eine Verminderung der Arbeitstemperatur wird
eine Verlängerung des Trocknungsprozesses zur Folge haben.
Jedoch hat sich erwiesen, daß für einen Trommeltrockner
gemäß der Erfindung der gewünschte Endfeuchtigkeitsgehalt der
Wäsche mit hoher Genauigkeit und unabhängig von den
genannten Variationen erreicht wird.
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Die Erfindung wurde oben in Verbindung mit einem
Kondensator-Trommeltrockner beschrieben, bei dem, wie in der
Einleitung ausgeführt, die Erfindung spezielle Vorteile mit sich
bringt. Die Erfindung kann jedoch auch für andere Arten von
Trommeltrockners verwendet werden, beispielsweise für einen
Ablufttrommeltrockner, bei dem keine Rezirkulation des
Luftstromes stattfindet.
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Die Ausgangssignale der Sensoren 6 und 7 enthalten
unvermeidlich einen gewissen Störungspegel, welcher die Funktion
des Steuersystems stören kann. Um diese Störungen zu
reduzieren, können die Sensorsignale zweckmäßigerweise gefiltert
werden. Eine Filterung kann mit Hilfe von Hardware-Filtern
durchgeführt werden, die beispielsweise in die
Meßwertumformer 61 und 71 eingebaut sind, oder durch jede bekannte
Methode der digitalen Filterung in Prozessoren oder durch eine
Kombination dieser beiden Methoden.
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Eine schnelle und genaue Steuerung der Arbeitstemperatur ist
für eine gute Arbeitsweise des beschriebenen Steuersystems
wichtig. Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
sorgt der Mikroprozessor für die Temperatursteuerung;
alternativ kann jedoch ein getrennter Temperaturregler auf
analoger oder digitaler Basis zur Durchführung der
Temperatursteuerung vorgesehen werden.
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Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die
Arbeit des Trommeltrockners durch einen in geeigneter Weise
programmierten Mikroprozessor gesteuert. Alternativ können
die entsprechenden Steuerfunktionen auch mit Hilfe eines
speziell gebauten analogen oder digitalen Steuersystems
durchgeführt werden.
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Es wurde oben beschrieben, wie die Temperatursteuerung mit
Hilfe eines Ein- und Ausschaltens des Heizelementes 5
durchgeführt werden kann. Alternativ kann die Temperatursteuerung
jedoch auch durch eine kontinuierliche Varuerung der
Heizleistung des Heizelementes durchgeführt werden,
beispielsweise mit Hilfe einer Phasenwinkelanschnittsteuerung oder
einer Pulssteuerung der dem Element zugeführten
Speisespannung.
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In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel hat der
Trommeltrockner ein einziges Heizelement 5. Alternativ kann der
Trommeltrockner mit zwei Heizelementen unterschiedlicher
Nennleistung ausgerüstet sein, wobei das Heizelement mit der
höheren Nennleistung für die höhere der beiden einstellbaren
Arbeitstemperaturen verwendet wird und das Heizelement mit
der kleineren Nennleistung für die niedrigere
Arbeitstemperatur verwendet wird. Auf diese Weise kann eine genauere
Temperatursteuerung erreicht werden.
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Gemäß der obigen Beschreibung wird das Heizelement 5 zur
Aufheizung des Luftstromes vollständig abgeschaltet, wenn
die Differenz zwischen dem maximal gemessenen
Feuchtigkeitsgehalt und dem augenblicklichen Feuchtigkeitsgehalt der
austretenden
Luft einen vorgegebenen Wert (bei t=t2 in Figur 4)
erreicht. Alternativ kann die Leistung des Heizelementes zu
diesem Zeitpunkt auf einen niedrigen Wert reduziert werden,
so daß eine leichte Heizung des Luftstromes auch während der
Abkühlungsphase stattfindet.