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Die Erfindung betrifft einen Laborwärmeofen umfassend einen zu temperierende Gegenstände aufnehmenden Korpus sowie mehrere außenseitig um den Korpus verteilt angeordnete, über eine Programmsteuereinrichtung ansteuerbare Heizeinrichtungen, eine Stellklappe für die Frischluftzufuhr in den Korpus und einen Innenlüfter zur Luftumwälzung im Korpus.
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Solche Laborwärmeöfen dienen dazu, die eingebrachten Gegenstände gezielt einer bestimmten Temperatur auszusetzen, um beispielsweise deren Temperaturverhalten zu untersuchen, sie zu brüten oder dergleichen. Dabei kommt es auf eine möglichst exakte Regelung der Heizeinrichtungen an, um das Temperaturprofil im Korpus so homogen wie möglich zu halten, nachdem auch sehr geringe Inhomogenitäten bzw. Temperaturschwankungen vor allem bei sensiblen eingebrachten Gegenständen oder Materialien etc. beachtliche Auswirkungen haben können.
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Aus der
DE 27 24 685 A1 ist in erster Linie ein Verfahren zur Temperaturbehandlung von Lacken und sonstigen Beschichtungen bekannt. Zur Durchführung dieses Verfahrens ist ein Kammerofen angegeben, welcher besonders gut geeignet ist, extreme Temperaturwechsel, welche zur Durchführung des Verfahrens erforderlich sind, zu erzeugen. Einen Hinweis auf eine möglichst homogene Temperaturverteilung in einem derartigen Kammerofen gibt die Offenbarung in der
DE 27 24 685 A1 nicht.
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Zwar ist es bekannt, um den Korpus herum verteilt mehrere Heizeinrichtungen vorzusehen, die über eine gemeinsame Programmsteuerung gemäß einem gewählten Steuerprogramm mit einer programmspezifischen Heizkennlinie angesteuert werden können. Alle Heizeinrichtungen werden bei bekannten Wärmeschränken mit der gleichen Stellgröße geregelt. Im Rahmen der Auslegung des Wärmeschranks wird die Temperaturverteilung in dem Korpus, also der Heizkammer, nur für einen Betriebszustand optimiert. Das heißt, unter Verwendung verschiedener Messsensoren wird im Rahmen der steuerungstechnischen Grundeinstellung für einen bestimmten Betriebszustand, also für eine bestimmte gewählte Betriebstemperatur die Temperaturverteilung und damit ein etwaiger Temperaturgradient erfasst, die Regelung der Heizeinrichtungen dahingehend optimiert, dass sich eine möglichst homogene Temperaturerteilung ergibt und dieser Regelzustand als Grund- oder Basiszustand abgespeichert. Für andere Betriebszustände, wenn also andere Temperaturrampen gefahren werden oder andere Solltemperaturen gewünscht werden etc. stellen sich zwangsläufig Abweichungen von dem der Optimierung zugrunde gelegten Betriebszustand ein, was zwangsläufig zu Inhomogenitäten in der Temperaturverteilung führt. Diese können regelungstechnisch nicht ausgeglichen werden, nachdem wie beschrieben alle Heizeinrichtungen über die gleiche Stellgröße geregelt werden.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, einen Laborwärmeofen anzugeben, der es ermöglicht, auch bei unterschiedlichen Betriebszuständen bzw. gewünschten Betriebsarten eine möglichst homogene Temperaturverteilung in der Heizkammer zu erreichen.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Laborwärmeofen der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Programmsteuerungseinrichtung zur separaten Regelung der einzelnen Heizeinrichtungen anhand wenigstens einer parameterspezifischen Steuerkennlinie, die in Abhängigkeit eines der gewählten oder eingestellten Parameter Soll-Temperatur und/oder Klappenstellung und/oder Lüfterdrehzahl aus einer hinterlegten Steuerkennlinienschar gewählt ist, ausgebildet ist.
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Zur Regelung ist in der Programmsteuereinrichtung eine Schar unterschiedlicher, parameterspezifischer Steuerkennlinien hinterlegt, wobei jede Steuerkennlinie bezüglich einer bestimmten Betriebsart, die über bestimmte Betriebsparameter definiert ist, optimiert ist. Als solche die Betriebsart definierende und einen beachtlichen Einfluss auf die Temperaturverteilung habende Parameter sind erfindungsgemäß die Soll-Temperatur, die Stellung der Frischluftklappe und die Umwälzlüfterdrehzahl zu nennen. All diese Parameter können vom Benutzer vorab eingestellt werden oder sind bei Auswahl eines bestimmten, beispielsweise werkseitig vorgegebenen Betriebsprogramms eingestellt. Je nachdem, welcher Parameter oder welche Parameterkombination nun konkret gewählt ist, wählt die Programmsteuereinrichtung die optimierte Kennlinie aus, die Basis für die Ansteuerung der Heizeinrichtungen ist. Diese sind separat ansteuerbar, das heißt, jede Heizeinrichtung kann mit einer separaten Stellgröße geregelt werden, wobei es zweckmäßig ist, die mehreren Heizeinrichtungen in zwei oder mehr Gruppen zusammenzufassen, von denen jede separat mit einer unterschiedlichen Stellgröße angesteuert werden kann. Auf diese Weise lässt sich eine Zonenheizung bzw. eine Mehrzonen-Regelung mit möglichst homogener Temperaturverteilung während der Anheizphase und dem stationären Betriebszustand erreichen.
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Die parameterspezifischen Steuerkennlinien können bezüglich nur eines der genannten Parameter oder bezüglich einer Parameterkombination aus zwei der genannten Parameter oder unter Berücksichtigung aller drei Parameter optimiert sein. Denkbar ist es dabei, für jede Heizeinrichtung eine eigene parameter- oder parameterkombinationsspezifische Kennlinie vorzusehen, denkbar ist es aber auch, nur eine Kennlinie vorzusehen, die dann individuell für die jeweilige Heizeinrichtung in Abhängigkeit der gewählten Parameter optimiert bzw. verändert wird.
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Aufgrund des Umstands, dass für annähernd jeden gewählten Betriebszustand wenigstens eine optimierte Kennlinie vorhanden ist, auf Basis welcher die Heizerregelung erfolgt, ist es möglich, für jeden anwenderseitig gewählten Betriebszustand bzw. jede Parameterkombination die Heizeinrichtungen optimal zu regeln, um eine optimale, homogene Temperaturverteilung zu erreichen. Die Kennlinienschar kann beispielsweise dadurch aufgenommen werden, dass unter Verwendung einer Vielzahl von Temperatursensoren die Temperaturverteilung im Korpusinneren für jede unterschiedliche Parametereinstellung bzw. Parameterkombination erfasst wird und ausgehend davon ermittelt wird, wie die optimale Heizerreglung erfolgen muss, um bei eben dieser Parameterkombination die Temperaturhomogenität sicherzustellen. Auf diese Weise kann für jede Einstellung/Kombination die optimale Kennlinie und damit separate Heizerregelung bestimmt und als Steuerkennlinie abgelegt werden. Die im Stand der Technik gegebenen Probleme, die aus einer Veränderung bzw. Abweichung des gewählten Parametersatzes bzw. der gewählten Betriebsart von einer der Heizerregelung zugrunde gelegten Basis-Betriebsart resultieren, sind bei dem erfindungsgemäßen Laborwärmeofen mit besonderem Vorteil nicht gegeben.
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Um eine zonenweise Temperaturregelung im Korpus zu erzielen, ist es zweckmäßig, wenn im Rahmen der Regelung mehrere Heizeinrichtungen wie beschrieben gemeinsam bzw. grüppen- oder blockweise ansteuerbar sind. Auf diese Weise wird dem Umstand Rechnung getragen, dass vor allem bei hohen Soll-Temperaturen eine Temperaturhomogenität erreicht wird, obwohl bei solchen hohen Temperaturen die sich im oberen Ofenraum ergebenden Wärmeverluste über die Isolation größer sind als bei niedrigeren Soll-Temperaturen. Aufgrund der separaten bzw. gruppen- oder blockweisen Ansteuerung ist es möglich, unter Verwendung einer optimierten Steuerkennlinie die oberen Reizungseinrichtungen mit einer anderen Stellgröße als die unteren anzusteuern, um den sich bei einer Steuerung unter Verwendung einer gemeinsamen Stellgröße ergebenden Temperaturgradienten zu vermeiden.
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Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn dem Boden, der Decke und gegebenenfalls den Seitenwänden mindestens zwei oder mehrere separate Heizeinrichtungen zugeordnet sind, die im Bedarfsfall gruppenweise angesteuert werden können.
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Zweckmäßig ist es des Weiteren, wenn im Korpus verteilt mehrere mit der Programmsteuerungseinrichtung kommunizierende Temperatursensoren zur Messung der Ist-Temperatur vorgesehen sind, wobei die Programmsteuerungseinrichtung zur Anpassung der Regelung der einzelnen Heizeinrichtungen in Abhängigkeit der gemessenen Temperaturwerte ausgebildet ist. Diese Temperatursensoren dienen zur Überwachung der Temperaturverteilung in der Heizkammer und zur Erfassung eines etwaigen sich ergebenden Temperaturgradienten. Ein solcher wird sich in der Regel kaum einstellen, nachdem aufgrund der parameterspezifischen separaten Heizerregelung die Temperaturführung von Haus aus so gewählt ist, dass sich eine homogene Temperaturverteilung einstellt. Anders als im Stand der Technik erfolgt hier keine kontinuierliche Nachregelung auf Basis der Ist-Temperatur, um einen im stand der Technik regelungstechnisch bedingten Temperaturgradienten im Nachhinein auszugleichen. Vielmehr wird bei dem erfindungsgemäßen Laborwärmeofen die Steuerung von Haus aus so eingelegt, dass sich ein solcher Temperaturgradient nicht einstellen kann. Sollte sich dennoch ein Temperaturgradient ergeben, beispielsweise resultierend aus der Art und dem Temperaturverhalten der eingebrachten Gegenstände, von denen beispielsweise Feuchtigkeit abdampft oder dergleichen, kann dieser Zustand sofort über die Temperatursensoren erfasst werden und ein etwaiger Temperaturgradient über das Kammervolumen bestimmt werden. Anhand dieses Temperaturgradienten kann dann seitens der Programmsteuereinrichtung die Kennlinie angepasst werden und mithin die Heizerregelung variiert und optimiert werden, um die Inhomogenität umgehend auszugleichen. Eine beschickungsabhängige Korrektur ist damit möglich.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Laborwärmeofens, und
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2 ein Blockschaltbild zur Darstellung der Zonenregelung.
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1 zeigt in Form einer Prinzipdarstellung einen erfindungsgemäßen Laborwärmeofen 1 mit einem Korpus 2 bestehend aus einem Metallkubus 3, welcher Korpus 2 eine Heizkammer bildet, in der nicht näher gezeigte zu temperierende Gegenstände eingebracht werden können. Natürlich weist der erfindungsgemäße Wärmeofen eine Isolierung um den Korpus 2 sowie ein äußeres Gehäuse und eine den Korpus 2 schließende Tür auf, diese sind jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit und weil bekannt nicht näher gezeigt.
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Ferner ist eine Programmsteuerungseinrichtung 4 vorgesehen, die in der Regel am nicht näher gezeigten Gehäuse angeordnet ist, der Übersichtlichkeit halber jedoch hier herausgezogen und vergrößert dargestellt ist.
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Weiterhin sind im gezeigten Beispiel acht separate Heizeinrichtungen a–h vorgesehen, wobei jeweils zwei Heizeinrichtungen einer Seitenwand bzw. dem Boden bzw. der Decke des Korpus 2 zugeordnet sind. Die Heizeinrichtungen a–h können, wie dargestellt, über die Programmsteuereinrichtung 4 angesteuert werden, die jeweiligen Stellglieder einer Heizeinrichtung, die nicht näher gezeigt sind, erhalten über die Programmsteuereinrichtung die entsprechende Stellgröße. Dabei kann jede Heizeinrichtung separat angesteuert werden, wobei mehrere Heizeinrichtungen blockweise angesteuert werden können.
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Der Korpus 2 weist ferner eine Stellklappe 5 auf, deren Stellung ebenfalls über die Programmsteuereinrichtung 4 gesteuert wird. Ferner ist ein Lüfter 6 vorgesehen, der der Umwälzung der Luft im Korpusinneren dient und der ebenfalls über die Programmsteuerungseinrichtung 4 angesteuert wird. Weiterhin sind im gezeigten Beispiel sechs Temperatursensoren 7 im Korpusinneren verteilt angeordnet, die der Erfassung der Temperaturverteilung im Korpusinneren dienen. Diese kommunizieren ebenfalls mit der Programmsteuerungseinrichtung 4.
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Der Programmsteuerungseinrichtung 4 zugeordnet sind im gezeigten Beispiel drei separate Wahlschalter, wobei über den ersten Wahlschalter 8 eine gewünschte Soll-Temperatur T-Soll eingestellt werden kann. Über den Wahlschalter 9 kann eine Umdrehungszahl des Lüfters 6 eingestellt werden, was durch „U-Lüfte” dargestellt ist. Der Wahlschalter 10 dient zur Bestimmung der zuzuführenden Frischluftmenge und damit zur Stellung der Frischluftklappe 5, dargestellt durch „x-Klappe”.
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Ferner gezeigt ist ein Speicher 11, in dem eine Steuerkennlinienschar umfassend eine Vielzahl einzelner Steuerkennlinien K, die bezüglich eines oder mehrerer der Parameter Soll-Temperatur, Lüfterdrehzahl, Klappenstellung aufgelöst bzw. spezifisch sind, hinterlegt ist. Diese einzelnen Steuerkennlinien wurden im Vorhinein unter Einstellung des jeweiligen Parameters beim Betrieb des Ofens unter Erfassung der Temperaturverteilung im Korpus bestimmt und solange optimiert, bis sich unter Verwendung der jeweiligen Steuerkennlinie eine homogene Temperaturverteilung für den eingestellten Betriebszustand ergibt. Über die einzelnen Steuerkennlinien erfolgt die Ansteuerung der einzelnen Heizeinrichtungen a–h.
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Im Betrieb wird nun der eingestellte Temperatur-Sollwert T-Soll, die eingestellte Lüfterdrehzahl U-Lüfter und die eingestellte Klappenstellung x-Klappe von der Programmsteuerungseinrichtung erfasst. Unter Berücksichtigung dieser individuell eingestellten Parameter wird nun diejenige Steuerkennlinie K aus der Kennlinienschar ausgewählt, die bezüglich dieser Parameterkombination vorab bestimmt wurde oder ihr am nächsten kommt und die optimierte Ansteuerung der Heizeinrichtung a–h ermöglicht. Diese Steuerkennlinie wird der nachfolgenden Betriebssteuerung zugrunde gelegt. Bei einer solchen Steuerkennlinie K kann es sich um eine beliebige Rampensteuerung oder dergleichen handeln.
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Wie 1 ferner zeigt, verarbeitet die Programmsteuerungseinrichtung 4 auch die Signale der einzelnen Temperatursensoren 7, wie durch das Symbol T-Sensor angegeben ist. Über diese Temperatursensoren 7 kann die Homogenität der Temperaturverteilung im Korpus 2 überwacht werden. Ergibt sich hieraus ein geringer Temperaturgradient, wird dies seitens der Programmsteuerungseinrichtung 4 erkannt und eine entsprechende Anpassung der gewählten Steuerkennlinie K unter Berücksichtigung des ermittelten Temperaturgradienten ermittelt und vorgenommen. Im Rahmen dieser Anpassung kann beispielsweise die eine oder andere Heizeinrichtung oder die eine oder andere Heizeinrichtungsgruppe mit einer variierten Stellgröße angesteuert werden, um den Gradienten auszugleichen.
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2 zeigt in Form einer Prinzipskizze ein Blockschaltbild, das einen grundsätzlichen möglichen Regelungsablauf darstellt.
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Die Eingangsgrößen der Programmsteuerungseinrichtung für die Mehrzonen-Temperaturregelung sind wie bereits beschrieben die Ausgangssignale der einzelnen Temperatursensoren 7, je nachdem, wie viele solcher Sensoren vorgesehen sind. Das zweite Eingangssignal ist die eingestellte Soll-Temperatur T-Soll. Das dritte Eingangssignal ist die eingestellte Lüfterdrehzahl U-Lüfter. Das vierte Eingangssignal ist die eingestellte Luftklappenstellung x-Klappe.
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Die Programmsteuerungseinrichtung verarbeitet diese Eingangsgrößen und wählt aus der Kennlinienschar die entsprechende Steuerkennlinie K, die zu dieser Parameterkombination bestimmt und optimiert wurde, aus und ermittelt anhand dieser Steuerkennlinie die einzelnen Stellgrößen für die jeweiligen Heizzonen. Diese Heizzonen I–VI sind in 1 dargestellt. Das Korpusvolumen ist im gezeigten. Beispiel in insgesamt sechs einzelne Heizzonen aufgeteilt, wobei jeder Heizzone eine bestimmte Heizeinrichtungsgruppe zugeordnet ist. Wie gezeigt werden anhand der ermittelten Stellgröße zur Heizzone I die Stellglieder der Heizungen a, b und c entsprechend angesteuert. Entsprechend werden für die Heizzone II die Heizeinrichtungen b, c und d angesteuert, etc. Auf diese Weise kann eine zonenbezogene individuelle Beheizung erfolgen.
