DE102011008304B4 - Arrangement for detecting a Heizmittelbruches - Google Patents
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Abstract
Anordnung zum Detektieren eines Heizmittelbruches, aufweisend – eine Vakuumkammer (1) mit einer elektrisch leitfähigen inneren Kammerwand (2); – ein Heizmittel (4), das über passive Heizmittel (5) in der Vakuumkammer (1) elektrisch isoliert mit einem Abstand zur Kammerwand (2) gehalten ist; – einem Transformator (6) mit einer Sekundärspule (7) zur elektrischen Versorgung des Heizmittels (4); – einem zwischen der Kammerwand (2) und einem Abgriff (9) der Sekundärspule (7) angeordneten stromsensitiven elektrisch verbundenen Schalter (10) mit mindestens einem Arbeitskontakt (11) zur Unterbrechung der elektrischen Versorgung des Heizmittels (4) bei einem bruchbedingten Kurzschluss zwischen dem Heizmittel (4) und der Kammerwand (2) und dem daraus resultierenden Stromfluss durch den Schalter (10).Arrangement for detecting a heating medium break, comprising -. a vacuum chamber (1) having an electrically conductive inner chamber wall (2); Figs; a heating means (4), which is held by passive heating means (5) in the vacuum chamber (1) electrically isolated at a distance from the chamber wall (2); Figs; a transformer (6) having a secondary coil (7) for the electrical supply of the heating means (4); Figs; a current-sensitive electrically connected switch (10) arranged between the chamber wall (2) and a tap (9) of the secondary coil (7) with at least one make contact (11) for interrupting the electrical supply of the heating means (4) in the event of a short circuit between the heating medium caused by fracture (4) and the chamber wall (2) and the resulting current flow through the switch (10).
Description
Die Erfindung betrifft im Anwendungsgebiet der Vakuumtechnik eine Anordnung zum Detektieren eines defekten Heizmittels. Bevorzugt kommen in einer Vakuumkammer bodenseitig angeordnete Heizmittel wie Heizstäben aus durchgehend elektrisch leitendendem Material wie insbesondere aus CFC (Carbon Fiber reinforced Carbon) in Betracht.In the field of vacuum technology, the invention relates to an arrangement for detecting a defective heating means. Preferably, in a vacuum chamber arranged on the bottom side heating means such as heating rods from continuously electrically conductive material such as CFC in particular (carbon fiber reinforced carbon) into consideration.
CFC-Werkstoffe lassen sich bei Temperaturen bis zu 3000°C im Vakuum einsetzen. Neben ihrer Eignung für den thermischen Schutz sind sie auch für Heizzwecke von Vorteil. Das Material in Form eines Stabes oder Streifens erhitzt sich durch einen dadurch fließenden Strom bis auf mehrere 100°C. Das spröde Material fordert einen Kompromiss bezüglich der angestrebten Stabilität und Heizleistung bei der Wahl des Querschnittes. In Folge der betriebsbedingten Alterung des Materials nimmt zudem dessen Stabilität ab. Negativ beeinträchtigend kommt hinzu, dass zweckbestimmt die Heizmittel lokal Prozessbedingungen ausgesetzt sind, in denen sich unbeabsichtigt Streudämpfe auf den Heizstäben niederschlagen.CFC materials can be used at temperatures up to 3000 ° C in a vacuum. In addition to their suitability for thermal protection, they are also beneficial for heating purposes. The material in the form of a rod or strip heats up to several 100 ° C by a current flowing through it. The brittle material demands a compromise regarding the desired stability and heating capacity in the choice of the cross section. As a result of the operational aging of the material also decreases its stability. On the negative side, the heating medium is purposely exposed to process conditions in which scattered fumes are inadvertently deposited on the heating elements.
Es besteht das Problem sowie das Risiko, dass solche Heizstäbe brechen können und unbeabsichtigt mit der Kammerwand beziehungsweise mit dem Kammerboden in Kontakt kommen. Der auf die Kammerwand übertragene Fehlstrom stellt ein Gefährdungspotential für den Menschen dar. Zudem tritt durch das gestörte Heizmittel dessen Wirkung außer Kraft, was einen wirtschaftlichen Verlust nach sich ziehen kann.There is the problem as well as the risk that such heating elements may break and inadvertently come into contact with the chamber wall or with the chamber bottom. The fault current transmitted to the chamber wall poses a hazard to humans. In addition, the effect of the disturbed heating means ceases to have effect, which can result in an economic loss.
Ein solcher Verlust entsteht beispielsweise dann, wenn die Heizmittel in Vakuumkammern verwendet sind, die bestenfalls in funktionale Bereiche geteilt, aneinandergereiht zusammenstehend eine Anlage wie eine Durchlaufbeschichtungsanlage bilden. Letzteres meint eine aus eingangs- und ausgangsseitigen Schleusen sowie Vakuumkammern bestehende Anlage zur Beschichtung von Substraten. Derartige Beschichtungsanlagen sind hochproduktiv und insofern besonders störungssensibel, da Abweichungen in den Prozessparametern wie Temperatur nicht tolerierbar und Störfalle nur aufwendig behebbar sind. Jegliche produktive Störungen können weiteren Schaden an empfindlicher Technik nach sich ziehen. Der Produktive Betrieb ist dann mehrstündig unterbrochen.Such a loss arises, for example, when the heating means are used in vacuum chambers which, at best, are divided into functional areas, strung together to form a plant such as a continuous coater. The latter means an input and output side locks and vacuum chambers existing system for coating substrates. Such coating systems are highly productive and so far particularly sensitive to interference, since deviations in the process parameters such as temperature are not tolerable and malfunction can only be repaired consuming. Any productive disruption can cause further damage to sensitive technology. The productive operation is then interrupted for several hours.
Bekanntermaßen sind die Heizmittel zumeist in der Nähe von Kammerwänden angeordnet. Das kann entweder in der Nähe des Kammerbodens, der Kammerwände oder am Kammerdeckel der Fall sein; Kombinationen daraus inbegriffen.As is known, the heating means are usually arranged in the vicinity of chamber walls. This may be the case either near the chamber bottom, the chamber walls or the chamber lid; Combinations of it included.
Nach hiesiger Begriffsdefinition besteht eine Heizeinrichtung zumindest aus einem Abschnitt, Bereich oder Dergleichen, der zum Erzeugen der Wärme vorgesehen ist, und der hier als Heizmittel bezeichnet wird. Unter einem passiven Heizmittel ist indes ein solcher Abschnitt usw. zu verstehen, der ein- oder mehrfach entweder eine Verlängerung des Heizmittels darstellt oder unmittelbar an das Heizmittel angrenzt. In einem solchen Abschnitt soll aber explizit keine Wärme erzeugt werden, sondern vielmehr dient dieses passive Heizmittel zur Halterung sowie zur Stromversorgung des heizenden Heizmittels.As used herein, a heater is at least a portion, area or the like that is provided to generate the heat, referred to herein as heating means. By a passive heating means, however, is to be understood such a section, etc., which represents one or more times either an extension of the heating means or directly adjacent to the heating means. In such a section, however, no heat is explicitly intended to be generated, but rather this passive heating means is used for holding and for supplying power to the heating heating means.
Zusammen bilden Heizmittel und passive Heizmittel die Heizeinrichtung aus.Together, heating means and passive heating means form the heater.
Nach dem Vorstehenden ist beispielhaft ein Heizstab oder -streifen aus CFC das Heizmittel. Der übrige Teil zur Halterung usw. bis dahin, das dieser außen an der Vakuumkammer eine elektrische Kantaktverbindung zum Anschluss einer Leitung aufweist, ist mit dem passiven Heizmittel gemeint.For example, according to the foregoing, a heating rod or strip of CFC is the heating medium. The remaining part for holding, etc., until then, that this has on the outside of the vacuum chamber an electrical Kantaktverbindung for connecting a line, is meant by the passive heating means.
CFC-Heizstäbe oder -streifen sind üblicherweise über zwei Durchführungen an den Streifenenden elektrisch versorgt und weisen hierfür zwei passive Heizmittel auf. Zwischen zwei Durchführungen und Kontaktleisten können auch mehrere Widerstandsheizstreifen parallel geschalten sein. Vorteilhafte Anordnungen von Widerstandsheizstreifen sind
Aus
Die aus
Eine aus
Bekannt sind technische Mittel, elektrische Fehlströme zu identifizieren und gleichsam den Leitungsfluss zu unterbrechen. So genannte Erdschlussüberwachungen, Leitungsschutzschalter sowie FI-Schalter kennt der Fachmann. Was davon abhält, diese beliebig einzusetzen, sind für den Hochstrombereich sowohl die Kosten als auch die fehlende Möglichkeit damit eine Signalisierung des Störzustandes an einem geschalteten Kontakt nachzugewinnen. Letzteres wäre erst wieder mit zusätzlichen elektrischen Komponenten möglich und kostenaufwendig.Technical means are known to identify electrical fault currents and, as it were, to interrupt the line flow. So-called ground fault monitors, miniature circuit breakers and FI switches are familiar to the expert. What prevents them from using them arbitrarily, is for the high-current range, both the cost and the lack of opportunity with a signal of the fault state nachvollinnen a switched contact. The latter would be possible again with additional electrical components and costly.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine den störungsfreien Betrieb eines Heizmittels in einer Vakuumkammer verbessernde Lösung zu finden, die insbesondere einen Defekt des Heizmittels detektiert.It is the object of the invention to find a solution which improves the trouble-free operation of a heating medium in a vacuum chamber and in particular detects a defect of the heating medium.
Diese Aufgabe löst die Erfindung gemäß Patentanspruch 1.This object is achieved by the invention according to
Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.Advantageous embodiments of the invention are the subject of dependent claims.
Nach weiteren vorteilhaften Formen der Ausgestaltung der Erfindung sind die Arbeitskontakte des elektrischen Schalters zum Schalten von Stromkreisen wie folgt verwendet:
- – Versorgungsstromkreis für die Heizmittel,
- – Signalisierungsstromkreis für die Störung des Heizmittels,
- – Versorgungsstromkreis für angrenzende Heizmittel,
- – Versorgungsstromkreis für alternative Heizmittel (invers).
- - supply circuit for the heating means,
- - signaling circuit for the disturbance of the heating medium,
- - supply circuit for adjacent heating means,
- - Supply circuit for alternative heating means (inverse).
Der stromsensitive elektrische Schalter sollte in seiner Funktionsweise der eines Leistungsschutzschalters bzw. Überstromschalters gleichen. Über dessen Funktion ist der Schalter regulär betätigt; sein eigener (Steuer-)schaltkreis und Arbeitskontakte sind geschlossen. Fließt ein zu hoher Strom durch den elektrischen Schalter öffnet dieser.The current-sensitive electrical switch should be similar in function to a circuit breaker or overcurrent switch. About its function, the switch is normally operated; its own (control) circuit and working contacts are closed. If too much current flows through the electrical switch, it opens.
Diesen Zuständen folgen die Arbeitskontakte durch Öffnen oder Schließen. So genannte Hilfskontakte lassen sich dazu direkt neben dem Leistungsschutzschalter anordnen. Ausgegangen wird primär von dem Arbeitskontakt, der öffnet, wenn der elektrische Schalter betätigt wird. Das ist insbesondere sinnvoll, sofern die defekten Heizmittel und auch angrenzende Heizmittel abzuschalten sind. Beim Signalisierungsstromkreis kann für den Störfall ein Öffnen oder ein Schließen zweckmäßig sein. Abhängig ist das davon, wie sich die Störfallerkennung aufbaut. Letztlich ist der Zustandswechsel des elektrischen Schalters ausschlaggebend und nachverarbeitbar. Alternative Heizmittel kommen als Ersatz in Betracht. Fällt ein Heizmittel aus, kann im Einzelfall ein für den Ausfall vorgesehenes weiteres Heizmittel die Funktion weiter oder hilfsweise erfüllen. Letzterem wird dem entsprechend die Versorgungsspannung zu Teil.These states are followed by the working contacts by opening or closing. So-called auxiliary contacts can be arranged directly next to the circuit breaker. The starting point is primarily the normally open contact, which opens when the electrical switch is actuated. This makes sense, in particular, if the defective heating means and also adjacent heating means are to be switched off. When signaling circuit opening or closing may be appropriate for the accident. This depends on how the accident detection system builds up. Ultimately, the change of state of the electrical switch is crucial and nachverarbeitbar. Alternative heating means come as a substitute into consideration. If a heating medium fails, a further heating means provided for the failure can in some cases fulfill the function further or alternatively. The latter is accordingly the supply voltage to part.
Den elektrischen Schalter, wie hier einen Leistungsschutzschalter, durch eine adäquate Komponente zu ersetzen, soll dem Fachmann überlassen sein. Der bislang mit Leistungsschutzschalter erreichte Vorteil, mit ca. 2% des Heizer-Nennstromes die Schalterfunktion zu bewirken, ist maßgeblich.The electrical switch, as here to replace a circuit breaker, by an adequate component should be left to the expert. The advantage achieved so far with a circuit breaker, with about 2% of the rated heater current to cause the switch function, is decisive.
Dem generellen Vorteil dieser Lösung soll nachdrücklich zur Beachtung verholfen sein. Gegenüber herkömmlichen Erdschlussüberwachungskomponenten überwiegt hier aufgrund der Einfachheit, mit der sich alle Anforderungen erfüllen lassen, der Kostenvorteil. Für das einzelne Heizmittel mag das zunächst unerheblich erscheinen, nur potenziert sich der Effekt bei Anlagen, in denen mehr als zehnfach derartige Heizmittel verbaut sind.The general advantage of this solution should be emphatically helped to attention. Compared to conventional ground fault monitoring components, the cost advantage outweighs the simplicity, with which all requirements can be met. For the individual heating medium, this may at first seem insignificant, but the effect is more potent in systems in which more than ten times such heating means are installed.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben werden. Dazu zeigt die
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Vakuumkammervacuum chamber
- 22
- Kammerwandchamber wall
- 33
- Heizeinrichtungheater
- 44
- Heizmittelheating
- 55
- passives Heizmittelpassive heating medium
- 66
- Transformatortransformer
- 77
- Sekundärspulesecondary coil
- 88th
- Leitungencables
- 99
- Abgrifftap
- 1010
- elektrischer Schalter (Leistungsschutzschalter)electrical switch (circuit breaker)
- 1111
- ArbeitskontaktNormally Open
- 1212
- Erdeearth
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