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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Bereich der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der Heiztechnologie und insbesondere ein Induktionsheizgerät mit Doppelsteuerung sowie ein Verfahren zu dessen Steuerung, das die Ausgabeleistung genau steuert.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Verglichen mit der Technologie des Widerstandserwärmens hat die Technologie des Erhitzens mittels Induktion die Vorteile von verbesserter Verfahrenseffizienz und erhöhtem Energiesparen, deshalb findet das Prinzip des Erhitzens mittels Induktion bei verschiedenen Spritzgussmaschinen Anwendung.
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Herkömmlicherweise verwendet ein Induktionsheizgerät für Spritzgussmaschinen eine Steuerung (Controller) zum Steuern der Leistungsausgabe der Energieversorgung. Gemäß den herkömmlichen Anwendungen, bei denen die Spannung oder die Stromstärke verwendet werden, um das Steuersignal der Energieversorgung zu verändern, kann die Energieversorgung einfach ein Steuersignal eines bestimmten Pegels (beispielsweise 1 Volt, 2 Volt Spannungssignal) erhalten und dann eine bemessene Energiemenge eines bestimmten Niveaus ausgeben, und somit fehlt es einem herkömmlichen Induktionsheizgerät an Flexibilität. Wenn es das Kunststoffmaterial mit einer bestimmten Ausgangsleistung bis zu dem Temperaturniveau im thermischen Gleichgewicht mit der äußeren Umgebung bringen soll und diese bemessene Ausgangsleistung unterhalb des minimalen Pegels der bemessenen Energiemenge der Energieversorgung liegt oder zwischen zwei Pegeln der bemessenen Ausgangsleistung liegt, kann eine herkömmliche Energieversorgung keine besondere Ausgangsleistung ausgeben, die den Ansprüchen genügt, somit wird es bei dem Spritzgussverfahren unmöglich, die Erhitzungsrate des Kunststoffmaterials wirksam zu steuern oder die Temperatur des Kunststoffmaterials innerhalb eines konstanten Pegels zu halten, was letztlich zu einer Beeinflussung der Ergebnisse des Spritzgussverfahrens führt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde unter den gegebenen Umständen verwirklicht. Es ist die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ein Induktionsheizgerät bereitzustellen, das eine genaue Anpassung der Ausgangsleistung der Energieversorgung ermöglicht und die Begrenzung des Pegels der bemessenen Ausgangsleistung aufhebt.
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Um diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung zu lösen, umfasst ein Induktionsheizgerät einen Temperatursensor, eine Hauptsteuerung, eine untergeordnete Steuerung, eine Energieversorgung und eine Heizspirale. Der Temperatursensor ist angepasst, die Temperatur des zu erhitzenden Ziels zu erfassen und dann ein entsprechendes Temperatursignal auszugeben. Die untergeordnete Steuerung ist elektrisch mit dem Temperatursensor und der Energieversorgung verbunden. Die Hauptsteuerung ist angepasst, ein Hauptsteuersignal entsprechend dem Temperatursignal auszugeben. Die untergeordnete Steuerung umfasst einen Schaltkreis und ist angepasst, ein untergeordnetes Steuersignal entsprechend dem Temperatursignal auszugeben. Die Energieversorgung gibt an die Heizspirale eine Energieleistung aus, um das Ziel abhängig von dem Hauptsteuersignal und dem untergeordneten Steuersignal zu erhitzen.
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Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren bereit, um den Betrieb des Induktionsheizgeräts zu steuern, um das zu erhitzende Ziel auf eine Zieltemperatur zu erhitzen und um das Ziel bei dieser Zieltemperatur zu halten. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- Schritt a): Erfassen der Temperatur des zu erhitzenden Ziels und dann Ausgeben eines Hauptsteuersignals an die Energieversorgung, falls das erfasste Temperatursignal unterhalb der Zieltemperatur liegt, dadurch Ermöglichen der Energieversorgung, Energie an die Heizspirale zum Erhitzen des Ziels auszugeben.
- Schritt b): Herabstufen des Hauptsteuersignals und dann Aktivieren und Einstellen des untergeordneten Steuersignals, falls das Temperatursignal die Zieltemperatur erreicht; Aktivieren des untergeordneten Steuersignals, falls das Temperatursignal unterhalb der Zieltemperatur liegt, oder Unterbinden des untergeordneten Steuersignals, falls das Temperatursignal die Zieltemperatur überschreitet.
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Daher kann der Nutzer falls es nötig ist, das zu erhitzende Ziel mit einer bestimmten Ausgangsleistung zu erhitzen, die unterhalb des bemessenen untersten Pegels der Ausgangsleistung der Energieversorgung oder zwischen zwei Pegeln der bemessenen Ausgangsleistung der Energieversorgung liegt, das Hauptsteuersignal relativ Herabstufen und den An/Aus Zustand des untergeordneten Steuersignals ändern, um die durchschnittliche Ausgangsleistung pro Zeiteinheit der Energieversorgung zu ändern, was es der Gesamtheit der durchschnittlichen Ausgangsleistung pro Zeiteinheit ermöglich, gleich zu der vorstehend genannten bemessenen Nennleistung zu sein, und somit kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung die Ausgangsleistung der Energieversorgung genau steuern, was die Beschränkungen der bemessenen Ausgangsleistung der Energieversorgung bei den herkömmlichen Verfahren überwindet.
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Andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden durch Bezug auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den anhängigen Zeichnungen besser verstanden, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Bestandteile des Aufbaus bezeichnen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Systemblockdiagramm eines Induktionsheizgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine Temperaturkurve eines Zielmaterials, die gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde.
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3 ist ein Steuerungsflussdiagramm des Steuerverfahrens für ein Induktionsheizgerät gemäß der vorliegenden Erfindung.
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4 ist eine weitere Temperaturkurve eines Zielmaterials, die gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Zum besseren Verständnis der Merkmale der vorliegenden Erfindung ist eine bevorzugte Ausführungsform mit Bezug auf die 1–3 gezeigt. In dieser bevorzugten Ausführungsform ist das zu erhitzende Ziel ein Zylinder M einer Spritzgussmaschine. Dieses Besipiel ist jedoch keine Beschränkung. Alternativ kann das zu erhitzende Ziel ein Kunststoffmaterial sein. Der Zylinder M enthält ein Kunststoffmaterial. Ferner ist eine Heizspirale 50 um den Zylinder M herum angeordnet, um den Zylinder M und das darin befindliche Kunststoffmaterial zu erhitzen. Da dieser Teil im Wesentlichen zu einer herkömmlichen Spritzgussmaschine identisch ist, werden die betreffenden Bestandteile und der Betrieb der Spritzgussmaschine im Folgenden nicht weiter behandelt.
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Wie in 1 gezeigt, umfasst das Induktionsheizgerät 1 einen Temperatursensor 10, eine Hauptsteuerung 20, eine untergeordnete Steuerung 40, eine Energieversorgung 30 und die vorstehend aufgeführte Heizspirale 50. Der Temperatursensor 10 ist angepasst, die Temperatur des Zylinders M direkt oder indirekt zu erfassen und ein Temperatursignal auszugeben. Der Temperatursensor 10 kann beispielsweise ein Sensor sein, der auf einem Thermoelement basiert, ist darauf aber nicht beschränkt.
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Die Hauptsteuerung 20 ist elektrisch mit dem Temperatursensor 10 verbunden, um das ausgegebene Temperatursignal zu erhalten und um dann ein entsprechendes Hauptsteuersignal auszugeben, das die Energieversorgung 30 antreibt. Das Hauptsteuersignal kann ein Spannungssignal sein (beispielsweise 0–10 Volt) oder ein Signalstrom (beispielsweise 4–20 mA). In dieser Ausführungsform ist die Hauptsteuerung 20 angepasst, ein Hauptsteuersignal mit konstanter Spannung auszugeben, beispielsweise 1 Volt. In dieser Ausführungsform steuert die Hauptsteuerung 20 hauptsächlich die Energieversorgung 30, dass diese eine hohe Energieleistung abgibt.
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Die untergeordnete Steuerung 40 ist ebenfalls elektrisch mit dem Temperatursensor 10 verbunden, damit sie ein Temperatursignal erhalten kann. Die untergeordnete Steuerung 40 weist einen darin eingebauten Relais-basierenden Schaltkreis 41 auf. Die untergeordnete Steuerung 40 steuert den Leiterstatus abhängig von dem eingegebenen Temperatursignal, um so weiter ein untergeordnetes Steuersignal an die Energieversorgung 30 auszugeben, um die Energieversorgung 30 mittels Ermöglichen einer Leitung oder Trennen einer Leitung des Relais' zu steuern. Das vorstehend aufgeführte untergeordnete Steuersignal oszilliert zwischen 0 Volt (deaktiviert) und 1 Volt (aktiviert). Da es verschiedene herkömmliche Gestaltungen für die Ausführungsform des Schaltkreises 41 gibt, wird im Folgenden auf eine Aufzählung dieser verzichtet.
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Nach dem Erhalt des Hauptsteuersignals und des untergeordneten Steuersignals gibt die Energieversorgung 30 eine Leistung in Anlehnung an die Kombination aus dem Hauptsteuersignal und dem untergeordneten Steuersignal aus, und ermöglicht der ausgegebenen Leistung, an die Heizspirale 50 übertragen zu werden, um den Zylinder M und das darin befindliche Kunststoffmaterial zu erhitzen. In der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform bilden das Hauptsteuersignal und das untergeordnete Steuersignal ein Spannungssignal, das zwischen 1 Volt (Talwert) und 2 Volt (Spitzenwert) schwankt; der Spitzenwert und der Talwert des Spannungssignals stehen in Übereinstimmung mit zwei Vorgabepegeln der bemessenen Leistung der Energieversorgung 30, was es der Energieversorgung 30 ermöglicht, eine Ausgangsleistung auszugeben, die in dem Bereich von 0 Watt bis 500 Watt oszilliert. Somit kann der Nutzer die Parameter der Oszillationsfrequenz und des Arbeitszyklus des untergeordneten Steuersignals zwischen dem eingeschalteten und dem ausgeschalteten Zustand modulieren, was es der Ausgangsleistung der Energieversorgung 30 ermöglicht, periodisch zu oszillieren, was die gesamte Ausgangsleistung pro Zeiteinheit auf den gewünschten Leistungswert (beispielsweise 250 Watt) verringert, der nicht ein besonderer Pegel der bemessenen Ausgangsleistung der Energieversorgung 30 ist, und somit kann das Verfahren die Beschränkungen des Pegels der bemessenen Ausgangsleistung der Energieversorgung 30 überwinden.
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Nach der Beschreibung der Zusammensetzung des Induktionsheizgeräts wird im Folgenden das Verfahren zur Steuerung des Induktionsheizgeräts zum Erhitzen des Zylinders M von der Ausgangstemperatur A auf die Zieltemperatur C und zum Halten des Zylinders M bei dieser Zieltemperatur C beschrieben, wie in 2 gezeigt.
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Zuerst erfasst in Schritt S1 der Temperatursensor 10 ein Temperatursignal von dem Zylinder M. Da die Ausgangstemperatur A unterhalb der Zieltemperatur C liegt, wird die Hauptsteuerung 20 eingeschaltet und dann das Hauptsteuersignal angepasst, damit es die Energieversorgung 30 steuert, eine konstante Ausgangsleistung an die Heizspirale 50 zum Erhitzen des Zylinders M mit hoher Leistung anzugeben.
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Danach wird in Schritt S2, wenn der Temperatursensor 10 erfasst, dass die Temperatur des Zylinders M die Zieltemperatur C erreicht hat, das Hauptsteuersignal angepasst, die Ausgangsleistung der Energieversorgung 30 zu verringern. Danach wird die untergeordnete Steuerung 40 eingeschaltet und dann ermöglicht, dass die Ausgangsleistung der Energieversorgung 30 in Anlehnung an den aktivierten oder deaktivierten Zustand des untergeordneten Steuersignals durch beispielsweise Wechseln der Oszillationsfrequenz und des Arbeitszyklus des untergeordneten Steuersignals oszilliert. In dieser Ausführungsform ist die Steuerung der untergeordneten Steuerung 40: Wenn das erfasste Temperatursignal von dem Status des Überschreitens der Zieltemperatur C auf den Status unterhalb der Zieltemperatur C fällt, wird das untergeordnete Steuersignal der untergeordneten Steuerung 40 zum Erhitzen des Kunststoffmaterials aktiviert; andererseits, wenn das erfasste Temperatursignal die Zieltemperatur C überschreitet, wird das untergeordnete Steuersignal in den deaktivierten Zustand versetzt, um so das Kunststoffmaterial nicht zu erhitzen. Somit wird die Ausgangsleistung der Energieversorgung 30 unter der Kontrolle der Hauptsteuerung 20 und der untergeordneten Steuerung 40 periodisch oszillieren, um den Erwärmungsenergieverlust des Zylinders M pro Zeiteinheit im Wesentlichen gleich zu der gesamten Ausgangsleistung der Energieversorgung 30 pro Zeiteinheit zu halten, um so den Zylinder M bei der Zieltemperatur C halten zu können, was eine Temperatursteuerungsfähigkeit ergibt, die herkömmliche Induktionsheizgeräte nicht bereitstellen können, und was eine freiere und genauere Steuerung der Ausgangsleistung der Energieversorgung 30 ermöglicht.
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Ferner ist es unter bestimmten Umständen praktikabel, das Hauptsteuersignal der Hauptsteuerung 20 auf null herabzustufen und einfach die untergeordnete Steuerung 40 zu verwenden, um die Energieversorgung 30 zu steuern, so dass die Temperatur des Zylinders M innerhalb des gewünschten Pegels gehalten wird.
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Ferner kann während des Verfahrens des Erhitzen des Zylinders M die Erfindung entscheiden, ob die Ausgangsleistung der Energieversorgung 30 abhängig von dem Hauptsteuersignal herabgestuft wird, wenn das Temperatursignal eine Standby-Temperatur B erreicht, bevor die Zieltemperatur C erreicht wurde (siehe 2), und dann Einschalten der untergeordneten Steuerung 40 zum Steuern der Ausgangsleistung der Energieversorgung 30, wodurch verhindert wird, dass sich Kunststoffmaterial aufgrund der Heizrate des Zylinders M zu stark erhitzt. Andererseits ermöglicht dieses Verfahren, dass der Zylinder M auf die Zieltemperatur C mit einer bestimmten Heizrate und unter zu Hilfenahme der untergeordneten Steuerung 40 erhitzt wird, was die Steuerfähigkeit des Spritzgussverfahrens erhöht.
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Um die Heizrate für das Kunststoffmaterial besser zu steuern, damit der Temperaturwechsel in dem Kunststoffmaterial stabiler und gleichmäßiger gestaltet werden kann, kann die Erfindung auch wählen, die Ausgangsleistung der Energieversorgung 30 anzupassen, so dass die Heizkurve des Kunststoffmaterials so wie in 4 dargestellt aussehen kann. In 4 ist der Zeitrahmen von 0 bis t3 die Erwärmungsphase des Kunststoffmaterials, und der Zeitrahmen nach t3 ist das Temperaturerhaltungsstadium des Kunststoffmaterials. In dem Zeitrahmen von 0 bis t1 während der Erwärmungsphase des Kunststoffmaterials, wird die Energieversorgung 30 aktiviert, eine geringe Leistung zum Heizen auszugeben, was zu einer Erhöhung der Temperatur des Kunststoffmaterials von der Ausgangstemperatur A1 auf das Temperaturniveau A2 führt. Mit Eintritt in den Zeitrahmen t1 bis t2 wird die Ausgangsleistung der Energieversorgung 30 erhöht, um die Heizrate für das Kunststoffmaterial auf die StandbyTemperatur B zu erhöhen. Mit Eintritt in den Zeitrahmen t2 bis t3 wird die Ausgangsleistung der Energieversorgung 30 verringert, was der Temperatur des Kunststoffmaterials ermöglicht, sich langsam auf die Zieltemperatur C zu steigern.
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Obwohl eine bestimmte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Zwecke der Darstellung detailliert beschrieben wurde, können verschiedene Veränderungen und Verbesserungen gemacht werden, ohne von der Grundidee und dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend wird die Erfindung durch nichts als die anhängigen Ansprüche eingeschränkt.
