DE102016112961B4

DE102016112961B4 - Elektrische Heizeinrichtung und elektrisches Heizverfahren

Info

Publication number: DE102016112961B4
Application number: DE102016112961.5A
Authority: DE
Inventors: Takashi SAKUI; Hirokazu MORISHITA; Asahiko Hasebe; Maho KIMURA; Yusuke Matsumoto; Kenichi Morita; Hisanori Nakamura
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-07-17
Filing date: 2016-07-14
Publication date: 2019-06-06
Anticipated expiration: 2036-07-15
Also published as: JP2017025361A; CN106358323A; JP6299693B2; CN106358323B; DE102016112961A1; US9894714B2; US20170019950A1

Abstract

Elektrische Heizeinrichtung (1), die ein zu erhitzendes Material elektrisch dadurch erhitzt, dass eine Vielzahl von Elektroden (2, 2) mit dem zu erhitzenden Material mit einer vorbestimmten Entfernung zwischen den Elektroden (2, 2) in Kontakt gebracht wird und ein elektrischer Strom, der zwischen den Elektroden (2, 2) fließt, zugeführt wird, mit:
einem Temperaturerfassungsmittel (4, 5, 6) zum Erfassen von Temperaturinformationen einer Vielzahl von Bereichen des zu erhitzenden Materials;
einem Zusatzheizmittel (7, 8, 9) zum Erhitzen von jedem der Vielzahl von Bereichen des zu erhitzenden Materials; und
einem Steuerungsmittel (10) zum Steuern des Erhitzens des zu erhitzenden Materials, wobei
während des elektrischen Erhitzens, das Steuerungsmittel (10) basierend auf der Temperatur von jedem der Vielzahl von Bereichen des zu erhitzenden Materials, die durch das Temperaturerfassungsmittel (4, 5, 6) erfasst wird, das Zusatzheizmittel (7, 8, 9) steuert, so dass das Zusatzheizmittel (7, 8, 9) zumindest einen Bereich oder alle der Bereiche mit einer Temperatur, die niedriger ist als die Temperatur eines Bereichs mit einer höchsten Temperatur unter der Vielzahl von Bereichen, erhitzt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Heizeinrichtung und ein elektrisches Heizverfahren zum elektrischen Erhitzen eines zu erhitzenden Materials.
Beschreibung des Standes der Technik
Es ist eine elektrische Heizeinrichtung bekannt, die ein zu erhitzendes Material elektrisch dadurch erhitzt, dass ein Paar von Elektroden mit dem zu erhitzenden Material mit einer vorbestimmten Entfernung zwischen den Elektroden in Kontakt gebracht wird und ein elektrischer Strom, der zwischen den Elektroden fließt, zugeführt wird (siehe zum Beispiel japanische ungeprüfte Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 2014-031566). Diese elektrische Heizeinrichtung reduziert eine Temperaturungleichmäßigkeit während des elektrischen Heizprozesses durch Anpassen einer elektrischen Heizzeit für jeden Bereich des zu erhitzenden Materials gemäß dem Querschnittsbereich (das heißt der Querschnittsdimension) des zu erhitzenden Materials.
Die gegenwärtigen Erfinder haben das folgende Problem gefunden. In der vorstehend beschriebenen elektrischen Heizeinrichtung ist es möglich, die Temperaturungleichmäßigkeit zu einem gewissen Ausmaß dadurch zu reduzieren, dass die elektrische Heizzeit für Bereiche des zu erhitzenden Materials angepasst wird, für die im Voraus vorhergesagt werden kann, dass sie eine geringe Temperatur aufweisen, wie etwa Bereiche mit einem großen Querschnittsbereich und Bereiche, die an den Enden des zu erhitzenden Materials in der Breitenrichtung liegen. Es ist jedoch unmöglich, die elektrische Heizzeit für Bereiche anzupassen, für die im Voraus nicht vorhergesagt werden kann, dass diese eine geringe Temperatur aufweisen, oder Bereiche, die im Gegensatz zu den vorherigen Vorhersagen eine niedrige Temperatur aufweisen, wodurch eine Möglichkeit einer Temperaturungleichmäßigkeit in dem zu erhitzenden Material verursacht wird. Es sei angemerkt, dass es auch in einem Fall, in dem ein zu erhitzendes Material unter Verwendung von Zusatzheizmitteln getrennt von der elektrischen Hauptheizung zusätzlich erhitzt wird, wenn das Zusatzheizen ohne ein Wissen durchgeführt wird, welche Bereiche eine niedrige Temperatur aufweisen werden, eine Möglichkeit gibt, dass ein Teil oder das gesamte zu erhitzende Material durch dieses zusätzliche Heizen übermäßig erhitzt werden könnte.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde vorgenommen, um das vorstehend beschriebene Problem zu lösen, und es ist eine Hauptaufgabe, eine elektrische Heizeinrichtung und ein elektrisches Heizverfahren bereitzustellen, die dazu in der Lage sind, eine Temperaturungleichmäßigkeit in einem zu erhitzenden Material zu beheben durch angemessenes Erhitzen von sogar einem Bereich des zu erhitzenden Materials, für das im Voraus nicht vorhergesagt werden kann, dass es eine niedrigere Temperatur aufweist, oder einem Bereich des zu erhitzenden Materials, der im Gegensatz zu einer vorherigen Vorhersage eine niedrige Temperatur aufweist.
Um die vorstehend beschriebene Aufgabe zu erreichen, ist ein erster beispielhafter Aspekt der vorliegenden Erfindung eine elektrische Heizeinrichtung, die ein zu erhitzendes Material elektrisch dadurch erhitzt, dass eine Vielzahl von Elektroden mit dem zu erhitzenden Material mit einer vorbestimmten Entfernung zwischen den Elektroden in Kontakt gebracht wird und ein elektrischer Strom, der zwischen den Elektroden fließt, zugeführt wird, mit: einem Temperaturerfassungsmittel zum Erfassen von Temperaturinformationen von einer Vielzahl von Bereichen des zu erhitzenden Materials; einem Zusatzheizmittel zum Erhitzen von jedem der Vielzahl von Bereichen des zu erhitzenden Materials; und einem Steuerungsmittel zum Steuern des Erhitzens des zu erhitzenden Materials, wobei, während des elektrischen Heizens, das Steuerungsmittel basierend auf der Temperatur von jedem der Vielzahl von Bereichen des zu erhitzenden Materials, die durch das Temperaturerfassungsmittel erfasst wird, das Zusatzheizmittel steuert, so dass das Zusatzheizmittel zumindest einen Bereich oder alle der Bereiche mit einer Temperatur, die ist niedriger als die Temperatur eines Bereichs mit einer höchsten Temperatur unter der Vielzahl von Bereichen, erhitzt.
In diesem Aspekt kann das Steuerungsmittel das elektrische Erhitzen stoppen, wenn die Temperatur des Bereichs mit der höchsten Temperatur eine vordefinierte Solltemperatur des zu erhitzenden Materials erreicht, basierend auf der Temperatur von jedem der Vielzahl von Bereichen, die durch das Temperaturerfassungsmittel erfasst wird.
In diesem Aspekt kann das Steuerungsmittel basierend auf der Temperatur von jedem der Vielzahl von Bereichen, die durch das Temperaturerfassungsmittel erfasst wird, das Zusatzheizmittel steuern, so dass das Zusatzheizmittel einen Bereich erhitzt, für den eine Differenz zwischen seiner Temperatur und der Temperatur des Bereichs mit der höchsten Temperatur gleich oder größer als ein erster Schwellenwert ist.
In diesem Aspekt kann das Steuerungsmittel basierend auf der Temperatur von jedem der Vielzahl von Bereichen, die durch das Temperaturerfassungsmittel erfasst wird, das Zusatzheizmittel steuern, so dass das Zusatzheizmittel einen Bereich erhitzt, für den eine Differenz zwischen seiner Temperatur und der Temperatur des Bereichs mit der höchsten Temperatur gleich oder größer als ein erster Schwellenwert ist und das Erhitzen stoppt, wenn die Differenz kleiner als ein zweiter Schwellenwert wird, der kleiner als der erste Schwellenwert ist.
Um die vorstehend beschriebene Aufgabe zu erreichen, kann ein anderer beispielhafter Aspekt der vorliegenden Erfindung ein elektrisches Heizverfahren sein, zum elektrischen Erhitzen eines zu erhitzenden Materials, dadurch, dass eine Vielzahl von Elektroden mit dem zu erhitzenden Material mit einer vorbestimmten Entfernung zwischen den Elektroden in Kontakt gebracht wird und ein elektrischer Strom, der zwischen den Elektroden fließt, zugeführt wird, mit: Erfassen von Temperaturinformationen einer Vielzahl von Bereichen des zu erhitzenden Materials; und zusätzlichem Erhitzen, während des elektrischen Erhitzens, basierend auf der erfassten Temperatur von jedem der Vielzahl von Bereichen des zu erhitzenden Materials, von zumindest einem Bereich oder allen Bereichen mit einer Temperatur, die niedriger als die Temperatur eines Bereichs mit einer höchsten Temperatur unter der Vielzahl von Bereichen ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine elektrische Heizeinrichtung und ein elektrisches Heizverfahren bereitzustellen, die dazu in der Lage sind, eine Temperaturunregelmäßigkeit in einem zu erhitzenden Material zu beheben, durch angemessenes Erhitzen auch eines Bereichs des zu erhitzenden Materials, für den im Voraus nicht vorhergesagt werden kann, dass er eine niedrige Temperatur aufweist, oder eines Bereichs des zu erhitzenden Materials, der im Gegensatz zu einer vorherigen Vorhersage eine niedrige Temperatur aufweist.
Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden von der detaillierten Beschreibung, die nachstehend vorgenommen wird, und den anhängigen Zeichnungen, die nur zur Illustration gegeben sind, und somit nicht dazu gedacht sind, die vorliegende Erfindung zu beschränken, vollständiger verstanden.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Systemkonfiguration einer elektrischen Heizeinrichtung gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Prozessablaufs eines elektrischen Heizverfahrens gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und
3 zeigt ein Beispiel von Informationen einer Beziehung zwischen Temperaturdifferenzen (Tmax-T) und einer Heizzeit von ersten bis dritten Zusatzheizern.

BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Erstes beispielhaftes Ausführungsbeispiel
Beispielhafte Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Zum Beispiel wird durch eine elektrische Heizeinrichtung gemäß einem ersten beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein zu erhitzendes Material wie etwa ein plattenähnliches Metallmaterial (wie etwa eine Struktur für ein Automobil) durch Zuführen von Elektrizität zu dem zu erhitzenden Material und dadurch direktes Erhitzen des zu erhitzenden Materials wärmebehandelt.
1 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Systemkonfiguration einer elektrischen Heizeinrichtung gemäß einem ersten beispielhaften Ausführungsbeispiel zeigt. Die elektrische Heizeinrichtung 1 gemäß dem ersten beispielhaften Ausführungsbeispiel umfasst ein Paar von positiven und negativen Elektroden 2, eine Leistungsversorgungseinheit bzw. Stromversorgungseinheit 3, die eine Leistung bzw. einen Strom an die positive und negative Elektrode 2 zuführt, erste bis dritte Temperatursensoren 4, 5 und 6, die Temperaturinformationen einer Vielzahl von Bereichen des zu erhitzenden Materials X erfassen, erste bis dritte Zusatzheizer 7, 8 und 9, die jeweils einen Entsprechenden der Vielzahl von Bereichen des zu erhitzenden Materials X erhitzen, und eine Steuerungseinrichtung 10, die die Leistungsversorgungseinheit 3 und die ersten bis dritten Zusatzheizer 7, 8 und 9 steuert.
Die positive und negative Elektrode 2 werden mit dem plattenähnlichen zu erhitzenden Material X mit einer vorbestimmten Entfernung zwischen der positiven und negativen Elektrode 2 in Kontakt gebracht. Es sei angemerkt, dass, obwohl ein Paar von positiven und negativen Elektroden 2 in dem ersten beispielhaften Ausführungsbeispiel bereitgestellt ist, die vorliegende Erfindung nicht auf solch eine Konfiguration beschränkt ist. Zum Beispiel können zwei Paare oder mehr als zwei Paare von positiven und negativen Elektroden angeordnet sein. Weiterhin ist die Form des zu erhitzenden Materials X nicht auf die plattenähnliche Form beschränkt. Zum Beispiel könnte das zu erhitzende Material X eine säulenartige Form oder eine rechteckige säulenartige Form aufweisen.
Die Leistungsversorgungseinheit 3 erhitzt elektrisch das zu erhitzende Material X durch Zuführen eines elektrischen Stroms, der zwischen der positiven und der negativen Elektrode 2 fließt. Zum Beispiel wird die Leistungsversorgungseinheit 3 durch eine Leistungsversorgung wie etwa eine Batterie gebildet. Die ersten bis dritten Temperatursensoren 4, 5 und 6 sind spezifische Beispiele des Temperaturerfassungsmittels. Die ersten bis dritten Temperatursensoren 4, 5 und 6 erfassen die Temperaturen von entsprechend vorbestimmten Bereichen des zu erhitzenden Materials X. Es sei angemerkt, dass der vorbestimmte Bereich zum Beispiel einen Bereich mit einem vorbestimmten Umfang oder kleiner bedeutet, innerhalb dem sich die Temperatur von der Temperatur eines Punkts auf dem zu erhitzenden Material X, die durch einen des ersten bis dritten Temperatursensors 4, 5 und 6 erfasst wird, nicht unterscheidet (oder innerhalb dem die Temperaturschwankungen gleich oder kleiner als ein Schwellenwert sind). Jeder des ersten bis dritten Temperatursensors 4, 5 und 6 ist zum Beispiel ein Strahlungsthermometer.
Zum Beispiel sind die ersten bis dritten Temperatursensoren 4, 5 und 6 entlang der Längsrichtung des zu erhitzenden Materials X angeordnet. Der erste Temperatursensor 4 ist ungefähr auf der linken Seite des zu erhitzenden Materials angeordnet (obere Seite in 1) und erfasst die Temperatur eines ersten Bereichs des zu erhitzenden Materials X. Der zweite Temperatursensor 5 ist ungefähr in der Mitte des zu erhitzenden Materials X angeordnet und erfasst die Temperatur eines zweiten Bereichs des zu erhitzenden Materials X. Der dritte Temperatursensor 6 ist ungefähr auf der rechten Seite des zu erhitzenden Materials X angeordnet und erfasst die Temperatur eines dritten Bereichs des zu erhitzenden Materials X. Die ersten bis dritten Temperatursensoren 4, 5 und 6 geben die erfassten Temperaturen der entsprechenden Bereiche an die Steuerungseinrichtung 10 aus.
Es sei angemerkt, dass ein, zwei, vier oder mehr als vier Temperatursensoren angeordnet sein können. Das heißt, die Anzahl von Temperatursensoren kann beliebig bestimmt werden. Durch Erhöhen der Anzahl von Temperatursensoren können Niedrigtemperaturbereiche des zu erhitzenden Materials X auf eine detailliertere Weise erfasst werden. Weiterhin kann die Anordnung der Temperatursensoren beliebig bestimmt werden, vorausgesetzt, dass die Temperatur von jedem Bereich des zu erhitzenden Materials X angemessen erfasst werden kann.
Die ersten bis dritten Zusatzheizer 7, 8 und 9 sind spezifische Beispiele des Zusatzheizmittels. Die ersten bis dritten Zusatzheizer 7, 8 und 9 erhitzen entsprechende vorbestimmte Bereiche des zu erhitzenden Materials X. Jeder des ersten bis dritten Zusatzheizers 7, 8 und 9 ist zum Beispiel ein Nah-Infrarot-Heizer („near-infrared“) oder ein Fern-Infrarot-Heizer („far-infrared“).
Zum Beispiel sind die ersten bis dritten Zusatzheizer 7, 8 und 9 entlang der Längsrichtung des zu erhitzenden Materials angeordnet. Die ersten bis dritten Zusatzheizer 7, 8 und 9 sind jeweils an Orten entsprechend den ersten bis dritten Temperatursensoren 4, 5 und 6 angeordnet. Das heißt, die ersten bis dritten Zusatzheizer 7, 8 und 9 erhitzen entsprechende Bereiche, deren Temperaturen durch die ersten bis dritten Temperatursensoren 4, 5 und 6 entsprechend erfasst werden. Der erste Zusatzheizer 7 ist ungefähr auf der linken Seite des zu erhitzenden Materials X angeordnet und erhitzt den ersten Bereich des zu erhitzenden Materials X. Der zweite Zusatzheizer 8 ist ungefähr in der Mitte des zu erhitzenden Materials X angeordnet und erhitzt den zweiten Bereich des zu erhitzenden Materials X. Der dritte Zusatzheizer 9 ist ungefähr auf der rechten Seite des zu erhitzenden Materials X angeordnet und erhitzt den dritten Bereich des zu erhitzenden Materials X. Die ersten bis dritten Zusatzheizer 7, 8 und 9 erhitzen die entsprechenden Bereiche des zu erhitzenden Materials X gemäß einem Steuerungssignal von der Steuerungseinrichtung 10.
Es sei angemerkt, dass ein, zwei, vier oder mehr als vier Zusatzheizer angeordnet sein können. Das heißt, die Anzahl von Zusatzheizern kann beliebig bestimmt werden. Durch Erhöhen der Anzahl von Zusatzheizern können Niedrigtemperaturbereiche des zu erhitzenden Materials X auf eine detailliertere Weise erhitzt werden, wodurch es möglich wird, die Temperaturungleichmäßigkeiten mit einer höheren Genauigkeit zu reduzieren. Weiterhin kann die Anordnung der Zusatzheizer beliebig bestimmt werden, vorausgesetzt, dass jeder Bereich des zu erhitzenden Materials X angemessen erhitzt werden kann. Alternativ kann eine Konfiguration angewendet werden, bei der einer oder eine Vielzahl der Zusatzheizer zu einem Niedrigtemperaturbereich oder Niedrigtemperaturbereichen des zu erhitzenden Materials unter Verwendung eines Bewegungsmechanismus wie etwa eines Schienenmechanismus bewegt wird/werden.
Die Steuerungseinrichtung 10 ist ein spezifisches Beispiel des Steuerungsmittels. Die Steuerungseinrichtung 10 steuert die Leistungsversorgungseinheit 3 und die ersten bis dritten Zusatzheizer 7, 8 und 9 basierend auf den Temperaturen, die von den ersten bis dritten Temperatursensoren 4, 5 und 6 ausgegeben werden. Die Steuerungseinrichtung 10 erhitzt elektrisch das zu erhitzende Material X durch Steuern der Leistungsversorgungseinheit 3 und dadurch Steuern des elektrischen Stroms, der zwischen der positiven und negativen Elektrode 2 fließt. Die Steuerungseinrichtung 10 erhitzt zusätzlich jeden Bereich des zu erhitzenden Materials X durch Steuern des ersten bis dritten Zusatzheizers 7, 8 und 9.
Zum Beispiel kann die Steuerungsvorrichtung 10 durch Hardware unter Verwendung hauptsächlich eines Mikrocomputers inklusive einer CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) 10a, die eine Steuerungsverarbeitung, eine Arithmetikverarbeitung usw. durchführt, eines Speichers 10b inklusive eines ROM (Festwertspeicher) und/oder eines RAM (Direktzugriffspeicher), der ein Steuerungsprogramm, ein Arithmetikprogramm usw., das durch die CPU 10a auszuführen ist, speichert, und einer Schnittstelleneinheit (I/F) 10c, die extern Signale empfängt und ausgibt, gebildet sein. Die CPU 10a, der Speicher 10b und die Schnittstelleneinheit 10c sind miteinander über einen Datenbus 10d oder Ähnliches verbunden.
Im Übrigen ist es in der elektrischen Heizeinrichtung des Standes der Technik möglich, die Temperaturungleichmäßigkeiten zu einem gewissen Ausmaß zu reduzieren, durch Anpassen der elektrischen Heizzeit oder Ähnliches für Bereiche, für die im Voraus vorhergesagt werden kann, dass sie eine niedrige Temperatur aufweisen, wie etwa Bereiche mit einem großen Querschnittsbereich und Bereiche, die an den Enden des zu erhitzenden Materials in der Breitenrichtung liegen. Es ist jedoch unmöglich, die elektrische Heizzeit für Bereiche anzupassen, für die im Voraus nicht vorhergesagt werden kann, dass sie eine niedrige Temperatur aufweisen, oder Berieche, die im Gegensatz zu einer vorhergehenden Vorhersage eine niedrige Temperatur aufweisen, wodurch eine Möglichkeit einer Temperaturungleichmäßigkeit in dem zu erhitzenden Material verursacht wird. Es sei angemerkt, dass auch in einem Fall, in dem ein zu erhitzendes Material unter Verwendung eines Zusatzheizers separat von dem elektrischen Hauptheizer zusätzlich erhitzt wird, wenn das Zusatzheizen ohne Wissen durchgeführt wird, welche Bereiche eine niedrige Temperatur aufweisen werden, es eine Möglichkeit gibt, dass ein Teil oder das gesamte Material, das zu erhitzen ist, durch dieses zusätzliche Heizen übermäßig erhitzt werden könnte.
Im Gegensatz dazu, in dem ersten beispielhaften Ausführungsbeispiel, während des elektrischen Heizens, steuert die Steuerungseinrichtung 10 basierend auf den Temperaturen der ersten bis dritten Bereiche des zu erhitzenden Materials X, die durch die ersten bis dritten Temperatursensoren 4, 5 und 6 erfasst werden, die ersten bis dritten Zusatzheizer 7, 8 und 9, so dass diese zumindest einen Bereich oder alle der Bereiche mit einer Temperatur erhitzen, die niedriger als die Temperatur des Bereichs mit der höchsten Temperatur unter den ersten bis dritten Bereichen ist. Als ein Ergebnis, auch wenn es einen Bereich des zu erhitzenden Materials, für den im Voraus nicht vorhergesagt werden kann, dass dieser eine niedrige Temperatur aufweist, oder einen Bereich des zu erhitzenden Materials gibt, der im Gegensatz zu einer vorherigen Vorhersage eine niedrige Temperatur aufweist, kann die elektrische Heizeinrichtung solch einen Niedrigtemperaturbereich unter Verwendung der ersten bis dritten Temperatursensoren 4, 5 und 6 erfassen. Dann kann die elektrische Heizeinrichtung die Temperaturungleichmäßigkeit in dem zu erhitzenden Material durch angemessenes Durchführen eines zusätzlichen Erhitzens für die erfassten Niedrigtemperaturbereiche unter Verwendung der ersten bis dritten Zusatzheizer 7, 8 und 9 beheben.
Zum Beispiel steuert die Steuerungseinrichtung 10 die ersten bis dritten Zusatzheizer 7, 8 und 9 basierend auf den Temperaturen, die durch die ersten bis dritten Temperatursensoren 4, 5 und 6 erfasst werden, so dass ein Bereich oder Bereiche des zu erhitzenden Materials X mit einer niedrigen Temperatur (nachstehend als „Niedrigtemperaturbereich(e)“ bezeichnet), für den eine Differenz zwischen ihrer Temperatur und der Temperatur Tmax des Bereichs des zu erhitzenden Materials mit der höchsten Temperatur (nachstehend ein „Höchsttemperaturbereich“ genannt) gleich oder größer als ein erster Schwellenwert ist, erhitzt wird. Es sei angemerkt, dass der vorstehend erwähnte erste Schwellenwert zum Beispiel in dem Speicher 10b im Voraus gemäß der Verarbeitungsgenauigkeit für das zu erhitzende Material X eingestellt wird. Genauer, je höher die Verarbeitungsgenauigkeit für das zu erhitzende Material X ist, desto kleiner sollte der erste Schwellenwert gemacht werden. Auf diese Weise kann die Temperaturungleichmäßigkeit in dem zu erhitzenden Material X genauer behoben werden.
Zum Beispiel steuert die Steuerungseinrichtung 10 das Erhitzen für den Niedrigtemperaturbereich des zu erhitzenden Materials X durch Steuern der Zeit (das heißt der Dauer) des Erhitzens durch die ersten bis dritten Zusatzheizer 7, 8 und 9, während deren Hitzeausgabe auf einem konstanten Level beibehalten wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf solch ein Verfahren beschränkt. Das heißt, die Steuerungseinrichtung 10 kann das Erhitzen für den Niedrigtemperaturbereich des zu erhitzenden Materials X dadurch steuern, dass die Hitzeausgabe der ersten bis dritten Zusatzheizer 7, 8 und 9 gesteuert wird, während deren Heizzeit auf einen konstanten Wert eingestellt wird. Alternativ kann die Steuerungseinrichtung 10 das Erhitzen des Niedrigtemperaturbereichs des zu erhitzenden Materials X durch Steuern von sowohl der Heizzeit als auch der Hitzeausgabe der ersten bis dritten Zusatzheizer 7, 8 und 9 zur gleichen Zeit gesteuert werden.
Als Nächstes wird ein elektrisches Heizverfahren gemäß dem ersten beispielhaften Ausführungsbeispiel erklärt. 2 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Prozessablaufs eines elektrischen Heizverfahrens gemäß dem ersten beispielhaften Ausführungsbeispiel zeigt. Die Steuerungseinrichtung 10 erhitzt elektrisch das zu erhitzende Material X durch Steuern der Leistungsversorgungseinheit 3 und dadurch Zuführen eines elektrischen Stroms, der zwischen der positiven und negativen Elektrode 2 fließt (Schritt S101).
Die Steuerungseinrichtung 10 bestimmt, ob die Temperatur Tmax des Höchsttemperaturbereichs des zu erhitzenden Materials X eine Solltemperatur erreicht hat oder nicht, basierend auf der Temperatur T, die durch die ersten bis dritten Temperatursensoren 4, 5 und 6 erfasst wird (Schritt S102). Es sei angemerkt, dass die Solltemperatur zum Beispiel in dem Speicher 10b im Voraus eingestellt ist, wobei die Charakteristik des zu erhitzenden Materials X berücksichtigt wird.
Wenn die Steuerungseinrichtung 10 bestimmt, dass die Temperatur Tmax des Höchsttemperaturbereichs des zu erhitzenden Materials X die Solltemperatur noch nicht erreicht hat (Nein bei Schritt S102), bestimmt die Steuerungseinrichtung 10, ob es einen Niedrigtemperaturbereich gibt oder nicht, für den eine Differenz (Tmax-T) zwischen seiner Temperatur T und der Temperatur Tmax des Höchsttemperaturbereichs des zu erhitzenden Materials X gleich oder größer als ein erster Schwellenwert A ist (zum Beispiel A=8°C) (Schritt S103).
Wenn die Steuerungseinrichtung 10 bestimmt, dass es einen Niedrigtemperaturbereich gibt, für den die Differenz (Tmax-T) zwischen seiner Temperatur T und der Temperatur Tmax des Höchsttemperaturbereichs des zu erhitzenden Materials X gleich oder größer als der erste Schwellenwert A ist (Ja bei Schritt S103), erhitzt die Steuerungseinrichtung 10 zusätzlich den vorbestimmten Niedrigtemperaturbereich durch Steuern von einem des ersten bis dritten Zusatzheizers 7, 8 und 9 entsprechend diesem Niedrigtemperaturbereich (Schritt S104). Andererseits, wenn die Steuerungseinrichtung 10 bestimmt, dass es keinen Niedrigtemperaturbereich gibt, für den die Differenz (Tmax-T) zwischen seiner Temperatur T und der Temperatur Tmax des Höchsttemperaturbereichs des zu erhitzenden Materials X gleich oder größer als der erste Schwellenwert A ist (Nein bei Schritt S103), kehrt die Steuerungseinrichtung 10 zu dem Prozess des vorstehend beschriebenen Schritts S102 zurück.
Die Steuerungseinrichtung 10 bestimmt, ob die Differenz (Tmax-Tlow) zwischen der Temperatur Tmax des Höchsttemperaturbereichs des zu erhitzenden Materials X und der Temperatur Tlow des Niedrigtemperaturbereichs sich auf oder unter einen zweiten Schwellenwert B verringert hat oder nicht, der kleiner als der erste Schwellenwert A ist (zum Beispiel B=6°C) (Schritt S105). Es sei angemerkt, dass der vorstehend erwähnte zweite Schwellenwert zum Beispiel in dem Speicher 10b im Voraus gemäß der Verarbeitungsgenauigkeit des zu erhitzenden Materials X gespeichert ist. Genauer, je höher die Verarbeitungsgenauigkeit für das zu erhitzende Material X ist, desto größer sollte der zweite Schwellenwert B gemacht werden. Auf diese Weise kann die Temperaturungleichmäßigkeit in dem zu erhitzenden Material X genauer behoben werden.
Wenn die Steuerungseinrichtung 10 bestimmt, dass die Differenz (Tmax-Tlow) zwischen der Temperatur Tmax des Höchsttemperaturbereichs des zu erhitzenden Materials X und der Temperatur Tlow des Niedrigtemperaturbereichs sich noch nicht auf oder unter den zweiten Schwellenwert B verringert hat (Nein bei Schritt S105), kehrt die Steuerungseinrichtung 10 zu dem Prozess des vorstehend beschriebenen Schritts S104 zurück. Als ein Ergebnis setzen die ersten bis dritten Zusatzheizer 7, 8 und 9 das Erhitzen des Niedrigtemperaturbereichs fort. Andererseits, wenn die Steuerungseinrichtung 10 bestimmt, dass die Differenz (Tmax-Tlow) zwischen der Temperatur Tmax des Höchsttemperaturbereichs des zu erhitzenden Materials X und der Temperatur Tlow des Niedrigtemperaturbereichs sich auf oder unter den zweiten Schwellenwert B verringert hat (Ja bei Schritt S105), kehrt die Steuerungseinrichtung 10 zu dem Prozess des vorstehend beschriebenen Schritts S102 zurück.
Es sei angemerkt, dass die Steuerungseinrichtung 10 das Erhitzen des Niedrigtemperaturbereichs durch Steuern der Heizzeit des ersten bis dritten Zusatzheizers 7, 8 und 9 gemäß der Temperaturdifferenz (Tmax-T) von der Temperatur Tmax des Höchsttemperaturbereichs ohne Durchführen der Schwellenwertbestimmung des vorstehend beschriebenen Schritts S105 durchführen kann. Zum Beispiel stellt die Steuerungseinrichtung 10 die Heizzeit des ersten bis dritten Zusatzheizers 7, 8 und 9 auf solch eine Weise ein, dass je größer die Temperaturdifferenz (Tmax-T) von der Temperatur Tmax des Höchsttemperaturbereichs ist, desto länger wird die Heizzeit gemacht.
Wie in 3 gezeigt ist, sind Informationen über eine Beziehung zwischen der Temperaturdifferenz (Tmax-T) von der Temperatur Tmax des Höchsttemperaturbereichs und der Heizzeit des ersten bis dritten Zusatzheizers 7, 8 und 9 im Voraus in dem Speicher 10b eingestellt. Die Steuerungseinrichtung 10 kann die Heizzeit des ersten bis dritten Zusatzheizers 7, 8 und 9 basierend auf der vorstehend erwähnten Beziehungsinformation, die in dem Speicher 10b gespeichert ist, und der Temperaturdifferenz (Tmax-T) von der Temperatur Tmax des Höchsttemperaturbereichs einstellen und den Niedrigtemperaturbereich für die eingestellte Heizzeit erhitzen. Auf diese Weise wird die Bestimmung unter Verwendung des zweiten Schwellenwerts B unnötig und folglich kann der Steuerungsprozess der Steuerungseinrichtung 10 vereinfacht werden (in einer kürzeren Zeit durchgeführt werden). Es sei angemerkt, dass, wie vorstehend beschrieben, durch Durchführen des Bestimmungsprozesses unter Verwendung des zweiten Schwellenwerts B das zusätzliche Erhitzen durch die ersten bis dritten Zusatzheizer 7, 8 und 9 mit einer höheren Genauigkeit kontrolliert werden kann, und folglich die Temperaturungleichmäßigkeit in dem zu erhitzenden Material X genauer behoben werden kann.
Wenn die Steuerungseinrichtung 10 bestimmt, dass die Temperatur Tmax des Höchsttemperaturbereichs des zu erhitzenden Materials X die Solltemperatur erreicht hat (Ja bei Schritt S102), steuert die Steuerungseinrichtung 10 die Leistungsversorgungseinheit 3 und stoppt dabei das elektrische Erhitzen des zu erhitzenden Materials X (Schritt S106). Danach setzt sich das zusätzliche Heizen durch den ersten bis dritten Zusatzheizer 7, 8 und 9 nur für eine Periode entsprechend der eingestellten Heizzeit fort und dann ist der vorstehend beschriebene Prozess beendet.
Wie vorstehend beschrieben wird durch Verhindern des elektrischen Erhitzens an dem Punkt, wenn die Temperatur des Höchsttemperaturbereichs des zu erhitzenden Materials X die Solltemperatur erreicht hat, zwangsweise eine Grenze auf die Temperatur des Höchsttemperaturbereichs auferlegt. Deshalb ist es möglich, zuverlässig zu verhindern, dass irgendeiner der Bereiche des zu erhitzenden Materials X übermäßig erhitzt wird. Weiterhin wird das zusätzliche Erhitzen durch den ersten bis dritten Zusatzheizer 7, 8 und 9, während das elektrische Erhitzen durchgeführt wird, auf solch eine Weise durchgeführt, dass die Temperatur des Höchsttemperaturbereichs des zu erhitzenden Materials X auf oder unter die Solltemperatur beschränkt ist. Als ein Ergebnis ist es ebenso möglich, irgendein übermäßiges Erhitzen durch den ersten bis dritten Zusatzheizer 7, 8 und 9 zusätzlich zu dem übermäßigen Erhitzen durch das elektrische Erhitzen zu verhindern. Deshalb kann ein übermäßiges Erhitzen über einen größeren Bereich des zu erhitzenden Materials X verhindert werden.
Zum Beispiel war in dem Fall des elektrischen Erhitzens durch die elektrische Heizeinrichtung gemäß dem Stand der Technik die Oberflächentemperaturdifferenz 120°C in einem zu erhitzenden Material, das aus Metall mit einer Breite von 300 mm und einer Plattendicke von 1,2 mm gemacht war. Im Gegensatz dazu, für das gleiche zu erhitzende Material, wurde die Oberflächentemperaturdifferenz durch Durchführen des elektrischen Heizens und des zusätzlichen Heizens unter Verwendung der elektrischen Heizeinrichtung 1 gemäß dem vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsbeispiel auf 60°C reduziert. Als ein Ergebnis war es möglich, die Temperaturungleichmäßigkeit in dem zu erhitzenden Material signifikant zu beheben und der Gewinn („yield“) wurde um 16% verbessert.
Wie vorstehend beschrieben, bei der elektrischen Heizeinrichtung 1 gemäß dem ersten beispielhaften Ausführungsbeispiel, steuert die Steuerungseinrichtung 10 während des elektrischen Heizens basierend auf den Temperaturen der ersten bis dritten Bereiche des zu erhitzenden Materials X, die durch die ersten bis dritten Temperatursensoren 4, 5 und 6 erfasst werden, die ersten bis dritten Zusatzheizer 7, 8 und 9, so dass diese zumindest einen Bereich oder alle Bereiche mit einer Temperatur, die niedriger als die Temperatur des Höchsttemperaturbereichs ist, erhitzen. Als ein Ergebnis, auch wenn es einen Bereich des zu erhitzenden Materials, für den im Voraus nicht vorhergesagt werden kann, dass dieser eine niedrige Temperatur aufweist, oder einen Bereich des zu erhitzenden Materials gibt, der im Gegensatz zu einer vorherigen Vorhersage eine niedrige Temperatur aufweist, kann die elektrische Heizeinrichtung solch einen Niedrigtemperaturbereich unter Verwendung der ersten bis dritten Temperatursensoren 4, 5 und 6 erfassen. Dann kann die elektrische Heizeinrichtung die Temperaturungleichmäßigkeit durch angemessenes Durchführen eines Erhitzens für den erfassten Niedrigtemperaturbereich unter Verwendung des ersten bis dritten Zusatzheizers 7, 8 und 9 beheben.
Zweites beispielhaftes Ausführungsbeispiel
In einem zweiten beispielhaften Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Steuerungseinrichtung 10 während des elektrischen Erhitzens unter den ersten bis dritten Bereichen einen Bereich spezifizieren, der der Höchsttemperaturbereich wird, und die ersten bis dritten Zusatzheizer 7, 8 und 9 steuern, so dass diese zusätzlich andere Bereiche als den Höchsttemperaturbereich erhitzen. Es sei angemerkt, dass die Konfiguration der elektrischen Heizeinrichtung 1 gemäß dem zweiten beispielhaften Ausführungsbeispiel identisch zu der der elektrischen Heizeinrichtung 1 gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten beispielhaften Ausführungsbeispiel ist. Deshalb sind die gleichen Bezugszeichen den gleichen Komponenten zugewiesen und detaillierte Beschreibungen von diesen werden weggelassen.
Nachdem eine vorbestimmte Zeit seit dem Start des elektrischen Heizens abgelaufen ist, spezifiziert die Steuerungseinrichtung 10 einen Bereich, der der Höchsttemperaturbereich unter den ersten bis dritten Bereichen des zu erhitzenden Materials X wird, basierend auf den Temperaturen der ersten bis dritten Bereiche, die durch die ersten bis dritten Temperatursensoren 4, 5 und 6 erfasst werden. Es sei angemerkt, dass die Zeit, wenn die Höchsttemperatur in dem zu erhitzenden Materials X beobachtet werden kann, auf die vorstehend erwähnte vorbestimmte Zeit eingestellt wird, unter Berücksichtigung der Materialcharakteristik des zu erhitzenden Materials X, der elektrischen Heizleistung, usw. Weiterhin steuert die Steuerungseinrichtung 10 die ersten bis dritten Zusatzheizer 7, 8 und 9, so dass diese die Bereiche außer dem spezifizierten Höchsttemperaturbereich zusätzlich erhitzen.
Wenn zu Beispiel die Steuerungseinrichtung 10 den ersten Bereich als den Höchsttemperaturbereich spezifiziert, basierend auf den Temperaturen der ersten bis dritten Bereiche des zu erhitzenden Materials X, die durch die ersten bis dritten Temperatursensoren 4, 5 und 6 erfasst werden, steuert die Steuerungseinrichtung 10 die zweiten und dritten Zusatzheizer 8 und 9, so dass diese den zweiten und dritten Bereich, die andere Bereiche als der erste Bereich sind, zusätzlich erhitzen.
Wenn die Temperatur von einem des ersten bis dritten Bereichs des zu erhitzenden Materials X die Solltemperatur erreicht hat, basierend auf den Temperaturen des ersten bis dritten Bereichs, die durch die ersten bis dritten Temperatursensoren 4, 5 und 6 erfasst werden, steuert die Steuerungseinrichtung 10 die Leistungsversorgungseinheit 3 und stoppt dadurch das elektrische Erhitzen.
Wie vorstehend beschrieben, gemäß dem zweiten beispielhaften Ausführungsbeispiel, kann die Temperaturungleichmäßigkeit in dem zu erhitzenden Material X durch Erfassen eines Niedrigtemperaturbereichs mit einer Temperatur, die niedriger ist als die des Höchsttemperaturbereichs, unter Verwendung der ersten bis dritten Temperatursensoren 4, 5 und 6 und geeignetes Erhitzen des erfassten Niedrigtemperaturbereichs unter Verwendung der ersten bis dritten Zusatzheizer 7, 8 und 9 behoben werden. Weiterhin, da das zweite beispielhafte Ausführungsbeispiel die Bestimmung unter Verwendung des Schwellenwerts für das zusätzliche Erhitzen im Gegensatz zu dem vorstehend beschriebenen ersten beispielhaften Ausführungsbeispiel nicht durchführt, wird der Prozess vereinfacht. Als ein Ergebnis kann die Heizzeit des zu erhitzenden Materials X reduziert werden.
Es sei angemerkt, dass die Steuerungseinrichtung 10 während des elektrischen Erhitzens einen Bereich spezifizieren kann, der der Niedrigsttemperaturbereich wird, der die niedrigste Temperatur unter den ersten bis dritten Bereichen aufweist, und die ersten bis dritten Zusatzheizer 7, 8 und 9 steuern kann, so dass diese nur den spezifizierten Niedrigsttemperaturbereich zusätzlich erhitzen. Dieses Steuerungsverfahren ist effektiv, wenn die Temperaturdifferenzen unter den Bereichen wahrscheinlich größer werden, aufgrund der Form des zu erhitzenden Materials X (wie etwa, wenn Änderungen in der Form groß sind) und/oder der Qualität des Materials des zu erhitzenden Materials X (wie etwa wenn das zu erhitzende Material aus einer Vielzahl von Arten von Materialien besteht). Die Temperaturungleichmäßigkeit in dem zu erhitzenden Material kann durch Spezifizieren von nur dem Niedrigsttemperaturbereich unter Verwendung der ersten bis dritten Temperatursensoren 4, 5 und 6 und intensives Durchführen des zusätzlichen Heizens nur für den spezifizierten Niedrigsttemperaturbereich mit einer höchsten Genauigkeit behoben werden.
Von der somit beschriebenen Erfindung ist es offensichtlich, dass die Ausführungsbeispiele der Erfindung auf verschiedene Weisen variiert werden können. Solche Variationen sind nicht als eine Abweichung von dem Geist und dem Umfang der Erfindung anzusehen und alle solchen Modifikationen, die für den Fachmann offensichtlich wären, sollen innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche mit umfasst sein.

Claims

Elektrische Heizeinrichtung (1), die ein zu erhitzendes Material elektrisch dadurch erhitzt, dass eine Vielzahl von Elektroden (2, 2) mit dem zu erhitzenden Material mit einer vorbestimmten Entfernung zwischen den Elektroden (2, 2) in Kontakt gebracht wird und ein elektrischer Strom, der zwischen den Elektroden (2, 2) fließt, zugeführt wird, mit: einem Temperaturerfassungsmittel (4, 5, 6) zum Erfassen von Temperaturinformationen einer Vielzahl von Bereichen des zu erhitzenden Materials; einem Zusatzheizmittel (7, 8, 9) zum Erhitzen von jedem der Vielzahl von Bereichen des zu erhitzenden Materials; und einem Steuerungsmittel (10) zum Steuern des Erhitzens des zu erhitzenden Materials, wobei während des elektrischen Erhitzens, das Steuerungsmittel (10) basierend auf der Temperatur von jedem der Vielzahl von Bereichen des zu erhitzenden Materials, die durch das Temperaturerfassungsmittel (4, 5, 6) erfasst wird, das Zusatzheizmittel (7, 8, 9) steuert, so dass das Zusatzheizmittel (7, 8, 9) zumindest einen Bereich oder alle der Bereiche mit einer Temperatur, die niedriger ist als die Temperatur eines Bereichs mit einer höchsten Temperatur unter der Vielzahl von Bereichen, erhitzt.
Elektrische Heizeinrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei das Steuerungsmittel (10) das elektrische Erhitzen stoppt, wenn die Temperatur des Bereichs mit der höchsten Temperatur eine vordefinierte Solltemperatur des zu erhitzenden Materials erreicht, basierend auf der Temperatur von jedem der Vielzahl von Bereichen, die durch das Temperaturerfassungsmittel (4, 5, 6) erfasst wird.
Elektrische Heizeinrichtung (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Steuerungsmittel (10) basierend auf der Temperatur von jedem der Vielzahl von Bereichen, die durch das Temperaturerfassungsmittel (4, 5, 6) erfasst wird, das Zusatzheizmittel (7, 8, 9) steuert, so dass das Zusatzheizmittel (7, 8, 9) einen Bereich erhitzt, für den eine Differenz zwischen seiner Temperatur und der Temperatur des Bereichs mit der höchsten Temperatur gleich oder größer als ein erster Schwellenwert ist.
Elektrische Heizeinrichtung (1) gemäß Anspruch 3, wobei das Steuerungsmittel (10) basierend auf der Temperatur von jedem der Vielzahl von Bereichen, die durch das Temperaturerfassungsmittel (4, 5, 6) erfasst wird, das Zusatzheizmittel (7, 8, 9) steuert, so dass das Zusatzheizmittel (7, 8, 9) einen Bereich erhitzt, für den eine Differenz zwischen seiner Temperatur und der Temperatur des Bereichs mit der höchsten Temperatur gleich oder größer als ein erster Schwellenwert ist und das Erhitzen stoppt, wenn die Differenz kleiner als ein zweiter Schwellenwert wird, der kleiner als der erste Schwellenwert ist.
Elektrisches Heizverfahren zum elektrischen Erhitzen eines zu erhitzenden Materials dadurch, dass eine Vielzahl von Elektroden (2, 2) mit dem zu erhitzenden Material mit einer vorbestimmten Entfernung zwischen den Elektroden (2, 2) in Kontakt gebracht wird und ein elektrischer Strom, der zwischen den Elektroden (2, 2) fließt, zugeführt wird, mit: Erfassen von Temperaturinformationen einer Vielzahl von Bereichen des zu erhitzenden Materials; und zusätzliches Erhitzen, während des elektrischen Erhitzens, basierend auf der erfassten Temperatur von jedem der Vielzahl von Bereichen des zu erhitzenden Materials, von zumindest einem Bereich oder allen Bereichen mit einer Temperatur, die niedriger als die Temperatur eines Bereichs mit einer höchsten Temperatur unter der Vielzahl von Bereichen ist.