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Temperaturregler für Öfen, insbesondere für Glühöfen Die Erfindung
bezieht sich auf einen Temperaturregler für öfen, insbesondere für Glühöfen, der
vorzugsweise im Temperaturbereich unterhalb von 10000 C benutzt wird.
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Es sind Temperaturregler für Glühöfen mit einem Temperaturfühler für
die Oberflächentemperatur einer Charge bekannt, bei dem die Heizleistung zunächst
abgeschaltet wird, wenn die Oberfläche der Charge die Solltemperatur erreicht hat.
Die Temperatur der Charge kann sich während der Abschaltzeit der Heizleistung ausgleichen.
Sie sinkt dabei ab. Durch einen Zeitschalter wird nach Ablauf einer einstellbaren
Zeitspanne die Ofenheizung wieder so lange eingeschaltet, bis die Oberflächentemperatur
der Charge wieder den Sollwert erreicht hat.
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Es ist auch bekannt, bei direktem Wärmeübergang zwischen Heizkörper
und Charge den Heizkörper selbst oder bei indirektem Wärmeübergang zwischen Heizkörper
und Charge den Zwischenkörper, der zwischen Heizkörper und Charge angeordnet ist,
zunächst auf eine höhere als die in der Charge gewünschte Temperatur aufzuheizen.
Damit die Temperatur der Charge nicht den Sollwert überschreitet, wird die Heizleistung
nach einer gewissen Zeitspanne reduziert. Als Temperaturregler verwendet man dabei
einen solchen mit zwei Temperaturfühlern, von denen der eine dem Heizkörper zugeordnet
ist und der andere die Temperatur der eingebrachten Charge mißt. Der Temperaturregler
wird, nachdem die Heizkörpertemperatur auf eine höhere Temperatur als die Solltemperatur
eingeregelt ist, mit oder ohne Verzögerungszeit auf den Temperaturfühler umgeschaltet,
der die Temperatur der Charge mißt, so daß nach Ablauf der Verzögerungszeit der
Temperaturregler nur zur Regelung der Chargentemperatur dient. Diese Verzögerungszeit
oder die Höhe der Temperatur, die der Heizkörper maximal nach der Umschaltung besitzen
darf, um eine übertemperatur in der Charge zu vermeiden, ist im wesentlichen in
Abhängigkeit von der Solltemperatur der Charge und der Wärmekapazität der Charge
einzustellen. Diese Abhängigkeit wird jedoch nicht automatisch erfaßt.
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Auch bei den bekannten Temperaturreglern, bei denen die bekannten
Proportional-Integral-Differential-Regelwerke (PID-Regelwerke) benutzt werden, wird
die zeitliche Regelcharakteristik von Hand eingestellt. Außerdem sind die bei Temperaturregelungen
im Bereich unter 1000' C notwendigen Verzögerungszeiten so groß, daß diese
Regelwerke nur mit erheblichem Aufwand für solche Temperaturregelungen eingesetzt
werden können.
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Bei der Erfindung handelt es sich um das Problem, die Ofentemperatur
und die Temperatur der Charge einander anzugleichen. Ausgehend von einem Temperaturregler
mit zwei TeraperatudäMern, von denen der eine die Ofentemperatur, der andere die
Temperatur der Charge mißt, wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die,
beiden Temperatuffühler in Reihenschaltung an den Eingang eines Regelwerkes angeschlossen
sind. Bei dem Temperaturregler nach der Erfindung wird ein Summenwert gebildet aus
dem Temperatursignal der Charge und dem Temperatursignal des Heizkörpers bzw. des
Zwischenkörpers. Dieser Summenwert wird mit einem Sollsignal verglichen und in ein
an sich bekanntes Regelwerk eingespeist, das zur Regelung der dem Heizkörper zugeführten
Heizleistung dient, Der Vergleich zwischen dem Summenwert der beiden Regelsigaale
und dem vorgegebenen Sollsignal kann kontinuierlich oder diskontinuierlich
erfolgen. Als Temperaturfühler kön-.neu beispielsweise Thermoelemente, Widerstandsthermometer
od. dgL verwendet werden. Der vorgeschlagene Temperaturregler besitzt gegenüber
den bekannten den Vorteil, daß die Zeit, nach der die Heizleistung des Heizkörpers
vermindert werden muß, sowie auch der Betrag, um den die Heizleistung nach dieser
Zeit reduziert werden muß, sich von selbst einstellt.
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Ausbildungsmerkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen
2 und 3.
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Fig. 1 zeigt beispielsweise einen erfindungsgemäßen Temperaturregler
für einen Glühofen; Fig. 2 zeigt hierfür den Temperaturverlauf von Chargen- und
Heizkörper bzw. Zwischenkörper.
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In dem gasdicht abgeschlossenen Ofenkörper 1 ist die Charge
2 angeordnet. über den Stutzen 3, in den
ein Ventil 4 eingebaut
ist, kann der Innenraum des Ofenkörpers 1 evakuiert oder mit Schutzgas gefüllt
werden. Um den Ofenkörper ist der Heizkörper 5,
beispielsweise eine stromdurchflossene
Widerstands# spirale, angeordnet, die von einer Haube 6 aus wärmeisolierendem
Werkstoff umgeben ist. Der Heizkörper5 wird über die Leitungen9 aus der Stromquelle
10 gespeist, deren Leistungsabgabe durch einen Motor 11 stufenlos
regelbar ist. Als Temperaturfühler sind in dem Ausführungsbeispiel Therinoelemente
7, 8 eingezeichnet. Das Thermoelement 7 ist an der Außenwand des Ofenkörpers,
der hier als Zwischenkörper wirkt - die Charge 2 wird also indirekt aufgeheizt
-, und das Thermoelement 8 ist ,e selbst angeordnet. Die Thermoan der Charg
elemente7,8 sind in Reihe geschaltet und ihre Anschlußpunkte an eine solche Stelle
verlegt, daß diese gleichzeitig als Vergleichs-Kaltstelle dienen kann. Von einer
regelbaren Spannungsquelle 12 wird eine Spannung geliefert, die entsprechend der
gewünschten Chargentemperatur eingestellt werden kann. Die Differenzspannung aus
der Summe der von den beiden Thermoelementen 7, 8 gelieferten Thermospannungen
und der von der Spannungsquelle 12 gelieferten vorgegebenen Spannung wird auf den
Eingang eines üblichen, an sich bekannten Regelwerkes 13 gegeben. Die Polung
der Ausgangsspannung des Regelwerkes 13 ist gleich der Polung der in das
Regelwerk eingespeisten Differenzspannung. Diese Ausgangsspaneben, der die nun-
wird auf den Verstellmotor 11 geg Leistung der Stromquelle 10 regelt.
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Es wird vorausgesetzt, daß der Heizkörper 5 bzw. der als Zwischenkörper
wirkende Ofenkörper 1 nach einer Reduzierung der Heizleistung genügend schnell
abkühlt. Die Wärmeträgbeit des Heizkörpers bzw. des Zwischenkörpers muß gering sein
gegenüber der Wärmeträgheit der Charge. Kann diese Bedingung in besonderen Fällen
nicht oder nur in grober Annäherung erfüllt werden, so kann, wie in Fig.
1 gezeigt, ein Gebläse 14 über einen Stutzen 15 angeschlossen werden.
Das Gebläse 14 bläst den Heizkörper 5 und/oder den Ofenkörper 1 mit
Kaltluft an, wobei die Luftmenge des Gebläses 14 in Ab-
hängigkeit von einem
Ofenkörpersignal steuerbar ist. Die vom Gebläse 14 eingeblasene Luft kann beispielsweise
aus den öffnungen 16 aus dem Innenraum der Haube 6 austreten oder
mittels einer Pumpe abgesaugt werden.
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In Fig. 2 ist der zeitliche Temperaturverlauf im Glühofen bei indirektem
Wärmeübergang zwischen Charge und Heizkörper dargestellt. Auf der Abszisse ist die
Zeit, auf der Ordinate die Größe der Temperatursignale aufgetragen. Die Kurve X,
zeigt den zeitlichen Temperaturverlauf im Ofenkörper, die Kurve X, den zeitlichen
Temperaturverlauf in der Charge, die Kurve X, die eingestellte Temperatur, auf die
die Charge aufgeheizt werden soll. Kurve X,. entspricht der Sigtialgröße der eingestellten
Solltemperatur; X4 zeigt den zeitlichen Verlauf der Summenkurve der Temperaturwerte
X" und X.. Aus der Fig. 2 geht hervor, daß der Ofenkörper sich im
Gegensatz zur Charge zunächst schnell auffieizt. Nach Ablauf einer Zeit t, ist der
Summenwert der Signalgröße, gebildet aus dem Temperatursignal vom Ofenkörper und
dem Temperatursignal von der Charge, gleich der Signalgröße der vorgegebenen Solltemperatur
der Charge. Bei weiterem Temperaturanstieg der Charge und des Ofenkörpers über die
Größe des
Summenwertes der beiden Signale wird der Wert des eingestellten
Sollsignals wesentlich überschritten. Eine solche überschreitung wird jedoch sofort
rückgängig gemacht durch Reduzierung der dem Heizkörper und damit der dem Ofenkörper
zugeführten Energie. Der vorgeschlagene Temperaturregler bewirkt also, daß die Größe
des Summenwertes aus den Signalen von Ofenkörper und Charge stets etwa gleich der
der Solltemperatur entsprechend verdoppelten Signalgröße ist. Wie der Verlauf der
Kurven X, und X,
zeigt, nähern sich beide Kurven asymptotisch der Kurve
X, der eingestellten Solltemperatur. Dies ist nach einer Zeit t. der Fall. Nach
Ablauf dieser Zeit t.,
ist die Temperaiur der Charge so weit an die vorgegebene
Solltemperatur herangeführt, daß sie innerhalb der zulässigen Abweichungen liegt.