DE1901902A1

DE1901902A1 - Vorrichtung zur Erzeugung temperaturanzeigender Signale von ruhenden oder umlaufenden Heizern oder Heiztrommeln und zur Erzeugung von Steuersignalen aus den Anzeigesignalen

Info

Publication number: DE1901902A1
Application number: DE19691901902
Authority: DE
Inventors: Childress Bobby B
Original assignee: COLTRON IND
Current assignee: COLTRON IND
Priority date: 1968-01-18
Filing date: 1969-01-15
Publication date: 1969-10-16
Also published as: GB1252168A; FR2000391B1; NL6900734A; US3500019A; CH497105A; FR2000391A1; SE355427B

Description

Firma COITRON INDUSTRIES, INC., Charlotte, North Carolina,

Ü. S. A.

Vorrichtung zur Erzeugung temperaturanzeigender Signale von ruhenden oder umlaufenden Heizern oder Heiztrommeln und zur Erzeugung von Steuersignalen aus den Anzeigesignalen

Die Erfindung betrifft Temperaturanzeige und Temperatursteuerung. Sie wird in einer bevorzugten Ausführungsform an drehenden Trommeln zum Heizen von bandförmigem Material wie Fäden aus synthetischen, thermoplastischen Garnen, Seilen, Gewebebahnen und dergl. auf eine bestimmte Temperatur sowie zum überprüfen und Nachregulieren der Temperatur beschrieben.

Bei bekannten Trommelheizern ist ein Temperaturfühler vorgesehen, der einem Steuerfreie ein Signal (oder die Veränderung eines Parameters) anzeigt, der seinerseits ein Signal an die Heizanordnung abgibt. Sie Erfindung stellt

909842/1629

eine Verbesserung dieser bekannten Systeme in der Weise dar, daß ein weiterer Kreis eingeführt wird, der den Temperaturfühler mit einem Oszillator verbindet, der das Fünlerausgangssignal in eine Impulskette umwandelt, die proportional der vom Fühler gemessenen Temperatur ist, oder in eine Impulskette, deren Pulsfrequenz eine genau analoge Abbildung z.B. des Fühlerwiderstands und damit der Fühlertemperatur Il ist. Die Impulskette kann von einer drehenden Trommel über eine koaxiale Luftspulenanordnung abgegeben werden, um ein genaues und brauchbares Pulsfrequenz-Analogsignal zu erzeugen.

Ein solches Ausgangssignal kann sowohl zur Anzeige als auch zu Steuerzwecken gut verwendet werden. Für die Anzeige kann es einem Umsetzer zugeführt werden, der die Frequenz analog umsetzt, so daß dessen Ausgangsgröße dann einem Strom- oder Spannungsmeßwerk zugeleitet werden kann zur

Anzeige oder zum Aufzeichnen. Das analoge Frequenzsignal kann aber auch unmittelbar in einer neuartigen Steuerkreiskombination verwendet werden, mit der der Heizer gesteuert wird, oder es kann einem Analogumsetzer zugeleitet werden, der das Frequenzsignal umsetzt, so daß es zur Spannungssteuerung des Heizers verwendet werden kann. Überwachung und Steuerung können beide mit dem vorgenannten System durchgeführt werden·

BAD ORiGfNAL

909842/1629

In der bevorzugten Gestaltung der Erfindung gibt der Temperaturfühler ein Signal an den Oszillator ab, das über die koaxiale Luftspulenanordnung auf einen Steuerkreis übertragen wird, der eine sichtbare Anzeige oder einen sichtbaren Aufzeichner hat, mit dessen Hilfe der Heizer dann gesteuert wird.

In der Ausführung mit Frequenzsteuerung wird das analoge Frequenzsignal einem Frequenzdetektor zugeführt, dem außerdem von einem Schwingungsnormal dieser Gruppe eine feste Frequenz zugeleitet wird. Ist nun eine dieser Frequenzen größer als die andere, so wird über einen Verstärker entweder bewirkt, daß die Temperatur ansteigt, was durch Erhöhung des Stroms im Heizer vorzugsweise durch kurzzeitiges Einschalten (oder Vergrößerung der Brennstoffzufuhr an flüssigem Brennstoff) bewirkt wird, oder es wird umgekehrt der Strom vermindert, und für gleiche Frequenzen wird keine Änderung vorgenommen. Der Normalfrequenzoszillator kann für eine große Anzahl von in gleicher Weise gesteuerten Heiztrommeln verwendet werden.

Bei spannungsgesteuerten"Einrichtungen wird das analoge Frequenzsignal in eine analoge Spannung umgewandelt und diese dann zusammen mit einer Fräzisionsnormalspannung einem Detektor zugeführt, der Spannungsabweichungen festzu-

909842/1829

stellen vermag. Der Ausgang dieses Detektors wirkt auf ei^ nen Leistungsverstärker, der wie oben den Steuerfcreis des Heizers betätigt. Die Normalspannung kann für eine große Zahl " von Steuerkreisen für Trommeln erzeugt werden.

Es ist wichtig festzuhalten, daß die koaxiale Luftspulenanordnung die Impulskettenausgangsfrequenz unabhängig von der Drehzahl überträgt und auch unabhängig davon, ob die Vorrichtung sich dreht oder stillsteht;

Der Oszillator ist vorzugsweise ein KippSchwingungsoszillator mit der Arbeitscharakteristik, die Eigenarten des Fühlers kompensiert, insbesondere wenn dieser ein Nikkelkugelwideretand ist, so daß die Abhängigkeitskurve zwischen dem analogen Strom, der durch den Fühler fließt, und der Trommeltemperatur eine Gerade wird und die Impulskettenausgangsfrequenz eine genau analoge Abbildung der Nickelkugeltemperatur ist. Mit Hilfe des Oszillators und der Luftspulen kann ein Ausgangssignal ausreichender Höhe erzeugt werden, das für alle Arten der periodischen Abtastung und für elektronische Sehaltvorgänge geeignet ist.

Während die Erfindung ganz allgemän für das Überwachen und Steuern von Temperaturen geeignet ist, wird sie im

909842/1829

vorliegenden Fall im Zusammenhang mit einem schnell umlaufenden Trommelheizer zu» Heizen und Erweichen thermoplastischer Garne für Zwirn-, Wickel-, Spinn- und Texturierprozesse beschrieben.

Insbesondere wenn umlaufende Heizer verwendet werden, die Drehzahlen zwischen O und 4000 1/min haben, ist es besonders wünschenswert, sehr genaue Temperaturüberwachung und Anzeigesignale zu erhalten. Es ist außerdem eine große Zahl von Trommeln, z.B. bis zu 160 Stück und mehr, erforderlich, die alle von einer gemeinsamen Überwachungsstation kontrolliert werden müssen. Darin liegt der Grund, daß es anzustreben ist, eine Impulskette zu erzeugen, deren Frequenz eine genaue Abbildung der Fühlertemperatur ist unabhängig davon, welche Art der Heizung verwendet wird, z.B. elektrisch oder mit einem sonstigen Heizmittel, wie auch unabhängig davon, welches Material erhitzt werden soll, wie schnell die Vorrichtung umläuft oder wie sie angewandt wird.

Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Temperaturfühlerelement ein 360° Element ist, das nahe der Außenfläche der geheizten Trommel und vorzugsweise gegenüber der Heizquelle abgeschirmt eingebettet ist. Dieser Fühler gibt an den Oszillator eine Meßwertänderung weiter,

909842/1629

wobei der Oszillator umlaufen kann oder stillstehen, jedoch, ist unbedingt anzustreben, die Steuerkreisanordnung, die die Auegangsfrequenz der Impulskette erhält, von der umlaufenden Einrichtung und von der Heizquelle getrennt anzuordnen.

Im Überwachungsgerät kann die Impulskette ausgangsseitig unmittelbar einem digitalen Zählwerk zugeführt werden, das die Impulse je Sekunde anzeigt, oder es kann einem Frequenzumsetzer zugeführt werden, der eine Spannung erzeugt, die dann möglicherweise über einen Verstärker einer Verstellvorrichtung zu Zwecken der Anzeige oder des Aufzeichnens zugeführt wird.

Zum Steuern braucht die Impulskette nicht in eine analoge Spannung umgewandelt zu werden, sondern es kann ein Frequenzkomparator verwendet werden, dem die Impulskette und eine Normalfrequenz aus einem Frequenznormal (das eine feststehende, weitere umlaufende Oszillatoranordnung sein kann) zugeführt wird, wobei die Frequenzen dann miteinander verglichen werden, und das Ausgangsaignal des !Comparators dann unmittelbar auf das Steuergerät des Heizers gegeben wird, wenn dieses stillsteht, oder zurück über die umlaufende Anordnung, wenn der Heizer gleichfalls umläuft. Der

BAD ORIGINAL

909842/1629

Oszillator für die Normalfrequenz wird vorzugsweise durch einen veränderbaren Präzisionswiderstand·gesteuert, wenn der Temperaturfühler ein Widerstandsthermometer ist, und dieser Präzisionswiderstand wird dem Widerstand des Fühlers möglichst genau gleich gemacht, so daß Nichtlinearitäten des Oszillators dadurch herausgehoben werden.

In Anbetracht der vorstehenden Ausführungen ist es also das Ziel, mit der Erfindung eine Temperaturüberwachungs- und Steuereinrichtung von besonderer Genauigkeit und Verläßlichkeit zu schaffen, die in ihren Herstellungs- und Unterhaltungskosten tragbar ist.

Weiter wird angestrebt, ein temperaturanzeigendes Ausgangssignal in Form einer Impulskette mit verhältnismäßig starken Signalen zu erzeugen, die von Kontaktüber- * gangswiderständen unbeeinflußt sind und für alle Arten der elektronischen Anzeige einschließlich elektronischer Schaltvorgänge brauchbar sind.

Weiter soll mit der Erfindung eine Anordnung geschaffen werden, die an einer Trommel über 360 abfühlt, so daß die Durchschnittstemperatur abgelesen werden kann.

«09842/1620

Weiter geht die Erfindung dahin, eine Abgabevorrichtung insbesondere für umlaufende Trommeln zu schaffen, die zwei koaxial zueinander liegende Spulen aufweist und das Signal ohne Störung durch die Umlaufgeschwindigkeit abgibt und bei dem überdies die Kopplung nicht kritisch ist und • die Spulen billig sind.

Weiter soll mit der Erfindung ein Verfahren geschaffen werden, mit dem geeignete Signale zur Fernüberwachung und Fernsteuerung der Temperatur erzeugt werden.

Die Steuerung soll unmittelbar durch Ausnutzung der Frequenz oder durch eine analoge Spannungssteuerung erfolgen.

Bei der Erfindung soll am Ausgang eine Impulskette abnehmbar sein, die eine genaue Abbildung der abgefühlten Temperatur ist.

Schließlich soll mit der Erfindung zuverlässig^ein Ausgangssignal erzeugt werden, das einer entfernt gelegenen Anzeige- und Steuervorrichtung zugeleitet werden kann, so daß von der Heiztrommel oder der Heizplatte abgestrahlte oder abgeleitete Wärme für diese Vorrichtung keine Schwierigkeiten entstehen läßt.

BAD ORIGINAL

30SS42/1S29

Für den Fachmann sind weitere Teilaufgaben in Zusammenhang mit dem voranstehenden denkbar. Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung eingehend· beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Erfindung, wobei die Vorrichtung zur Anzeige oder zum Aufzeichnen der Temperatur benutzt wirdj

Ji'ig. 2 ein Blockschaltbild für einen Steuerkreis des Heizers ohne Anzeige;

Fig. 3 einen Trommelheizer (Godet-Heizer) mit besonderer Trennrolle in perspektivischer Ansicht;

Fig. 4 die Heiztrommel teils im Schnitt mit den zugehörigen Elementen gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine Schemadarstellung einer Überwachungsanordnung mit einem Heizer;

Fig. 6 eine Schemadarstellung der Erfindung mit einer Überwachungsanzeige und einer Steuereinrichtung;

Fig. 7 eine Schemadarsteilung der Anordnung zur Überwachung und Steuerung durch eine Analogspannung;

Fig. 8 die Anordnung gemäß Fig. 7 im Blockschaltbild;

Fig. 9 ein Diagramm, das die Abhängigkeit zwischen dem analogen Strom und der Oberflächentemperatur zeigt; und

Fig·10 ein elektrisches Schaltbild, das bevorzugt

für einzelne Kreise gemäß der Erfindung verwendet wird.

In der Fig. 1 ist ein Heizer 11 gezeigt, der von einem Steuerkreis 13 gesteuert wird, welcher wiederum abhängig von

909842/1629

BAD ORIGINAL

- ίο - .

einem Temperaturfühler 15 ist, eine Anordnung, die auch in bekannten Anlagen verwendet wird. Weiterhin ist ein Oszillator 17 gezeigt, der ein ruhender oder umlaufender Kippschwingungsoszillator sein kann, welcher mit dem Temperaturfühler verbunden ist und ausgangsseitig eine koaxiale Luftspulenanordnung 19 speist, von der aus eine Verbindung zu einer beweglichen Anzeigevorrichtung 21 (Meß- oder Aufzeich- ^ nungsvorrichtung) über einen Analogumsetzer 20 zu Überwachungszwecken hergestellt ist.

Bei dieser Anordnung dient der Oszillator 17 vorzugsweise als Analogumsetzer, der den Widerstandswert des Fühlers in eine analoge Impulsfrequenz umformt. Die Luftspulenanordnung 19 gibt das Signal ohne Verzerrung durch die Drehzahl an den Frequenzanalogumsetzer 20 ab, der dann die Anzeigevorrichtung 21 apeist.

w Besonders wenn der Temperaturfühler 15 ein Nickelkugelelement und der Oszillator 17 von der Art ist, wie er in der Fig. 8 beschrieben ist, ist die Impulskettenausgangsfrequenz, die den Spulen 19 zugeführt wird, eine genaue analoge Abbildung des FühlerwiderStandes und damit der Fühlertemperatur, wie nachfolgend nach genauer erläutert wird.

909842/1629

In Fig. 2 speist ein Temperaturfühler 15' einen Oszillator 17'» der seinerseits mit Luftspulen 19' verbunden ist, die die Ausgangsfrequenz der Impulskette einem äußeren-Steuerkreis 23 mit optischer Anzeige oder Aufzeichnung zuführt, die ihrerseits wieder den Heizer 25 steuert. Es soll hier bemerkt werden, daß die Einführung der koaxialen Luftspulen 19' es möglich macht, einen Übertrager und damit 18 bis 19 Dollaf^rsparen wobei weiterhin Vorteile gewonnenwerden wie etwa die Unabhängigkeit von der Drehzahl, niedrige Kosten, geringes Gewicht und einfache Fabrikation. Auch der Oszillator 17' kann sehr billig, etwa für 3 bis 6 Dollar je Stück, als gedruckte Karte hergestellt werden.

Fig. 3 zeigt eine heizbare Trommel 31 mit glatter Außenfläche 33 für ein synthetisches Garn oder dergl. und eine Trennrolle 35, die das Umlegen von mehreren Windungen ermöglicht. An der Rolle befindet sich eine Grundplatte 37» mit der diese befestigt wird, und ein Änschlußkabel 39 für die Leistungszuführung und die Steuersignalabgänge.

Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch eine Heiztrommel 31 > in dem die Y/elle 41 zu erkennen ist, mit der die Heiztrommel 43 zwischen Stillstand und einer sehr hohen Drehzahl angetrieben werden kann. Die Trommel 43 ist vorzugsweise aus Stahlguß,Sehmiedeeisen oder einem Yollmaterial

; 909842/1629

BAD ORIGINAL

·- 12 -

gemacht und auf der Welle 41 mit einer Schraube 45 und Kontermutter 47 befestigt. Es sind Wälzlager 49 vorgesehen, damit sich die Welle 41 zusammen mit der Trommel 43 gegenüber dem Gehäuse 51 und der Trennrolle 35 drehen kann. Des weiteren ist ein Lager 53 vorgesehen, damit die Welle 41 an zwei Punkten geführt ist.

Das bei 55 gezeigte Fühlerelement, das als Band 360° umfaßt, dessen Enden jedoch geringfügig voneinander getrennt liegen, ist nahe der Außenfläche 33 der Trommel 43 in diese eingebettet, um die Trommel-Außentemperatur festzustellen.

Der Aufbau des Fühlers ist vergrößert neben der Fig.4 wiedergegeben. Er weist eine metallene Außenhülse 59» eine obere und eine untere Micafoliumschicht 61 und den Wickelwiderstand sdraht 63 auf, wobei-alles in Form eines Bandes ψ "angeordnet ist. Die Innenseite der Schutzumhüllung 59 ist durch eine Fiberglasbeschichtung 65 abgedeckt, wodurch der Fühler gegen unmittelbare Wärmebestrahlung von den elektrischen Heizwiderständen 67 abgeschirmt ist, so daß der Temperaturfühler die Oberflächentemperatur der Trommel genauer anzeigt. Es können jedoch statt dessen auch andere Temperaturfühler verwendet werden wie etwa am Umfang verteilte Thermistoren oder dergl., jedoch wirken sie nicht so vorteil-

909842/1629

haft wie ein die Trommel auf 360° umschließender Nickeldrahtwiderstandsfühler.

Bei der gezeigten Ausführungaform ist der elektrische Heizwiderstand gegenüber der Trommel in Ruhe, und die Zuleitungen 71 und 73 treten durch öffnungen 74 und 75 und führen zu einem Potentiometer 77, dessen Stellabgriff 79 die gewünschte Spannung am Potentiometer abgreift, welches an die Netzklemmen 81 angeschlossen ist. Es ist auch möglich, einen rotierenden Heizer oder eine andere Heizquelle zu verwenden, wobei dann die Zuleitungen durch Kanäle 83 in der Welle zu Schleifringen führen. '

Die Innenseite der Heiztrommel 31 ist mit einem Asbeststreifen 85 ausgekleidet und die ganze Anordnung durch eine Klammeranordnung 87 gesichert.

Eine große Kammer 101 umgibt die Welle 41, in der Hilfselemente untergebracht werden können. Ss wird jedoch vorgezogen, diese Hilfselemente außerhalb der Trommel anzubringen, um zu vermeiden, daß auf irgendeine Weise Wärme auf diese abgestrahlt wird. Es sind jedoch bereits Vorteile damit verbunden, wenn diese Zusatzelemente gegenüber dem verschlossenen Ende der Trommel 43 untergebracht werden, um die angesprochenen Schwierigkeiten mit der Wärme zu beseitigen.

309842/1629

Der Oszillator 103 ist auf einem nicht-metallischen, isolierenden Micafoliumepulenformstück 105 gehalten,und der Oszillator weist vorzugsweise die Gestalt auf, die an späterer Stelle in Zusammenhang mit der Fig. 8 noch genauer gezeigt wird, wobei er in Form eines gedruckten Schaltkreises gestaltet ist. Seine Energie erhält der Oszillator 103 über die leitungen 107 und 109, welche, auf Schleifringe 110 und 111 gehen, die mit dem Oszillator über die leitungen 112 und 113 verbunden sind.

Die koaxiale Luftspulenanordnung weist die innere drehende Spule 120 und die äußere feststehende Spule 121 auf, wobei letztere durch ein Rahmenteil 123 und einen isolierenden Wicklungsträger 125 gehalten ist. Elektrische Zuleitungen 131 und 132 verbinden den Oszillator 103 mit der beweglichen Spule 120.

In Fig. 5 ist eine Schemadarstellung gezeigt, die mit der Anordnung nach Fig. 4 gleich ist, bei der jedoch die Ausgangssignale weiterverarbeitet werden. Die Trommel 43 ist mit dem gleichen oder einem ähnlichen Fühlerelement 55 und einer feststehenden Heizanordnung 150 ausgerüstet, die durch einen Brennstoff betätigt wird. Ein Paar Lager 151 und 152 tragen die Welle 41» und die Energie wird über Leitungen 153 und 154 an Schleifringe 155 und 156 geführt. Dies·

909842/1629

Schleifringe leiten die zugeführte Energie an den Oszillator 157 (der hier als ringförmiger gedruckter Schaltkreis dargestellt ist), über den der umlaufenden Spule 158 Signale zugeführt werden, welche dann induktiv auf die feststehende Spule 159 als Impulskette weitergeleitet werden. Die Zuführleitungen 148 und 149 vom Fühler gehen gleichfalls auf den Oszillator 157. Die Abgänge 160 und 161 von der äußeren Luftspule 159 führen auf ein digitales Zählwerk 163, mit Hilfe dessen die Pulszahl je Sekunde festgehalten wird. Eine Abzweigung von den leitungen, die die Leitungen 165 und 167 umfaßt, führt zu einem Frequenz-Analogumsetzer 169, der seinerseits die bewegliche Anordnung 170 zum Anzeigen oder Aufzeichnen speist, wozu entweder eine Spannung oder ein Strom als Betätigungsgröße benutzt wird.

In Fig. 6 ist ein Schemabild enthalten, das darüberhinaus noch einen Steuerkreis aufweist. Die Trommel 201 mit dem darin enthaltenen Fühlerelement 203 weist eine elektrische Heizvorrichtung 205 auf. Die Anschlußleitungen 206 und 207 des Fühlers führen zum Oszillator 209» dem außerdem über Schleifringe 210 und 211 Energie zugeführt wird, wobei die Welle 212 in Lagern 213 und 214 getragen ist. Die innere Spule 215 der Luftspulenanordnung überträgt das Signal auf die feststehende Spule 216, deren Abgangsleitungen 217 und

90984 2/1829

218 zu einem Block 219 führen, der die ankommenden Signale entweder gleichzeitig auf beide Ausgänge gibt oder in Form . eines Umschalters wirkt und die Signale abwechselnd auf den einen und auf den anderen Ausgang verteilt. Die Signale, die auf den (hier gezeichnet) unteren Ausgang gelangen, kommen auf einen digitalen Zähler 163» wie dies bereits in Fig. 5 gezeigt ist, wie auch auf einen Frequenz-Analagumsetz^er 169 und von dort auf eine Anzeige- und Aufzeichen-

" vorrichtung 170. Die (in der Figur) senkrecht nach oben verlaufenden Anschlüsse 220 und 221 treffen auf einen Frequenzdetektor 225, dem von einem Frequenznormal 227 eine Bezugsfrequenz zugeführt wird. Die Ausgangsleitungen 229 und 231 führen über einen Leistungsverstärker 233, der Relais betätigen kann, um den Speisungswinkel für den Heizstrom, der über die Leitungen 240 und 241 zugeführt wird, zu verändern. 1st also die Frequenz, die den Frequenzdetektor 225 erreicht, beispielsweise größer als die Frequenz des Frequenznormal^,

| so kann etwa der Heizstrom vergrößert werden, während für das gegenteilige Verhalten der Heizstrom verkleinert wird. Eine beliebige Zahl derartiger Einheiten kann von einem einzigen Frequenznormal versorgt werden.

In der Fig. 7 ist schematisch eine Anordnung wiedergegeben, bei der die Überwachung und Aufzeichnung einerseits und die Steuerung andererseits in zwei getrennten Kreisen

909842/1629

vorgenommen wird. Die Trommel 250 ist mit einem Paar Fühlern 251 und 252 ausgestattet, von denen der Fühler 251 auf einen Oszillator 254 über Leitungen 255 und 256 geführt ist, während der Fühler 252, der für die Steuerung sorgt, mit einem Oszillator 270 über Leitungen 257 und 258 verbunden ist.

Die Anzeige- und Überwachungsvorrichtung ist wie die bereits voranstehend beschriebene, wobei der Oszillator 254 die bewegliche Spule 260 speist, die in die stillstehende Spule 261 induziert, deren Spannung an den Spulenklemmen über Leitungen 262 und 263 auf einen digitalen Zähler 264 und andererseits auf eine Anzeigevorrichtung 265 über einen Frequenz-Analogumsetzer 266 geführt ist.

Ein zweites Paar Ausgabespulen besteht aus der beweglichen Spule 268 und der stillstehenden Spule 269, welchen von einem zweiten Oszillator 270 Impulsketten zugeführt werden.

Über die Schleifringe 271 und 272 wird beiden Oszillatoren die erforderliche Speisungsenergie zugeführt. Es sei jedoch noch darauf hingewiesen, daß statt der Schleifringe 271 und 272 noch ein weiteres Paar koaxial angeordneter Luftspulen vorgesehen werden kann, 30 daß insgesamt drei Sätze Ύοη Spulen dann vorhanden wären, wobei die Schleifringe

909842/162

dann entfielen und über das dritte Spulenpaar Energie mit der sehr niedrigen Frequenz von etwa 25 kHz zugeführt wird.

Am Ausgang der stillstehenden Spule 269 wird über Leitungen 274» 275 das Signal einem Frequenz-Analogumsetzer 276 zugeführt, der eine der Frequenz analoge Spannung auf einen Abweichungsdetektor 277 gibt. Der Detektor 277 kann eine Spannungs- oder Strombrücke enthalten, und für jede ^ Heiztrommel ist ein derartiger Detektor erforderlich. Außerdem wird eine Vergleichsspannung über Leitungen 279 und 280 von einem Spannungsnormal 281 für den Spannungsvergleich im Detektor 277 zugeführt. Der Ausgang dieses Abweichungsdetektors 277 ist mittels Leitungen 282 und 283 auf einen Leistungsverstärker 284 geschaltet, der die Heizwicklung über Leitungen 286, 287 in der Weise speist, wie dies "bereits vorstehend beschrieben ist, nämlioii daß die Le is tungs zufuhr entsprechend der vom Fühler 252 festgestellten ffemperatur erhöht oder vermindert wird. Jede Trommel wie etwa die Trommel 250 erhält ihren eigenen Frequenz-Analogumsetzer, jedoch kann das Spannungsnormal 281 für eine ganze G-ruppe der-

mit

artiger Detektoren verwendet werden, wie dies/dem zusätzlichen Detektor 288 angedeutet ist.

In Fig. 8 ist in Form eines Blockschaltbildes eine weitere Spannungssteueranordnung mit Überwachungseinrichtung

909842/1629

gezeigt, die besonders für eine Gruppenanordnung von mehreren Heizern geeignet ist. Es ist hervorzuheben, daß, da die Jrequenz-verschlüsselte Temperaturinformation in Form eines analogen Frequenzsignals auftritt, dieses Signal sehr vorteilhaft in Regelkreisen mit Rückführung verwendet werden kann. Das analoge Frequenzsignal wird über eine Leitung einem Frequenz-Spannungsumsetzer 290 zugeführt, die dann auf einen Differenzverstärker 291 als Signal A abgegeben . wird. Eine besondere bewegliche Anzeigevorrichtung 292 kann dann die Temperatur anzeigen oder aufzeichnen, wenn dies gewünscht wird.

Eine Präzisionsspannungsquelle 293, die dem Vergleich dient, liefert eine Präzisionsspannung als Signal B an den Differenzverstärker, wobei die Höhe der Spannung mittels eines Potentiometers 294 genau einstellbar ist.

Die Präzisionsspannungsquelle 293 ist mit dem Analogumsetzer 290 verbunden, so daß Stabilitätsabweiehungen in der Spannung ausgeschaltet sind. Der Differenzverstärker 291 weist am Ausgang die Spannung Null auf, wenn die Spannungen an den Eingängen A und B einander gleich sind. Die AusgangsSpannung ist positiv, wenn beispielsweise B größer ist als A, wobei im Block 295 die Ventile oder Magnete dann betätigt werden. Steigt die Temperatur dann an, so folgt

909842/18 29

die Spannung A. Steigt dann das Signal A über die Spannung am Eingang B, so wird durch den Differenzverstärker die Leistungszufuhr über Block 295 zu den Heizelementen 296 unterbrochen.

Da der analoge Freq.uenz-Spannungsumsetzer von der Berührung mit der Anordnung unabhängig ist, d.h. nicht spannungsabhängig ist, kann von jedem von n_Kreisen einer logischen Mikroabtastvorrichtung 297 ein Signal zugeführt werden, so daß über eine Frequenz-Spannungsanalogumsetzung 298 eine Gruppenüberwachung durchgeführt werden kann. Die gemeinsame Anzeigevorrichtung 299 überwacht die Informationen der gesamten Gruppe, oder ein Digitalzählwerk 500 überwacht und verstellt gleichermaßen jede Heiztrommel.

In Pig. 9 ist die lineare Abhängigkeit zwischen dem Strom eines Widerstandsthermometers und der Temperatur der Trommel gezeigt, wie sie durch den Schaltkreis nach der Erfindung erzielt wird, und aufgrund dieser genau analogen Abhängigkeit des WiderStandes von der Temperatur ist eine derartig genaue Steuerung möglich.

In Fig. 10 ist die Anordnung aus Oszillator und Fühler gezeigt, aus der die genaue Impulsfrequenzkette gewonnen

909842/1629

wird, wobei die Pulsfrequenz des Oszillators durch, den Widerstand des Uickelelements 517 gesteuert wird. Zunächst wird jedoch der Heizer 301 mit Wechselspannung von z.B. 60 Hz und 115 V aus der Spannungsquelle 303 gespeist, wobei die Speisung über gesteuerte Gleichrichter 305 und 307 erfolgt, die über eine bekannte Ein-Aus-Steuerung 311 gesteuert werden. Die Steuerung 311 kann auch in der Weise . gestaltet sein, wie es die Fig. 6, 7 oddr 8 zeigen. Der Steuerfühler ist bei 312 gezeigt, und sein Ausgangssignal oder seine Parameteränderung wird von ihm. über Leitungen 325 und 323 abgenommen und dem Steuerelement 311 über seine Eingänge zugeführt. Bei dem dargestellten Beispiel rotieren die Steuereinrichtung, der Heizer und der Oszillator. 115 V bei 60 Hz wird der Gesamtkombination über Schleifringe 324 zugeführt. Der Fühler 317 dient lediglich der Überwachung. Eine Spannung von 20 V effektiv wird der Brücke 316 in Fig. 10 zugeführt.

Die Widerstandsänderung des Fühlers 317 bewirkt nun, daß 3ich die Spannung am Emitter 320 des Transistors Q2 ins Negative verschiebt, und zwar proportional der Widerstandsänderung. QI ist ein Generator für konstanten Strom, und mit diesem konstanten Strom wird der Kondensator 01, der bei 321 gezeigt ist, mit konstanter Ladegesohwindigke.it aufgela-

9 -:'ϊ 9 3 /. 2 / 1 6 2 9

den. Die Sρannungsänderung über der Zeit am Kondensator 321 oder auch, am Emitter von Q5 ist deshalb über der Zeit linear.

Vorzugsweise sind die Transistoren Q1 und Q2 gleich und so geschaltet, daß die Spannung zwischen Basis und Emitter am Transistor Q2 sich in gleicher Weise ändert wie ^ am Transistor Q1. Die beiden Transistoren weichen um nicht mehr als 30/UV «je Grad Celsius voneinander ab. Das Widerstandsverhältnis der beiden Widerstände R₁ und R₂ ist so gewählt, daß annähernd gleiche Emitterströme im Mittelbereich des zu erwartenden Temperaturbereichs auftreten, und 01 ist ein temperaturunabhängiger Polycarbonatfilm-Kondensator mit bis 65 C vernachlässigbarer Temperaturabhängigkeit.

Q3 ist ein Doppelbasistransistor, der als Pegelfest- W stelleinrichtung besonders stabil ist und der einen starken Auegangsimpuls abgibt, wenn die Emitterspannung einen bestimmten Pegelwert überschreitet. G1 v/ird über einen negativen Widerstandsemitter über den unteren Basispfad bis au einer genauen untersten Spannung entladen, bei der die Emitter-Basis-Verbindung in eine entgegengesetzt vorgespannte Diode umkippt. C1 lädt sich dann bis zu einer be-

909842/1829

stimmten Spitzenspannung linear wieder auf, und dieser Zyklus wiederholt sich, dann, so daß am Ausgang des Transistors Q3 eine Impulskette auftritt, deren Frequenz ein genau analoges Abbild des Widerstandswerts des Fühlers und damit der Temperatur der Trommel ist. Die koaxial zueinander angeordneten Luftspulen L1 und L2 haben ein Windungsverhältnis von 1:2, wobei L2 vorzugsweise 50 Windungen aufweist und die feststehende Spule ist.

Ist der Widerstandswert des Fühlers 312 gleich dem Widerstandswert des Soll-Wert-Widerstands 309 und des Fest-Widerstanas 310 in der Wheatstone-Brücke, so ist das Signal zur Steuereinrichtung 311 Null und außer Phase. Bei anderen Widerstandswerten des Widerstands 312 wird durch positive und negative Signale die Temperatur des Heizers 3Ü1 angehoben oder abgesenkt. Die obere Sekundärwicklung 308 des Transformators dient dazu, dem Steuerkreis eine positive Spannung zuzuführen.

Die Ausgangsimpulskette an der Luftspule L2 kann beispielsweise dazu benutzt werden, einen monostabilen Multivibrator in der Weise zu schalten, daß er an seinem Ausgang «je Eingangstriggerimpuls einen Rechteckimpuls mit konstanter Amplitude und konstanter Breite abgibt. Das Ergebnis ist dann eine Gleichspannung, die an einem gewöhn-

9098Λ2/1629

lichen Anzeigegerät oder Schreibgerät, das "beispielsweise in Grad Celsius oder G-raa Fahrenheit geeicht sein kann, einen Ausschlag erzeugt»

Die ITichtlinearität des Uickelwiderstands wirkt so, daß die Nichtlinearität des Schaltkreises dadurch kompensiert wird, so daß der Ausgang des Schaltkreises linear ist. Hickel ist im Bereich zwischen 0 und 380⁰G nicht linear. fc Wird ein Platin-Widerstand verwendet, so muß dieser wegen der Uichtlinearität des Schaltkreises kompensiert werden, und bei Verwendung eines Thermistors anstelle des Fühlerwiderstands wird die Anzeigeempfindlichkeit des Kreises umgekehrt, und da die Empfindlichkeit größer ist, wird die Teilung weniger linear.

Bei Verwendung einer Silizium-Diode zwischen Q3B1 und L1 erhält man eine Isolation von 0,4 bis 0,6 V zwischen einer Störungsaufnähme bei L1 und dem Potential an Q3B1. Es werden dadurch die Störspannungen vermieden, die die Spannung am Kondensator C1 sonst inkorrekt verändern könnten, so daß eine irrtumsfreie Frequenzmodulation erreicht wird.

BAD ORIGINAL

909842/1629

Claims

- 25 Patentansprüche

1. Temperaturüberwachung- und Steuerungsvorrichtung für einen Heizer zum Erhitzen von durchlaufend bewegtem synthetischem Garn und dergl., gekennzeichnet durch einen Tragrahmen (123), eine daran drehbar befestigte Welle (41)» eine hohle Trommel (43), die mit der Welle (41) drehbar angeordnet ist und eine zylindrische Mantelfläche (33) aufweist, die vom Garn umschlungen ist, Heizelemente (67) zum Erhitzen der Trommel (43), Temperaturfühler (55) in der Trommel nahe der erhitzten Mantelfläche (33)» einen von der Welle getragenen, mit ihr umlaufenden Oszillator (103)» Verbindungsleitungen zwischen dem Temperaturfühler (55) und dem Oszillator (103)» wodurch die vom Fühler (55) ermittelte Temperatur in eine Impulskette umgewandelt wird, deren Impulsfre» quenz ein Maß für die Temperatur ist, Mittel zur Energiezuführung von einer äußeren Energiequelle zu dem Oszillator (103), eine Abgabeeinrichtung mit wenigstens einem Paar koaxial angeordneter Luftspulen (120,121), von denen eine auf der Welle (41) sitzt und die Impulskette des Oszillators (103) erhält und die zweite am Tragrahmen (123) befestigt ist, Ausgangsklemmen an der zweiten Spule (121) und eine nachgeschaltete Einrichtung, die die Analoginformation der Impulskette an den Ausgangsklemmen aufnimmt.

9 038-4 2/1829

2. Vorrichtung nach Anspruch.. 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (55) einen im wesentlichen 360° der Trommel (4-3) umschließenden, in der Trommel eingebetteten Bandwiderstand (63) aufweist, Isolierbänder (61) zu beiden Seiten auf der Innen- und Außenfläche des Widerstandsbandes (63) angeordnet sind und eine Metallabschirmung (59) die Bänder (61,63) umschließt.

3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Heizer mit elektrischen Heizdrähten (67) innerhalb der Trommel (43) nahe deren Innenfläche und ein zwischen die Heizdrähte (67) und die Abschirmung (59) eingefügtes Glasfiberband (65).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3.» dadurch, ge— kennzeichnetj daß ein Paar Temperaturfühler (251»252) Torgesehen igt und die Abgabeeinrichtung zv/ei Paar© von koaxial f angeordneten Luftspulen (260,261$268_S269) aufweist, die nachgeschaltete Einrichtung eine bewegliehe Anzeigeeinrichtung (265) enthält und daß ein zweiter Oszillator (270) vorgesehen ist zur Erzeugung einer Impulskette _s deren Frequenz ein Maß für die gemessene Temperatur ist, der zweite Oszillator (270) über Zuführeinrichtungen (271,272) Ton auSea. mit Energie versorgt wird, der ferner ausgangsseitig mit der

909842/1629

umlaufenden Spule (268) des zweiten Luftspulenpaars (268, 269) verbunden ist, deren zweite Spule (269) im Tragrahmen gehalten ist und die Ausgangsklemmen der stillstehenden luftspule (269) des zweiten Paares mit einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Heizung (285) der Trommel (250) verbunden X

5. Vorrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Frequenz-Analogumsetzer (276) aufweist, der die Frequenz der Impulskette in ein analoges Spannungssignal umsetzt, ein Vergleichskreis (277) zumEÄpfang des analogen Spannungssignals und einer Präzisions-Bezugs spannung vorgesehen ist und einem Leistungsverstärker (284) jede am Ausgang des Vergleichskreises (277) auftretende Information zugeführt wird, aufgrund derer der Leistungsverstärker (284) die Heizeinrichtung (285) der Trommel (250) steuert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daS mit der Vergleichsspannungsq.uelle (281) eine Vielzahl von gleichartigen Vergleichskreisen (277j288) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgeschaltete Einrichtung

909842/162

einen Frequenz-Analog-Umsetzer (169»266) aufweist und mit dem Umsetzer wenigstens eine Anzeige-oder Aufzeiehnungsvorriclitung (17O»265) verbunden ist| die die Ausgangsgröße des Umsetzers aufnimmt·

8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin die nachgeschaltete Einrichtung einen für die analoge Frequenzimpulskette empfindlichen Frequenzdetektor (225) sows einen zusätzlichen Oszillator (227) mit einer Normalfreq.uenz aufweist, die dem Frequenzdetektor zugeführt wird, und ein leistungsverstärker (223) zur Steuerung der Heizeinrichtung (205) der Trommel (201) in Abhängigkeit von der Ausgangsgröße des Frequenzdetektors (225) vorgesehen ist,

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Normalfrequenzoszillator (227) eine große Zahl von Frequenzdetektoren (225) in gleich aufgebauten Steuerkreisen speist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgeschaltete Einrichtung einen Frequenz-Spannungs-Analogumsetzer (290), einen Differentialverstärker (291) zur Aufnahme der Ausgangsgröße des Umsetzers, eine Präzisions spannungs quelle (293) zwischen dem Differentialverstär-

9098 42/1629

ker (291) und dem Umsetzer und Heizsteuereinrichtungen (295) vorgesehen sind, welche vom Ausgang des Differentialverstärkers (291) gesteuert die Heizeinrichtung (296) der Heiztrommel steuern.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine integrierte logische Mikroabtasteinrichtung (297), der von einer Vielzahl gleichartiger Vorrichtungen die Impulsketten zugeführt werden, einen Frequenz-Spannungs-Analogumsetzer (298) an jedem Abtaster (297) und eine Anzeigeoder Aufzeichnungseinheit (299)ι die vom Umsetzer (298) gesteuert ist.

12. Temperaturempfindliche Vorrichtung, gekennzeichnet durch einen Heizer (11), Mittel mit einer Außenfläche zum Berühren eines aufzuheizenden Materials, die durch den Heizer (11) erwärmt wird, eine Oszillatoreinrichtung (17) zur Erzeugung einer Impulskette, einen Temperaturfühler (15), der die Oszillatorpulsfrequenz abhängig von der Oberflächentemperatur steuert, eine erste Luftspule zur Aufnahme der Oszillatorimpulskette, eine zweite Luftspule, mit der ersten Luftspule koaxial zur Aufnahme der Impulskette durch Induktion und Anschlüsse an der zweiten Spule für die Abnahme der Impulskette zur Temperaturanzeige und Steuerung.

9098-42/16 29

13. Vorrichtung nach. Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die die Außenfläche aufweisenden Mittel und eine der Luftspulen drehbar sind.

H. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (55," 203,251,252) ein in die Außenfläche eingebetteter, ringförmiger Bandwiderstand ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Bandwiderstand ein Nickeldraht ist und der Oszillator (103»157,209»254,270) eine Charakteristik aufweist, die die Nichtlinearität der Temperatur-Widerstandskurve des Nickeldrahts im wesentlichen kompensiert.

16. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch Steuermittel zur Steuerung der Heizertemperatur in Abhängigkeit von der vom Fühler (55,203,252) gemessenen Temperatur.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Frequenz-Analog-Umsetzeinrichtung in Abhängigkeit von der Impulskette an den Ausgangsklemmen und bewegliche Anzeige- oder Aufzeichnungsmittel, die von "der Umsetzeinrichtung beaufschlagt sind.

909842/ 1629

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17» gekennzeichnet durch von der Impulskette gesteuerte Digitalzählwerke (163,264).

19· Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch frequenzgesteuerte Steuereinrichtungen (223), die unmittelbar von der Impulskette an den Ausgangsklemmen zur Steuerung der Heizeinrichtungen (205) angeschlossen sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch von der Impulskette an den Ausgangsklemmen "beaufschlagte Frequenz-Spannungsumsetzeinrichtungen (290) und spannungsempfindliche Steuereinrichtungen (295) zur Steuerung der Heizer (296) abhängig vom Ausgang an dem Umsetzer (290).

21. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine frequenzgesteuerte Steuereinrichtung mit einem Frequenzdetektor (225), der von der Impulskette beaufschlagt wird, einem weiteren Oszillator (227) zur Erzeugung einer Vergleichsfrequenz, die dem Frequenzdetektor (225) zugeführt wird, woraus dieser eine Differenzfrequenz erzeugt und einen Leistungsverstärker (223) zur Steuerung der Heizelemente (205) zuführt.

909842/1629

- 52 -

22. Vorrichtung nach. Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichsfrequenzoszillator (227) eine größere Zahl von identischen Einrichtungen mit Freq.uenzdetektoren (225) in Parallelbetrieb versorgt.

■

23. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen mit Abstand vom ersten Fühler (251) angebrachten zweiten Fühler (252), einen zweiten Oszillator (270), der

Ψ eine in Abhängigkeit von der festgestellten Temperatur erzeugte Impulskette abgibt, einen Frequenz-Spannungs-Analogumsetzer (276) zur Aufnahme der Impulskette vom zweiten Oszillator (270), einen Vergleichskreis, der die Ausgangsgröße des Umsetzers (276) sowie eine Präzisionsvergleichsspannung von einer Spannungsquelle (281) aufnimmt, und vom Ausgang des Vergleichskreises (277) gesteuerte Einrichtungen (284), die die Energiezufuhr zu den Heizspulen (285) beibehalten, wenn die Ausgangsspannung des Vergleichskrei-

fc ses Null ist,und sie steigern oder vermindern, wenn die Spannung am Ausgang des Vergleichskreises positiv oder negativ ist.

24· Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch von der Impulskette gesteuerte Frequenz-Spannungs-Analogeinrichtungen (290), einen von der Analogeinrichtung (290)

909842/ 1629

gesteuerten Differentialverstärker (291), eine zwischen die Analogeinrichtung und den Differentialverstärker geschaltete Präzisionsspannungsquelle (293) zur Erzielung einer temperaturregelnden Ausgangsgröße am Differentialverstärker (29D und Steuereinrichtungen (295) für die Heizer (296), die vom Differentialverstärker (299) in Abhängigkeit von der Einstellung der Präzisionsspannungsquelle beaufschlagt sind.

25. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatoren einen ersten, auf die Parameteränderung der Temperaturfühler ansprechenden Halbleiter(Ql) und einen zweiten Halbleiter (Q2) aufweisen, der mit dem ersten Halbleiter zu einem Konstantstrom-Generator verbunden ist, ein Kondensator (Cl) vorhanden ist, der vom Konstantstrom-Generator Ladestrom aufnimmt, ein Doppelbasistransistor (Q3) mit dem Kondensator (Cl) derart verbunden ist, daß der Kondensator über den Emitter im negativen Widerstandsbereich bis zur Talspannung des Doppelbasistransistros (Q3) entladen wird, und Verbindungsleitungen von dem Kondensator (Cl) über den Emitterzweig mit negativer Widerstandscharakteristik zur ersten Luftspule (Ll) vorgesehen sind zur Erzeugung der Impulskette.

909842/1629

L e e r s^e i t e