DE2253667C3

DE2253667C3 - Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Temperatursteuerung der Aufheizphase von Öfen, die mit Heizelementen bestückt sind, deren elektrischer Widerstand sich stark mit der Temperatur ändert

Info

Publication number: DE2253667C3
Application number: DE19722253667
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl.-Phys. Dr. 6101 Eschollbrücken; Scheidemann Wolfgang 6453 Seligenstadt Eiermann
Original assignee: Deutsche Gold und Silber Scheideanstalt
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Filing date: 1972-11-02
Publication date: 1976-01-15

Description

Elektrisch beheizte öfen können bis zu einer Maximaltemperatur von etwa 1250⁰C mit Heizelementen aus (Unedel-)Metall-Legierungen betrieben werden. Da deren spezifischer elektrischer Widerstand nur wenig temperaturabhängig ist, bereitet ihr elektrischer Anschluß keine grundsätzlichen Schwierigkeiten. Unabhängig von der momentanen Ofentemperatur können diese Heizelemente mit einer festen Versorgungsspannung betrieben werden.

Bei Brenntemperaturen oberhalb 125O⁰C müssen andere Heizelemente, z. B. aus Molybdänsiiizid, eingesetzt werden. Bei diesen Elementen ist nachteilig, daß sich ihr elektrischer Widerstand stark mit der Temperatur ändert. Das hat zur Folge, daß während der Aufheizphase des Ofens die Versorgungsspannung der Heizelemente mehrfach in Stufen — abhängig von der momentanen Ofentemperatur — verändert werden muß, um die Heizelemente vor Überlastung zu schützen.

Solange der Ofen noch kalt ist, können die Heizelemente nur mit einer relativ kleinen Heizspannung betrieben werden. Sobald der Ofen eine gewisse Temperatur erreicht hat, wird die Heizspannung um einen bestimmten Betrag erhöht usw. Bei handelsüblichen öfen ist dies durch Umschalten von Stufentransformatoren oder Nachdrehen von Drehtransformatoren von Hand durchzuführen, was eine dauernde Überwachung des Ofens während der mehrere Stunden dauernden Aufheizphase erforderlich macht.

Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung, die diesen Schaltvorgang selbsttätig ablaufen läßt.

Bekannt ist eine Temperatur-Steuervorrichtung für elektrisch beheizte öfen mit mehreren über Schaltschütze temperaturabhängig ein- und ausschaltbaren Heizwiderständen. Die Aufteilung der Heizung in mehrere temperaturabhängig schaltbare Heizwiderstände dient bei dieser Anordnung dazu, die Schwankungen bei der Regelung der Solltemperatur klein zu halten (DT-AS 12 64 643).

Bekannt ist ferner eine Temperatur-Regeleinrichtung für einen Heizofen mit Heizwicklungen, deren Widerstand sich mit der Temperatur stark ändert. Die Temperaturabhängigkeit des Widerstandes der Heizwicklung wird bei dieser Schaltungsanordnung benutzt, die Temperatur der Heizwicklung trägheitsarm zu messen, so daß man geringe zeitliche Schwankungen bei Regelung der Solltemperatur erhält (Elektronik, 1959, Nr. 5,149).

Diese beiden bekannten Schaltungsanordnungen dienen also dazu, eine hohe Regelgenauigkeit der Solltemperatur zu erlangen.

Demgegenüber war es Aufgabe der vorliegenden Schaltungsanordnung in der Aufheizphase, in der die Solltemperatur noch nicht erreicht ist, die Versorgungsspannung an den temperaturabiiängigen Widerstand de;· Heizwicklung anzupassen.

Erfindungsgemäß wird zur Schaltung der während der Aufheizphase erforderlichen, von der Ofentemperatur abhängigen, verschiedenen Heizstufen ein Temperaturmeßinstrument mit mehreren Kontaktmarken eingesetzt, deren Ausgänge so geschaltet sind, daß jedem Temperaturintervall, das durch zwei benachbarte Kontaktmarken festgelegt ist, ein bestimmtes Leistungsschütz und damit eine bestimmte Heizspannung zugeordnet ist, wodurch erreicht wird, daß beim Aufheizen des Ofens beim Durchlaufen der Temperaturen, die den einzelnen Kontaktmarken zugeordnet sind, die Heizstufen selbsttätig umgeschaltet werden.

Dabei wird die Temperatur des Ofens (beispielsweise über Thermoelemente) mit einem Meßgerät gemessen, das mit mehreren Kontaktmarken versehen ist. Die Kontaktmarken werden auf diejenigen Temperaturwerte eingestellt, bei denen man die Heizleistung der Heizelemente während der Aufheizphase durch Umschalten der Versorgungsspannung zu verändern wünscht. An Stelle eines Mehrkontaktinstruments kann auch ein vollelektronischer Regler mit mehreren Schaltpunkten verwendet werden.

Durch geeignetes Zusammenschalten der Kontaktausgängen mit Leistungsschützen kann erreicht werden, daß — je nach Ofentemperatur — durch die verschiedenen Schütze unterschiedliche Heizspannungen eingeschaltet werden.

Die A b b. 1 zeigt die Schaltungsanordnung bei Relaiskontaktausgang, die A b b. 2 bei Logikausgang.

Die Leistungsschütze, die elektronisch oder elektromechanisch ausgeführt sein können, sollten verriegelt sein, so daß auch im Zeitpunkt des Umschaltens immer nur höchstens ein Schütz eingeschaltet sein kann. Um ein Flattern der Schütze zu vermeiden, sollten die Schaltpunkte eine gewisse Hysterese aufweisen. Notfalls sind Zeitverzögerungsglieder vorzusehen.

Nach Beendigung der Aufheizphase soll der Ofen normalerweise auf einer bestimmten Maximaltemperatur durch Regelung gehalten werden. Dazu könnte man prinzipieil einen zusätzlichen Regler einsetzen. In den meisten Fällen wird es aber günstiger sein, einen Kontakt des Mehrkontaktinstruments für diesen Zweck vorzusehen. Dabei ist es zweckmäßig, wie folgt zu re-

H-

geln: Unterschreite die Temperatur den durch diesen Regelkontakt vorgegebenen Wert, wird mit der vollen Heizleistung geheizt. Überschreitet die Temperatur den Wert, wird die Heizleistung nicht völlig ausgeschaltet, sondern es wird zur Vergrößerung der Lebensdauer der Heizelemente mit verringerter Heizleistung weiter geheizt. Es ist zweckmäßig, dazu eine der in der Aufheizphase benutzten Heizstufen verringerter Leistung auszunutzen.

Man kann den Zeitpunkt des erstmaligen Schaltens des Regelkontaktes dazu benutzen, eine Schaltuhr zu starten, die nach Ablauf einer gewählten Zeit (»Haltezeii«) den Ofen ausschaltet.

A bb. 3 zeigt das Temperatur-Zeit-Diagramm eines auf die beschriebene Weise gesteuerten bzw. geregelten Ofens, wobei das steuernde bzw. regelnde Meßinstrument mit 4 Kontaktmarken versehen war.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Temperatursteuerung der Aufheizphase von Öfen, die mit Heizelementen bestückt sind, deren elektrischer Widerstand sich stark mit der Tempersiur ändert, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schaltung der während der Aufheizphase erforderlichen, von der Ofentemperatur abhängigen, verschiedenen Heizstufen, ein Temperaturmeßinstrument mit mehreren Kontaktmarken eingesetzt wird, deren Ausgänge so geschaltet sind, daß jedem Temperaturintervall, das durch zwei benachbarte Kontaktmarken festgelegt ist, ein bestimmtes Leistungsschütz und und damit eine bestimmte Heizspannung zugeordnet ist

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Maximaltemperatur des Ofens ein Kontakt des Mehrkontaktinstruments benutzt wird.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Regelvorgangs nicht zwischen Vollast und Aus geschaltet wird, sondern zwischen Vollast und Teillast, wobei als Teiiiast eine Heizstufe verminderter Leistung der Aufheizsteuerung ausgenutzt wird.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktinstrument als elektronischer Regler mit mehreren Schaltpunkten ausgeführt ist

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktinstrument als Meßwerkregler mit mehreren Schaltpunkten ausgeführt ist.

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