DE2327246C3 - Schaltung zur thermostatischen Temperaturregelung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur thermostatischen Temperaturregelung von geschmolzenem Material, das sich in mehreren Behältern befindet, von denen jeder sowohl ein elektrisches Heizelement als auch einen Temperaturfühler aufweist, wobei alle Heizelemente an eine gemeinsame Stromversorgung angeschlossen sind und die Temperaturfühler den Heizstrom steuern.

In den letzten Jahren haben Systeme zur Abgabe geschmolzener Klebestoffe aus handbedienbaren Pistolen, Extrudern, od. dgl. weite Verwendung gefunden. Diese Systeme enthalten üblicherweise einen unter Druck stehenden Vorratstank, der mit einem Heizer versehen ist und unter Druck stehenden, geschmolzenen Klebstoff mehreren Abgabegeräten über einzelne Schläuche zuführt, die das jeweilige Abgabegerät mit einem dem Tank zugeordneten Verteiler verbinden. Da das geschmolzene Material sich auf dem Weg durch den Schlauch leicht abkühlen kann, ist eine Schlauchbeheizung erwünscht, um eine Qualitätsverminderung des abgegebenen Klebstoffs zu vermeiden.

Demzufolge ist jeder Schlauch mit einem Heizelement in der Form einer Heizspirale od. dgl. sowie einem Temperaturfühler ausgerüstet, der die Temperatur des geschmolzenen Materials in dem Schlauch zur thermostatischen Steuerung der Versorgung des Heizelements wiedergibt Aus der US-PS 35 85 361 ist es bekannt, daß die Energieversorgung jedes Heizelements in Abhängigkeit vom Ausgang des zugehörigen Temperaturfühlers einzeln gesteuert wird. In dem bekannten System steuert der Temperaturfühler jedes Schlauches, welcher dort die Form eines hydraulischen Ausdehnungs-Fühlers hat, einen eigenen Schalter, der seinerseits die Zuführung elektrischer Leistung zu dem Heizelement steuert In derartigen thermostatischen Steuersystemen gibt es so viele thermostatische Heizersteuerungen, wie beheizte Schläuche vorhanden sind. Diese Vervielfältigung der Heizersteuerungen trug jedoch in unnötiger Weise zur Steigerung der Kosten auch zu Kompliziertheit des Gesamtsystems bei.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die thermostatische Temperaturregelung von Heizelementen in Vorrichtungen der aus der US-PS 35 85 361 bekannten Art zu vereinfachen und preiswerter zu machen. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt ausgehend von der eingangs genannten Schaltung erfindungsgemäß dadurch, daß alle aus temperaturabhängigen Widerständen bestehenden Temperaturfühler gemeinsam an einem Eingang einer Vergleichsschaltung liegen, deren anderer Eingang mit einem Temperatur-Sollsignal beschaltet ist und deren Ausgang in an sich bekannter Weise ein Schaltsignal für einen einzelnen Schalter liefert, der in einer gemeinsamen Stromzuführung für alle Heizelemente liegt

Nun ist es zwar bekannt, zur Temperaturregelung eine Vergleichsschaltung zu benutzen, die einen Schalter steuert, jedoch würde dieser Stand der Technik bei Anwendung auf die Lehre der US-PS 35 85 361 die Aufgabe nicht lösen. Das gesteckte Ziel wird vielmehr erst durch die erfindungsgemäße Schaltung für die Eingangs- und für die Ausgangsseite der Vergleichsschaltung erreicht. Der Vorteil der Lösung liegt demgemäß darin, daß die gesamte Temperaturregelung mit einer einzigen Vergleichsschaltung und einem einzigen Leistungsschalter auskommt.

Vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung sind in den Unteransprüchen zusammengefaßt. Als besonders nützlich für die Praxis hat sich hierbei die Verwendung parallel schaltbarer Einzelzweige zur Bildung des einen Brückenzweiges herausgestellt, in dem die temperaturabhängigen Widerstände liegen. Bei Vergrößerung oder Verkleinerung der Zahl der im System jeweils benötigten Schläuche braucht nur noch pro Schlauch ein Schalter umgelegt zu werden, um einen neuen Schlauch in die Regelung einzubeziehen bzw. aus ihr herauszunehmen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.

In der F i g. bedeuten 10-1 10-n mehrere beheizte

Behälter, die in einer bevorzugten Ausführungsform thermisch isolierte Schläuche oder Leitungen sind, in welchen geschmolzenes thermoplastisches Klebstoff-

material aus dem Ausgang eines Verteilers eines großen unter Druck stehenden, nicht dargestellten Tankes zu einzelnen KJebstoff-Abgabestellen, beispielsweise nicht dargestellten Hand-Pistolen, Extrudern, oddgL transportiert werden kann. Jedem Schlauch 10-1,.,., 10-« ist ein elektrisches Heizelement 12-1,..., 12-n zugeordnet, beispielsweise ein Widerstandsband, das spiralig um den Schlauch herumgewickelt ist Ein geeigneter Schlauch mit zugehörigem Heizelement ist beispielsweise in der US-Patentschrift 35 85 361 beschrieben. Die Heizelemente 12-1, ..., 12-n sind zwischen dem geerdeten Anschluß 16 und dem hochliegenden Anschlrß 18 einer Wechselspannungsquelle 20 über einen signal-betätigbaren elektronischen Schalter 22 parallel geschaltet Die Heizelemente 12-1, .., 12-n sind zwischen dem hoch liegenden Anschluß 18 der Spannungsquelle 20 und einer Seite des signalempfindlichen Schalters 22 verbunden, dessen andere Seite mit dem geerdeten Anschluß 16 der Spannungsquelle verbunden ist.

Der elektronische Schalter 22 ist vorzugsweise ein Triac mit einer Steuerelektrode 24. Der Triac leitet für eine Halbwelle (180 elektrische Grade), wenn er von einer Wechselspannung aktiviert ist, und zwar in Abhängigkeit vom Empfang eines Steuerimpulses an der Steuerelektrode 24 zu Beginn der Halbwelle, wenn die anliegende Wechselspannung Null beträgt Wenn der nachfolgende Steuerimpuls an der Steuerelektrode 24 bei jeweils 180°-Phasen-Winkel-Intervallen, entsprechend den Null-Durchgängen der anliegenden Wechselspannung angelegt wird, wird der Triac 22 bei so aufeinanderfolgenden Halbwellen leiten, ohne Rücksicht auf die alternierende Polarität der angelegten Wechselspannung während aufeinanderfolgenden Halbwellen. Da der Aufbau, der Betrieb und das Aussteuern signalempfindlicher elektronischer Schalter wie etwa von Triac an sich bekannt sind, wird eine weitere Diskussion und Beschreibung des elektronischen Schalters 22 für überflüssig erachtet

Jedem geheizten Behälter oder Schlauch 10-1

10-n ist ein Temperaturfühler, vorzugsweise ein Thermistor 23-1,.., 23-n, zugeordnet. Die elektrischen Eigenschaften eines Thermistors als solche sind so, daß sein Widerstand mit zunehmender Temperatur abnimmt und umgekehrt.

Die Thermistoren 23-1,..., 23-n sind normalerweise in 4 ■ den Schläuchen 10-1,..., 10-n so eingebettet, daß ihre Temperatur und damit ihr Widerstand sehr genau die Temperatur des in dem Schlauch enthaltenen geschmolzenen Materials wiedergibt.

Eine elektrische Brücke 30 besitzt zwei gegenüberlie- >u gende Knotenpunkte 32 und 34, die zwischen dem positiven Anschluß 35 und dem negativen Anschluß 36 einer nicht dargestellten Gleichspannungsquelle liegen. Die Brücke 30 enthält ferner zwei Meß-Knoteiipunkte 38 und 40. Identische Widerstände 42 und 44 sind in den » Zweigen zwischen den Knotenpunkten 32 und 38 und zwischen den Knotenpunkten 32 und 40 eingeschaltet. Ein Zweig mit variablem Widerstandswert, der von einem festen Widerstand 46 und einem in Reihe geschalteten einstellbaren Widerstand 48 gebildet wird, im liegt zwischen den Knotenpunkten 38 und 34 und dient dazu, einen Bezugs-Widerstands wert darzustellen, der mit derjenigen Temperatur in Beziehung steht, die in dem Material in den Schläuchen 10-1, ..., 10-/7 aufrechterhalten werden soll. Der Thermistor 23-1 ist ·<"> mit einem Festwiderstand 50 in dem zwischen den Knotenpunkten 34 und 40 liegenden Brückenzweig in Reihe geschattet. Wenn die Temperatur des Materials in dem Schlauch 10-1, wie sie sich in dem Widerstandswert des Thermistors 23-1 darstellt, gleich der gewünschten Temperatur ist die durch den Brückenzweig mit den Widerständen 46,48 dargestellt wird, befinden sich die Meß-Knotenpunkte 38 und 40 auf gleichem Potential. Wenn ciie Temperatur des geheizten Materials in dem Schlauch 10-1 oberhalb oder unterhalb der durch die Widerstände 46,48 dargestellten Bezugstemperatur ist wird das Potential am Meß-Knotenpunkt 40 oberhalb oder unterhalb des Potentials an dem Meß-Knotenpunkt 38 liegen.

Die Brückenzweige 44 und 23-1, 50 zwischen den Knotenpunkten 32—40 und 34—40 werden so oft ausgeführt wie geheizte Schläuche 10-1,.., 10-n in dem System vorhanden sind. Wenn beispielsweise η beheizte Schläuche 10-1, .., 10-n vorhanden sind, würde es η-Sätze von identischen Widerstandsbrückenzweigen zwischen den Knotenpunkten 32—40 und 34—40 geben. Da in der Figur zwei beheizte Schläuche 10-1 und 10-n dargestellt sind, ist ein zweites Paar von Brückenzweigen in der Brücke 30 vorgesehen, nämlich zwischen den Knotenpunkten 32—40' und 34—40'. In dem Zweig zwischen den Knotenpunkten 32 und 40' befindet sich ein Widerstand 44', der mit dem Widerstand 44 identisch ist In dem Zweig zwischen den Knotenpunkten 34 und 40' befindet sich eine Reihenschaltung aus einem Festwiderstand 50' und dem Thermistor 23-n, der dem beheizten Schlauch 10-n zugeordnet ist Nimmt man an, daß die Thermistoren 23-1 und 23-n bei identischen Temperaturen identische Widerstandswerte zeigen, dann würden die Widerstände 50 und 50' identisch in ihrem Widerstandswert sein. Ein wahlweise betätigbarer Hand-Schalter 52 ist zwischen den Knotenpunkten 40 und 40' vorgesehen. Der Schalter 52 wird geschlossen, wenn die Temperatur des geschmolzenen Materials in beiden geheizten Schläuchen 10-1 und 10-n gesteuert werden soll, während der Schalter geöffnet wird, wenn die Temperatur des geschmolzenen Materials nur in dem Schlauch 10-1 gesteuert weiden soll. Es gibt also für η beheizte Schläuche insgesamt n-1 Schalter 52.

Man nehme an, daß die Temperatur des geschmolzenen Materials in beiden Schläuchen 10-1 und 10-n gesteuert werden soll und daß daher der Schalter 52 geschlossen ist, und ignoriert man weiter den Einfluß des Widerstandes des Zweiges 34—40 auf die Spannung an dem Knotenpunkt 40', dann wird die Spannung am Knotenpunkt 40' gleich der Spannung am Knotenpunkt 38 sein, wenn die Temperatur des geschmolzenen Materials in dem Schlauch 10-n, dargestellt durch den Widerstandswert des Thermistors 23-n, gleich ist der gewünschten Bezugstemperatur, die durch den Wert des einstellbaren Widerstandes im Brückenarm 34—38 ist. Die Spannung des Knotenpunktes 40' wird oberhalb oder unterhalb der Spannung des Knotenpunktes 38 liegen, wenn die Temperatur des geschmolzenen Materials in dem Schlauch 10-n oberhalb oder unterhalb der gewünschten Temperatur des geschmolzenen Materials ist, wie sie durch den Widerstandswert im Zweig 34—38 dargestellt wird.

Um den Betrieb des elektronischen Schalters 22 und damit das Anlegen von Spannung an die Widerstände

12-1 12-n in Abhängigkeit von der Brücke 30

anzulegen, ist ein Komparator 58 in der Form eines kombinierten Differentialverstärkers und Triac-Triggers vorgesehen mit Eingängen 60 und 62, einer Ausgangsleitung 63 und einem BezugsanschiuQ 65, der mit dem Triac 22 über die Leitung 67 verbunden ist, um

den Verstärker-Trigger-Ausgang auf die an den Triac durch die Spannungsquelle 20 gegebene Spannung zu beziehen. Die Vergleichsschaltung 58 aus Differentialverstärker/Trigger liefert Impulse auf seine Ausgangsleitung fi3 bei jeweils 180°-Phasenwinkel-Intervallen synchron mit der angelegten Wechselspannung, wenn die Spannung am Anschluß 62 die Spannung am Anschluß 60 um einen vorbestimmten Betrag überschreitet. Ein derartiger kombinierter Differentiaiverstärker/Trigger ist an sich bekannt und in verschiedenen Publikationen der RCA Corporation, beispielsweise in RCA Datenblatt 490 — Linear Integrated Circuits, und in RCA Solid State Data Book Series SSD-202 beschrieben. Der Eingang 60 ist mit dem Meß-Knotenpunkt 38 der Brücke verbunden, während der Eingang 62 mit dem Meß-Knotenpunkt 40 der Brücke verbunden ist sowie mit dem Meß-Knotenpunkt 40' über den Schalter 52. Die Vergleichsschaltung 58 aus Differentialverstärker/Trigger liefert Ausgangsimpulse an die Triac-Sleuerelektrode 24 synchron mit den Null-Durchgängen der an den Triac von der Quelle 20 angelegten Wechselspannung, wenn die Temperatur des geschmolzenen Materials in sämtlichen Schläuchen 10-1,..., 10-/7 unterhalb der gewünschten Temperatur ist, die durch den Widerstandswert 46, 48 des Brückenzweiges repräsentiert wird, d. h. wenn die Spannung am Eingang 62 aus den Knotenpunkten 40 und 40' über der Eingangs-Spannung am Eingang 60 aus dem Knotenpunkt 38 liegt Wenn Triggerimpulse auf den Triac 22 gegeben werden, leitet der Triac wie eine durchverbundene Schaltung, mit dem Ergebnis, daß die Heizelemente 12-1,.., 12-n von der Spannungsquelle 20 mit Strom versorgt werden.

Wenn die Temperatur des geschmolzenen Materials in allen angeschlossenen Schläuchen 10-1,..., 10-n den gewünschten Wert, repräsentiert durch den Widerstandswert des Brückenzweiges 46, 48, angenommen hat, ist die Spannung für den aus Differentialverstärker/ Trigger gebildeten Vergleicher 58 am Anschluß 62, der die Spannungen der Knotenpunkte 40 und 40' repräsentiert, gleich dem Spannungswert am Anschluß 60 aus dem Knotenpunkt 38. Wenn die Spannungen für den Differentialverstärker/Trigger-Anschlüsse 60 und 62 gleich sind, liefert der Differentialverstärker/Trigger keine Impulse an die Steuerelektrode 24 des Triac 22, mit der Folge, daß der Triac im wesentlichen eine Stromkreisunterbrechung darstellt und die Heizelemente 12-1,..., 12-n aus der Quelle 20 keinen Strom erhalten.

Wenn die Temperatur des geschmolzenen Materials in allen Schäuchen 10-1,.., 10-n anfänglich unterhalb der gewünschten Temperatur, repräsentiert durch den Widerstandswert des Brückenzweiges 46,48, ist, liefert der Differentialverstärker/Trigger 58 Ausgangsimpulse an die Steuerelektrode 24 des Triac 22, wodurch der letztere durchschaltet und sämtliche Heizelemente 12-1, ..., 12-n aus der Spannungsquelle 20 Strom erhalten. Die Abgabe von Strom an sämtliche Heizelemente 12-1,.., 12-n über den Triac 22 setzt sich fort, bis die Temperatur des geschmolzenen Materials in einem der Schläuche

10-ί 10-n den gewünschten Wert erreicht. An dieser

Stelle erreicht der Knotenpunkt 40, 40' des Brückenzweiges 34,40,..., 34,40', der den demjenigen Schlauch zugeordneten Thermistor 23-1,..., 23-n enthält, dessen Material die gewünschte Temperatur erreicht hat, einen der Spannung des Knotenpunktes 38 gleichen Wert, woraufhin der differentielle Eingang zu den Anschlüssen 60 und 62 endet. Dadurch hören die den Triac

κι betätigenden Impulse auf der Leitung 63 aus dem Differentialverstärker/Trigger auf. Der Triac 22 kehrt dann in seinen nichtleitenden Zustand zurück und die Stromversorgung für sämtliche Heizelemente 12-1,..., 12-n aus der Spannungsquelle 20 hört auf.

!5 Für den Fall, daß einer der Thermistorarme 34. 40 oder 34,40' schadhaft wird, d. h. durchschmilzt oder eine sonstige Leitungsunterbrechung erfährt, nimmt der kombinierte Widerstand der Zweige 34, 40 und 34, 40' zu mit der Folge, daß die Spannung an dem

2(i Knotenpunkt 40,40' als Eingang 62 zum Differentialverstärker-Anschluß ansteigt. Dieser Spannungsanstieg am Eingang 62 wird von der Vergleichsschaltung 58 aus Differentialverstärker/Trigger als ein Temperaturabfall in dem geschmolzenen Material interpretiert Dadurch wird der Triac 22 bezüglich der Temperatur des geschmolzenen Materials vorzeitig leitend. Im Ergebnis wird das geschmolzene Material in den Schläuchen auf eine Temperatur oberhalb der gewünschten aufgeheizt. Diese erhöhte Temperatur ist jedoch nicht so hoch, daß die Schläuche ausgebrannt würden.

Insgesamt wurde eine Regelschaltung für die Temperatur des geschmolzenen Materials in mehreren einzelnen Behältern beschrieben, die beispielsweise einzelne Schläuche sein können, die unabhängig voneinander eine Abgabepistole für geschmolzenen Klebstoff mit einem Vorratstank verbinden, wobei von mehreren elektrischen Heizelementen jeweils eines einem geheizten Behälter zugeordnet ist Eine für sämtliche Heizelemente gemeinsame Spannungsquelle

hi versorgt sämtliche Heizelemente gleichzeitig mit Strom, wenn sie angeschlossen ist Ein zwischen die Heizelemente und die Spannungsquelle geschalteter elektronischer Schalter steuert die Stromversorgung für die Heizelemente. Eine thermostatische Steuerung mit

·»"> mehreren Thermistoren, von denen jeder auf die Temperatur eines bestimmten zugeordneten geheizten Behälters anspricht, sowie ein Brückennetzwerk wird vorgesehen, wobei die Brücke einen mit einem ersten Meß-Knotenpunkt verbundenen Referenztemperatur-

">" zweig sowie mehrere parallele, gemeinsam mit einem zweiten Meß-Punkt verbundene Zweige aufweist, von denen jeder einen eigenen Thermistor enthält Schließlich spricht ein Differentialverstärker auf die Spannung an den Meß-Punkten an und liefert kein Signal mehr zur

"" Steuerung des Schalters, um die Stromzufuhr zu den Heizern zu beenden, wenn einer der geheizten Behälter die gewünschte Bezugstemperatur erreicht

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schaltung zur thermostatischen Temperaturregelung von geschmolzenem Material, das sich in mehreren Behältern befindet, von denen jeder sowohl ein elektrisches Heizelement als auch einen Temperaturfühler aufweist, wobei alle Heizelemente an eine gemeinsame Stromversorgung angeschlossen sind und die Temperaturfühler den Heizstrom steuern, dadurch gekennzeichnet, daß alle aus temperaturabhängigen Widerständen (23) bestehenden Temperaturfühler gemeinsam an einem Eingang (62) einer Vergleichsschaltung (58) liegen, deren anderer Eingang (60) mit einem Temperatur-Sollsignal beschaltet ist und deren Ausgang in an sich bekannter Weise ein Schaltsignal für einen einzelnen Schalter (22) liefert, der in einer ■ gemeinsamen Stromzuführung für alle Heizelemente (12) liegt

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturabhängigen Widerstünde (23) Bestandteil einer Brückenschaltung sind und daß die beiden den Brückenausgang bildenden Knotenpunkte (38, 40) am Eingang (62, 60) der Vergleichsschaltung (58) liegen.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Brückenzweig (32; 44, 44'; 40, 40'; 50, 50'; 23-1, 23-fl; 34), dem die temperaturabhängigen Widerstände (23) zugeordnet sind, aus parallel schaltbaren Einzelzweigen besteht, von denen jeder einen der temperaturabhängigen Widerstände (23-n) einen Ausgangs-Knotenpunkt (z. B. 40') sowie einen Brückenwiderstand (z. B. 44) aufweist und daß jeweils zwei benachbarte J5 Ausgangs-Knotenpunkte (40, 40') dieser parallelen Einzelzweige mittels eines Schalters (52) verbindbar sind.

4. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu jedem temperaturabhängigen Widerstand (23-1, 23- n) ein Festwiderstand (30, 50') in Reihe geschaltet ist.

5. Schaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem anderen Brückenzwdg (32, 42, 38, 48, 46, 34) ein einstellbarer Widerstand (48) zur Vorgabe eines Temperatur-Sollsignals liegt.

6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1—5, gekennzeichnet durch eine parallele Stromzuführung zu allen Heizelementen (12).