DE2856304C2

DE2856304C2 - Steuereinrichtung zur automatischen Regelung des Heizstroms eines Gießgerätes für Dentalgüsse

Info

Publication number: DE2856304C2
Application number: DE2856304A
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl.-Phys.Dr. 6102 Pfungstadt Eiermann; Helmut Dipl.-Phys.Dr. 7530 Pforzheim Knosp; Peter 6836 Oftersheim Rauh; Gerhard 7530 Pforzheim Woweries
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1978-12-27
Filing date: 1978-12-27
Publication date: 1984-06-28
Also published as: DE2856304A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zur automatischen Regelung des Heizstroms eines mit einer elektrischen Heizwicklung aus einem Material mit positivem Temperaturkoeflizientcn des elektrischen Widerstandes versehenen Gießgerätes für Dentalgüssc.

Zum Schmelzen und Gießen vorzugsweise von F.delmetallegierungen sind in der Zahntcchnik elektrisch beheizte öfen in Verbindung mit geeigneten Gießanlagen gebräuchlich. Zur Erreichung der für hochschmelzcnde Legierungen erforderlichen Gicßiemperaluren von ea. C bestehen die Heizwicklungen dieser Öfen meist aus Platinlegierungen, beispielsweise aus einer l'latin-Rhodium-Legierung mit 70% Platin und 30% Rhodium. Solche Wicklungen haben einen positiven Temperaturkoeffizienten, so daß beispielsweise der Widerstandswert der genannten Platin-Rhodium-Wicklung beim Aufheizen von Zimmertemperatur auf 1400⁰C auf fast das Dreifache ansteigt.

Üblicherweise werden öfen mit derartigen Heizwicklungen durch einen Transformator mit fester Sekundärspannung mit der notwendigen Heizleistung versorgt.

to Die Sekundärspannung darf dabei nur so groß gewählt werden, daß beim Anheizen bei Raumtemperatur (= geringster Widerstand der Wicklung) kein zu hoher Einschaltstrom fließt, der zur Beschädigung der Heizwicklung führt bzw. die zulässige Stromaufnahme durch das Versorgungsnetz übersteigt (Netzsicherung spricht an). Bei diesem Verfahren müssen nach dem Einschalten kurzzeitig Sekundärströine von mehr als 50 A in Kauf genommen werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß bei fest eingestellter maximal möglicher Sekundärspannung das Erreichen der erforderlichen Temperatur von 1400⁰C wegen des mit der Temperatur zunehmenden Widerstands der Heizwicklung relativ langsam erfolgt.

Für den praktischen Betrieb ergeben sich dadurch zu lange Aufheizzeiten. Hinzu kommt, daß mit zunehmender Gebrauchsdauer der Öfen der elektrische Gesamtwiderstand der Heizwicklung infolge Abdampfens von Legieruiigsbestandteilen ansteigt. Neben einer dadurch hervorgerufenen zusätzlichen Verlängerung der Auf-

jo heizdaucr ist darüber hinaus bei gealterten öfen nicht mehr gewährleistet, daß die Endtemperatur von 1400°C erreicht wird. Bei fest eingestellter Sekundärspannung fehlt deshalb die zur Erreichung der Endtemperatur notwendige Leistiingsreserve.

Es ist daher schon versucht worden, die Versorgungsspannung in Abhängigkeit von der Temperatur an die Widerstandscharakteristik der Heizwicklung anzupassen. Dies kann beispielsweise durch Dreh- oder StufentransforniiUoren geschehen. Für den Praxisbetrieb ist jedoch eine automalisch arbeitende Steuerung anzustreben. Bekannte Steuerungsarten für Heizgeräte sind beispielsweise die Phasenanschnittsteuerung und die Schwingungspaketsteuerung. Diese sowie andere bekannte Steuerungsarten sind zwar im Prinzip anwendbar, sie weisen jedoch Nachteile im Hinblick auf die Gebrauchsdauer von öfen mit Heizwicklur.gen insbesondere aus Platinlegierungen auf.

Die Nachteile liegen vor allem darin, daß bei Steuerungsartcn, die den Stiom konstant halten, beispielsweise se die Phasenanschnittsteuerung, die aufgenommene Leistung mit dem Widerstand der Heizwicklung zunimmt. Dies hat zur Folge, daß eine mit zunehmender Gebrauchsdauer eintretende Erhöhung des Widerstands zu einer Steigerung der aufgenommenen Leistung führt, die das Abdampfen der Heizwicklung beschleunigt und damit einen erhöhten Verschleiß der Öfen verursacht (Selbstmordeffekt). Die Verwendung der Schwingungspaketsteuerung zur Anpassung der Leistung hat die Nachteile, daß die diskontinuierlich zugeführte Leistung kurzzeitig aufeinanderfolgenden Temperaturschwankungen im Ofen führt, die die Heizwicklung und die Keramik sowohl thermisch als auch wegen deren unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten mechanisch erheblich belasten, und daß kurzzeitig

hl hohe Spiizcnströme auftreten.

Aus der US-PS 36 20 294 ist es bekannt, die Heizleistung von Gießgeraten mit Induktionsspulenheizung durch ein Kegel- und .Steuergerät temperatur- und pro-

grammabhängig zu beeinflussen. Außerdem ist es aus der DE-OS 15 40 918 bekannt, die Heizleistung von Heizvorrichtungen temperaturabhängig durch eine Umschaltung an Kontakten des Speisetransformators zu tätigen. Beide Schriften geben jedoch keinen Hinweis auf die Regelung von elektrischen i^J,eizwicklungen mit einem positiven Koeffizienten des elektrischen Widerstands.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuerungseinrichtung zur automatischen Regelung des Heizstroms eines mit einer elektrischen Heizwicklung aus einem Material mit positivem Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands versehenen Gießgeräter. für Dentalgüsse zu schaffen, wobei zur Schonung der Heizwicklung das Aufheizen im unteren Temperaturbereich mit relativ niedriger Spannung erfolgen soll und bei höheren Temperaturen durch Übergang auf eine höhere Spannung eine ausreichende Leistungsreserve vorhanden sein soll, ohne daß ein Abdampfen von Legierungsbestandteilen aus der Heizwicklung, hohe Spitzenströme oder mechanische Belastungen auftreten.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Transformator mit zwei Spannungsabgriffen über die Umschaltkontakte eines Umschaltrelais und über einen elektrischen Leistungsschalter an die Heizwicklung des Schmelzofens des Gießgeräts geschaltet ist, wobei Umschaltrelais und elektronischer Leistungsschalter gesteuert durch eine Steuer- und Regeleinheit deutlich unterhalb der Solltemperatur den Strom ein- und in einem Temperaturbereich oberhalb der Solltemperatur den Strom ausschalten, und daß das Umschaltrelais unterhalb einer fest eingestellten Temperatur, die ihrerseits unterhalb der Solltemperatur liegt, den Spannungsabgriff mit der niedrigeren Spannung und bei Temperaturen oberhalb dieser fest eingestellten Temperatur den Spannungsabgriff mit der höheren Spannung schaltet.

Die Abbildung zeigt schematisch eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung.

Ein an das Stromnetz angeschlossener Transformator (1) mit zwei Spannungsabgriffen (A und B) ist über die Umschaltkontakte (7) eines Umschaltrelais (2) und einen elektronischen Leistungsschalter (3) mit der Heizwicklung (4) des Schmelzofens (8) verbunden. Die Stromregelung erfolgt dabei über den Temperaturfühler (6) und die Steuer- und Regeleinheit (5).

Die Steuereinrichtung zur automatischen Regelung des Heizstroms besteht darin,daß derTransformator(i) über die Umschaltkontakte (7) und über den elektronischen Leistungsschalter (3) an die Heizwicklung (4) geschaltet ist, wobei das Umschaltrelais (2) und der elektronische Leistungsschalter (3), gesteuert durch die Steuer-und Regeleinheit (5), unterhalb der Solltemperatur den Strom ausschalten und das Umschaltrelais (2) unterhalb einer fest eingestellten Temperatur, die unterhalb der Solltemperatur liegt, den Spannungsabgriff mit der niedrigeren Spannung, und bei Temperaturen oberhalb dieser fest eingestellten Temperatur, den Spannungsabgriff mit der höheren Spannung schaltet.

Dadurch wird nach dem Einschalten des Heizstroms gemäß Schaltstellung A der Ofen mit verminderter Spannung betrieben. Würde man den Ofen nur mit dieser, den Erfordernissen bei tiefer Temperatur angepaßten Spannung betreiben, würde er die Solltemperatur erst nach sehr langer Zeit erreichen. Daher wird bei Erreichen einer fest eingestellten Temperatur T, (z. B.

bei 600"C) das Umschaitrelats (2) automatisch in Schaltstellung B umgeschaltet, so daß der Ofen mit erhöhter Spannung betrieben wird und damit beschleunigt aufheizt.

Bei Erreichen der Solltemperatur unterbricht der elektronische Leistungsschalter (3) den Heizstrom, bei Unterschreiten schaltet er erneut ein usw. Als Stellglied der eigentlichen Regelung ist demnach der elektronische Leistungsschalter (3) wirksam, vorteilhafterweise

ίο ein Thyristor.

Im einfachsten Fall schaltet er die erhöhte Spannung beim Regeln ein und aus. In den Fällen, in denen die verminderte Spannung zum Halten der Solltemperatur ausreichend ist, wird vorteilhafterweise folgende Arbeitsweise gewählt: Beim Überschreiten der Temperatur T₂, die geringfügig, z. B. 30°C unterhalb T_Mngewählt ist, schaltet das Umschaltrelais (2) auf die verminderte Spannung, Schaltstellung A um. so daß beim Regeln nur die verminderte Spannung ein- und ausgeschaltet wird, eine Maßnahme, die sich günstig auf die Lebensdauer der Heizwicklung(4) auswirkt.

Die Tatsache, daß mit dem elektronischen Leistungsschalter (3) der Heizstrom völlig abgeschaltet werden kann, läßt vorteilhafterweise sich zur Schonung der Schaltkontakte (7) des Umschaltrelais (2) ausnutzen: Dazu muß die Steuer- und Regeleinrichtung die Umschaltbefehle für den elektronischen Leistungsschalter (3) und das Umschaltrelais (2) so koordinieren, daß beim Überschreiten der Schaltpunkttemperatur T\ ohne zeitliehe Verzögerung der Leistungsschalter (3) gesperrt wird, so daß die nach Ablauf einer kleinen Verzögerungszeit stattfindende Umschaltung der Relaiskontakte (7) von A auf B stromlos erfolgt. Nach Ablauf einer zweiten, ebenfalls kleinen Verzögerungszeit schaltet der Haibleiterleistungsschalter wieder ein.

Auf diese Weise läßt sich eine starke Schonung und damit eine Erhöhung der Lebensdauer der Schaltkontakte (7) erreichen.
Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung hat den Vorteil, daß das Aufheizen der Heizwicklung im unteren Temperaturbereich mit relativ niedriger Spannung erfolgt und so die Heizwicklung schont. Durch Umschaltung auf eine höhere Heizleistung bei höheren Temperaturen ist eine ausreichende l.eistungsreserve vorhanden, ohne daß ein Abdampfen von Legierungsbestandteilen der Heizwicklung zu befürchten ist, hohe Spitzenströme oder mechanische Belastungen auftreten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuereinrichtung zur automatischen Regelung des Heizstroms eines mit einer elektrischen Heizwicklung aus einem Material mit positivem Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands versehenen Gießgerätes für Dentalgüsse, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transformator (1) mit zwei Spannungsabgriffen über die Umschaltkontakte (7) eines Umschaltrelais (2) und über einen elektronischen Leistungsschalter (3) an die Heizwicklung (4) des Schmelzofens (8) des Gießgerätes geschaltet ist. wobei Umschaltrelais (2) und elektronischer Leistungsschalter (3) gesteuert durch eine Steuer- und Regeleinheit (5) deutlich unterhalb der Solltemperatur den Strom ein- u;id in einem Temperaturbereich oberhalb der Solltemperatur den Strom ausschalten, und daß das Umschaltrelais (2) unterhalb einer fest eingestellten Temperatur, die ihrerseits unterhalb der Solltemperatur liegt, den Spannungsabgriff mit der niedrigeren Spannung und bei Temperaturen oberhalb dieser festeingestellten Temperatur den Spannungabgriff mit der höheren Spannung schaltet.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Lebensdauer der Heizwicklung (4) durch die Steuer- und Regcleinheit (5) beim Überschreiten einer Temperatur, die dicht unterhalb der Solltemperatur liegt, wieder auf die verminderte Spannung geschaltet wird, so daß bei der Regelung auf Solltemperatur die verminderte Spannung durch den elektronischen Leistungsschalter (3) ein/aus-geschaltet wird.

3. Steuereinrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur stromlosen Umschaltung der Umschaltkontakte (7) des Umschaltrelais (2) beim Erreichen der Temperatur, bei der das Umschaltrelais (2) die Spannungen umschalten soll, die Steuer- und Regeleinhcit (5) so eingerichtet ist, daß sie in diesem Fall ein zeitliches Nacheinander mehrerer Schaltschritte auslöst, durch die zuerst der elektronische Leistungsschalter (3) gesperrt, anschließend nach einer kleinen Verzögerungszeit das Umschaltrelais (2)umsehaltet und anschließend nach einer weiteren kleinen Verzögerungszeit der elektronische Leistungsschalter (3) erneut eingeschaltet wird.

4. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als elektronischer Leistungsschalter (3) ein Thyristor verwendet wird.