-
-
Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben
-
eines Elektrowärmewerkzeuges Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Betreiben eines Elektrowärmewerkzeuges, insbesondere eines handgeführten Elektrowärmewerkzeuges.
-
Derartige Elektrowärmewerkzeuge, wie zum Beispiel Lötpistolen, Heißschneidegeräte
für Kunststoffe usw. sind in der Regel sehr einfach aufgebaut. Sie bestehen im wesentlichen
aus einem Netzschalter, einem Transformator und einem zu erwärmenden Werkzeugeinsatz
als Teil des Ausgangsstromkreises.
-
Die genannten Heizsysteme erfordern hohe Stromstärken bei Sicherheitskleinspannungen.
Um diese großen Ströme nicht über längere Leitungen führen zu müssen, wird die elektrische
Leistung im handgeführten Geräteteil transformiert.
-
Der wesentliche Nachteil dieser Geräte liegt in der durch das Transformatorgewicht
begrenzten Arbeitsleistung beim Arbeiten. Um ein ermüdungsfreies Arbeiten im Dauerbetrieb
zu ermöglichen,muß daher die Abgabeleistung auf einen bestimmten Wert, der bei Netzfrequenz
in aller Regel geringer als 100 Watt ist, begrenzt sein.
-
Das mögliche Arbeiten mit externem Transformator scheitert an den
großen Leitungsquerschniten für die Arbeitsströme.
-
Die Leitungsquerscnitte bedingen von der elektrischen Seite hohe Spannungs-
und Leitungsverluste, zudem ist durch sie die Handhabung des Geräts wesentlich erschwert.
-
Die bekannten Geräte weisen weiter den Nachteil auf, daß bei ihnen
eine Abschaltmöglichkeit im Bereich des handgeführten Geräteteils nur unter Schwierigkeiten
zu verwirklichen ist. So erfordert ein im Bereich hoher Stromdichte angeordneter
Schalter eine stärkere Dimensionierung, woraus ein hohes Schaltergewicht resultiert.
-
Die Schwelle des ermüdungsfreien Arbeitens ist somit durch einen im
Bereich des handgeführten Geräteteils angeordneten Schalter weiter herabgesetzt.
-
Die Anordnung eines Schalters vor dem Transformator, somit weiter
entfernt vom Werkzeugeinsatz, birgt für die Bedienungsperson den Nachteil eines
unwirtschaftl ichen Arbeitens. Zum Einschalten bzw. Auschalten des Gerätes muß die
Bedienungsperson jeweils das handgeführte Geräteteil weglegen bzw. die Arbeitsposition
verlassen.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines Elektrowärmewerkzeuges,
insbesondere eines handgeführten Elektrowärmewerkzeuges anzugeben, bei dem bei geringem
Gewicht des Gerätes die Abgabeleistung wesentlich erhöht ist.
-
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß der dem Flektrowärrnewerkzeug
zugeführte Strom auf eine hohe Frequ('.nz umgewandelt wird und über einen Wandler
unmittelbar dem zu erwärmenden Werkzeugeinsatz zugeführt wird.
-
Die Zuführung eines hochfrequenten Stromes zum Wandler bewirkt, daß
die Abgabeleistung bei gleichzeitiger
Beibehaltung des geringen
Gewichts des Gerätes wesentlich erhöht werden kann. Dabei sollte der Strom auf eine
Frequenz von mindestens 10 kHz umgewandelt werden. Anzustreben ist ein Frequenzbereich
von 50 bis 100 kHz. Bei Geräten, die in einem derartigen Frequenzbereich arbeiten,
kann die Abgabeleistung bei Beibehaltung des geringen Gewichts des Gerätes ohne
weiteres auf 500 Watt gesteigert werden.
-
Um zu einer optimalen Leistungsausbeute zu gelangen, sollte der auf
eine hohe Frequenz umzuwandelnde Strom eine zeitlich gleichbleibende Amplitude aufweisen.
Für den Fall, daß das Elektrowärmewerkzeug an das übliche Netz mit Wechselstrom
angeschlossen ist, bedeutet dies, daß der Strom vor der Umwandlung auf die hohe
Frequenz gleichgerichtet werden muß.
-
Erfindungsgemäß wird der hochfrequente Strom vor dem Wandler hinsichtlich
der zeitlichen Abfolge der einzelnen Stromstöße geregelt. Die Pause zwischen den
einzelnen Stromstößen kann sowohl in einem offenen Kreis als auch mittels eines
Regelgliedes geregelt werden, das direkt auf die Höhe der gewollten Frequenz Einfluß
nimmt. So kann beispielsweise die Regelung dadurch erfolgen, daß die Temperatur
des Werkzeugeinsatzes gemessen, mit einer vorgegebenen Sollwert- Temperatur verglichen
wird und aufgrund des Sollwert- Istwert- Vergleichs die Abfolge der einzelnen Stromstöße
geregelt wird.
-
Aufgabe der Erfindung ist es ferner, eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens zu schaffen.
-
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß der dem Elektrowärmewerkzeug
zugeführte Strom über einen Pulsgenerator einem Wandler, der unmittelbar mit dem
zu erwärmenden Werkzeugeinsatz verbunden ist, zugeleitet wird. Unter einem Pulsgenerator
wird dabei eine Zusammenfassung eines Schalt-
frequenzoszillators
und eines Schalttransistors bzw. eines Schaltfrequenzoszillators und einer Schalttransistorgruppe
verstanden.
-
Dem Pulsgenerator wird ein gleichgerichteter, geglätteter Eingangsstrom
zugeführt. Dieser wird entsprechend dem Taktverhältnis des Pulsgenerators auf eine
hohe Frequenz zerhackt. Der Strom hoher Frequenzen gelangt zum Wandler, der die
elektrische Leistung transformiert. Der Wandler sollte einen Ferritkern oder einen
Kern aus einem Material, das sich wie Ferrit verhält, aufweisen. handelt es sich
bei dem Eingangsstrom um einen Wechselstrom, so erfolgt die Gleichrichtung dieses
Stromes zweckmäßig mittels Dioden.
-
Eine gegebenenfalls erforderliche Glättung des Stromes kann durch
eine übliche Siebschaltung erfolgen.
-
Im Werkzeugeinsatz sollte ein Sensor, beispielsweise in Form eines
Thermoelementes , eines NTC- oder PTC- Widerstands oder eines Bimetallschalters
angeordnet sein. Die mit dem Sensor ermittelte Istwert- Temperatur wird iri einem
derartigen Fall mit einer Sollwert-Temperatur verglichen, wobei der Soll/Ist-Vergleich
als Steuergröße für einen zwischen Pulsgenerator und Wandler anyeordneten Regler
dient. Es ist jedoch gleichfalls möglich, auf einen R((ll(' zwischen Pulsgenerator
und Wandler zu verz i cliten und (i Regelgröße direkt dem Pulsgenerator über einen
Sollwert einzugeben.
-
Für den Fall, daß es nicht erforderlich ist, das Elektrowärmewerkzeug
mit der Hand zu Führe , ist vorgesehen, daß die Gleichrichtung, die Glättung und
die Umwandlung des Stromes auf die hohe Frequenz in einem gemeinsamen Bautel erfolgt
und in diesem sich auch der Wand 1er und rier Werkzeugeinsatz befinden. In einem
derartigen Fall ist das Elektrowärmewerkzeug stationär angeordnet, wobei die Materialien
an den Werkzeugeinsatz herangeführt werden.
-
Für den Fall, daß das Elektrowärmewerkzeug mit der Hand führbar sein
muß, ist vorgesehen, daß die Gleichrichtung,
Glättung und Umwandlung
des Stromes auf die hohe Frequenz in einem ersten Bauteil erfolgt und in einem zweiten
Bauteil der Wandler und der Werkzeugeinsatz angeordnet sind.
-
Die beiden Bauteile sind in diesem Fall durch ein Kabel mit Drähten,
die entsprechend den Arbeitsströmen dimensioniert sind, verbunden. Infolge der in
den Drähten geführten hohen Spannung kann das Kabel eine große Länge aufweisen.
Zum Arbeiten mit dem Elektrowärmewerkzeug wird nur das zweite Bauteil entsprechend
dem gewünschten Arbeitszweck von Hand geführt. In der Zuführung zum Wandler sollte
zweckmäßig ein Schalter angeordnet sein. Ist der Schalter in dem mit der Hand führbaren
Bauteil angeordnet, kann die Bedienungsperson das Elektrowärmewerkzeug ein- und
ausschalten ohne jeweils das den Wandler und den Werkzeuyeinsatz aufnehmende Bauteil
ablegen zu müssen.
-
Weitere Merkmale der Erfindung sind in der Beschreibunq dc Figuren
und in den Unteransprüchen dargestellt, wobei bemerkt wird, daß alle Einzelmerkmale
und alle Kombinationen von Einzelmerkmalen erfindungswesentlich sind.
-
In den Figuren ist die Erfindung an vier Ausführungsformen dargestellt,
ohne auf diese beschränkt zu sein.
-
Es stellt dar: Fig. 1 ein Blockschaltbi ld einer ersten Ausführungsform
der Erfindung mit einem über einen Sensor qestei erten Regler zwischen Pulsgenerator
und Wandler, Fig. 2 eine zweite Ausführungsform mit Regler ohne Sensorsteuerung,
Fig. 3 eine dritte Ausführungsform ohne Regler mit Selisil'-steuerung und Fig. 4
eine vierte Ausführungsform ohne Regler und ohne Sensorsteuerung.
-
Angeschlossen wird das handgeführte Elektrowärmewerkzeug an das Netz.
Dem Gleichrichter 1 gemäß der Darstellung ir Fig. 1 wird somit ein Wechselstrom
mit einer Frequenz
von 40 bis 60 Hz zugeführt. Nach der Gleichrichtung
des Stromes erfolgt zusätzlich eine Glättung des Stromes mittels einer Siebschaltung
2. Der die Siebschaltung 2 verlassende Strom zeitlich annähernd gleichbleibender
Amplitude wird einem Pulsgenerator 3 zugeleitet, der den Strom auf eine Frequenz
größer 10 kz zcrhackt. Dem Pulsgenerator 3 ist ein Regler 4 nachgeschaltet, der
den hochfrequenten Strom hinsichtlich der zeitlichen Abfolge der einzelnen Stromstöße
regelt. Der hoclifrequente Strom wird vom Regler 4 einem Wandler 5 mit Ferritkern
zugeführt.
-
In diesem wird die elektrische Leistung transformiert.
-
Der Strom gelangt schließlich zum Werkzeugeinsatz 6 und erwärmt diesen.
Der Werkzeugeinsatz 6 kann beispielsweise als Schneide, Spitze usw. ausgebildet
sein. Im Werkzeugeinsatz 6 ist ein Sensor 7 angeordnet. Dieser Sensor 7 kann beispielsweise
als Thermoelement, NTC- oder PTC-Widerstand oder als Bimetallschalter ausgebildet
sein.
-
Es ist jedoch gleichfalls denkbar, die Temperatur des Werkzeugeinsatzes
6 mit Hilfe der Ortoelektronik zu messen.
-
Der der Temperatur im Werkzeugeinsatz 6 entsprechende @@ den Sensor
7 ermittelte Temperatur-Istwert wird einem So wert-Istwert-Vergleicher 8 zugeführt.
In diesem wird der Istwert mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen. t)j(' Ausgangsgröße
des Sollwert-Istwert-Vergleichers 8 dient der Steuerung des Reglers 4. Ist die Temperatur
im Weikzeugeisatz 6 zu hoch, wird durch den Regler 4 die zeil 1 Abfolge der Stromstöße
vergrößert, bei zu geringer i ewt tur verkleinert. Die zeitliche Abfolge kann clal)ei
verhandert werden, indem bei fest vorgeyebener Frequenz das verhäll nis der Ein-/Ausschaltdauer
verändert wird, desgleichen indem die Frequenz verändert wird.
-
Der Gleichrichter 1, die Siebeschaltung 2, der Pulsgenera 3, der Regler
4 und der Soll-Istwert-Vergleici1er 8 sind iii einem ersten Bauteil angeordnet.
In einem zweiten Bauteil
befinden sich der Wandler 5, der Werkzeugeinsatz
6 sowie der Sensor 7. Durch die Anordnung der Teile 5 bis 7 in einem separaten Bauteil
ist es möglich, dieses Bauteil mit dem Werkzeugeinsatz mit der Hand zu führen. Nicht
dargestellt ist ein vor dem Wandler angeordneter Schalter.
-
Die Anordnung eines Schalters im zweiten Bauteil bietet sich an, um
der Bedienungsperson ein unkompliziertes Ein-und Ausschalten des Gerätes am zweiten,
mit der Hand geführten Bauteil zu ermöglichen.
-
Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild entsprechend der Darstellung in
Fig. 1, jedoch ohne den Sensor 7 und den Sollwert-Istwert-Vergleicher 8. Der Regler
4 wird bei dieser Ausführungsform vielmehr nur über einen dem Regler 4 einzugebenden
Sollwert gesteuert. Entsprechend der Größe des Sollwertes wird die zeitliche Abfolge
der einzelnen Stromstöße geregelt.
-
In Figur 3 ist eine Ausführungsform dargestellt, die im wesentlichen
der Ausführungsform nach der Darstellung in Fig. 1 entspricht. Im Unterschied zu
dieser Ausführungsform kann hier jedoch auf einen separaten Regler 4 verzichtet
werden. Der Ausgangswert des Sollwert-Istwert-Vergleichers 8 wird vielmehr direkt
dem Pulsgenerator 3 zugeleitet. Entsprechend dem Ausgangswert wird die Ausgangsfrequenz
des Pulsgenerators 3 erhöht oder erniedrigt.
-
Die Ausführungsform nach der Figur 4 entspricht im wesentlichen der
Ausführungsform nach der Figur 2.
-
Auch hier erfolgt die Regelung ausschließlich über den Sollwert. Im
Unterschied zu der Ausführungsform nach der Figur 2 wird der Sollwert direkt in
den Pulsgenerator 3 eingegeben und auf einen separaten Regler 4 verzichtet.