DE3432824A1

DE3432824A1 - Vorrichtung zur erwaermung eines materials und zur bestimmung der temperatur dieses materials

Info

Publication number: DE3432824A1
Application number: DE19843432824
Authority: DE
Inventors: Toni 4040 Neuss Küpper
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1984-09-06
Filing date: 1984-09-06
Publication date: 1986-03-13
Anticipated expiration: 2004-09-07
Also published as: AU4613485A; GB2164177B; DE3432824C2; AU582580B2; CA1245260A; JPS6168886A; GB8521540D0; GB2164177A

Description

Vorrichtung zur Erwärmung eines Materials und zur Bestimmung der Temperatur dieses Materials

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung eines Heizelementes, das Wärme auf ein Material über-: trägt und zur Bestimmung, ob die Temperatur des Heizelementes·' unterhalb einer gewünschten Temperatur liegt, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Erwärmung eines bandförmigen Materials. Beispielsweise ist eine derartige Erwärmung beim Entwicklungsprozeß eines bahnförmigen Filmmaterials erforderlich.

Es sind verschiedene Einrichtungen zur Erwärmung von Elementen bzw. Materialien bekannt. Beispielsweise wird bei

einer bekannten Anordnung ein drehbar gelagertes ohmsches Heizelement über vorgesehene Schleifringe mit der zur Erwärmung erforderlichen Leistung versorgt. Dabei wird das zu erwärmende bandförmige Material um das Heizelement herumgeführt. Die Temperaturermittlung erfolgt in diesem Fall beispielsweise durch einen Temperaturfühler, der fest mit dem zu erwärmenden Element verbunden ist, wobei die Meßspannung ebenfalls über Schleifringe übertragen wird. Ein Nachteil einer derartigen Anordnung besteht darin, daß die erforderlichen Schleifringe ein Bremsmoment, Übergangswiderstände und Thermospannungen verursachen. Zudem sind derartige Schleifringe einem Verschleiß unterworfen. Der fest mit dem '· zu erwärmenden Element verbundene Temperaturfühler erfaßt nur die Temperatur an der Stelle, an der er angeordnet ist. ; Außerdem wird infolge der Zeitkonstanten des Temperaturfüh- : lers die Regelgeschwindigkeit der gesamten Anordnung herabgesetzt.

Es ist auch bekannt, Temperaturfühler lose bzw. schleifend an ein Heizelement zu koppeln. Ein Nachteil besteht dabei darin, daß der Temperaturfühler die Temperatur ebenfalls nur an der Stelle erfaßt, an der er sich befindet. Außerdem besteht zwischen dem Temperaturfühler und dem Meßobjekt ein nur schwer vorhersehbarer thermischer übergangswiderstand, wobei eine Änderung der thermischen Kopplung eine

nachteilige Temperaturdrift zur Folge hat. Schließlich ändert sich bei einer derartigen Anordnung des Temperaturfühlers dessen Zeitkonstante, so daß die Regelgeschwindigkeit in sich ändernder Weise herabgesetzt wird.

Weiterhin ist es auch bekannt, die Temperatur des Meßobjektes durch Strahlungsmessung zu erfassen. Ein Vorteil besteht dabei darin, daß die Messung berührungslos mit der Hilfe eines Pyrometers erfolgt. Ein Nachteil besteht ebenfalls darin, daß sich die Temperaturermittlung immer nur auf den durch das Pyrometer gerade erfaßten Ort des Meßobjektes bezieht. Außerdem beeinflußt die Oberfläche des Meßobjektes relativ stark die abgestrahlte und vom Pyrometer empfangene Strahlung. Dies bedeutet, daß während des Meßvorganges eintretende Oberflächenveränderungen Meßfehler verursachen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Einrichtung zur Erwärmung eines Heizelementes, das mit einem zu erwärmenden Material in Berührung gebracht werden kann, und zur Ermittlung eines ersten elektrischen Parameters, der sich auf die Temperatur des Heizelementes bezieht, anzugeben, durch die in Übereinstimmung mit einem in einer einfachen Weise durchgeführten Vergleich des ermittelten elektrischen Parameters mit einem zweiten elektrischen Parameter dem Heizelement Leistung zugeführt werden kann, wobei

sich die Ermittlung des ersten elektrischen Parameters nicht auf eine bestimmte Stelle des Heizelementes an oder auf dem Heizelement bezieht.

Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmale gekennzeichnet ist.

Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Einrichtung besteht darin, daß weder zur Leistungszufuhr zum Heizelement noch zur Erfassung des sich auf die Temperatur des Heizelementes beziehenden elektrischen Parameters, noch zur Übertragung des elektrischen Parameters zu einem Vergleicher bewegliche Teile -■ erforderlich sind.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß in dem durch die vorliegende Erfindung geschaffenen Temperaturregelkreis keine von der Temperaturleitung abhängigen Verzögerungsstrecken vorhanden sind, die entweder eine schnelle Regelung verhindern und/oder bei schnellen Regelabweichungen oder Sollwertveränderungen zum Temperaturüberschwingen führen könnten. Bei der vorliegenden Erfindung hängt die Regelgeschwindigkeit lediglich von der Einschwingzeit der Schaltung ab, die verwendet wird, um zu bestimmen, ob eine Änderung

der zum Heizelement zu übertragenden Leistung erforderlich ist.

Vorteilhafterweise wird bei der vorliegenden Einrichtung die mittlere Temperatur des Heizelementes und nicht die Temperatur einer vorgegebenen Stelle angezeigt, wie dies bei der Verwendung eines temperaturempfindlichen Sensors der Fall ist.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das Heizelement zu keiner Zeit Temperaturen aufweist, die größer sind als die tatsächlich benötigten. Dies hat zur Folge, daß der Heizring nicht mehr als nötig belastet wird.

Vorteilhafterweise sind bei der vorliegenden Einrichtung · ^ keine, einem Alterungsprozeß unterworfenen Temperatursensoren vorhanden. Außerdem besteht vorteilhafterweise keine ; thermische Kopplung zwischen dem Heizelement und dem Temperatursensor,· die sich verändern und die durchgeführte Ermittlung verfälschen kann.

Bei der Ausgestaltung des Heizelementes als drehbarer Ring, durch den ein um ihn herumgeführtes bahnförmiges Material erwärmt wird, hängt das Antriebsdrehmoment des Ringes vor-

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teilhafterweise lediglich von dessen Lagerreibung ab. Dabei weist das bahn- oder streifenförmige Material einen Reibungskontakt zum Ringelement auf, um dieses zu drehen, wenn es bewegt wird. Erst bei sehr hohen Drehzahlen entsteht

ein durch Wirbelströme verursachtes Bremsmoment.

Vorteilhafterweise hängt die Gleichmäßigkeit der eingespeisten Leistung und damit bei gleichmäßiger Wärmeabfuhr die Temperaturverteilung am Ring linear von der Genauigkeit des Ringquerschnittes ab.

Da bei der Verwendung eines Heizringes die aufzuheizende Masse" so gering wie mechanisch möglich gehalten werden kann, ergibt-" sich vorteilhafterwiese eine geringe Anschlußleistung bzw. eine kurze Aufheizzeit. ";

Im folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen \- im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 in schematischer Weise den Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung;

und
Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Die vorliegende Erfindung findet insbesondere Anwendung im Zusammenhang mit der Vervielfältigung von Mikrofilmen, wobei der Film in einem Schritt belichtet und in einem weiteren Schritt entwickelt wird. Dabei werden der Mutterfilm und der zu belichtende Film zwischen zwei Vorratsrollen mit der Hilfe von elektromotorisch angetriebenen Transportrollen umgespult. Bei der Entwicklung ist es erforderlich, den belichteten Film zu erwärmen. Dies erfolgt dadurch, daß der belichtete Film 2 in der aus der Figur 1 ersichtlichen Weise um einen Heizring 1, bei dem es sich vorzugsweise um einen mit der Hilfe von Teflonlagern 13 gelagerten Aluminiumring handelt,

herumgeführt wird.

Durch den Kontakt des belichteten Filmes 2 mit dem Heizring

1 wird die zur Entwicklung erforderliche Wärme auf den Film

2 übertragen. Der Heizring 1 ist durch die bereits erwähnten ■

Teflonlager 13 drehbar gelagert und wird infolge der ümschlingung durch den bewegten Film 2 gedreht. Beispielsweise weist ■* der Heizring 2 einen Querschnitt von 150 mm², einen Umfang von 603 mm und'einen Kurzschlußwiderstand bei 20⁰C von etwa 115 μΟΙιπι auf. Durch die Drehung des Heizringes 1 wird eine gleichmäßige Wärmeverteilung bewirkt, obwohl die Wärme ungleichmäßig abgeführt wird.

Bei der vorliegenden Einrichtung stellt der Heizring 1 gleichzeitig die Sekundärwicklung eines Transformators dar, dessen Transformatorkern in der Figur 1 mit 3 bezeichnet ist. Primärseitig ist der Transformator über die Primärwicklung 4 an die Anschlüsse 6, 7 einer Wechselspannungsquelle angeschlossen. Dies bedeutet, daß die zur Erwärmung des Heizringes 1 erforderliche Leistung von der Wechselspannungsquelle in der Form einer Wechselspannung über die Primärwicklung 4 dem als Sekundärwicklung dienenden Heizring 1 zugeführt und dort in Wärme umgesetzt wird, weil die Sekundärwicklung 1 einen geschlossenen elektrischen Weg bildet. Beispielsweise wird über die Primärwicklung eine Leistung von 115 Volt und 1,8 Ampere zugeführt, wobei sich in dem Heizring 1 eine Spannung von etwa 0,2 Volt und etwa 1000 Ampere ergeben, die in Wärme umgewandelt werden.

Zur Temperaturerkennung ist bei der vorliegenden Einrichtung eine zusätzliche Wicklung 5 auf einem Kern 3 vorgesehen, die als Ermittlungswicklung verwendet wird, um den Einfluß des temperaturabhängigen Widerstandes der Primärwicklung zu umgehen. Ein Vergleich des Stromes der Primärwicklung 4 mit der Ausgangsspannung an der Ermittlungswicklung 5 liefert eine Anzeige, ob die gewünschte Temperatur zur Erwärmung des Heizringes 1 vorliegt. Die Einrichtung weist einen Vergleicher 10 auf, in dem ein die Ausgangsspannung der Ermittlungswicklung 5 anzeigendes Signal mit einem Signal

verglichen wird, das den durch die Primärwicklung 4 fließenden Strom anzeigt. Dabei wird dieses den durch die Primärwicklung 4 fließenden Strom anzeigende Signal vorzugsweise dadurch erzeugt/ daß in einer Meßeinrichtung 9 der Spannungsabfall an einem im Primärkreis angeordneten Widerstand gemessen wird. In Abhängigkeit von der durch den Vergleicher 10 ermittelten Differenz zwischen dem die Ausgangs sspannung der Ermittlungswicklung 5 anzeigenden Signal und dem den in der Primärwicklung 4 fließenden Strom anzeigenden Signal wird eine Schalteinrichtung 8 angesteuert, die in dem Primärkreis angeordnet ist, um den Stromfluß in dem Primärkreis zu steuern.Als Schalteinrichtung 8 ist vorzugsweise ein Triacelement vorgesehen, das durch das Ausgangssignal des Vergleichers 10 angesteuert wird.

Im folgenden wird näher erläutert, auf welche Weise bestimmt wird, ob die Temperatur des Heizringes 1 den gewünschten Temperaturwert aufweist. Um den Heizring 1 auf die gewünschte Temperatur aufzuheizen, und auf dieser Temperatur zu halten, ist es erforderlich, der Primärspule 4 von der Wechselspannungsquelle Strom zuzuführen. Eine Ermittlung der Temperatur des Heizringes 1 kann auch nur dann erfolgen, wenn der Primärspule 4 Strom zugeführt wird, wobei an der Ermittlungswicklung 5 die zur Temperaturmessung erforderliche Ausgangsspannung, die durch die Spannungsmeßeinrichtung 12 erfaßt

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wird, entsteht. Um zu vermeiden, daß der Heizring 1 über eine vorgegebene Temperatur hinaus erwärmt wird, ist es erforderlich, die Primärwicklung 4 während gesteuerter Zeitperioden zu erregen, die einerseits dazu dienen, um den Heizring 1 auf die geforderte Temperatur zu erwärmen und bei Erreichen der geforderten Temperatur auf dieser zu halten, und die andererseits den Temperaturmeßzyklus bestimmen. Es muß dabei darauf geachtet werden, daß der der Primärwicklung 4 zugeführte Stromdurch die Zeitperiode so begrenzt wird, daß der Heizring 1 nicht über die geforderte Temperatur hinaus erwärmt wird. Genauer gesagt wird durch die Schaltung bewirkt, daß der im Kreis der Primärwicklung 4 liegende elektronische Schalter 8 während einer ; " kurzen Zeit betätigt wird, um es zu ermöglichen, daß ein /_ Strom in der Primärwicklung 4 fließt. Diese kurze Durch- ".. schaltzeit muß wenigstens so groß sein, daß die Erfassung der Ausgangsspannung der Ermittlungswicklung 5 durch die ·..- Spannungsmeßeinrichtung 12 erfolgen kann. Beispielsweise ": beträgt die Durchschaltzeit bei einer Wechselspannung von 50 Hz wenigstens 1 see. Diese Durchschaltzeit wird im folgenden als Zwangseinschaltzeit bezeichnet. Nach Ablauf der Zwangseinschaltzeit wird durch den durch den Vergleicher 10 vorgenommenen Vergleich bestimmt, ob der elektronische Schalter 8 geschlossen bleibt, um eine Erwärmung des Heizringes 1 auf die geforderte Temperatur zu erreichen, oder ob der elektronische Schalter 8 geöffnet

wird, wenn diese Temperatur noch besteht. Wenn die Temperatur des Heizringes 1 unterhalb der geforderten Temperatur liegt, wird der elektronische Schalter 8 so lange im geschlossenen Zustand gehalten, bis durch den Vergleicher 10 ermittelt wird, daß die geforderte Temperatur erreicht wird. Dies bedeutet, daß der der Primärwicklung 4 zugeführte Stromimpuls über die Zwangseinschaltzeit hinaus verlängert wird, bis der geforderte Temperaturwert erreicht ist. Der elektronische Schalter wird dann geöffnet und es wird der Primärwicklung 4 danach bis zur nächsten Zwangseinschaltzeit während einer vorgegebenen Zeit kein Strom zugeführt. Wenn der während einer Zwangseinschaltzeit durchgeführte Vergleich anzeigt, daß die gewünschte Temperatur des Ringes vorliegt, wird der Stromfluß über den elektrischen Schalter 8 nach der Zwangseinschaltzeit beendet und es wird eine vorgegebene Zeit (Zwangsausschaltzeit) von beispielsweise 5 Sekunden vorge- ' · sehen, bevor die nächste Zwangseinschaltzeit erfolgt. Die Zwangsausschaltzeit richtet sich nach dem gewünschten Regel- „_: bereich der einzuspeisenden Leistung. Bei dem nächstfolgenden Stromimpuls laufen dieselben Vorgänge ab, wie sie voranstehend beschrieben wurden.

Die Figur 2 zeigt ein detailliertes Schaltbild der Schaltungsanordnung der Fig. 1. Einzelheiten der Figur 2, die bereits im Zusammenhang mit der Figur 1 beschrieben wurden,

tragen die entsprechenden Bezugszeichen. Die eine Seite der Primärwicklung 4 ist mit dem elektronischen Schalter 8 verbunden, während der Anschluß 7 des Primärkreises mit der Strommeßeinrichtung 9 verbunden ist. Diese besteht aus wenigstens einem Widerstand 91, der in Reihe zum elektronischen Schalter 8 geschaltet ist, und an dem eine Spannung abfällt, die proportional zu dem durch die Primärwicklung 4 fließenden Strom ist. Die Erfassung des fließenden Stromes erfolgt durch einen Operationsverstärker 92, der so geschaltet ist, daß er auf die Spannung am Widerstand 91 anspricht. Der Verstärkungsfaktor dieses Operationsverstärkers 92 kann durch Potentiometer 93 bzw. 94 wahlweise eingestellt werden, wobei diese Potentiometer 93, 94 durch Schalten eines Relaiskontakt 93" zwischen den Ausgang des Verstärkers 92 und einen Eingang dieses Verstärkers geschaltet werden. Der Wert der einge- : stellten Verstärkung hängt von der gewünschten Temperatur im : : Heizring 1 ab. - -

Am Ausgang des Operationsverstärkers 124¹ der Spannungsmeßeinrichtung 12/ der die Ermittlungsspannung von der Ermittlungswicklung 5 zugeführt wird, wird ein die Spannung der Wicklung 5 repräsentierendes Signal erzeugt. Dabei kann das Verstärkungsverhältnis des Verstärkers 124' so eingestellt werden, daß es 1:1 oder 1:-1 beträgt. Die Einstellung erfolgt durch zwei Operationsverstärker 124, 125, deren Eingänge in der dargestellten Weise miteinander verbunden sind,und durch eine

Dioden-Brückenschaltung 125', 126, 127, 128. Die Ausgänge der beiden Verstärker 124, 125 sind mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Dioden 126 und 128 und mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Dioden 125' und 127 verbunden. Die Verbindungspunkte 97, 129, die jeweils den Dioden 125' und 126 bzw. 127 und 128 gemeinsam sind, bilden Meßpunkte. Der Ausgang des Operationsverstärkers 124 ist über eine Diode 130 mit Masse verbunden. Der invertierende Eingang des Verstärkers 124 und der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers 125 sind miteinander und mit einem Phasenschieber 121, 122, 123 verbunden, der eine Spannung erzeugt, deren Phase in Bezug auf die Spannung vor der Ermittlungswicklung um einen vorgegebenen Winkel verschoben ist. Die ; Wirkungsweise und der Zweck dieses Phasenschiebers wird nachfolgend noch näher erläutert. Der Phasenschieber besteht vorzugsweise aus den zwischen den Anschlüssen der Ermittlungswicklung 5 bzw. den Eingängen der Meßspannungseinrichtung 12 in Reihe geschalteten Widerständen 121, 122 und dem parallel zu dem Widerstand 121 geschalteten Kondensator 123. Die restlichen Eingänge der Verstärker 124, 125 sind miteinander und mit Masse verbunden. Bei einer derartigen Verbindung der Eingänge liegen an den Ausgängen der Operationsverstärker 124, 125 immer entgegengesetzte Potentiale an. Zunächst wird angenommen, daß während einer Halbwelle der phasenverschobenen Spannung der Ermittlungswicklung am Ausgang des Verstärkers

124 ein negatives Potential und am Ausgang des Verstärkers

125 daher ein positives Potential anliegt. In diesem Fall sperren alle Dioden 125" bis 130 der Dioden-Brückenschaltung, so daß der Meßpunkt 129 stromlos ist. Dadurch wird das Verstärkungsverhältnis des Verstärkers 124* auf den Wert 1:1 eingestellt. Dies gilt auch für den Operationsverstärker 96, dem das den im Primärkreis fließenden Strom darstellende Signal zugeführt wird. Der eine Eingang des Verstärkers 96 ist über einen Widerstand mit dem Ausgang des Verstärkers 92, der dieses Signal erzeugt, und mit dem Meßpunkt 97 der Dioden-Brückenschaltung verbunden. Wenn sich die Polaritäten der Ausgänge der Verstärker 124, 125 umkehren, fließt ein Strom über die Dioden 127, 128, 130 und die diesen vorgeschaltete Widerstände. Am Meßpunkt 129 wird Massepotential erzeugt, das den Wert 1:-1 des Verstärkungsverhältnisses des Verstärkers 124' bewirkt. Entsprechendes gilt für die Dioden 125', 126, 130 den Meßpunkt 97 und den Verstärker 96. Dies bedeutet, daß die Verstärker 96 und 124' als phasenselektive Gleichrichter wirken, wobei das Umschalten der Verstärkungsverhältnisse durch· die phasenverschobene Spannung am Kondensator 123 des Phasenschiebers bewirkt wird.

Die Phasenverschiebung der Ermittlungsspannung erfolgt aus folgenden Gründen. Wenn die Ermittlungswicklung 5 ganz dicht

an dem Heizring 1 wäre, wäre ein Phasenschieber nicht erforderlich, weil das Signal an dem Ausgang des Verstärkers 124' dann die richtige Phase aufweisen würde. Räumlich gesehen ist eine derartige Anordngung der Ermittlungswicklung 5 nahe an dem Heizring 1 jedoch nicht möglich. Wegen des Abstandes zwischen dem Heizring 1 und der Ermittlungswicklung stimmen die Phasen der genannten Signale 5 jedoch nicht überein. Durch den Phasenschieber wird die Phase der gemessenen Spannung der Ermittlungswicklung 5 so verschoben, daß die Phasen der genannten Signale auch dann etwa übereinstimmen, wenn die am Kern 3 des Transformators angeordnete Ermittlungswicklung 5 gegenüber dem Heizring 1 versetzt ist. Dabei wird die durch den Phasenschieber bewirkte Verschiebung experimentell in Abhängigkeit von der Anordnung der : Ermittlungswicklung 5 in Bezug auf den Heizring 1 ermittelt und eingestellt.

Die Ausgangssignale der Verstärker 96 und 124" werden dem Vergleicher 10 zugeführt. Genauer gesagt werden diese Ausgangssignale an einen Eingang eines Operationsverstärkers 101 des Vergleichers 10 angelegt und durch diesen summiert. Da das den Strom im Primärkreis betreffende Signal und das die Spannung an der Ermittlungswicklung 5 betreffende Signal gegenphasig zugeführt werden, ergibt sich genauer gesagt eine Subtraktion. Die Verstärker 102 und 103 des Verglei-

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chers 10 und die diesen Verstärkern jeweils vorgeschalteten Tiefpaßfilter verstärken die vom Verstärker 101 ermittelte Differenz weiter und beseitigen Welligkeiten an der Gleichstromseite. Das am Ausgang des Verstärkers 103 anliegende Signal weist bei einen Stromfluß im Primärkreis ein positives Potential auf, wenn die tatsächliche Temperatur des Heizringes 1 kleiner ist als die gewünschte bzw. die geforderte Temperatur. Das Ausgangssignal des Verstärkers 103 weist ein negatives Potential auf, wenn bei einem Stromfluß im Primärkreis die tatsächliche Temperatur des Heizringes 1 größer ist als die gewünschte bzw. geforderte Temperatur.

Wie dies schon ausgeführt wurde, kann eine Temperaturmessung der Temperatur des Heizringes 1 nur dann erfolgen, wenn im Primärkreis ein Strom fließt. Dieser Stromfluß muß daher in kurzen Intervallen erfolgen. Aus diesem Grunde ist ein astabiler Multivibrator (Zwangseinschaltzeit beispielsweise 1 see-, Zwangsausschaltzeit beispielsweise 5 see.) vorgesehen, der beispielsweise durch die Operationsverstärker 104 und 105 gebildet wird, und der stoppt, wenn am Ausgang des Verstärkers 103 ein Potential anliegt. Der Ausgang des astabilen Multivibrators bzw. der Ausgang des Verstärkers 105 ist mit der Steuerelektrode des im Primärkreis vorhandenen Triacelementes8 verbunden. Wenn am Ausgang des Verstärkers 103 ein positives Potential anliegt, d.h., daß die tatsächliche Temperatur des

Heizringes 1 zu klein ist,bleibt das Triacelement 8 betätigt und leitet, bis die Messung anzeigt, daß die gewünschte Temperatur erreicht ist. Danach wird dann die Zwangsausschaltzeit eingeleitet. Wenn dagegen am Ausgang des Verstärkers 103 ein negatives Potential anliegt, d.h., daß die tatsächliche Temperatur des Heizringes 1 zu groß ist, wird das Triacelement 8 nach der Zwangseinschaltzeit gesperrt. Der astabile Multivibrator schließt dann nach der Zwangsausschaltzeit das Triacelement 8, um zu ermöglichen, daß das Triacelement 8 während der Eischaltperiode von 1 Sekunde leitet, wonach es in Abhängigkeit von der Polarität des Ausganges des Verstärkers 103 weiter leitet oder gesperrt wird.

Um hohe Einschaltströme zu vermeiden, wird dafür Sorge getragen, daß das Triacelement 8 nicht im Null-Durchgang gezündet wird, weil eine Zündspannung während einer Halbperiode kleinere Einschaltströme bewirkt. Aus diesem Grunde wird an den einen Anschluß des Verstärkers 105 die Versorgungsspannung beispielsweise über einen Phasenschieber 106, 107, 108 angelegt.

v.Pk./bm

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Erwärmung eines Heizelementes auf eine ; : gewünschte Temperatur und zur Bestimmung, ob die Temperatur des Heizelementes unterhalb der gewünschten Temperatur liegt,', mit einem Heizelement, einer Energiequelle, einer übertragungseinrichtung für Energie und einer Temperaturermittlungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß als übertragungseinrichtung für Energie ein Transformator vorgesehen ist, daß die Primärwicklung (4) des Transformators über einen elektronischen Schalter (8) und eine Stromermittlungseinrichtung (9) mit der Energiequelle (6, 7) verbindbar ist, daß das Heizelement (1) die Sekundärwicklung des Transformators darstellt,

daß die Temperaturermittlungseinrichtung eine am Kern (3) des Transformators vorgesehene Ermittlungswicklung (5) und eine die Spannung der Ermittlungswicklung (5) ermittelnde Spannungsmeßeinrichtung (12) aufweist, daß ein Vergleicher (10) vorgesehen ist, der ein durch eine im Kreis der Primärwicklung (4) vorgesehene Strommeßeinrichtung (9) ermitteltes Signal, das den im Kreis der Priraärspule fließenden Strom repräsentiert, mit einem Signal der Spannungmeßeinrichtung (12) , das die Spannung der Ermittlungswicklung (5) repräsentiert, vergleicht, und daß der elektronische Schalter (8) durch ein Ausgangssignal des Vergleichers (10) in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis des Vergleichers (10) betätigbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ^: daß als elektronischer Schalter ein in den Kreis der Primär-. wicklung (4) geschaltetes Triac-Element (8) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement die Form eines Metallringes (1) aufweist, der um den Kern (3) des Transformators drehbar angeordnet ist und es ermöglicht, daß ein bandförmiges, bewegtes Material an einem Teilbereich der Außenfläche des Metallringes (1) anliegt, so daß es durch den Metallring

(1) erwärmt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallring (1) aus Aluminium besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet/ daß der Metallring (1) durch Teflonlager (13) drehbar gela gert ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter (8) periodisch durch einen Taktgeber (104, 105) während einer Zwangseinschaltzeit durchgeschaltet wird, so daß während der Zwangseinschaltzeit ein Strom durch die Primärspule (4) fließt, daß bei einem vorgegebenen Wert des Augangssignales des Vergleichers (10) oder bei überschreiten dieses Wertes die Zwangseinschaltzeit beendet wird, daß die Zwangseinschaltzeit so lange verlängert wird, bis der vorgegebene Wert des „ Ausgangssignales des Vergleichers (10) erreicht wird, wenn dieser Wert zuvor unterschritten wurde, und daß der elektronische Schalter (8) während einer Zwangsausschaltzeit, die sich nach dem gewünschten Regelbereich der einzuspeisenden Leistung richtet, durch den Taktgeber (104, 105) periodisch gesperrt wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsmeßeinrichtung (12) einen Operationsverstärker (124') enthält, dessen Verstärkungsfaktor auf 1 oder -1 einstellbar ist und der ein die Ermittlungsspannung repräsentierendes Signal erzeugt, daß die Strommeßeinrichtung (9) einen weiteren Operationsverstärker (96) enthält, dessen Verstärkungsfaktor auf 1 oder -1 einstellbar ist und dessen Ausgangssignal den im Primärkreis fließenden Strom repräsentiert, daß im Spannungsmeßkreis (12) ein Phasenschieber (121, 122, 123) vorgesehen ist, der eine die Verstärkungsfaktoren des Operationsverstärkers (124¹) und des weiteren Operationsverstärkers (96), die als phasenselektive Gleichrichter wirken, in Abhängigkeit von den Halbperioden der Ermittlungsspannung einstellende Steuereinrichtung (124, 125) ansteuert, und daß die Phasenverschiebung des Phasenschiebers (121, 122, 123) in Abhängigkeit von dem am Kern (3) des Transformators bestehenden Abstand zwischen der Ermittlungswicklung (5) und dem Heizelement (1) so erfolgt, daß die Phase des Signales am Ausgang des Operationsverstärkers (125) die gleiche Phasenlage hat, wie die Phase einer idealen, nahe an der Sekundärwicklung angeordneten Meßspule.