DE3432824C2

DE3432824C2 - Device for heating a heating element

Info

Publication number: DE3432824C2
Application number: DE19843432824
Authority: DE
Inventors: Toni Kuepper
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1984-09-06
Filing date: 1984-09-06
Publication date: 1993-11-18
Anticipated expiration: 2004-09-07
Also published as: GB2164177B; JPS6168886A; AU4613485A; GB2164177A; AU582580B2; CA1245260A; GB8521540D0; DE3432824A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung eines Heizelementes nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The present invention relates to a device for Heating a heating element according to the preamble of Claim 1.

Es sind verschiedene Vorrichtungen 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 er folgt in diesem Fall beispielsweise durch einen Tempera turfühler, der fest mit dem zu erwärmenden Element verbunden ist, wobei die Meßspannung ebenfalls über Schleifringe übertragen wird. Ein Nachteil einer derar tigen 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 Temperaturfühlers die Regelgeschwindigkeit der gesamten Anordnung herabgesetzt.There are various devices for heating Elements or materials known. For example in a known arrangement a rotatably mounted ohmic heating element with provided slip rings the power required for heating. The band-shaped material to be heated is around the Heating element led around. The temperature determination he follows in this case, for example, by a tempera door sensor that is fixed with the element to be heated is connected, the measuring voltage also via Slip rings is transmitted. A disadvantage of one term arrangement is that the necessary Slip rings a braking torque, contact resistance and Cause thermal stress. In addition, there are Slip rings are subject to wear. The firm with the temperature sensor connected to the element to be heated only detects the temperature at the point where it is arranged. Also, due to the time constant of the temperature sensor the control speed of the entire arrangement reduced.

Es ist auch bekannt, Temperaturfühler lose bzw. schlei fend 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 thermi scher Übergangswiderstand, wobei eine Änderung der thermischen Kopplung eine nachteilige Temperaturdrift zur Folge hat. Schließlich ändert sich bei einer derar tigen Anordnung des Temperaturfühlers dessen Zeitkon stante, so daß die Regelgeschwindigkeit in sich ändern der Weise herabgesetzt wird.It is also known to loosen or loosen temperature sensors to be coupled to a heating element. There is a disadvantage doing so in that the temperature sensor the temperature also only recorded at the point where he is located. There is also between the temperature sensor and the measurement object has a thermi that is difficult to predict shear contact resistance, with a change in thermal coupling an adverse temperature drift has the consequence. Eventually one of them changes term arrangement of the temperature sensor whose time con constant, so that the control speed change in itself which is degraded.

Weiterhin ist es auch bekannt, die Temperatur des Meßob jektes 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 Oberflächenverände rungen Meßfehler verursachen.Furthermore, it is also known the temperature of the measuring ob to detect objects by radiation measurement. An advantage consists in the fact that the measurement without contact with the help of a pyrometer. There is a disadvantage also in that the temperature is always determined only to the location of the Object to be measured. It also affects the surface of the object to be measured the radiated and from the Pyrometer received radiation. This means that surface changes occurring during the measuring process cause measurement errors.

Aus der DE-PS 4 62 429 geht eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Erwärmung eines Heizelementes auf eine gewünschte Temperatur und zur Bestimmung, ob die Tempe ratur des Heizelementes unterhalb der gewünschten Tempe ratur liegt, hervor. Diese Vorrichtung weist einen Transformator auf, dessen Primärwicklung mit einer Energiequelle zur Energieübertragung verbindbar ist. Die Sekundärwicklung des Transformators ist dabei als Heiz element ausgebildet. Der DE-PS 4 62 429 ist nicht entnehm bar, wie das Erreichen der gewünschten Temperatur des Heiz elementes gemessen wird. From DE-PS 4 62 429 a device of the beginning mentioned type for heating a heating element to a desired temperature and to determine whether the tempe temperature of the heating element below the desired temperature ratur lies out. This device has one Transformer, whose primary winding with a Energy source for energy transmission is connectable. The Secondary winding of the transformer is used as a heater element trained. The DE-PS 4 62 429 is not removed bar, such as reaching the desired heating temperature element is measured.

Aus der GB-PS 1330234 geht eine Einrichtung zur Tempera tursteuerung hervor, bei der synthetische Endlosfäden auf einer Transportwalze induktiv erwärmt werden. In diesem Zusammenhang ist es bekannt, die Temperatur der zu beheizenden Oberfläche der Transportwalze durch Erfassen der primärseitigen Leistungsdaten zu ermit teln, indem der Widerstandswert der Transportwalze aus den Quotienten der Induktionsspulenspannung und des Induktionsspulenstromes ermittelt wird.From GB-PS 1330234 is a device for tempera door control, in the case of synthetic continuous filaments be inductively heated on a transport roller. In In this context, it is known the temperature of the surface of the transport roller to be heated Capture the primary-side performance data averaging the resistance value of the transport roller from the quotients the induction coil voltage and the induction coil current is determined.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß es möglich ist, das Heizelement ohne den Einsatz von Temperatursensoren auf eine gewünschte Temperatur zu erwärmen und auf dieser zu halten und ein Heizverfahren für diese Vorrichtung anzugeben.The object of the present invention is a device of the type mentioned in that regard to improve that it is possible to use the heating element without the use of temperature sensors to a desired one Warm up temperature and keep on it and on Specify heating procedures for this device.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, die durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmale gekennn zeichnet ist, gelöst.This task is accomplished by a device of the beginning type mentioned by the in the characterizing part of claim 1 listed characteristics is solved.

Der wesentliche Vorteil der vorliegenden Einrichtung besteht darin, daß weder zur Leistungszufuhr zum Heiz element noch zur Erfassung des sich auf die Temperatur des Heizelementes beziehenden eleketrischen Parameter noch zur Übertragung des elektrischen Parameters zu einem Vergleicher bewegliche Teile erforderlich sind.The main advantage of the present facility is that neither for power supply to the heating element still used to measure the temperature of the heating element-related electrical parameters still to transfer the electrical parameter too a comparator moving parts are required.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß in dem bei der vorliegenden Vorrichtung vorhandenen Temperaturregel kreis keine von der Temperaturleitung abhängigen Verzö gerungsstrecken vorhanden sind, die entweder eine schnelle Regelung verhindern und/oder bei schnellen Regelabweichungen oder Sollwertänderungen zum Tempera turüberschwingen 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.Another advantage is that in the present device existing temperature control no delays dependent on the temperature line are available, either one prevent quick regulation and / or with fast Control deviations or setpoint changes to the tempera could overshoot the door. In the present Invention, the control speed depends only on the settling time of the circuit that is used to determine if there is a change in the heating element too transmitting power is required.

Vorteilhafterweise wird bei der vorliegenden Vorrichtung die mittlere Temperatur des Heizelementes und nicht die Temperatur einer vorgegebenen Stelle angezeigt, wie dies bei der Verwendung eines temperaturempfindlichen Sensors der Fall ist.Advantageously, in the present device the average temperature of the heating element and not the Temperature of a given location displayed like this when using a temperature sensitive sensor the case is.

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 das Heizelement nicht mehr als nötig belastet wird.Another major advantage of the present Invention is that the heating element to none Time has temperatures that are greater than that actually needed. As a result, the Heating element is not loaded more than necessary.

Vorteilhafterweise sind bei der vorliegenden Vorrichtung keine einem Alterungsprozeß unterworfenen Temperatursen soren vorhanden. Außerdem besteht vorteilhafterweise keine thermische Kopplung zwischen dem Heizelement und dem Temperatursensor, die sich verändern und die durchgeführte Ermittlung verfälschen kann.Advantageously, in the present device no temperature sensors subjected to an aging process sensors available. There is also advantageously no thermal coupling between the heating element and the temperature sensor that are changing and the carried out investigation can falsify.

Bei der Ausgestaltung des Heizelementes als drehbarer Ring (Anspruch 3), um den ein bandförmiges Material zur Erwärmung herumgeführt werden kann, hängt das Antriebsdrehmo ment des Ringes vorteilhafterweise lediglich von dessen Lagerreibung ab. Dabei weist das band- oder streifen förmige 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.In the design of the heating element as a rotatable Ring (claim 3) around which a band-shaped material for heating the drive torque depends ment of the ring advantageously only from its Bearing friction. The tape or strip shows shaped material frictional contact with the ring member to rotate it when it is moved. Only at; only when very high speeds is caused by eddy currents braking torque caused.

Vorteilhafterweise hängt die Gleichmäßigkeit der einge speisten Leistung und damit bei gleichmäßiger Wärmeab fuhr die Temperaturverteilung am Ring linear von der Genauigkeit des Ringquerschnittes ab.The uniformity of the advantageously depends fed power and thus with even heat drove the temperature distribution on the ring linearly from the Accuracy of the ring cross-section.

Da bei der Verwendung eines Heizringes die aufzuheizende Masse so gering wie mechanisch möglich gehalten werden kann, ergibt sich vorteilhafterweise eine geringe An schlußleistung bzw. eine kurze Aufheizzeit.Because when using a heating ring the one to be heated Mass should be kept as low as possible mechanically can, there is advantageously a low An final power or a short heating-up time.

Im folgenden werden Ausgestal tungen der Erfindung im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigt:The following are Ausgestal tion of the invention in connection with the figures. It shows:

Fig. 1 in schematischer Weise den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und Fig. 1 schematically the construction of the device according to the invention; and

Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Fig. 2 is an electrical circuit diagram of the device according to the invention.

Die vorliegende Vorrichtung 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 Fig. 1 ersichtlichen Weise um ein Heizelement 1 bzw. um einen Heizring, bei dem es sich vorzugsweise um einen mit der Hilfe von Teflonlagern 13 gelagerten Aluminiumring handelt, herumgeführt wird.The present device is used in particular in connection with the duplication of microfilms, the film being exposed in one step and being developed in a further step. The mother film and the film to be exposed are rewound between two supply rolls with the help of transport rolls driven by an electric motor. During development, it is necessary to heat the exposed film. This takes place in that the exposed film 2 is guided in the manner shown in FIG. 1 around a heating element 1 or around a heating ring, which is preferably an aluminum ring mounted with the aid of Teflon bearings 13 .

Durch den Kontakt des belichteten Filmes 2 mit dem Heizelement 1 wird die zur Entwicklung erforderliche Wärme auf den Film 2 übertragen. Das Heizelement 1 bzw. der Heizring ist durch die bereits erwähnten Teflonlager 13 drehbar gelagert und wird infolge der Umschlin gung durch den bewegten Film 2 gedreht. Beispielsweise weist der Heizring 1 einen Querschnitt von 150 mm², einen Umfang von 603 mm und einen Kurzschlußwiderstand bei 20°C von etwa 115 µOhm auf. Durch die Drehung des Heizringes 1 wird eine gleichmäßige Wärmeverteilung bewirkt, obwohl die Wärme un gleichmäßig abgeführt wird. Through the contact of the exposed film 2 with the heating element 1 , the heat required for development is transferred to the film 2 . The heating element 1 or the heating ring is rotatably supported by the aforementioned Teflon bearing 13 and is rotated due to the Umschlin supply by the moving film 2 . For example, the heating ring 1 has a cross section of 150 mm ² , a circumference of 603 mm and a short-circuit resistance at 20 ° C. of approximately 115 μOhm. The rotation of the heating ring 1 causes a uniform heat distribution, although the heat is dissipated un evenly.

Bei der vorliegenden Vorrichtung stellt der Heizring 1 gleichzeitig die Sekundärwicklung eines Transformators dar, dessen Kern in der Fig. 1 mit 3 bezeichnet ist. Primärseitig ist der Transformator über die Primär wicklung 4 an die Anschlüsse 6, 7 einer Energiequelle in der Form einer Wechselspannungs quelle angeschlossen. Dies bedeutet, daß die zur Erwärmung des Heizringes 1 erforderliche Leistung von der Energie quelle in der Form einer Wechselspannung über die Primärwicklung 4 dem als Sekundärwicklung dienenden Heiz ring 1 zugeführt und dort in Wärme umgesetzt wird, weil die Sekundärwicklung einen geschlossenen elektrischen Weg bil det. Beispielsweise wird über die Primärwicklung 4 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.In the present device, the heating ring 1 also represents the secondary winding of a transformer, the core of which is designated by 3 in FIG. 1. On the primary side, the transformer is connected via the primary winding 4 to the connections 6 , 7 of an energy source in the form of an AC voltage source. This means that the power required to heat the heating ring 1 from the energy source in the form of an alternating voltage via the primary winding 4 is supplied to the heating ring 1 serving as the secondary winding and is converted there into heat because the secondary winding forms a closed electrical path bil det. For example, a power of 115 volts and 1.8 amps is supplied via the primary winding 4 , with a voltage of about 0.2 volts and about 1000 amperes resulting in the heating ring 1 , which are converted into heat.

Zur Temperaturerkennung ist bei der vorliegenden Vorrichtung eine zusätzliche Wicklung 5 auf einem Kern 3 vorgesehen, die als Ermittlungswicklung 5 verwendet wird, um den Einfluß des temperaturabhängigen Widerstandes der Primärwicklung 4 zu um gehen. Ein Vergleich des Stromes der Primärwicklung 4 mit der Ausgangsspannung an der Ermittlungswicklung 5 liefert eine Anzeige, ob die gewünschte Temperatur 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 flie ßenden Strom anzeigt. Dabei wird dieses den durch die Primärwicklung 4 fließenden Strom anzeigende Signal vorzugs weise dadurch erzeugt, daß in einer Strommeßeinrichtung 9 der Spannungsabfall an einem im Primärkreis angeordneten Wider stand gemessen wird. In Abhängigkeit von der durch den Vergleicher 10 ermittelten Differenz zwischen dem die Aus gangssspannung der Ermittlungswicklung 5 anzeigenden Signal und dem den in der Primärwicklung 4 fließenden Strom anzei genden Signal wird ein elektronischer Schalter 8 angesteuert, der in dem Primärkreis angeordnet ist, um den Stromfluß in dem Primärkreis zu steuern. Als elektronischer Schalter 8 ist vorzugs weise ein Triacelement vorgesehen, das durch das Ausgangs signal des Vergleichers 10 angesteuert wird.For temperature detection, an additional winding, in the present apparatus 5 is provided on a core 3, which is used as a detection winding 5 go to the influence of the temperature-dependent resistance of the primary winding 4 to order. A comparison of the current of the primary winding 4 with the output voltage at the detection winding 5 provides an indication of whether the desired temperature of the heating ring 1 is present. The device has a comparator 10 , in which a signal indicating the output voltage of the detection winding 5 is compared with a signal which indicates the current flowing through the primary winding 4 . This this, the current flowing through the primary winding 4 signal is preferably generated by the fact that in a current measuring device 9, the voltage drop at an arranged in the primary circuit was measured against. Depending on the difference determined by the comparator 10 between the signal from the output voltage of the detection winding 5 and the signal flowing in the primary winding 4 current indicating signal, an electronic switch 8 is driven, which is arranged in the primary circuit to the current flow in to control the primary circuit. As an electronic switch 8 , a triac element is preferably provided, which is driven by the output signal of the comparator 10 .

Im folgenden wird näher erläutert, auf welche Weise bestimmt wird, ob die Temperatur des Heizringes 1 den gewünschten Tem peraturwert aufweist. Um den Heizring 1 auf die gewünschte Temperatur aufzuheizen, und auf dieser Temperatur zu halten, ist es erforderlich, der Primärwicklung 4 von der Wechselspan nungsquelle Strom zuzuführen. Eine Ermittlung der Temperatur des Heizringes 1 kann auch nur dann erfolgen, wenn der Pri märwicklung 4 Strom zugeführt wird, wobei an der Ermittlungs wicklung 5 die zur Temperaturmessung erforderliche Ausgangs spannung, die durch die Spannungsmeßeinrichtung 12 erfaßt 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 Strom durch die Zeitperiode so begrenzt wird, daß der Heizring 1 nicht über die gefor derte Temperatur hinaus erwärmt wird. Genauer gesagt wird durch die Schaltung bewirkt, daß der im Kreis der Primär wicklung 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 sec. Diese Durchschaltzeit wird im folgenden als Zwangseinschaltzeit bezeichnet. Nach Ablauf der Zwangsein schaltzeit 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 Tempe ratur des Heizringes 1 unterhalb der geforderten Temperatur liegt, wird der elektronische Schalter 8 so lange im geschlos senen 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 gefor derte Temperaturwert erreicht ist. Der elektronische Schalter 8 wird dann geöffnet und es wird der Primärwicklung 4 danach bis zur nächsten Zwangseinschaltzeit während einer vorgege benen Zeit kein Strom zugeführt. Wenn der während einer Zwangseinschaltzeit durchgeführte Vergleich anzeigt, daß die gewünschte Temperatur des Heizringes 1 vorliegt, wird der Stromfluß über den elektronischen Schalter 8 nach der Zwangs einschaltzeit 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 nächstfolgen den Stromimpuls laufen dieselben Vorgänge ab, wie sie voran stehend beschrieben wurden.In the following it is explained in more detail how it is determined whether the temperature of the heating ring 1 has the desired temperature value. In order to heat the heating ring 1 to the desired temperature and to keep it at this temperature, it is necessary to supply current to the primary winding 4 from the AC voltage source. A determination of the temperature of the heating ring 1 can also only be carried out if the primary winding 4 current is supplied, with the winding 5 determining the output voltage required for temperature measurement, which is detected by the voltage measuring device 12 , arises. In order to avoid that the heating ring 1 is heated above a predetermined temperature, it is necessary to excite the primary winding 4 during controlled time periods, which on the one hand serve to heat the heating ring 1 to the required temperature and when the required temperature is reached to hold on this, and on the other hand determine the temperature measurement cycle. Care must be taken to ensure that the current supplied to the primary winding 4 is limited by the time period so that the heating ring 1 is not heated beyond the required temperature. More specifically, the circuit causes the electronic switch 8 in the circuit of the primary winding 4 to be operated for a short time to allow a current to flow in the primary winding 4 . This short switching time must be at least so large that the detection of the output voltage of the detection winding 5 can be carried out by the voltage measuring device 12 . For example, the switching time for an AC voltage of 50 Hz is at least 1 sec. This switching time is referred to below as the forced switch-on time. After the Zwangsein switching time is determined by the comparison made by the comparator 10 whether the electronic switch 8 remains closed to achieve heating of the heating ring 1 to the required temperature or whether the electronic switch 8 is opened if this temperature is still consists. If the temperature of the heating ring 1 is below the required temperature, the electronic switch 8 is held in the closed state until the comparator 10 determines that the required temperature is reached. This means that the current pulse supplied to the primary winding 4 is extended beyond the forced switch-on time until the required temperature value is reached. The electronic switch 8 is then opened and the primary winding 4 is then supplied with no current until the next forced switch-on time for a predetermined time. If the comparison carried out during a forced switch-on time indicates that the desired temperature of the heating ring 1 is present, the current flow via the electronic switch 8 is ended after the forced switch-on time and it will see a predetermined time (forced switch-off time) of, for example, 5 seconds before the next one Forced switch-on takes place. The forced switch-off time depends on the desired control range of the power to be fed. The next time the current pulse follows the same processes as described above.

Die Fig. 2 zeigt ein detailliertes Schaltbild der Schal tungsanordnung der Fig. 1. Einzelheiten der Fig. 2, die bereits im Zusammenhang mit der Fig. 1 beschrieben wurden, tragen die entsprechenden Bezugszeichen. Die eine Seite der Primärwicklung 4 ist mit dem elektronischen Schalter 8 ver bunden, während der Anschluß 7 des Primärkreises mit der Strommeßeinrichtung 9 verbunden ist. Diese besteht aus wenig stens 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 Ver stärkungsfaktor dieses Operationsverstärkers 92 kann durch Potentiometer 93 bzw. 94 wahlweise eingestellt werden, wobei diese Potentiometer 93, 94 durch Schalten eines Relaiskontaktes 95 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. Fig. 2 shows a detailed circuit diagram of the circuit arrangement of Fig. 1. Details of Fig. 2, which have already been described in connection with Fig. 1, bear the corresponding reference numerals. One side of the primary winding 4 is connected to the electronic switch 8 , while the terminal 7 of the primary circuit is connected to the current measuring device 9 . This consists of little least a resistor 91 , which is connected in series to the electronic switch 8 , and across which a voltage drops, which is proportional to the current flowing through the primary winding 4 . The detection of the flowing current is carried out by an operational amplifier 92 , which is connected in such a way that it responds to the voltage across the resistor 91 . The amplification factor of this operational amplifier 92 can be optionally set by potentiometers 93 and 94 , these potentiometers 93 , 94 being switched by switching a relay contact 95 between the output of amplifier 92 and an input of this amplifier. The value of the gain set depends on the desired temperature in heating ring 1 .

Am Ausgang des Operationsverstärkers 124′ der Spannungsmeß einrichtung 12, der die Ermittlungsspannung von der Ermitt lungswicklung 5 zugeführt wird, wird ein die Spannung der Ermittlungs 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 gemein samen 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 Phasen schieber 121, 122, 123 verbunden, der eine Spannung erzeugt, deren Phase in Bezug auf die Spannung vor der Ermittlungs wicklung 5 um einen vorgegebenen Winkel verschoben ist. Die Wirkungsweise und der Zweck dieses Phasenschiebers 121, 122, 123 wird nachfolgend noch näher erläutert. Der Phasenschieber 121, 122, 123 besteht vorzugsweise aus den zwischen den Anschlüssen der Ermittlungs wicklung 5 bzw. den Eingängen der Meßspannungseinrichtung 12 in Reihe geschalteten Widerständen 121, 122 und dem parallel zu dem Widerstand 121 geschalteten Kondensator 123. Die rest lichen 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 5 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 125′, 126, 127, 128, 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 125′, 126, 127, 128 verbunden. Wenn sich die Polaritäten der Ausgänge der Verstärker 124, 125 umkehren, fließt ein Strom über die Dioden 127, 128, 130 und die diesen vorge schaltete 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 Verstärkungs verhältnisse durch die phasenverschobene Spannung am Konden sator 123 des Phasenschiebers bewirkt wird.At the output of the operational amplifier 124 'of the voltage measuring device 12 to which the detection voltage from the detection winding 5 is supplied, a voltage representing the detection winding 5 is generated. The gain ratio of the amplifier 124 'can be set so that it is 1: 1 or 1: -1. The setting is made by two operational amplifiers 124 , 125 , the inputs of which are connected to one another in the manner shown, and by a diode bridge circuit 125 ', 126 , 127 , 128 . The outputs of the two amplifiers 124 , 125 are connected to the common connection point of the diodes 126 and 128 and to the common connection point of the diodes 125 'and 127 . The connection points 97 , 129 , which are common to the diodes 125 'and 126 or 127 and 128 , form measuring points. The output of operational amplifier 124 is connected to ground via a diode 130 . The inverting input of the amplifier 124 and the non-inverting input of the amplifier 125 are connected to one another and to a phase shifter 121 , 122 , 123 , which generates a voltage, the phase of which is shifted by a predetermined angle with respect to the voltage before the detection winding 5 . The mode of operation and the purpose of this phase shifter 121 , 122 , 123 will be explained in more detail below. The phase shifter 121 , 122 , 123 preferably consists of the resistors 121 , 122 connected in series between the connections of the detection winding 5 and the inputs of the measuring voltage device 12 and the capacitor 123 connected in parallel with the resistor 121 . The rest of the inputs of the amplifiers 124 , 125 are connected to one another and to ground. When the inputs are connected in this way, opposite potentials are always present at the outputs of the operational amplifiers 124 , 125 . First, it is assumed that during a half-wave of the phase-shifted voltage of the detection winding 5, a negative potential is present at the output of the amplifier 124 and therefore a positive potential is present at the output of the amplifier 125 . In this case, all diodes 125 'to 130 of the diode bridge circuit 125 ', 126 , 127 , 128 block, so that the measuring point 129 is without current. As a result, the amplification ratio of the amplifier 124 'is set to the value 1: 1. This also applies to the operational amplifier 96 , to which the signal representing the current flowing in the primary circuit is fed. One input of the amplifier 96 is connected via a resistor to the output of the amplifier 92 , which generates this signal, and to the measuring point 97 of the diode bridge circuit 125 ', 126 , 127 , 128 . If the polarities of the outputs of the amplifiers 124 , 125 are reversed, a current flows through the diodes 127 , 128 , 130 and the upstream resistors. At the measuring point 129 , ground potential is generated, which causes the value 1: -1 of the amplification ratio of the amplifier 124 '. The same applies to the diodes 125 ', 126 , 130 , the measuring point 97 and the amplifier 96th This means that the amplifiers 96 and 124 'act as a phase-selective rectifier, the switching of the amplification conditions being effected by the phase-shifted voltage at the capacitor 123 of the phase shifter.

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 Ermitt lungswicklung 5 nahe an dem Heizring 1 jedoch nicht möglich. Wegen des Abstandes zwischen dem Heizring 1 und der Ermittlungs wicklung 5 stimmen die Phasen der genannten Signale 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 überein stimmen, wenn die am Kern 3 des Transformators angeordnete Ermittlungswicklung 5 gegenüber dem Heizring 1 versetzt ist. Dabei wird die durch den Phasenschieber bewirkte Verschie bung experimentell in Abhängigkeit von der Anordnung der Ermittlungswicklung 5 in Bezug auf den Heizring 1 ermittelt und eingestellt.The detection voltage is shifted in phase for the following reasons. If the detection winding 5 were very close to the heating ring 1 , a phase shifter would not be necessary because the signal at the output of the amplifier 124 'would then have the correct phase. Spatially, such an arrangement of the determination winding 5 close to the heating ring 1 is not possible. Because of the distance between the heating ring 1 and the detection winding 5, the phases of the signals mentioned do not match. Through the phase shifter, the phase of the measured voltage of the detection winding 5 is shifted so that the phases of the signals mentioned are also approximately in agreement when the detection winding 5 arranged on the core 3 of the transformer is offset from the heating ring 1 . The shift caused by the phase shifter is experimentally determined and adjusted depending on the arrangement of the detection winding 5 with respect to the heating ring 1 .

Die Ausgangssignale der Verstärker 96 und 124′ werden dem Ver gleicher 10 zugeführt. Genauer gesagt werden diese Ausgangs signale 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 chers 10 und die diesen Verstärkern jeweils vorgeschalteten Tiefpaßfilter verstärken die vom Verstärker 101 ermittelte Differenz weiter und beseitigen Welligkeiten an der Gleich stromseite. Das am Ausgang des Verstärkers 103 anliegende Signal weist bei einen Stromfluß im Primärkreis ein posi tives Potential auf, wenn die tatsächliche Temperatur des Heizringes 1 kleiner ist als die gewünschte bzw. die gefor derte 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.The output signals of the amplifiers 96 and 124 'are fed to the comparator 10 . More specifically, these output signals are applied to an input of an operational amplifier 101 of the comparator 10 and summed by the latter. Since the signal relating to the current in the primary circuit and the signal relating to the voltage at the detection winding 5 are supplied in phase opposition, a subtraction results more precisely. The amplifiers 102 and 103 of the comparator 10 and the low-pass filters connected upstream of these amplifiers further amplify the difference determined by the amplifier 101 and eliminate ripples on the direct current side. The signal present at the output of the amplifier 103 has a positive potential at a current flow in the primary circuit if the actual temperature of the heating ring 1 is lower than the desired or the required temperature. The output signal of the amplifier 103 has a negative potential if the actual temperature of the heating ring 1 is greater than the desired or required temperature when there is a current flow in the primary circuit.

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 asta biler Multivibrator (Zwangseinschaltzeit beispielsweise 1 sec., Zwangsausschaltzeit beispielsweise 5 sec.) vorgesehen, der beispielsweise durch die Operationsverstärker bzw. Taktgeber 104 und 105 ge bildet wird, und der stoppt, wenn am Ausgang des Verstärkers 103 ein Potential anliegt. Der Ausgang des astabilen Multi vibrators bzw. der Ausgang des Verstärkers 105 ist mit der Steuerelektrode des im Primärkreis vorhandenen elektronischen Schalters 8 verbunden. Wenn am Ausgang des Verstärkers 103 ein positives Potential anliegt, d. h., daß die tatsächliche Temperatur des Heizringes 1 zu klein ist, bleibt der elektronische Schalter 8 betätigt und leitet, bis die Messung anzeigt, daß die gewünschte Tem peratur erreicht ist. Danach wird dann die Zwangsausschalt zeit eingeleitet. Wenn dagegen am Ausgang des Verstärkers 103 ein negatives Potential anliegt, d. h., daß die tatsäch liche Temperatur des Heizringes 1 zu groß ist, wird der elektronische Schalter 8 nach der Zwangseinschaltzeit gesperrt. Der astabile Multivibrator schließt dann nach der Zwangsaus schaltzeit den elektronischen Schalter 8, um zu ermöglichen, daß er während der Eischaltperiode von 1 Sekunde leitet, wonach er in Abhängigkeit von der Polarität des Ausganges des Verstärkers 103 weiter leitet oder gesperrt wird.As has already been stated, a temperature measurement of the temperature of the heating ring 1 can only take place when a current flows in the primary circuit. This current flow must therefore take place at short intervals. For this reason, an astable multivibrator (forced switch-on time, for example, 1 sec., Forced switch-off time, for example, 5 sec.) Is provided, which is formed, for example, by the operational amplifiers or clock generators 104 and 105 , and which stops when there is a potential at the output of the amplifier 103 is present. The output of the astable multi-vibrator or the output of the amplifier 105 is connected to the control electrode of the electronic switch 8 present in the primary circuit. If a positive potential is present at the output of the amplifier 103 , ie that the actual temperature of the heating ring 1 is too low, the electronic switch 8 remains actuated and conductive until the measurement indicates that the desired temperature has been reached. Then the forced switch-off time is initiated. If, on the other hand, a negative potential is present at the output of the amplifier 103 , ie that the actual temperature of the heating ring 1 is too high, the electronic switch 8 is blocked after the forced switch-on time. The astable multivibrator then closes the electronic switch 8 after the forced switch-off time in order to enable it to conduct during the 1 second switch-on period, after which it is passed on or blocked depending on the polarity of the output of the amplifier 103 .

Um hohe Einschaltströme zu vermeiden, wird dafür Sorge ge tragen, daß der elektronische Schalter 8 bzw. das Triacelement nicht im Null-Durchgang ge zündet wird, weil eine Zündspannung während einer Halb periode kleinere Einschaltströme bewirkt. Aus diesem Grunde wird an den einen Anschluß des Verstärkers 105 die Ver sorgungsspannung beispielsweise über einen Phasenschieber 106, 107, 108 angelegt.In order to avoid high inrush currents, care will be taken to ensure that the electronic switch 8 or the triac element is not ignited at zero crossing because an ignition voltage causes smaller inrush currents during a half-period. For this reason, the United supply voltage is applied to the one terminal of the amplifier 105, for example via a phase shifter 106 , 107 , 108 .

Claims

1. Device for heating a heating element ( 1 ) to a desired temperature and for determining whether the temperature of the heating element ( 1 ) is below the desired temperature, with a transformer with a primary winding that can be connected to an energy source, for energy transmission, the secondary winding of the Transformer is designed as a heating element, characterized in that the primary winding ( 4 ) of the transformer via an electronic switch ( 8 ) and a current detection device ( 9 ) can be connected to the energy source ( 6 , 7) in that a temperature detection device is provided, which a comprises the core (3) of the transimpedance formators provided for determining winding (5) and the voltage of the detection winding (5) investigating voltage measuring device (12) that a Verglei cher is provided (10) a by the circuit of the primary winding (4 ) provided current measuring device ( 9 ) determined Signa l, which represents the current flowing in the circuit of the primary winding ( 4 ), with a signal from the voltage measuring device ( 12 ), which represents the voltage of the detection winding ( 5 ), and that the electronic switch ( 8 ) is output by the comparator ( 10 ) depending on the comparison result of the comparator ( 10 ) can be actuated.

2. Device according to claim 1, characterized in that a triac element connected in the circuit of the primary winding ( 4 ) is provided as the electronic switch ( 8 ).

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the heating element ( 1 ) has the shape of a metal ring which is rotatably arranged around the core ( 3 ) of the transformer.

4. The device according to claim 3, characterized in that the metal ring is made of aluminum.

5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the metal ring is rotatably supported by Teflon bearings ( 13 ).

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the voltage measuring device ( 12 ) contains an operational amplifier ( 124 ') whose gain factor is adjustable to 1 or -1 and which generates a signal representing the voltage of the detection winding ( 5 ) That the current measuring device ( 9 ) contains a further operational amplifier ( 96 ), the gain factor of which can be set to 1 or -1 and whose output signal represents the current flowing in the primary circuit, that in the voltage measuring circuit ( 12 ) a phase shifter ( 121 , 122nd , 123 ) is provided which controls one of the gain factors of the operational amplifier ( 124 ') and of the further operational amplifier ( 96 ), which act as phase-selective rectifiers, as a function of the half-periods of the detection voltage-adjusting control device ( 124 , 125 ), and that the phase shift of the phase shifter ( 121 , 122 , 123 ) in Abhä The distance between the detection winding ( 5 ) and the heating element ( 1 ) at the core ( 3 ) of the transformer is such that the phase of the signal at the output of the operational amplifier ( 125 ) has the same phase position as the phase of an ideal, close measuring coil arranged on the secondary winding.

7. Heating method for a device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the desired temperature of the heating element ( 1 ) is thereby set in that the power supply when a provided - correlated with the desired temperature - resistance value of the heating element ( 1 ) is interrupted and this resistance value is determined by comparing a signal representing the current in the primary circuit, the amplitude of which can be adjusted according to the desired temperature, after phase adjustment with the signal representing the voltage of the detection winding.

8. The method according to claim 7, characterized in that the electronic switch ( 8 ) is switched periodically by a clock ( 104 , 105 ) during a forced switch-on time, so that during the forced switch-on time a current flows through the primary coil ( 4 ) that at a predetermined value of the output signal of the comparator ( 10 ) or if this value is exceeded, the forced switch-on time is ended, that the forced switch-on time is extended until the predetermined value of the output signal of the comparator ( 10 ) is reached if this value has previously fallen below , and that the electronic switch ( 8 ) is periodically blocked by the clock generator ( 104 , 105 ) during a forced switch-off time which depends on the desired control range of the power to be fed.

9. Use of the device according to one of claims 3 to 6 for heating a band-shaped material.