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Beschreibung
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Die Erfindung befaßt sich mit einer Steuereinrichtung für eine Extrusionsbeschichtungsvorrichtung
unter Verwendung eines wärmeansprechenden Elements, um die Abmessungen des Beschichtungswerkzeugschlitzes
zu verändern. Insbesondere befaßt sie sich mit einer Steuereinrichtung, bei der
die Dicke des Extrudats als Basis zur Erzeugung eines Temperatursollwertes für das
wärmeansprechende Element verwendet wird.
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Eine Extrusionsbeschichtungsvorrichtung ist eine Vorrichtung, bei
der eine Masse unter Druck durch eine Offnung oder einen Schlitz gedrückt wird,
der zwischen einem gegenüberliegenden Paar von relativ massiven Elementen gebildet
wird, die man als Werkzeuge bezeichnet. Ein Werkzeugteil enthält einen relativ flexiblen
Flansch oder eine Lippe, die sich quer zum Werkzeugteil erstreckt, während der andere
Werkzeugteil eine feste Lippe aufweist, die sich auch in Querrichtung des Werkzeugteils
erstreckt.
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Die Schlitzabmessungen sind durch den senkrechten Abstand zwischen
den entsprechenden Punkten auf den Lippen der gegenüberliegenden Werkzeugteile bestimmt.
Diese Schlitzabmessungen bestimmen ihrerseits die Dicke des Extrudats, das aus der
Vorrichtung austritt.
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Bei der praktischen Durchführung kann das Extrudat auf einem geeigneten
Substrat abgelagert werden oder es kann eine Folie gebildet werden, die durch eine
entsprechende Förderanordnung transportiert wird. Die Dicke des Extrudats, sei es,
daß es auf einem Substrat abgelegt oder in Form einer Folie extrudiert wird, wird
stromab von den Formwerkzeugen mittels einer Meßeinrichtung überwacht.
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In Abhängigkeit von der gemessenen Dicke werden die Schlitzabmessungen
in entsprechender Weise geändert.
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Eine übliche Einrichtung zur Steuerung der Schlitzabmessungen sieht
die Verwendung einer Mehrzahl von wärmeansprechenden Dehnungsbolzen vor, die in
einer Reihe in Abständen voneinander längs der Querabmessung eines Werkzeugteils
angeordnet sind. Als Dehnungsbolzen können beispielsweise jene verwendet werden,
die von der Firma Thermac Corporation hergestellt und vertrieben werden.
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Jeder Bolzen beaufschlagt eine bestimmte Stelle der flexiblen Lippe
des Werkzeugs, an dem der Bolzen angebracht ist. In Abhängigkeit von der Dauer des
angelegten Erregungssignals dehnt sich der wärmeansprechende Bolzen entweder aus
oder er zieht sich im Vergleich zu seinem vorangehenden Zustand zusammen, so daß
die Abmessungen des Schlitzes in der Nähe des Bolzens entsprechend größer oder kleiner
werden. Jeder Bolzen hat daher die Aufgabe, die Schlitzabmessungen an einem der
zugeordneten Vielzahl von angrenzender Streifen zu verändern, die in Querrichtung
in Breitenrichtung des Werkzeugs verlaufen.
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Die Dauer des an jedem Bolzen angelegten Erregungssignales ist funktionsmäßig
der Dicke des Extrudats zugeordnet, wobei der Querschnitt der Folie durch diesen
Bolzen beeinflußt wird, und wobei dieser mittels einer Dikkenmeßeinrichtung überwacht
wird Bei ublicherweise erhältlichen Einrichtungen jedoch, wie z.B. den vorstehend
genannten, werden minimale Probensteuerintervalle in der Größenordnung von 2 Minuten
verwendet. Hieraus ergibt sich eine charakteristische Ansprechzeit von etwa 60 Minuten.
Die Dauer dieser Probeintervalle und die Ansprechzeiten reichen nicht aus, um die
Dickensteuerung bei kritischen und genauen Extrusionsvorgängen in erforderlichem
Maße genau vornehmen zu können.
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Es haben sich bei der vorhandenen Dickensteuereinrichtung weitere
Schwierigkeiten gezeigt. Eine solche Einrichtung ist nicht fähig, die Dicke des
im angrenzenden Streifen an den Seitenbegrenzungen des Werkzeugs abgelegten Extrudats
zu steuern. Das Extrudieren in der Nähe dieser Grenzen führt zu einer Erscheinung,
die man als sogenannte Einschnürung bezeichnet, bei der sich das Extrudat nach innen,
d.h. von den Rändern weg, biegt.
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Hierdurch erhält man eine relativ dickere Randwulst am Extrudat, die
diese Bereiche bildet. Ferner können die üblichen Einrichtungen die überwachte Dicke
des Extrudats nicht genau dem Teil des Werkzeugs (d.h. dem Streifen) zuordnen, von
dem dieses Extrudat ausgeht. Ferner fehlt ein entsprechendes Sicherheitssteuersystem
für den Fall, daß die Steuereinrichtung gestört ist. Bisher führt eine Störung der
Steuereinrichtung zu einer Unterbrechung der Beeinflussung über die Dehnungsbolzen.
Somit kann zu einem Zeitpunkt nach einer Störung der Werkzeugschlitz eine zufällige
Form annehmen, wodurch man eine unerwünschte Dickenunregelmäßigkeit bei der Bahn
erhält. Wenn die Steuereinrichtung zurückgesetzt wird, muß als Folge hiervon die
Steuereinrichtung das Formwerkzeug wieder nachjustieren, um die Abweichungen auszugleichen,
die während der Abschaltzeit der Steuereinrichtung auftraten, bevor die Dickensteuerung
wieder ihre Funktion übernehmen kann.
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Daher wird es für zweckmäßig gehalten, eine Steuereinrichtung zu schaffen,
die größere Tastfrequenzen und kürzere Ansprechzeiten hat. Auch wird es für zweckmäßig
erachtet, die Effekte der Einschnürungen zu reduzieren, wozu entsprechende Einrichtungen
geschaffen werden. Ferner soll die Einrichtung derart beschaffen sein, daß die Extrudatdicke
genau überwacht und den Abschnitten des Formwerkzeuges zugeordnet wird, von dem
das Extrudat austritt.
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Ferner soll die Steuereinrichtung auch derart ausgelegt
werden,
daß eine Sicherheitssteuereinrichtung für den Fall vorhanden ist, daß eine Störung
auftritt, um ein gegenüber üblichen Steuereinrichtungen verbessertes System zu haben.
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Die Erfindung befaßt sich mit einer Extrusionsbeschichtungsvorrichtung
der Bauart, die ein erstes und ein zweites Werkzeugteil hat, wobei eines der Werkzeugteile
eine flexible Lippe hat, während das andere Werkzeugteil eine starre Lippe trägt.
Die Lippen sind in einem Abstand voneinander angeordnet, um einen länglichen, quer
verlaufenden Extrusionsschlitz zu begrenzen. Eine Reihe von wärmeansprechenden Elementen
ist in Abständen quer zum Formwerkzeugteil angeordnet, das die flexible Lippe hat,
um eine örtliche Schlitzeinstellung über eine Mehrzahl von in Querrichtung angrenzenden
Streifen zu erreichen. Eine Dickenmeßeinrichtung ist stromab der Formwerkzeugteile
an einer Stelle angeordnet, an der die Dicke des Extrudats jedes Streifens überwacht
werden kann. Vorzugsweise wird eine abtastende Meßeinrichtung verwendet. Jedes wärmeansprechende
bzw. wärmeempfindliche Element enthält gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einen
Bolzen, der ein Heizelement hat, das in wärmeübertragender Zuordnung zum Bolzen
angeordnet ist.
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Nach der Erfindung weist die Dickensteuereinrichtung eine verschachtelte
Temperatursteuerschaltung auf, die die Temperatur des wärmeansprechenden Elements,
das einem bestimmten Streifen zugeordnet ist, in einem vorbestimmten Bereich eines
vorbestimmten Temperatursollwerts aufrecht erhält. Der Temperatursollwert wird in
Abhängigkeit von der überwachten Dicke des Extrudats definiert. Da die Temperatursteuerschaltung
schneller zur Korrektur von Abweichungen von dem vorbestimmten Temperatursollwert
als der Dickenregelkreis anspricht, in dem sie integriert ist,
ergibt
sich eine effektivere Steuerung der Schlitzabmessungen als dies bei bisher üblichen
Einrichtungen der Fall ist, die die Schlitzabmessungen direkt auf der Basis der
überwachten Extrudatdicke beeinflussen. Auch ist die Auslegung derart getroffen,
daß die überwachte Dicke des Extrudats genau dem Abschnitt des Werkzeugs (d.h. dem
Streifen) zugeordnet ist, von dem dieser Teil des Extrudats austritt, so daß die
entsprechenden wärmeansprechenden Elemente so gesteuert werden, daß der entsprechend
zugeordnete Teil des Schlitzes verändert bzw. beeinflußt wird.
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Die Dickensteuereinrichtung enthält auch eine Anordnung, die den Temperatursollwert
der wärmeansprechenden Elemente einstellt, die in einem vorbestimmten Berührungsbereich
zu den Seitenrändern des Formwerkzeugs liegen.
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Als Basis dient die Änderung des Temperatursollwertes eines der in
Querrichtung weiter innen liegenden wärmeansprechenden Elemente. Eine solche Auslegung
dient zur Reduzierung der nachteiligen Effekte hinsichtlich der Einschnürungen des
Extrudats.
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Die Dickensteuereinrichtung enthält ferner eine Einrichtung, die die
Dauer des Erregungssignals (d.h. des Arbeitszyklus) für jedes wärmeansprechende
Element überwacht und einen laufenden Mittelwert hierfür aufrecht erhält, der zu
vorbestimmten Intervallen aktualisiert wird. Wenn die Einrichtung gestört ist, wird
das Stromschaltverhältnissignal für jedes Element, basierend auf dem zeitlichen
Trend der Temperaturregelung dieses Elements, als Steuerausgang verwendet, bis man
wieder eine Echtzeitsteuerung hat.
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Vorzugsweise wird die Dickensteuerung mittels einer verketteten Rechneranlage
durchgeführt. Ein Primärrechner
wird verwendet, um die aktualisierten
Temperatursollwerte, basierend auf den überwachten Dickenmessungen und den zugeordneten
Heizarbeitszyklenzeiten zu ermitteln, die erforderlich sind, um die tatsächliche
Temperatur auf dem Sollwert zu halten. Jeder Bolzen hat einen ihm zugeordneten Software-Regelkreis,
der vom Primärrechner durchlaufen wird. Das verkettete Steuersystem enthält einen
primären und einen zusätzlichen Kleinrechner. Der primäre Kleinrechner dient zur
Regelung des erforderlichen Arbeitszyklus der Heizeinrichtungen für alle wärmeansprechenden
Elemente. Der zusätzliche Kleinrechner steuert den Arbeitszyklus der Elemente nach,
liefert den zeitlichen Trend in Form von laufenden Mittelwerten und übergibt im
Falle einer Störung des Primärrechners diese Informationen an den primären Kleinrechner
weiter, um diese Informationen zur Heizungssteuerung zu nutzen, bis der Hauptrechner
wieder betriebsfähig ist.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter
Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt: Figur 1 eine schematische
Darstellung einer Extrusionsbeschichtungsvorrichtung, bei der eine Dickensteuereinrichtung
nach der Erfindung zur Anwendung kommen kann, Figur 2 ist eine Detailansicht für
die körperliche Halterung eines wärmeansprechenden Dehnungsbolzens und eines Temperaturüberwachungselements,
das diesem Bolzen zugeordnet ist, wobei die Auslegung nach der Erfindung getroffen
ist,
Figur 3 ist ein Funktionsblockdiagramm der Dickensteuereinrichtung
nach der Erfindung, Figur 4 ein Blockdiagramm der verketteten Rechneranordnung,
die bei der Dickensteuereinrichtung nach der Erfindung zur Anwendung kommt, Figuren
5A und 5B Programmsteuer- und Datenflußdiagramme für das Programm, das bei einer
Dikkensteuereinrichtung nach der Erfindung zur Anwendung kommt, Figuren 6A, 6B und
7A und 7B jeweils Flußdiagramme der Programme, die den Dickensteueralgorithmus und
den Temperatursteueralgorithmus (einschließlich des adaptiven Algorithmus) ausführen,
die bei der Steuereinrichtung nach der Erfindung zur Anwendung kommen, und Figuren
8A, 8B, 9 und 10 jeweils Flußdiagramme für das Programm eines primären Kleinrechners,
für das Programm, das die zeitliche Tendenz der Arbeitszyklussteuersignale der vorangehenden
Heizeinrichtungen liefert, und für das Heizungssteuerprogramm des zusätzlichen Kleinrechners.
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In den Figuren der Zeichnung sind gleiche oder ähnliche Teile mit
denselben Bezugszeichen versehen.
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Unter Bezugnahme auf Figur 1 ist schematisch eine Extrusionsbeschichtungsvorrichtung
gezeigt, die insgesamt mit 10 bezeichnet ist. In Verbindung mit dieser kann eine
Dickensteuereinrichtung zur Anwendung kommen, die mit 12 bezeichnet ist. Die Beschichtungsvorrichtung
enthält einen Körper, der ein oberes Formwerkzeugelement 14 und ein
gegenüberliegendes
unteres Formwerkzeugelement 16 enthält, die durch ein Abstandsstück 18 getrennt
sind, um einen in Querrichtung verlaufenden Schlitz oder eine öffnung 20 zu bilden,
die eine Dicken- oder Breitenabmessung 22 hat. Die Dickenabmessung 22 ist als der
senkrechte Abstand zwischen zugeordneten gegenüberliegenden Punkten auf den Flächen
der Formwerkzeugteile 14, 16 definiert. Eine zu extrudierende Masse wird in die
Vorrichtung 10 von einem Extruder 24 zugeführt. Eine ebene Folienbahn 26, die aus
dem Extrudat besteht, tritt aus den im Abstand angeordneten Formwerkzeugteilen 14,
16 aus. Die Folie 26 kann mit einer Wulst in der Nähe ihrer Seitenränder 27 infolge
des sogenannten Einschnürungseffekts versehen sein. Die Folie 26 kann auf ein geeignetes
Substrat oder einen Förderer abgelegt werden, die beide aus Übersichtlichkeitsgründen
in der Figur weggelassen sind. Selbstverständlich kann die Erfindung auch zur Steuerung
eines ringförmigen Extrusionswerkzeuges verwendet werden, das so arbeiten kann,
daß man eine Schlauchfolie erhält, wenn entsprechende Einrichtungen vorgesehen sind,
die die Ringabmessungen des Schlitzes örtlich einjustieren. Auch ist zu versehen,
daß die Dickensteuereinrichtung 12 fähig ist, die Dicke eines einzigen Folienextrudats
zu steuern oder die Gesamtdicke einer Mehrzahl von Folienextrudaten zu steuern,
wobei hierbei die Steuerung der Gesamtdicke miteingeschlossen ist, wenn ein einziges
oder ein mehrfaches Folienextrudat auf ein Substrat extrudiert wird. Entsprechende
Formwerkzeuge hierfür sind verfügbar, beispielsweise von Extrusion Dies. Inc., Chippeiva
Falls, Wisconsin.
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Wie aus Figur 2 zu ersehen ist, enthält jedes Formwerkzeugteil 14,
16 eine nach vorne verlaufende Lippe 14', 16' jeweils. Eine der Lippen, z.B. die
Lippe 14', ist flexibel und bezüglich der anderen verstellbar, während
die
andere Lippe 16' starr ist. Selbstverständlich können die relativen Positionen der
flexiblen und starren Lippen umgekehrt gewählt werden. Auch können beide Lippen
flexibel sein und, wie in der Beschreibung angegeben, in entsprechender Weise geregelt
und gesteuert werden.
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Eine Gruppe von wärmeansprechenden Elementen 30 ist in Längsrichtung
über die Querabmessungen des oberen Formwerkzeugteils 14 angeordnet, das die flexible
Lippe 14' trägt. Jedes Element 30 ist der verstellbaren Lippe 14 zugeordnet und
- wie nachstehend noch angegeben wird -derart angeordnet, daß die Dickenabmessung
22 des Teils des Schlitzes 20 in der Nähe des Elements verändert werden kann. Folglich
kann jedes Element 30 dazu verwendet werden, die Dicke 22 einer von einer Mehrzahl
N quer verlaufender benachbarter Streifen 32A bis 32N zu steuern, die in Richtung
der Querabmessung der Folie 26 in einer Reihe angeordnet sind. Es kann irgendeine
vorbestimmte beliebige Anzahl N solcher Streifen verwendet werden.
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Wenn in der Beschreibung ein Buchstabenzusatz für irgendeines der
Elemente oder der Funktionen verwendet wird, so ist dies in dieser Form zu versehen,
daß das Element oder die Funktion dem Streifen zugeordnet ist, der denselben Zusatz
trägt.
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Jedes wärmeansprechende Element 30 ist vorzugsweise ein Wärmedehnungsbolzen
36, der in einem Block 38 angebracht ist, der aus einem wärmeleitenden Material
ausgebildet ist. Die Blöcke 38 sind in irgendeiner entsprechenden Aufnahme aufgenommen,
die in dem Formwerkzeugteil 14 ausgebildet ist. Eine elektrische Heizpatrone 40
ist in wärmeübertragender Zuordnung in einer entsprechenden Ausnehmung aufgenommen,
die in dem Block 38 ausgebildet ist. Der Fuß 36' jedes Bolzens 36 liegt gegen die
flexible Lippe 14L des Formwerkzeugteils 14 an. Der Bolzen 36 expandiert sich oder
zieht sich zusammen und hierdurch wird die Gegen-
abmessung 22
des Teils des Schlitzes 20 in der Nähe des Bolzens vermindert oder vergrößert. Die
Expansion oder Kontraktion des Bolzens 36 wird durch die Temperatur des Blocks 38
gesteuert, und diese Temperatur ist ihrerseits von der Stärke der elektrischen Energie
abhängig, die an diesen angelegt wird, und zwar über einen elektrischen Stromfluß
in einer geschlossenen Schleife, die die Heizeinrichtung 40 und eine Quelle 42 enthält.
Ein schematisch mit 44 bezeichnetes Relais, vorzugsweise ein Festkörperrelais, steuert
die Strombeaufschlagung der Heizeinrichtung 4Q unter Beeinflussung durch die Schaltung
12, die vorstehend angegeben ist. Alternativ kann gegebenenfalls der Bolzen 36 mit
einer inneren Beheizung versehen sein.
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Nach der Erfindung ist eine Temperaturüberwachungseinrichtung, wie
ein Thermoelement 46, in körperlicher Berührung in einer temperaturermittelten Zuordnung
mit dem Block 38 in einer entsprechend plazierten öffnung 47 angebracht. Die öffnung
47 kann an irgendeiner geeigneten Stelle in dem Block 38 vorgesehen sein. Die öffnung
47 kann alternativ als Hohlraum in dem Bolzen 36 ausgebildet sein und der Thermoelementsensor
46 ist in diesem angeordnet. Das von jedem Thermoelement 46 gelieferte Signal wird
gesondert über eine Verbindungsleitung 48 zu der Steuerschaltung 12 übertragen.
Die Dickenabmessung 22 des Schlitzes 20 in der Nähe jedes wärmeansprechenden Elements
30 ist zweckmäßigerweise hinsichtlich seiner Funktion der Temperatur des Blocks
38 zugeordnet und es wird auf diese Weise die Temperatur des Bolzens 36 dargestellt.
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Die Bolzen 36 werden auf irgendeine geeignete Weise, beispielsweise
durch Überstreichen eines Luftstroms, gekühlt.
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Alternativ können die Bolzen mit Gewindegängen oder äusseren Rippen
versehen sein, um Kühlflächen zu haben.
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In einem vorbestimmten Abstand von der Extrusionsvorrichtung 10 ist
eine Dickenmeßeinrichtung 50 angeordnet, die derart beschaffen und ausgelegt ist,
daß sie in Querrichtung in Richtung des Pfeiles 52 abtastet und die Dicke der Folie
26 in jedem der quer verlaufenden Streifen 32A bis 32N jeweils überwacht. Das für
die überwachte Filmdicke maßgebende elektrische Signal liegt über eine Leitung 54
an der Steuereinrichtung 12 an. Als die Meßeinrichtung 52 hat sich eine Einrichtung
als zweckmäßig erwiesen, die von LFE Incorporated, Waltham, Mass. unter der Modellbezeichnung
5001 vertrieben wird. Die Signale 54A bis 54N, die maßgebend für die Dicke des Extrudats
in dem entsprechenden Streifen sind, werden von einem Schema abgeleitet, das die
Daten von der Dickenabtastung jedem Bolzenstreifen nach Maßgabe der beobachteten
Einschnürung an diesem Bereich des Werkzeugteiles zuordnet, wenn man einmal die
in Querrichtung liegende Stelle der Folienrandwülstebei 27 erkannt hat. Ein wesentlicher
Teil dieses Verarbeitungsprozesses ist die Identifizierung der Randwülste 27. Das
Programm, das diese Aufgabe übernimmt, ist vollständig in der Anlage auf den Seiten
A-37 bis A-40 wiedergegeben.
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Die Dickensteuereinrichtung 12 nach der Erfindung ist in Blockdiagrammform
in Figur 3 gezeigt. Die Steuereinrichtung 12 ist so beschaffen und ausgelegt, daß
sie die Dicke des Extrudats innerhalb eines vorbestimmten Bereiches des Dickenbezugswertes
aufrecht erhält, der von einer Bedienungsperson vorgewählt und der Einrichtung 12
eingegeben wird, wie ein entsprechendes Bezugssignal in der Leitung 56. Die Steuereinrichtung
12 spricht auf das die Temperatur jedes wärmeansprechenden Elements 30 darstellende
Signal an, wenn dieses von dem Thermoelement 46 kommt, das diesem zugeordnet ist
und dieses Signal liegt über eine Leitung 48 an. Ferner spricht die
Steuereinrichtung
12 auf das die Dickenabmessung 22 des Teils des Schlitzes 20 in dem dem Element
30 zugeordneten Streifen an, wenn über die Meßeinrichtung 52 über die Leitung 54
ein Signal anliegt. Die Steuerungsfunktion erfolgt mit einem Steuersignal, das über
eine Leitung 58 anliegt, die mit dem Relais 44 des zugeordneten Elements 30 verbunden
ist.
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Die Steuereinrichtung 12, die die Dicke des Extrudats in jedem Streifen
32A bis 32N steuert, enthält für jeden Streifen einen äußeren Dickenregelkreis 60
und einen verschachtelten, inneren Temperaturregelkreis 62.
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Durch den Block 64 ist schematisch dieser Vorgang dargestellt, gemäß
dem ein Extrudat erzeugt wird, das eine zu steuernde Dicke hat. Physikalisch wird
dies durch die Beschichtungsvorrichtung 10 der vorstehend beschriebenen Art erreicht.
Die Dicke des Extrudats wird durch die Meßeinrichtung 50 gemessen und die hieraus
sich ergebenden Informationen liegen über die Leitung 54 an, von der sie an einer
Verbindungsstelle 66 von dem Dickensollwertsignal subtrahiert werden, das von einer
Bedienungsperson gewählt wird und an der Leitung 56 anliegt.
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Ein Dickensteueralgorithmus, der durch den Block 70 dargestellt ist
(ein Programm, das diese Aufgabe übernimmt, ist als Flußdiagramm in den Figuren
6A und 6B dargestellt) erzeugt auf einer Leitung 72 einen Temperatursollwert, der
verwendet wird, um eine Bezugsgröße für den inneren Temperaturregelkreis 62 zu erzeugen.
Somit sind nach der Erfindung Einrichtungen vorgesehen, die das Dickenmeßsignal
in ein Temperaturbezugssignal umwandeln.
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Der konkrete Vorgang, bei dem jedes wärmeansprechende Element 36,
das dem jeweiligen Streifen 32 zugeordnet ist, erwärmt wird (beispielsweise durch
Stromdurchgang)
wird durch den Funktionsblock 71 dargestellt. Die
Temperatur jedes Elements 36 wird durch das zugeordnete Thermoelement 46 überwacht
und liegt über die Leitung 48 an einer Verbindung 74 an, an der ein Vergleich mit
dem Temperaturbezugswert erfolgt. Die Informationen in der Leitung 76 stellen die
Differenz oder den Fehler des Temperatursollwerts und der gemessenen Temperatur
dar und sie wird mit einem Temperatursteueralgorithmus weiter verarbeitet, der durch
den Funktionsblock 78 dargestellt ist. Der Temperatursteueralgorithmus wird durch
das Programm verwirklicht, das als Flußdiagramm in den Figuren 7A und 7B dargestellt
ist. Der Ausgang des Temperatursteueralgorithmus 78 liegt als Schaltsteuersignalausgang
an einer Arbeitszyklussteuereinrichtung an dem Relais 44 an, die durch den Funktionsblock
80 dargestellt ist. Das Verhältnis eines vorbestimmten Zeitausschnitts (z.B. 1,666
Sekunden), zu dem das Schaltsteuersignal der Leitung 58 in einem gewählten Zustand
ist, stellt den Arbeitszyklus einer Heizeinrichtung, d.h. den Prozentsatz eines
vorbestimmten Zeitausschnitts dar, zu dem die Heizeinrichtung angeblich aktiv ist.
Hierbei handelt es sich also um den Prozentsatz der Zeit, zu dem Energie an den
Heizeinrichtungen während des vorbestimmten Zeitausschnitts anliegt. Irgendeine
geeignete Heizzeitausschnittsdauer kann hierbei verwendet werden. Die elektrische
Heizeinrichtung wird somit in Abhängigkeit von der Differenz oder dem Fehler betätigt,
um die Temperatur des Bolzens zu steuern, so daß bewirkt wird, daß die Bolzentemperatur
die Bezugstemperatur erreicht.
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Die Dickenmessung, die als Basis für den Temperatursollwert dient,
wie dies vorstehend beschrieben ist, erfolgt mit einer vorbestimmten Dickenprüfrate
in der Größenordnung von 50 Sekunden (obgleich irgendeine andere Dickenprüfrate
verwendet werden kann). Die Temperatursteuerung
jedoch wird durch
den eingeschachtelten inneren Temperaturregelkreis 62 bei einer vergrößerten Temperaturprüfrate
in der Größenordnung von 7 Sekunden (obgleich irgendeine andere Rate verwendet werden
kann) beeinflußt, so daß man eine Steuereinrichtung 12 erhält, die die Fähigkeit
hat, die Temperatur des Elements 36 schneller und effizienter auf einen gewünschten
Pegelwert zu bringen und diesen aufrechtzuerhalten. Auf diese Weise wird erreicht,
daß die Dicke der extrudierten Folie 26 bei einer vorbestimmten gleichförmigen Abmessung
konstant gehalten wird.
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Der innere Temperatursteuerkreis 62 enthält einen Steuerparameteradapteralgorithmus,
der durch den Funktionsblock 82 dargestellt ist (dieser wird durch das Programm
verwirklicht, das im Flußdiagramm in Figur 7B gezeigt ist).
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Hierbei handelt es sich um eine On-line-Prozeß-Identifikationstechnik.
Die tatsächliche Temperatur eines bestimmten Bolzens 36 liegt über eine Leitung
48' von dem Thermoelement 46 an und sie wird zusammen mit dem Arbeitszyklussignal
auf der Leitung 58 an eine Modellparameterschätzeinrichtung angelegt, die durch
den Funktionsblock 86 dargestellt ist. Die geschätzten Modellparameter, die im Funktionsblock
86 ermittelt werden, liegen über die Leitung 88 an dem Steuerparameteradapteralgorithmus
an, der durch den Funktionsblock 82 dargestellt ist. Die Funktionsblöcke 82 und
86 wirken so zusammen, daß man eine adaptive Temperatursteuereinrichtung erhält.
Als Ergebnis werden Steuerparameter über die Leitung 90 an den Temperatursteueralgorithmus
ausgegeben, der durch den Funktionsblock 78 dargestellt ist. Ein Funktionsblock
78 arbeitet in Abhängigkeit von dem Temperaturfehlersignal in der Leitung 76, um
das an der Arbeitszyklussteuereinrichtung 80 anliegende Analogsignal und somit das
mit dem Bolzen verbundene Relais so zu regeln, daß der Arbeitszyklus in einer Weise
eingestellt
wird, bei der der dem Bolzen zugeordnete Temperaturfehler
eliminiert wird. Typischerweise führt das Arbeiten des inneren Regelkreises 62 zu
einer Arbeitszyklusänderung jeweils pro 7 Sekunden. Selbstverständlich kann irgendeine
andere Rate gewählt werden. Aufgrund der adaptiven Eigenschaft des Algorithmus ist
somit keine Entkopplung des Ausgangs der Dickensteuereinrichtung 70A bis 70N erforderlich.
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Wie am besten aus Figur 4 zu ersehen ist, wird die Dikkensteuereinrichtung
12 physikalisch bei der bevorzugten Ausführungsform dadurch verwirklicht, daß man
eine verkettete Rechnerverarbeitungsschaltung verwendet, die einen Primärrechner
92 aufweist, der mit einem Mikroprozessor verbunden ist, der als Hauptaufgabe die
Relaissteuerung 94 hat. Die Steuereinrichtung 94 enthält einen primären Kleinrechner
96 und einen zusätzlichen Kleinrechner 98. Als Primärrechner wird vorzugsweise ein
Kleinrechner von Hewlett-Packard HP-1000L verwendet. Als primärer Kleinrechner 96
und als zusätzlicher Kleinrechner 98 werden zweckmäßigerweise Einzelchiprechner
Intel 8748 verwendet. Selbstverständlich können irgendwelche anderen Geräte zur
Verwirklichung der Steuerschaltung 12 verwendet werden und kommen bei der Durchführung
der Erfindung in Betracht.
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Der Primärrechner 92 steht mit der Steuereinrichtung 94 über eine
Datenübertragungsverbindung 100 in Verbindung, die direkt mit dem primären Kleinrechner
96 verbunden ist.
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Der primäre Kleinrechner 96 ist mit dem zusätzlichen Kleinrechner
98 über eine Datenübertragungsverbindung 101 und eine Steuerverbindung 102 verbunden.
Jeder Kleinrechner 96, 98 ist jeweils mit einem Datenschalter 104 über eine Datenübertragungsverbindung
105 oder 106 verbunden. Der Schalter 104 wird in Abhängigkeit von dem Zustand einer
Datensteuerleitung
108 betätigt, um das Schaltersteuersignal, das einen Heizarbeitszyklus darstellt,
entweder durch die Leitungen 105 oder 106 an das Festkörperrelais 44 angelegt, das
dieser Heizeinrichtung zugeordnet ist.
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Der Zustand der Leitung 108 wird dadurch bestimmt, daß die Datenleitung
100 vom Primärrechner 92 zum primären Kleinrechner 96 überwacht wird. Wenn beispielsweise
der primäre Kleinrechner 96 Daten vom Primärrechner 92 erhält, wird der Schalter
104 durch das Signal in der Leitung 108 geschlossen, um die Leitungen 105 und 58
zu verbinden. Ansonsten wird der Schalter 104 gesteuert, um die Leitungen 106 und
58 zu verbinden, wenn die Datenübertragungen nicht durch den primären Kleinrechner
96 von dem Primärrechner 92 empfangen werden.
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Der Primärrechner 92 steht über Schnittstellen mit den Thermoelementen
46A bis 46N über eine Schnittstelle 110 und eine Busleitung 112 in Verbindung. Die
Dickenmeßeinrichtung 50 ist über einen Puffer 114 und eine Busleitung 116 an den
Primärrechner 92 angeschlossen.
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Die Arbeitsweise der Dickensteuereinrichtung 12 nach der Erfindung
läßt sich aus der Gesamtsystemsteuerung und dem Datenflußdiagramm entnehmen, die
in den Figuren 5A und 5B gezeigt sind. Nachstehend wird die Erfindung anhand einer
Vorrichtung mit 42 Kanälen (N = 42) erläutert und die zeitliche Steuerung erfolgt
in Abhängigkeit von Taktgeberintervallen (BCLOK), die durch den Haupttaktgeber des
Primärrechners 92 bestimmt sind.
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Nach einer Initialisierungsfolge, die durch den Rechnerblock 120 dargestellt
ist, wird das Steuerprogramm durch einen Ausgang von einem Plansteuerungs-Rechenblock
122 unter Steuerung der Arbeitssystemzeitliste 124 eingeleitet. Während des ersten
Rechenblocks 126 fragt, bestimmt
durch die Primärrechnertaktgeberintervalle
1 bis 27 (BCLOK=1 bis 27) der Primärrechner 92 die Ausgänge der Thermoelemente 46
ab, die über den Schnittstellenspeicher 110 anliegen. Der Primärrechner verwendet
die Informationen über die überwachten Temperaturen, um den Wert der entsprechenden
tatsächlichen Temperaturen jedes Dehnungsbolzens 36 zu ermitteln.
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Die nächste Programmfolge, die durch den Rechenblock 128 dargestellt
ist, verwirklicht die Temperatursteuerfunktion, die schematisch im Funktionsblock
78 dargestellt ist, um ein aktualisiertes Heizungssteuersignal zu ermitteln. Diese
Rechnung basiert auf den Temperatursollwerten, die man als Folge der zuletzt vorangehenden
Dickenüberwachung und dem Stromwert des gemessenen Temperatursteueralgorithmus erhält,
wie dies durch den Funktionsblock 78 dargestellt ist. Hierbei werden aktualisierte
Steuerparameter 90 vom adaptiven Algorithmus abgeleitet, der durch den Funktionsblock
82 dargestellt ist. Das Flußdiagramm des Temperatursteuerprogramms (einschließlich
des adaptiven Algorithmus 82) ist in den Figuren 7A und 7B angegeben.
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Während des Rechenblocks 130, der durch das Primärrechnerzeitintervall
entsprechend BCLOK=52 definiert ist, prüft der Primärrechner 92 die Schnittstelle
114, um sicherzustellen, ob eine Aktualisierung der Dickenmessung auf getreten ist.
Wenn dies nicht der Fall ist, wird die Primärrechnerrechenaktivität bis zum Zeitintervall
unterbrochen, das BCLOK=78 entspricht, wie dies im Rechenblock 132 dargestellt ist.
Zu diesem Zeitpunkt (BCLOK=78) werden die aktualisierten Heizgerätesteuerausgänge,
die während des Rechnerblocks 128 ermittelt worden sind, an die Relaissteuereinrichtung
94 angelegt, die das aktualisierte Heizarbeitszyklussignal in der Leitung 58 an
das Relais 44
des betreffenden Bolzens 36 anlegt. Die Aktualisierung
des Temperaturregelkreises 62, der im Zusammenhang mit den Funktionsblöcken 78,
80, 82 und 86 (Figur 3) beschrieben worden ist und durch die Rechenblöcke 126 und
128 (Figur 5A) verwirklicht wird, erfolgt mit einer Wiederholungsrate, die schneller
als die zu beschreibende Dickenermittlungsrate ist. Vorzugsweise wird der innere
Temperaturregelkreis 62 etwa einmal pro 7 Sekunden durchlaufen.
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Wenn die Dickenüberwachung nach Maßgabe des Rechenblocks 130 erfolgt
ist, erhält der Hauptrechner diese Informationen wieder. Die Rohinformationen, die
Daten für alle N-Streifen enthalten, werden verwendet, um die entsprechende Filmdicke
für alle Streifen zu ermitteln.
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Der Rechenblock 134, der im Primärrechnerzeitintervall entsprechend
BCLOK=53 bis 77 definiert ist, führt die Dickensteuerung aus, die im Funktionsblock
70 angedeutet ist und es wird ein neuer Temperatursollwert (Signal in der Leitung
72) für jeden Streifen ermittelt. Das Flußdiagramm dieses Programms ist in den Figuren
6A und 6B angegeben. Der neue auf die vorstehend beschriebene Weise erhaltene Temperatursollwert
wird während jedes darauffolgenden Temperaturregelkreises (Rechenblöcke 126 und
128) verwendet, die zwischen aufeinanderfolgenden Dickenüberwachungen liegen. Der
Dickenregelkreis 60, der den Rechenblöcken 130 und 134 entspricht, wird pro 50 Sekunden
vorzugsweise einmal durchlaufen.
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Speziell unter Bezugnahme auf das Dickensteuerprogramm, das in den
Figuren 6A und 6B gezeigt ist, das während des Rechenblocks 130 (Figur 5A) zur Verwirklichung
des Funktionsblocks 78 (Figur 3) ausgeführt wird, ist zu bemerken, daß die aktualisierten
Heizeinrichtungssollwerte für die
Heizelemente in einem vorbestimmten
Bereich hinsichtlich der Nachbarschaft der Seitenränder der Folie 26 bestimmt werden
und zwar auf der Basis der Dicke des Extrudats an einem bestimmten Streifen der
inneren Streifen. Beispielsweise können die Temperatursollwerte 72A, 72B, 72C, die
jeweils von den wärmeansprechenden Elementen abgegeben werden, die den Streifen
32A, 32B und 32C zugeordnet sind, basierend auf der Dicke des Extrudats ermittelt
werden, das man bei der Überwachung für den Streifen 32D erhält.
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In ähnlicher Weise werden die Temperatursollwerte für die Heizeinrichtungen,
die den Streifen 32N, 32(N-1) und 32(N-2) zugeordnet sind, von der Dicke des Extrudats
abgeleitet, die im Streifen 32(N-3) überwacht wurde. Als Folge hiervon erhält man
eine verbesserte Steuerung der Dicke des Extrudats in den Streifen, die an die Seitenränder
der Folie 26 angrenzen, so daß man den Abfall an den Randabschnitten 27 der Folie
reduzieren kann. Der Temperaturregelkreis ist (nachdem der Temperatursollwert einmal
bestimmt worden ist) immer für alle Heizeinrichtungen der gleiche. Der Temperatursollwert
für die in Querrichtung äußeren Streifen jedoch wird von der Dicke des Extrudats
in einem vorbestimmten inneren Streifen ermittelt.
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Wenn der entsprechende Heizarbeitszyklus für jedes wärmeansprechende
Element an der Steuereinrichtung 94 für dieses Element angelegt ist, erfolgt die
tatsächliche Steuerung der Heizeinrichtung über den primären Kleinrechner 96 und
über die Leitung 105, die über den Schalter 104 ängeschlossen ist. Der Kleinrechner
96 steuert jede Heizeinrichtung 40 durch Regulierung des Arbeitszyklus der Relais
44, die die Schaltung einschließlich jener des Heizelements für eine vorbestimmte
Zeitdauer eines vorbestimmten Zeitausschnittes schließen. Beispielsweise hat ein
typischer Zeitausschnitt eine Dauer von 1,666 Sekunden.
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Unter Verwendung einer üblichen Versorgungssteuerschaltung
ermöglicht
dieser Ausschnitt einhundert Möglichkeiten, zu denen der Stromanschluß der Heizeinrichtung
40 ausgeschlossen ist. Durch Steuerung des Punktes, an dem die Energieversorgung
der Heizeinrichtung 40 unterbrochen wird, indem das Relais 44 geöffnet wird, läßt
sich der Arbeitszyklus der Heizeinrichtung 40 steuern. Der primäre Kleinrechner
96 hat auch eine "Uberwachungsfunktion" (s. Figur 8A), bei der die Datenleitung
100 vom Primärrechner 96 überwacht wird, um festzustellen, daß der Primärrechner
Daten zum primären Kleinrechner 96 überträgt.
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Das Heizungssteuerprogramm, das durch den primären Kleinrechner 100
ausgeführt wird, ist in Figur 8B angegeben.
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Zusätzlich ist der primäre Kleinrechner 96 in Verbindung mit dem zusätzlichen
Kleinrechner 98. Der zusätzliche Kleinrechner 98 dient dazu, ein kontinuierliches,
aktualisiertes Arbeitszyklussteuersignal für jede Heizeinrichtung zu erzeugen. und
zu speichern und zwar basierend auf einer vorbestimmten Anzahl von vorangehenden
Arbeitszykluswerten. Falls die Steuerung durch den Hauptrechner unterbrochen ist
(beispielsweise bei einem Versagen des primären Kleinrechners 96, um Daten über
die Verbindung 100 zu erhalten), wird der Schalter 104 umgeschaltet und ein Arbeitszyklus-Sollwert,
basierend auf dem gespeicherten zeitlichen Trend der Arbeitszykluswerte über die
Leitung 106 von dem zusätzlichen Kleinrechner 98 an die Leitung 58 angelegt und
dieses Signal wird verwendet, um die wärmeansprechenden Elemente zu steuern. Pro
jeweilige, von dem Primärrechner 92 kommende Zeitdaten (alle 7 Sekunden) werden
die Daten ihrerseits über die Verbindung 101 dem zusätzlichen Rechner 98 zugeführt.
Diese Daten werden über eine vorbestimmte Zeit, etwa 285 Prüfstellen, gemittelt,
wobei eine Periode von etwa 45 Minuten für jeden Streifen erfaßt wird. Diese Zeit
wird zufällig gewählt, um einen erkennbaren zeitlichen Trend des Arbeitszyklus zu
erhalten.
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Bevor alle der vorbestimmten Anzahl von Prüfstellen erreicht sind,
werden die Daten addiert und ein neuer Mittelwert wird ermittelt. Nach der vorbestimmten
Anzahl von Prüfstellen werden die neuesten Daten addiert und die ältesten Daten
werden vom Gesamtinhalt entfernt, so daß die Ergebnisse das Mittel nur der letzten
vorbestimmten Anzahl von Prüfstellen angeben. Das Programm des zusätzlichen Kleinrechners
98 hierfür ist in Figur 9 gezeigt.
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Wie sich aus dem im Flußdiagramm in Figur 10 gezeigten Programm ersehen
läßt, wird zu dem Zeitpunkt, zu dem der primäre Kleinrechner 96 über seine "ffberwachungsfunktion"
erfaßt, daß Daten vom Primärrechner 92 nicht mehr geliefert werden, wird ein Steuersignal
über die Leitung 102 dem zusätzlichen Kleinrechner 98 zugeführt, um die Steuerfunktion,
basierend auf dem vorangehend ermittelten und gespeicherten zeitlichen Trend des
Arbeitszyklus zu übernehmen. Der zusätzliche Kleinrechner führt ein Programm aus,
das ermöglicht, daß der Arbeitszyklus der Heizeinrichtungen so nahe wie möglich
der zeitlichen Entwicklung der Arbeitszykluswerte angenähert wird. Die Begrenzung,
die durch das Vorhandensein von diskreten Schaltpunkten vorgegeben ist, kann dazu
führen, daß ein Arbeitszykluswert irgendwo zwischen diskreten Punkten praktisch
unbrauchbar ist. Der zusätzliche Kleinrechner betreibt die Heizeinrichtungen derart,
daß nach dem Ablauf einer vorbestimmten Anzahl von Zeitausschnitten die gewichtete
Summe der Arbeitszyklen pro jeweiligem Zeitausschnitt einen Arbeitszyklus ergibt,
der dem akkumulierten Arbeitszykluswert besser angenähert ist. Wenn daher die Betriebsfähigkeit
des Primärrechners wieder gegeben ist, ist die Korrektur des Arbeitszyklussollwertes,
die zur Kompensation für die gestörte Zeitdauer des Primärrechners erforderlich
ist, minimal gehalten. Diese Funktion des zusätzlichen Kleinrechners 98 ist in Figur
10 gezeigt.
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Zwei Perioden unterschiedlicher Längen werden bei dem zusätzlichen
Kleinrechner 98 verwendet, um die mittlere Temperatur der Werkzeugbolzen zu regeln.
Die erste Periode, die als Division bezeichnet wird, umfaßt einhundert Zyklen der
60-Zyklus-Leitungsfrequenz. Die zweite Periode, die als Division 2 bezeichnet wird,
umfaßt einhundert Zyklen der Division 1. Die Teilung bzw. Division 1 dauert 1,666
Sekunden und die Division 2 dauert (100 x 1,666) oder 2,78 Minuten. Diese Zeit wird
als ein Kompromiß zwischen der Fähigkeit, ein gutes Auflösungsvermögen zu erhalten,
ein Teil in zehn Tausend, und der thermischen Zeitkonstante der Formwerkzeugbolzen
gewählt, die etwa 15 Minuten beträgt. Der Zeitprozentsatz jeder Teilung wird entsprechend
dem folgenden Beispiel bestimmt.
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Beispiel Zu duplizierender Arbeitszyklus-Mittelwert - DCAVG = 55,35
% Division 2 65 % 35 % Division 1 (EIN/AUS) 55/45 56/44 Wenn bei der Division 2
die Prozentsätze gerade sind (d.h. durch zwei teilbar), so werden sie auf den nächst
kleinsten Bruchteil reduziert Wenn beispielsweise der Zeitprozentsatz des einzuhaltenden
Verhältnisses 55/45 64 anstelle von 65 war, dann wird der Prozentsatz auf 32 % für
55/45-Verhältnis und auf 16 % für 56/44-Verhältnis geändert, wodurch man eine äquivalente
mittlere Zeit erhält, die aber den Vorteil einer geringen Temperatur-"Welligkeit"
mit sich bringt.
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Wenn der zusätzliche Arbeitszyklussteuerrechner angesprochen wird,
daß dieser die Steuerung übernehmen muß, so wird eine Tabelle für jeden Streifen
basierend auf den Mittelwerten erstellt, die eingehalten werden muß. Wenn
diese
Tabelle einmal erstellt ist, werden Adresszeiger in den Tabellen durch den Rechner
verwendet, um die Ein-Aus-Steuerfolge für das Festkörperrelais jeder Heizeinrichtung
zu bestimmen.
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Die Anlage, die einen Teil der Beschreibung bildet, enthält Auflistungen
der Programme, die in den Figuren 6 und 7 beschrieben sind. Die Programme sind in
der Programmiersprache Fortran abgefaßt und sie sind mit den funktionellen oder
Rechnerblöcken verknüpft, die in diesen Figuren gezeigt sind. Die Anlage umfaßt
Seiten mit dem vorangestellten Zusatz "A" und umfaßt die Seiten A-1 bis A-45.
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