NO841572L - Fremgangsmaate og apparat for automatisk regulering av temperaturen i et varmeelement - Google Patents

Description

Framgangsmåte og anordning for temperaturstyring av varmeelement.

Oppfinnelsen angår en framgangsmåte av det slag som er angitt i innledningen til patentkrav 1, for temperaturstyring av et varmeelement, nærmere bestemt for å regulere varmen i et apparat for,lokkpåføring. Den omfatter dessuten en anordning for gjennomføring av denne framgangsmåten.

Det er kjent ved beholdertilvirkning å påføre folielokk ved å bruke platevarmere som forsegler folien til beholderen. Platen brukes for å aktivere et smelt-bart klebemiddel, i form av lim, skjellakk e.l. på beholdersida. Riktig forsegling kan bare oppnå når klebemiddelet oppvarmes til tilstrekkelig temperatur og absorberer tilstrekkelige varme. Det vil være et forhold mellom tida og temperaturen som er passende for å sikre at forseglingen er effektiv, slik at beholderinnholdet hindres i lekkasje, søling etc.

To betingelser må sikres for å oppnå en til-fredsstillende forsegling. Temperaturen på varmeplata må være tilstrekkelig høy og folien-må utsettes for plate-températuren i tilstrekkelig lang tid for å absorbere tilstrekkelig varmeenergi. Varigheten av tida som folie-lokket er i berøring med varmeplata,er nedenfor kalt kontakttid.

Ved kjent utstyr for tilvirkning av slike beholdere, f.eks. som beskrevet i US-patentskrift 29.

448 (reissue) blir en beholder etter tildannelse og fylling i forskjellige roterende stasjoner, ført til en stasjon for lokkpåføring. Automatisk utstyr for tildannelse og fylling av beholderne av det slag som er beskrevet i dette patentskriftet er i stand til å pro-dusere' 350 eller flere beholdere pr.minutt. Når det arbeides med lav hastighet, kan varmeplata ligge på en temperatur, som er tilstrekkelig til å aktivere klebemiddelet, f.eks. 115-133°C. Årsaken er at folien ved lave hastigheter kan absorbere tilstrekkelig varme fra plata til å oppnå ei god forsegling. Når produksjonshastigheten øker, må temperaturen på varmeplata økes for å sikre at det overføres tilstrekkelig varme til folie-lokket, fordi kontakttida for hvert folielokk er betydelig kortere. Med økende produksjonshastihet er det derfor nødvendig å øke platetemperaturen tilsvarende. Uhel-digvis er det vanlig at maskinoperatører øker produksjonshastigheten uten å innstille platetemperaturen til- - fredsstillende, slik at det tilvirkes defekt forseglete beholdere.

I tillegg vil ved kjent utstyr, når forseg-lingsstasjonen, f.eks. under en matpause, varmeplate-temperaturen være tilbøyelig til å synke mot omgivelses-temperaturen. Etter at utstyret er startet opp igjen tar det vanligvis opptil 15 minutter før platetemperaturen er tilstrekkelig høy til å gi riktig forseglete beholderlokk, pga. en betydelig termisk treghet i plata. Dersom produksjonen gjenopptas før platetemperaturen er tilstrekkelig til å aktivere klébemiddelet på folien,

vil den første delen av produksjonen ha dårlig forseglete lokk. Ved hurtigarbeidende utstyr kan dette bety at tusenvis av beholdere med innhold blir for dårlig forseglet. Hovedformålet med oppfinnelsen er derfor å skape en anordning for å styre varmen fra ei slik varmé-plate, som kan virke enten automatisk eller i ventetilstand. Det er et ytterligere formål å skape en anordning

for slik varmestyring som kan reagere på produksjonshastigheten"og som kan opprettholde varmen på varmeplata på et ønsket nivå, idet dette nivå ligger over et visst minimum når utstyret befinner seg i ventetilstand.

Ifølge oppfinnelsen kan dette oppnås ved å utnytte de trekk som er angitt i den karakteriserende delen av krav 1.

Ytterligere fordelaktige trekk ved opp-

finnelsen er angitt i underkravene.

Oppfinnelsen er nedenfor beskrevet nærmere

med henvisning til tegningene, hvor det er vist et eksempel på en hensiktsmessig utførelsesform av oppfinnelsen, idet

fig. 1 viser et skjematisk blokkdiagram av en automatisk anordning for temperaturstyring i samsvar med opp-

finnelsen, mens

fig." 2 viser et skjematisk diagram av den automatiske styringen i fig. 1.

I fig. 1 er det illustrert et roterénde .ele- - . ment 11 i en maskin for lokkforsegling e.l. For å fastr ... slå rotasjonshastigheten til delen 11 er denne forsynt med magnetiske elementer 13 som føres forbi en magnetisk pickup 12 e.l., hvilken registrerer plasseringen. Selv om eksempelet er knyttet til én roterende stasjon for lokkforsegling skulle det være klart at oppfinnelsen kan brukes ved en -produksjonsstasjon for gjennomløp, hvor organet 12 kan omfatte et hvert element som er i stand til å registrere produksjorishastighéten. Signalet som utvikles av føleren 12,blir matet til en frekvens-analog omformer 14, f.eks. et slag som leveres av- Red Lion Controls Corporation of York, Pennsylvania, USA som er"

stand til å motta et inngangssignal fra 0 til 10 kHz og utvikle en tilsvarenede utgangsspenning fra 0 til 10

volt likestrøm ved en strømstyrke på omtrent 10 milli-ampere. Utgangen fra omformeren 14 fører temperatur-

styring av det slag som blir levert av Watlow Winona,

Inc. (Minnesota,USA). En slik styring er i stand til å

avgi et signal fra 0 til 10 volt og gjennomfører tem-

peraturstyring i området fra ca. -18°C til 537°C. Utgangssignalet fra styringa 18 tilføres en effektfor-sterker 20 som styrer energimengden til varmeplata 22. Effektforsterkeren kan være en enkeltfaset, 0-matet kraftstyring av det slag som leveres av Halmar Electronics, Inc. (Colombus, Ohio). For å registrere temperaturen på varmeplata 22 kan det finnes et termopar 23 for å sende et tilbakemeldingssignal til den programmerbare varmestyringa 18.

For de fleste formål er det ønskelig at varmeplata aldri kjølnes under en bestemt temperatur, f.eks. under ca. 50°C (150°F).

For å opprettholde platetemperaturen på ønsket forseglingstemperatur under beredskapsdrift når signalet fra omformeren 14 går til null, finnes det en . krets for bruk i beredskapstilstand. En addisjonskrets 26 mottar en inngangsspenning som tilsvarer minste . platetemperatur (dvs. utgangen" fra ei regulert spenningskilde 24) og i tillegg et ekstra spenningstrinn for å holde platetemperaturen på riktig nivå slik at beholderne kan forsegles så snart produksjonen tas opp igjen. Dette spenningstrinnet kan påtrykkes ved hjelp av et potensiometer 28 med en innstillbar gren 30 som tilsvarer hastighetsstyringen til det tilhørende produk-sjonsutstyret. Dersom fyllutstyret er blitt innstilt på 300 beholdere pr. minutt må spenningen på addisjonskretsen 26 fra potensiometeret 28 med andre ord tilsvare en platetemperatur som tilsvarer denne produksjonshastigheten. Når forseglingsutstyret er i ventetilstand er den normalt lukkete bryteren SR^-i ^Pen °9 en normalt- åpen bryter SR^_2 lukket, slik at inngangen til den programmerbare yarmestyringen kobles over fra automatisk drift til ventetilstanden.

Det skal nå vises til kretsen i fig. 2 som gjengir styringssystemet i fig. 1 mer detaljert. I fig.

1 og 2 er tilsvarende elementer betegnet med like hen-vishingstall. På samme måte som i fig. 1 finnes det organer for å fastslå produksjonshastigheten til ut styret for lokkpåføring eller en annen produksjonsstasjon som er tilknyttet varmeplata. Slike midler kan omfatte en føler 12 basert på hall-effekt eller tilsvarende, som avgir et signal proporsjonalt med hastigheten på rotasjonen (eller produksjonen) til et organ som føres forbi. Signalet fra føleren 12 føres til en frekvens-analog-omformer 14 slik at det dannes et like-strømssignal som er proporsjonalt med følersignalet. I tilfelle det tilknyttete utstyret omfatter roterende produksjonsstasjoner, vil føleren 12 bare registrere rotasjonshastighet. Der det brukes ikke-roterende pro-duks jonsstas joner , kan imidlertid føleren bare reagere på forbiføringen av et element, så som en beholder e.l., eller på bevegelsen av et element i utstyret som angir produksjonshastigheten. Utgangssignalet fra omformeren 14 tilføres addisjonskretsen 16 og gjennom en normalt-, lukket bryter SR^_^til den programnmerbare varmestyringen 18. Virkemåten til addisjonskretsen 16 er .beskrevet nærmere nedenfor.

Utgangssignalet fra varmestyringéii 18 ér~ for-bundet med en effektfprsterker 20 som styrer energitil-førselen til varmeplata 22. Varmeplata 22 er tilknyttet en termisk føler 23 som gir et styringssignal til varmestyringen 18 med opplysning om platetemperaturen. Systemet gir styring med lukket sløyfe for varmeplata ved hjelp av- den programmerbare varmestyringa i samsvar med inngangssignalet på denne. Signalet som tas fra den innstillbare grenen til motstanden i addisjonskretsen 16 er proporsjonalt med utgangssignalet fra omformeren 14 og er derfor en indikasjon på utstyrets pro-duks jonshastig. Temperaturen som plata 22 holdes på når utstyret drives automatisk som beskrevet nedenfor vil alltid følge produksjonshastigheten til utstyret, og dermed sikre at hvert folielokk absorberer tilstrekkelig varme til å oppnå en riktig forsegling. på beholderen.

Det er blitt funnet at det er hensiktsmessig å holde platetemperaturen minst på ca. 71°C utavhengig av hvor lavt produksjonshastigheten faller. For dette formål blir en ekstra spenning som tilsvarer minimal platetemperatur påtrykt addisjonskretsen 16. Ei regulert spenningskilde 24 påtrykker denne minimumsspenning på motstanden i addisjonskretsen. Summen av spenn--

ingene fra de sammenkoblete motstandene R, og R2i addisjonskretsen 16 påtrykkes over en normalt lukket relebryter SR1_2til styringen 18, for å styre energi-tilførselen til varmeplata 22.

Den regulerte spenningskilden 24 opprett-

holder en nøyaktig regulert spenning for å eliminere spenningsvariasjoner i strømtilførselen (+). Strømtil-førselen er fortrinnsvis ei lavspent likestrømskilde,

f.eks. på 12 volt. For å sikre at regulatoren virker effektivt for å opprettholde en konstant spenning, er. dens utgangsspenning innstilt på et nivå betydelig under nivået til kraftforsyningen. I eksempelet, hvor tilført spenning er 12 volt, kan den regulerte spenningen være i størrelsesorden 5 volt. Strømforsyningen omfatter en

. regulartor 1.02 og en spenningsdelerkrets som omfatter en ... motstand R^ og et potensiometer R^: Regulatoren 102" kan omfatte et standardregulatorelement med tre tapper, f.eks. fra Allied Electronics. Motstanden R^brukes for å innstille spenningen V cl, hvilken ,. som beskrevet nedenfor, ikke bare gir forspenning for motstanden R2

i adderingskretsen 16, men også gir kalibreringsspenning for hele styresystemet. Potensiometeret R^. kan inn-

stilles slik at det gir den ønskete spenningen V 3. og deretter forsegles fra produsenten eller dersom brukeren skal kunne foreta innstillinger kan motstanden R^være i form av et potensiometer som er tilgjengelig for brukeren. Alternativt til den viste spoenningskilden 24

kan det brukes en tilsvarende nøyaktig regulert kilde,

så som et batteri e.l.

Når temperaturstyringskretsen virker auto-

matisk er den normalt lukkete bryteren SR^_^åpen, og den normalt åpne bryteren SR1_2lukket. Samtidig er den normalt lukkete relebryteren SR^_3åpen. Rele-

bryteren SR1_^er del av indikatorsystemet for

venting, som kan omfatte en lysdiode 105 og en strømbe-grensende motstand R^ .. Venteindikatoren kobles inn når den normalt lukkete bryteren SR2_3ikke åpnes av releet 104 (dvs. når bryteren S,. er åpen). Det er også hensiktsmessig å anordne utstyret for å indikere når styringen virker automatisk. Dette utstyret kan omfatte en lysdiode 106 og en strømbegrensende motstand Rg som er koblet mellom de to klemmene til krafttilførselen over bryteren S,., som er lukket når det foreligger automatisk drift. En kondensator kan "også. være koblet overklemmene for å absorbere eventuell retur-spenning som dannes av releet 104 og for å absorbere spenningstopper fra strømtilførselen, som ellers ville blitt overført til regulatoren 102.

Vente-delen av styringssystemet vil nå bli beskrevet. Utgangsspenningen V fra spenningskilden 24

clpåtrykkes potensiometerkretsen R^ og Rg. Denne mot- . standskretsen virker som en addisjonskrets, hvis ut-gangsspénning påtrykkes styringskrétsen over bryteren SR^_^, som normalt er lukket og som forblir lukket når systemet er i vente-tilstand. Motstanden R^gir en minimumsspenning til styringskretsen 18 på tilsvarende måte som motstanden Rj for addisjonskretsen 16. Spenningen som hentes ut av motstanden R^sikrer at platetemperaturen ikke faller under en minimum-temperatur, f.eks. ca. 71°C. Motstanden Rg kan brukes for å innstille maksimal temperatur på varmeplata under vente-tilstanden. Denne temperaturen kan f.eks. ligge i området rundt 177°C. Por å kunne innstille en platetemperatur som ligger mellom minste og høyeste temperatur, bestemt av motstandene R^hhv. Rg og som tilsvarer den ønskete platetemperatur når utstyret startes etter venting, er det anordnet en motstand R2g med innstillbart uttak 30. Motstanden R28og uttaket 30 kan være ,de samme som de styringselementer som brukes

for å styre hastighet-på en del av behandlingsutstyret, f.eks. en fyllestasjon foran stasjonen for lokkpå-setting, som vist i US-patentskrift 29.448 (reissue).

Alternativt kan motstanden 28 med uttaket 30 bare være koblet til et styringselement for produksjonshastigheten slik at ventetemperaturen på varmeplata blir innstilt på den temperatur som kreves når utstyret startes igjen for å begynne produksjon med samme hastighet som det hadde

ved utkoblingen. Dersom utstyret ble drevet,med en hastighet som forlangte at varmeplata ble holdt på en temperatur på eksempelvis 137°C, vil spenningen fra addisjonskretsen 26 være lik en spenning som tilsvarer en platetemperatur på dette nivå. Etter oppstarting, f.eks. etter en'matpause e.l. ville den første driften etter at utstyret hadde returnert til automatisk drift derfor finne varmeplata på riktig temperatur for umiddelbar drift, slik det ble holdt på denne temperaturen under utkobling. Alle beholderne ville derfor få riktig forseglet lokk, uten behov for venting på at en oppvarmingsperiode skulle gå over. Måten systemet blir kalibrert på skal beskrives nedenfor. Potensiometeret blir i starten innstilt for å oppnå riktig utgangsspenning fra spenhingskilden 24. En spenning f,eks-, på 5 volt er tilstrekkelig til å gi forspenning til addisjonskretsene 16 og 26. Som nevnt foran, kan potensiometeret R^ være tilgjengelig for brukeren eller kan forseglet fra produsenten. Deretter blir for-spenningsknappen S^trykket ned med styringene 28 og 30 for produksjonshastigheten i nullstilling. Motstanden

R^kan nå innstilles slik at platetemperaturen bestandig vil forbli over et forutbestemt minimum, f.eks. 71°C. Denne innstillingen kan bestemmes ved å bevege bryteren S4til den kalibrerte posisjonen og innstille potensiometeret R^inntil strømmåleren 108 angir en strømverdi som tilsvarer den ønskete minimums-temperatur.

Deretter blir potensiometeret 28 stilt på maksimalhastighet og venteknappen S£ trykket ned. Potensiometeret Rg blir deretter innstilt inntil utgangen på strømmåleren viser en strøm som tilsvarer maksimalt ønsket.platetemperatur, f.eks. 177°C.

Det skulle nå være klart, at når motstanden

28 reguleres med uttaket 30, vil utgangen til varmestyringen 18 variere platetemperaturen mellom minimums-temperatur og maksimumstemperatur, bestemt av potensiometerne hhv. R7og Rg selv om 71°C og 177°C er blitt angitt som eksempler på minste og største platetemperatur, skulle det være klart at systemet kan innstilles på ethvert temperaturområde som er hensiktsmessig for det aktuelle bruk.

Deretter blir bryteren S,. trykket ned og

med utgangen fra omformeren 14 på 0, blir potensio-

meteret R2innstilt slik at det tilsvarer minste platetemperatur, i eksempelet 71°C. Deretter blé fylle- og lukkeutstyret innstilt på maksimal hastighet eller et signal tilsvarende maksimal hastighet påtrykt utgangen av omformeren 14 og potensiometeret R^innstilt slik at den totale utgangsspenningen over potensiometerne er R^ og R2 er lik den ønskete maksimale platetemperatur. Kretsen for temperaturovervåking..blir nå innstilt slik at den virker både i automatisk og i vente- tilstand. Etter kalibrering og under drift, kan bryteren kobles fra kalibrerings- eller A- stilling til drift- eller B- stilling, for å angi operatøren hvilken temperatur varmestyringen er innstilt på. I denne stillingen vil avlesingen på strømmålingen 108

være direkte proporsjonar med innstillingen av platetemperaturen. Strømmåleren kan derfor kalibreres på skalaen enten i miniampere eller i temperatur- grader, idet det antas at egenskapene til varmeplata og dé forskjellige delene av styringsutstyret er kjent. Motstanden Rg er bare en strømbegrensingsmotstand som også-kan brukes til å kalibrere strømmåleren 108.

Utførelsesekssempelet som er beskrevet oven-

for kan modifisers, på forskjellige måter innenfor ramma,

av patentkravene. Mens det i eksempelet er tale om ut--

styr for behandling av en beholder som skal påføres et folielokk ved hjelp av ei varmeplate, skulle det være klart at oppfinnelsens prinsipp kan utnyttes, i alle

tilfelle hvor en utgangstemperatur kan holdes proporsjonal til en kontakttid eller et annet tidsintervall. Et slikt temperatur- styringssystem kan f.eks. brukes i forbindelse med pumping, blanding eller oppvarming av kjemikalier. Videre skulle det være klart at de innstillbare potensiometerne i visse sammenhenger kan er-stattes med faste motstander, og at et kalibrerings-system vil være unødvendig.

Claims (16)

1. Anordning for temperaturstyring av et varmeelement med en temperaturstyringskrets for styring av energitilførselen til varmeelementet, idet en temperaturføler er anordnet ved varmelementet, karakterisert ved at styringskretsen (18.)

-får.tilført styringssignal fra et organ (12,13) som fastslår varmeelementets kontakttid i en driftstilstand, idet styringskretsen i denne driftstilstanden på i og for seg kjent måte gir automatisk styring av energi-tilførselen til varmeelementet (22), mens det i en andre driftstilstand for anordningen, som svarer til ventetid tilføres varmeelementet en på forhånd fastlagt energimengde, idet det finnes et organ (bryteren S,., SR^ _^ , SRj^g) for å koble anordningen mellom de to driftstilstandene.

2. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at den omfatter en effektstyring som styres av styringskretsen slik at den avgir en tilmålt høyspent energimengde til varmeelementet.

3. Anordning i samsvar med krav 2, kar akte,ri sert ved at den omfatter en anordning for å opprettholde temperaturen på varmeelementet over et forutbestemt minimum under automatisk drift.

4. Anordning i samsvar med krav 3, karaktertisert ved at den omfatter en krets koblet til styringskretsen over en bryter, for å styre temperaturen på varmeelementet i vente-tilstand.

5. Anordning i samsvar med krav 4, karakterisert ved at den omfatter en krets-kobling for å holde.temperaturen på varmeelementet over et forutbestemt minimum når anordning er i vente- tilstand.

6. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at anordningen for å bestemme kontakttida omfatter en føler som danner et signal proporsjonalt med kontakttida og en omformer for å omdanne dette signalet til et likestrømsignal som til-føres styringskretsen.

7. Anordning i samsvar med krav 6, karakterisert ved at føleren er én magnet-føler som reagerer på passeringen av et roterende element, hvis rotasjonshastighet er proporsjonal méd kontakttida.

8. Anordning i samsvar med krav 1, karaktertisert ved at den omfatter en tem-peraturføler koblet til styringskretsen, slik at det dannes ei sløyfekobling.

9. Anordning.i samsvar med krav 1,. karakterisert ved at bryterkretsen omfatter en første og en andre reledrevet bryter, idet den første bryteren (SR^_^) er normalt åpen, og lukkes under automatisk drift, idet den er plassert mellom organet for å fastlégge kontakttida og styringskretsen, mens den andre bryteren normalt er lukket og åpner under automatisk drift idet den er plassert mellom styringskretsen og kretsen for å styre temperaturen på varmeelementet i vente-tilstand.

10. Anordning i samsvar med krav 9, karakterisert ved at den omfatter et rele (104) som er koblet slik at det blir tilført energi under automatisk drift, samt at det finnes en første og en andre indikator (105,106) for å indikere når kretsen er i automatisk drift eller vente-tilstand.

11. Anordning i samsvar med krav 9, karakterisert ved at den omfatter eh måler tilkoblet styringskretsen for å gi en anvisning som er proporsjonal med temperaturen som styringskretsen påfører varmeelementet.

12. Framgangsmåte for temperaturstyring av et varmeelement i samsvar med kontakttida for en gjenstand som skal oppvarmes av elementet, hvor en måler kontakttid og elementtemperatur, karakterisert ved . at energitilførselen til elementet styres i samsvar med den målte kontakttida og med elementtemperaturen, slik at temperaturen økes med avtakende kontakttid, på en slik måte at gjenstanden som skal oppbevares absorberer et minimum av varmeenergi.

13. Framga-ngsmåte i samsvar med krav 12, karakterisert ved at temperaturen på varmeelementet holdes over et forutbestemt minimum uavhengig av kontakttida.

14. Framgangsmåte i samsvar med krav 13, karakterisert ved at elementtemperaturen holdes automatisk på en temperatur som tilsvarer kontakttida også når elementet er i vente-tilstand.

15. Framgangsmåte i samsvar med krav 13, karakterisert ved at bestemmelsene av kontakttida omfatter måling av hastigheten som gjenstandene . tilføres med til varmeelementet.

16. Framgangsmåte i samsvar med krav 15, karakteris er rt ved at den høyspente kraft-tilførselen til varmeelementet styres med et lavspent styringssystem.