DE1959003A1

DE1959003A1 - Vorrichtung fuer die Temperaturregelung eines erwaermten,umlaufenden Koerpers

Info

Publication number: DE1959003A1
Application number: DE19691959003
Authority: DE
Inventors: Irvine John Anderson
Original assignee: Molins Machine Co Ltd
Current assignee: Molins Machine Co Ltd
Priority date: 1968-11-27
Filing date: 1969-11-25
Publication date: 1971-01-07
Also published as: GB1296036A; JPS4834264B1; US3637984A; FR2024329A1

Description

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PATENTANWÄLTE

dr. ing. H. NEGENDANK · dipl.-ing. H. HAUCK · dipl.-phys. W. SCHMITZ

HAMBURG-MÜNCHEN ZUSTELLUNGSANSCHRIFT: HAMBURG 36 · NEUER WALL 41

TEL. 367428 UND 364119

TELEGB. NEGEDAPATENT HAMBURG MÜNCHEN 15 · MOZARTSTR. 23

TEL.5380586

TElEGR. NEGEDAPATBNT MÜNCHEN

HAMBURG, 24 fVi» IPCn *·"· U\J\, liiOa

Vorrichtung für die Temperaturregelung eines erwärmten, umlaufenden Körpers.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für die Temperaturregelung eines erwärmten, umlaufenden Körpers, und ist insbesondere, jedoch nicht ausschließlich auf eine Vorrichtung für die Temperaturregelung einer erwärmten, umlaufenden Trommel gerichtet.

Bei einigen Verfahren, die unter der Bezeichnung Fließfertigung bekannt sind, werden erwärmte Trommeln verwendet, in welche Gegenstände, die erwärmt werden sollen, eingeführt oder durch welche diese Gegenstände durchgeführt werden. Die Erwärmung kann beispielsweise dazu erforderlich sein, eine bestimmte Wirkung auf den Gegenstand auszuüben, z.B. um diesen zu tempern oder weichzumachen, oder um den

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Gegenstand in einem Behälter oder Paket zu versiegeln.

Bei der Drehung der Trommel wird zur Beheizung der Trommel dienende elektrische Energie einem der Trommel zugeordneten Heizelement vermittels einer oder mehrerer Schleifringe und Bürsten zugeführt. Eine Grobeinstellung der Beheizung der Trommel kann dadurch erfolgen, daß die zugeführte elektrische Energie z.B. von Hand an- oder abgeschaltet wird.

Wenn eine genaue Temperaturregelung der Trommel erforderlich ist, wird in oder an der Trommel eine Temperaturfühlvorrichtimg angeordnet, und die Signale der kühlvorrichtung, welche die'Temperatur anzeigen, werden auf dem gleichen Wege, auf dem die Stromzufuhr zu der Trommel gesteuert wird, aus der Trommel heraus und einem Steuergerät zugeführt.

Zur übertragung der Signale von der Fühlvorrichtung zu dem Steuergerät ist bereits vorgeschlagen worden, einen oder mehrere zusätzliche Schleifringe und Bürsten einzig und allein für diesen Zweck vorzusehen. Diese haben jedoch den Nachteil, daß Störsignale (die im allgemeinen als "Geräusch" bezeichnet werden), welche durch die gegenseitige Einwirkung zwischen Schleifringen und Bürsten erzeugt werden, sowie Schwankungen des Kontaktwiderstandes zwischen den Schleifringen und den Bürsten Regelungefehler zur Folge haben können.

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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Vorrichtung für die Temperaturregelung eines erwärmten, umlaufenden Körpers zu schaffen, durch welche die vorstehend genannten Nachteile beseitigt werden.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Vorrichtung für die Temperaturregelung eines erwärmten, umlaufenden Körpers ist gekennzeichnet durch eine in oder an einem umlaufenden Körper befestigte Temperaturfühlvorrichtung, die mit einem hochfrequenten Schwingungsgenerator gekoppelt ist und während des Betriebes die Prequenz der erzeugten Schwingungen oder die Breite der Schwingungsimpulse in Abhängigkeit von der Temperatur des Körpers oder der Temperatur innerhalb des Körpers modulieren kann, sowie durch Vorrichtungen zur Übertragung der modulierten Schwingungen zu einem außerhalb des umlaufenden Körpers angeordneten Steuergerät, welches die Stromzufuhr zu einem dem Körper zugeordneten elektrischen Heizelement derart steuern kann, | daß regelmäßig wiederkehrende Impulse des Heizstromes mit einer durch die Modulation der Schwingungen bestimmten Impulsbreite abgegeben werden, und durch Vorrichtungen zur Herleitung einer elektrischen Spannung für den Schwingungsgenerator aus den dem Heizelement zugeführten Heizstromimpulsen. Bei Verwendung einer Hochfrequenz für die Schwingungen kann die Kapazität zwischen einem Schleifring und einer Bürste, die dazu dienen, die Schwingungen von dem

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Körper abzuleiten, so gewählt werden, daß sie einen Kurzschluß oder eine niedrige Reaktanz über den Kontaktwiderstand bildet, wodurch der Einfluß von Kontaktwiderstandsänderungen auf die übertragene Schwingung im wesentlichen ganz ausgeschaltet wird.

Durch Verwendung eines Amplitudenbegrenzers in der außer-A halb des umlaufenden Körpers befindlichen Schaltung lassen sich durch Störsignale oder Geräusche bedingte Amplitudenschwankungen beseitigen. Vermittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich die bereits vorgeschlagenen zusätzlichen Schleifringe und Bürsten für die Übertragung der Signale aus dem umlaufenden Körper vermeiden, da es nunmehr möglich ist, für diesen Zweck die gleichen Schleifringe und Bürsten wie für den Heizstrom zu verwenden. Das ist auf die !Patsache zurückzuführen, daß die zur Temperaturanzeige dienenden Signale im Vergleich zu der Speise- oder Ketzfrequenz eine hohe Frequenz aufweisen, so daß sich auf einfache Weise eine Trennung der Temperaturanzeigesignale von den Speiseströmen erzielen läßt.

Außerdem wird der Heizstrom in regelmäßig wiederkehrenden Impulsen zugeführt, deren Breite in Abhängigkeit von der zur Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Temperatur erforderlichen Wärmezufuhr veränderlich ist, was ermöglicht,

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aus diesen Impulsen durch eine in oder an dem umlaufenden Körper befindliche Schaltung einen Gleichstrom für den Schwingungsgenerator oder Oszillator herzuleiten. Anordnungen, bei denen der Heizstrom angeschaltet wird, wenn sich der Körper unter eine vorgegebene Temperatur abkühlt, und der Heizstrom abgeschaltet wird, wenn der Körper über eine vorgegebene Temperatur erwärmt wird, sind aus diesem Grunde nicht zufriedenstellend· Die Anbringung eines Akku- ^ mulators innerhalb des Körpers oder an diesem stellt ebenfalls keine gute Lösung dar, wenn höhere Temperaturen auftreten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen

flg. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung,

Pig. 2 ein schematischer Schaltplan einer Schwingungsgenerator- und Modulatorschaltung für die Aus- " führung der Pig. 1, und

Pig. 3 ein Blockschaltbild eines Heizstrom-Steuergerätes für die Ausführung der Pig. 1 ist.

In der Darstellung der Pig. 1 ist eine Trommel D fest mit einer umlaufenden Welle R verbunden und in ihrer zylindrischen Oberfläche ist ein Heizelement H eingebettet. Das eine Ende der Sekundärwicklung des Transformators Tx ist mit

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einer Bürste B verbunden, welche mit einem Schleifring S auf der Trommel D zusammenwirkt. Der Schleifring S ist mit dem einen Ende des Heizelementes H verbunden, dessen anderes Ξηαβ "geerdet", d.h. mit dem Körper der !Trommel D und damit auch mit der Welle R verbunden ist. Bas andere Ende der Sekundärwicklung des Transformators Tx ist durch das Stromsteuergerät G mit der Welle E und damit auch mit dem Heizelement H verbunden.

Ein Thermistor TH ist in der zylindrischen Wand der D eingebettet und mit einer Einheit E verbunden, welche einen Schwingungsgenerator oder Oszillator und einen Modulator enthält. Wie weiter unten ausgeführt wird, erzeugen diese Impulse hochfrequenter Schwingungen, wobei die Impuls breite von der durch den Thermistor Th abgefühlten Temperatur abhängig ist.

Diese Impulse werden durch der». Schleifring S und die Bürste B dem Steuergerät 0 zugeführt, in welchem sie in der nachstehend beschriebenen Weise zur Steuerung der Heizstromzufuhr zu dem Heizelement dienen.

Pig. 2 ist ein schematischer Schaltplan der Einheit E, wobei der Thermistor Th in die Schaltung eingezeichnet ist. Eine Eingangs- und Ausgangsklemme P ist in der Anordnung der Pig. 1 mit dem Schleifring S verbunden, von welchem

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ein Wechselspannungs-Eingangssignal der Einheit E züge- führt und an welchen das Ausgangesignal der Einheit E angelegt wird.

Die Klemme P ist durch eine Hochfrequenzdrossel L. mit einer Diode D₁ verbunden, welche in Verbindung mit einem Kondensator G.. ein Gleichrichter sys tem "bildet. Ein Widerstand R₁ und eine Zenerdiode Dp sind dem Kondensator C₁ parallelgeschaltet und liefern eine stabilisierte Gleichspannung für die Einheit E.

Die Transistoren Q₁ und Q₂, die Widerstände R₂, R* und R., die Kondensatoren G₂ und C* und der Thermistor Th bilden einen Multivibrator, dessen Ausgangsimpulse, die an dem Kollektor von Q₂ erscheinen, eine von dem Widerstand des Thermistors Th abhängige Breite (Trennstrom-Raum-Verhältnis - mark-space ratio) aufweisen.

Ein Transistor Q~, Widerstände R₁- und Rg, Induktivitäten L₂, L, und L,, sowie Kondensatoren G. und C,- bilden einen Colpitts-Oszillator der !Frequenz 8 MHz, dessen Ausgang mit der Basis von Q, über eine Diode D* verbunden ist. Die Amplitude der durch den Multivibrator gelieferten Impulse wird so gewählt, daß der Oszillator durch diese Impulse abgeschaltet werden kann. Der Schwingungsgenerator oder

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Oszillator erzeugt während des Betriebes Schwingungsstöße (bursts of oscillations) hoher Frequenz, die durch einen Kopplungskondensator 0« an die Klemme P angelegt werden.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild des Steuergerätes C der Fig. 1. Außerdem sind in Fig. 3 die Wellenformen der an verschiedenen Stellen der Schaltung erscheinenden Spannungen dargestellt.

Die von der Bürste B (Fig. 1) kommenden Schwingungsimpulse werden durch einen Verstärker und Amplitudenbegrenzer A an einen Demodulator Dm angelegt, dessen Ausgang in der dargestellten Weise aus Impulsen festgelegter Amplitude besteht, die ein Trennstrom-Raum-Verhältnis aufweisen, welches sich in Abhängigkeit von der Temperatur der Trommel verändert. Je höher die Temperatur der Trommel ist, umso größer wird das Trennstrom-Raum-Verhältnis. Diese Impulse werden durch einen Integrator I integriert, der eine Gleichspannung liefert, deren Größe von dem Trennstrom-Raum-Verhältnis abhängig ist. Die am Ausgang des Integrators I erscheinende Gleichspannung wird an den einen Eingang eines ÜID-Gatters oder Vergleichers G angelegt, während an dessen anderen Eingang eine lineare Sägezahnspannung von 100 Hz angelegt wird, die durch einen durch die Speisespannung von 50 Hz synchronisierten Rampengenerator RG geliefert wird, welcher

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bei jeder HaTbwelle der Speisespannung von 50 Hz eine Rampe liefert. Das Gatter Gr ist so beschaffen, daß es nur dann ein Ausgangssignal liefert, wenn die Sägezahnspannung am Eingang gleich groß oder größer ist als die Gleichspannung des Integrators I. Somit besteht das Ausgangssignal des Gatters G aus einem Impuls für jede Rampe der Sägezahnspannung, wobei die Breite der Impulse abnimmt, wenn die Gleichspannung zunimmt, d.h. die Temperatur der , Trommel ansteigt. Diese Impulse werden an die Triggerelektrode eines Zweirichtungsthyristors oder TRIAC Sw angelegt, der in Reihe mit der Wechselstrom-Speisespannung für das Heizelement H geschaltet ist (Fig. 1). Da diese Impulse mit der Speisespannung synchronisiert sind, wird der Thyristor Sw bei jeder Halbwelle einmal gezündet, wobei die Anordnung so ausgelegt ist, daß der Thyristor stets bei jeder Halbwelle gezündet wird, indem der Maximalwert der von dem Integrator abgegebenen Gleichspannung nur etwas kleiner gemacht wird als die Amplitude der Sägezahnspannung. " Somit besteht der Heizstrom aus Impulsen» von denen jeder eine Dauer oder Breite von weniger als 1/100 Sekunde aufweist, wobei die Breite von der Temperatur der Trommel abhängig ist.

Auf diese Weise werden regelmäßig wiederkehrende Heizstromimpulse an das Heizelement H und die Klemme P angelegt, so daß der Schwingungsgenerator, der Modulator und der Ther-

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mistor mit einer konstanten Gleichspannung betrieben werden können.

Wenngleich in der hier dargestellten Ausführung das Trennstrom-Raum-Verhältnis der hochfrequenten Schwingungsimpulse in Abhängigkeit von der Temperatur moduliert wird, läßt sich andererseits auch eine Frequenzmodulation einer kontinuierlichen Schwingung verwenden. In diesem Pail hat dann der Demodulator die Form eines Diskriminators, welcher die an das Gatter G angelegte -Gleichspannung liefert.

Patentansprüche - 11 -

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Claims

- 11 Patentans prüche .

1./Vorrichtung für die Temperaturregelung eines erwärmten, umlaufenden Körpers, gekennzeichnet durch eine in oder an einem umlaufenden Körper (R) befestigte Temperaturfühlvorrichtung (Th), die mit einem hochfrequenten Schwingungsgenerator gekoppelt ist und während des Betriebes die !Frequenz der erzeugten Schwingungen oder die Breite der Schwingungsimpulse in Abhängigkeit von der Temperatur des Λ Körpers oder der Temperatur innerhalb des Körpers modulieren kann, sowie durch Vorrichtungen (S, B) zur Übertragung der modulierten Schwingungen zu einem außerhalb des umlaufenden Körpers angeordneten Steuergerät (0), welches die Stromzufuhr zu einem dem Körper zugeordneten elektrischen Heizelement (H) derart steuern kann, daß regelmäßig wiederkehrende Impulse des Heizstromes mit einer durch die Modulation der Schwingungen bestimmten Impulsbreite abgegeben werden, und durch Vorrichtungen zur Herleitung einer elektrischen Spannung für den Schwingungsgenerator aus den dem Heizelement zugefübrten Heizstromimpulsen·

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,· dadurch gekennzeichnet, daß die zur Übertragung der modulierten Schwingungen zu dem Steuergerät dienenden Vorrichtungen aus einem Schleifring (S) und einer Bürste (B) bestehen, die ebenfalls dazu verwendet werden, den elektrischen Strom für das Heizelement (H) zuzuführen.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einer elektrischen Schaltung außerhalb des umlaufenden Körpers ein Amplitudenbegrenzer (A) vorgesehen ist, der dazu dient, die durch Störsignale hervorgerufenen Amplitudenschwankungen der Schwingungen zu beseitigen.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturfühlvorrichtung aus einem in der zylindrischen Wand der Trommel (D) eingebetteten Thermistor (Th) besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermistor mit dem Schwingungsgenerator verbunden ist, welcher einen Oszillator und einen Modulator aufweist, durch welche stoßweise Hochfrequenzschwingungen erzeugt werden, wobei die Breite jedes Stosses von der durch den Thermistor abgefühlten Temperatur abhängig ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermistor in einer den Modulator bildenden Multivibratorschaltung geschaltet ist, so daß die Ausgangsimpulse der Multivibratorschaltung ein Trennstrom-Raum-Verhältnis (mark-space ratio) aufweisen, das von dem Widerstand des Thermistors und damit von der Temperatur der Trommel abhängt.

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7. Vorrichtung nach. Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Multivibrators in einer solchen Weise mit dem Schwingungsgenerator verbunden ist, daß die von dem Multivibrator gelieferten Impulse den Generator abschalten können, so daß der Generator während des Betriebs Schwingungsstöße hoher Frequenz zur Steuerung des dem Heizelement zugeführten Heizstromes erzeugt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

der Schwingungsgenerator aus einem Colpitts-Oszillator besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Oszillators mit einem Steuergerät (C) verbunden ist, das dazu dient, den dem Heizelement zugeführten Heizstrom zu steuern.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß I das Steuergerät (0) einen Vergleicher (G) aufweist, dem eine von dem Ausgang des Schwingungsgenerators durch Demodulation und Integration erhaltene Gleichspannung und eine Speisespannung zugeführt wird, und der Vergleicher derart ausgebildet ist, daß er nur dann ein Ausgangssignal liefert, wenn die Speisespannung gleich groß oder höher ist als die Gleichspannung.

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11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisespannung durch einen Rampengenerator (RGr) geliefert wird, das Ausgangssignal des Vergleichers aus einem Impuls für jede Rampe der Sägezahnspannung besteht und die Impulsbreite mit zunehmendem Gleichspannungseingang, d.h. mit zunehmender Temperatur des erwärmten umlaufenden Körpers abnimmt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Vergleichers an die Triggerelektrode des Zweirichtungsthyristors (Sw) angelegt ist, der zwischen einer Wechselstrom-Speisespannung und dem Heizelement in Reihe geschaltet ist.

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