(57)【要約】  本発明は、電気加熱装置（１、３）を監視するための方法もしくは相応する装置に関する。電気加熱装置（１、３）が少なくとも１つの加熱素子（５、６、７、８、９、１０）を有する。電気加熱素子（５、６、７、８、９、１０）の抵抗および／またはインダクタンスに依存した測定値が測定され、この測定が測定値の標本化によって行われる。標本値を使用することで測定は短縮することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの加熱素子（５、６、７、８、９、１０）を有する電気加熱装置（１、３）を監視するための方法において、電気加熱素子（５、６、７、８、９、１０）の抵抗および／またはインダクタンスに依存した測定値が測定され、この測定が測定値の標本化によって行われることを特徴とする方法。
【請求項２】
電気加熱装置が少なくとも２つの加熱素子（５、６、７、８、９、１０）を有し、電気加熱素子の抵抗および／またはインダクタンスに依存した、少なくとも２つの加熱素子（５、６、７、８、９、１０）の測定値が一緒に測定され、この測定中に少なくとも１つの加熱素子（５、６、７、８、９、１０）の通電が完全にまたは部分的に調整され、次に測定値が比較値と比較されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
測定がトリガ信号に同期化されることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
加熱素子（５、６、７、８、９、１０）の通電のために少なくとも２つの電気位相が使用され、共通の測定値が少なくとも２つの電気位相に関係し、測定中に単に１つの電気位相が通電することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
加熱素子（５、６、７、８、９、１０）がプラスチックの溶融に使用され、そのことが特にプラスチック射出成形機（２０）における使用に関係していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
監視機構１４がデータ技術的に調節および／または制御機構１５と結合されており、加熱素子（８、９、１０）を調節および／または制御するための調節および／または制御機構１５が設けられており、監視のために調節および／または制御データが使用されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項７】
１つの加熱素子（５、６、７、８、９、１０）または少なくとも２つの電気的に並列にまたは独自に給電可能な加熱素子（５、６、７、８、９、１０）を有する電気加熱装置（１、３）を監視するための装置において、電気加熱素子（５、６、７、８、９、１０）の抵抗および／またはインダクタンスに依存した値の測定用にセンサが設けられており、測定のために特に瞬時値変換器１２が設けられていることを特徴とする装置。
【請求項８】
少なくとも２つの加熱素子（５、６、７、８、９、１０）が相互に別々に少なくとも２つの継電器（１６、１７、１８）から給電可能であることを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項９】
監視機構１４がデータ技術的に調節および／または制御機構１５と結合されており、加熱素子（８、９、１０）を調節および／または制御するために調節および／または制御機構１５が設けられていることを特徴とする請求項７または８記載の装置。
【請求項１０】
請求項１ないし６のいずれか１つに記載の方法を実施するときに使用されることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１１】
請求項７ないし９のいずれか１つに記載の装置を有するプラスチック射出成形機（２０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２つの加熱素子を有する電気ヒータを監視するための方法に関する。例えば加熱素子の加熱作用もしくは故障を確認できるようにするために、加熱素子を流れる加熱電流を監視することができる。このことは、特に、例えばプラスチック射出成形機において金型（ダイ）の高温流路（ホットランナー）内でプラスチックを溶融するとき重要である。というのもそこでは加熱素子によって溶融されたプラスチックの僅かな温度偏差がプラスチック溶融体の材料特性に影響するからである。このことは例えば、プラスチック部品を製造するためのプラスチック射出成形機において射出過程に否定的影響を及ぼすことがある。プラスチック射出成形機においてプラスチックグラニュールは例えば予備可塑化ユニット内でも下流側の可塑化ユニット内でも溶融される。金型内に設けることのできるホットランナー内でプラスチック溶融体の温度は維持されねばならない。このような可塑化ユニットおよびホットランナーが有する加熱素子は例えば零点開閉式半導体継電器（電流継電器）から給電され、温度は加熱素子によって伝導される電流の調節によって調節可能である。加熱素子を有する電気加熱装置の別の利用分野は例えば単数または複数の純流用の空調設備であり、あるいは化学プロセス用に使用される加熱設備でもある。例えば化学プロセス用反応室も電気ヒータによって温度調節して動作可能である。
【０００２】
電気ヒータ、つまり電気加熱装置が、正確な温度調節を必要とする分野で利用される場合特に、電気ヒータの加熱作用は常に正確に監視されねばならない。このような監視は当然に僅かな費用で実現可能でなければならず、また確実な結果をもたらさねばならないであろう。さらに、敏感な帯域での測定は迅速に、温度調節に関して調節過程もしくは調節品質を乱すことなく行われねばならないであろう。このことは特にホットランナーに関係する。
【０００３】
公知の解決策は交流の実効値を測定することに加算電流変換器を利用することである。加算電流調節では電気ヒータの加算電流、すなわちさまざまな電気加熱素子の加算電流が測定され評価される。この処理方式は技術的費用が少ないという利点を有する。加算電流調節器の利用時、欠点として、温度調節の間すべての加熱素子が動作中であり、こうして全加熱素子の機能が点検できるにすぎない。加熱素子の個別点検は可能でない。個別点検を行わねばならない場合、個々の加熱素子を常に適切に投入しなければならない一方、残りすべての流路は遮断されねばならない。しかしそのことから調節過程の障害が引き起こされる。というのも、この時間中に不利なことに被加熱材料の冷却が起きることがあるからである。この問題は、迅速に反応する制御対象が存在すること、および、温度に敏感な材料が加工されることによっても一層厳しくなる。
【０００４】
加熱電流の迅速確実な監視は個別電流検出時に可能である。これは、温度調節過程の障害を引き起こすことのない確実な監視法である。しかし高い費用が欠点であり、この費用は電気ヒータの各加熱素子が例えば電流変換器等のセンサを必要とすることから不可避である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電気加熱装置を監視するための公知の方法はそれぞれ特定の欠点を有する。本発明の課題は、電気加熱装置を監視するための改良された方法もしくは相応に改良された装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
課題の解決は請求項１の特徴を有する方法で達成される。さらにこの課題は、請求項７の特徴を有する装置によって、また請求項１１のプラスチック射出成形機において解決される。従属請求項２ないし６もしくは８ないし１０は、相応する方法もしくは相応する装置の他の有利な発明構成を開示している。
【０００７】
本発明に係る方法は電気加熱装置の監視に役立ち、電気加熱装置は少なくとも１つの加熱素子を有する。電気加熱装置は例えばプラスチックの溶解、射出成形用金型に含まれたホットランナーの温度調節、液体の加熱のために、または建物もしくは部屋用のヒータとして設けられている。プラスチック射出成形機では、調節された電気加熱装置の調節品質に厳しい条件が要求されるので、本発明は有利にはこのような機械において利用される。
【０００８】
少なくとも１つの加熱素子を有する電気加熱装置を監視するための方法において、電気加熱素子の抵抗および／またはインダクタンスに依存した測定値が測定され、この測定が測定値の高速標本化によって行われる。センサとして利用されるのは、例えば、測定可能な信号を提供する受動的電流変換器である。整流されていない測定信号の標本化は、交流の電流推移を標本化できる高速アナログディジタル変換器を介して行われる。
【０００９】
例えば電流または電圧である測定値の標本化を使用することによって、測定値の信号推移は記録することができる。信号の整流と、１秒以上までの投入時間を必要とする、鋸波法による長く続くアナログ値変換は、もはや不可欠でない。これにより例えば、さまざまな加熱素子の測定値を測定するのに１つの測定機構を利用することができる。さらに、加熱電流は投入時間が短い場合でも測定することができる。
【００１０】
電気加熱装置が少なくとも２つの加熱素子を有し、電気加熱素子の抵抗および／またはインダクタンスに依存した、少なくとも２つの加熱素子の測定値が１つの測定機構によって一緒に測定可能である場合、有利には調節の間に加算電流の電流推移が検出され、かつ加算電流の目標値と比較される。加算電流の目標値は、調節部によってまさに投入された加熱電流の、例えば学習によって検出された個別電流の加算から得られる。この情報を調節部は実時間で監視機構に伝える。これは、有利には、調節ユニットから監視機構に至る短くて高速のクロック同期した結合によって行われる。個々の調節器を測定のため適切に投入もしくは遮断することはもはや不可欠でない。
【００１１】
それにもかかわらず、少なくとも１つの加熱素子の通電が完全にまたは部分的に調整される場合、この調整は交流の１半波未満内に行われ、測定値が比較値と比較される。加熱素子の通電の調整によって、単に１つの加熱素子の測定値を記録することが可能である。被測定値用に標本値を使用することによって、比較的長い数秒の時間にわたって加熱素子の遮断を行うことはもはや不可欠でない。
【００１２】
加熱素子が交流によって給電される場合、測定には単数または複数の半波の時間で間に合う。そのことの利点として監視が温度調節に影響することがなく、電気加熱装置はこの温度調節部のアクチュエータである。この調節によって加熱素子は異なる長さに、異なる順番および異なる組合せで投入し、再び遮断することができる。これにより、個々の加熱素子にとって、遮断された加熱素子の動作状態が不規則に存在する。監視機構は、加熱素子の記憶された動作状態と記憶された測定値とを評価して、欠陥のある加熱素子を排他法によって突き止めることができる。
【００１３】
さらに、１つの機構でありかつ電気ヒータとも称することのできる電気加熱装置を監視するうえで有利なことに、電気加熱素子の抵抗および／またはインダクタンスに依存した値が少なくとも２つの加熱素子内で一緒に測定され、次に測定値が比較値と比較される。電気加熱素子の抵抗に依存した値とは例えば、既知の電圧値における電流、もしくは既知の電流値における電圧である。電気加熱素子の抵抗もしくはインダクタンスに依存した値を一緒に測定することは、特に、このために共通して使用される例えば電流もしくは電圧を測定するための１つのセンサによって行われる。この測定値は処理機構において処理され、この処理機構は特に監視機構であり、例えば制御部または調節部である。この処理は例えば測定値もしくはさまざまな測定値と記憶された目標値とを比較することによって行われる。
【００１４】
第１電気加熱素子の測定値を第２電気加熱素子の測定値と比較する形で比較は行うこともでき、その際、電気加熱素子が同一であると仮定して測定時に測定値は相互にさしたる偏差を有してはならない。
【００１５】
偏差が事前に確定された最大差値よりも大きいと、例えば警報通知または障害通知が発生される。比較は例えば温度調節用制御または調節機構内で行われる。電気ヒータを監視し個々の電気加熱素子の規定どおりの機能を監視するうえで有利なことに個別値の測定はミリセカンド範囲内に行われる。しかし、加熱素子に給電するのに交流電流もしくは交流電圧が使用される場合電流もしくは電圧の正確な時間推移を測定することも可能である。このため有利には、センサによって記録された測定値を制御部または調節部に供給するための高速アナログ入力端子が使用される。標本理論に従って測定点の測定を可能とする制御または調節機構においてセンサの使用とアナログ入力端子の使用とによって、個々の電気加熱素子の監視を短時間測定によって行い得ることが可能となる。短い投入時間内に電流推移を高速で測定することによって、高速クロック加熱電流での機械動作状態のときにも調節過程に影響することなく確実な測定を行うことが可能である。
【００１６】
本発明に係る方法の有利な１構成において測定はトリガ信号に同期化される。トリガ信号に同期化することで、再現可能な測定結果を達成することが可能となる。トリガ信号の１例は交流電流もしくは交流電圧のゼロクロスである。
【００１７】
個々の電気加熱素子の監視または電気加熱素子群の監視を他の電気加熱素子群の影響なしに可能とするために、本方法の他の１構成において測定中に少なくとも１つの加熱素子もしくは加熱素子群の通電は完全にまたは部分的に調整される。例えばトリガ信号が使用される場合、一定時点以降に測定を行うことができ、またこの測定中も一部の電気加熱素子の通電は調整される。これは、例えばコンバータで通電時にコンバータバルブを遮断しまたは継電器を駆動することによって達成される。
【００１８】
電気加熱素子の通電のために少なくとも２つの電気位相が使用される場合、例えば１つのセンサを１つの位相用に設けると有利であり、例えば１つの位相によって２つ以上の電気加熱素子が通電可能である。電気加熱素子の相互接続は直列または並列のいずれかで行われる。
【００１９】
測定のため１つのセンサが２つの電気位相用に使用される場合、この場合にも有利には、例えば第１位相の電流を測定中、第２位相の電気の流れは抑制され得る。
【００２０】
本方法の有利な１構成において、プラスチックを溶融するために設けられまたは金型内のホットランナーの温度調節に役立つ加熱素子の監視において本方法は応用される。これは特にプラスチック射出成形機における応用に関係している。このような機械ではプラスチック溶融体の正確な温度調節が特別重要である。というのも、温度はプラスチック溶融体の材料特性に大きく影響し、従ってプラスチック射出成形機によって製造可能なプラスチック射出成形品の品質にも大きく影響するからである。
【００２１】
有利な１構成において監視用に使用される監視機構は加熱電流を検出するためのインテリジェント装置を有し、このインテリジェント装置はプラスチック射出成形機においてヒータのいかなる帯域が作動もしくは非作動に切換えられているのかについての情報を受け取る。つまりプラスチック射出成形機における電気加熱装置の帯域は入切クロック可能である。電気加熱装置の１帯域は少なくとも１つの加熱素子を有する。
【００２２】
監視機構は例えば、入力電流を（接続された交流の零点において）数ミリセカンドのリズムで迅速に標本化するように実施することができる。接続された各加熱波は測定することができる。こうして積算形変換器の過渡状態は生じない。
【００２３】
他の１方法ステップにおいて監視機構は目標加算加熱電流を実際加算加熱電流と実時間で比較する。このため監視機構はクロック加熱電流の情報を受け取る。これは例えば、例えばＰＲＯＦＩＢＵＳ等の周辺バスを介して行うことができる。目標値はやはり監視機構の内部に記憶されている。この情報をシステムは学習することができる。各調節過程は監視することができる。そのことから迅速な障害通知が確保される。障害事例の場合にのみ電気ヒータの帯域は故障した帯域を定位するために個々にクロックする必要がある。調節器もしくは温度調節部自体は有利なことに影響を受けることも乱されることもない。これは特に、僅かな測定時間を使用して達成される。
【００２４】
こうして本発明に係る方法が可能とする監視は、標本値を使用することによって費用を僅かなものとすることができる。さらにこの監視方法は、測定を実時間で行うことができるので確実かつ迅速である。有利なことにさらに、電気加熱装置の帯域が電流監視用に特別にクロックできるので調節品質は乱されない。
【００２５】
つまり有利な１構成において電気加熱素子のクロックは、温度を調節するためのヒータの場合、この電気加熱素子の監視が同時に行われるようにするために使用される。
【００２６】
本方法の他の１構成では、監視機構がデータ技術的に調節および／または制御機構と結合されている。調節および／または制御機構は温度を調節もしくは制御するために設けられている。この過程のために加熱素子はこの機構によって投入および／または遮断され、もしくは異なる目標電流強さで給電される。つまり、調節および／または制御機構によって、加算電流測定の目標値を突き止めることが可能である。この目標値は測定された実際値と比較される。調節および／または制御機構によっても加熱素子の時間的通電順序も突き止めることができ、記憶可能であるので、測定値の目標値と実際値との論理的時間依存比較によって監視は行うことができる。論理排他法によって、作動する加熱素子のさまざまな組合せにおいて加熱素子の欠陥は測定によって突き止めることができる。
【００２７】
以下の例がそのことを明確にする。以下に述べる例における加熱装置は５つの加熱素子１ないし５を有する。ところで加熱素子３に欠陥があると、そのことは例えば以下の測定によって見つけ出すことができる。すべての測定は有利には単に１つのセンサによって行われ、このセンサですべての加熱素子の電流が同時に検出される。
・加熱素子１、２が作動中であるとき電流を測定：実際値＝目標値（加熱素子１、２はＯＫ）。
・加熱素子３、５が作動中であるとき電流を測定：実際値≠目標値（加熱素子３または５に欠陥があるか否かは、この測定から明らかとならない）。
・加熱素子１、４が作動中であるとき電流を測定：実際値＝目標値（加熱素子４もＯＫ）。
・加熱素子３、４が作動中であるとき電流を測定：実際値≠目標値（加熱素子４がＯＫであることが事前に確認されたので、加熱素子３に欠陥があることはこの測定から明らかとなる）。
【００２８】
加熱素子を調節および／または制御するための調節および／または制御機構１５と監視機構との間で作動加熱素子に関してデータを交換することで、時間にわたって収集し記憶される確認された良状態および確認された劣状態に関する論理演算によって、単数または複数の加熱素子の良状態もしくは劣状態（欠陥）について判断を下すことができる。この論理演算は例えば監視機構において行われる。監視機構は完全にまたは部分的に調節および／または制御機構に一体化しておくことができる。
【００２９】
上記例に示した加熱素子の作動順序は調節および／または制御機構に依存しており、有利には監視機構の影響に左右されない。
【００３０】
１つの加熱素子または少なくとも２つの電気的に並列にまたは独自に給電可能な加熱素子である電気加熱装置を監視するための本発明に係る装置では、測定値を標本化するためのセンサが設けられており、測定値は電気加熱素子の抵抗および／またはインダクタンスに依存している。
【００３１】
少なくとも２つの電気的に並列にまたは独自に給電可能な加熱素子を有する電気加熱装置を監視するための本発明に係る装置の他の１構成では、２つの加熱素子の、電気加熱素子の抵抗および／またはインダクタンスに依存した値を一緒に測定するためのセンサが設けられている。その際、少なくとも２つの加熱素子が互いに分離されて少なくとも２つの継電器から給電可能であると有利である。相応する装置は有利には上記方法の１つを実施するのに使用される。
【００３２】
この装置は監視機構がデータ技術的に調節および／または制御機構と結合されているように拡張可能であり、加熱素子を調節および／または制御するための調節および／または制御機構が設けられており、データ伝送は加熱素子の投入状態の順序に関するデータに関係している。
【００３３】
本方法の利用も本装置の利用も特にプラスチック射出成形機において有利である。まさにプラスチック射出成形機では、プラスチックから生成された製品の品質を改善するために正確かつ厳密な温度調節および監視が不可欠である。
【００３４】
その他の利点および詳細は１実施例についての以下の説明から例示的に明らかとなる。図はプラスチック射出成形機における電気加熱装置を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
図は略示したプラスチック射出成形機２０の射出ユニット２５を示す。射出ユニット２５は射出プランジャー２６を有する。射出プランジャー２６は直線駆動ユニット２７によってプランジャーシリンダ２８内で直線的に移動可能である。図によれば射出部が可塑化部から分離されている。可塑化のためにホッパー２９によって例えばプラスチックグラニュール３０がスクリュー３１に供給可能である。スクリュー３１によってプラスチックグラニュール３０はスクリュー先端３２へと移送可能である。グラニュール３０の移送中、グラニュールは電気加熱装置１によって溶融可能である。この例において電気加熱装置１は３つの加熱素子５、６、７を有する。電気加熱素子５、６、７はそれぞれ電気接続線路１１を介して電流を供給可能である。電気接続線路を流れる電流はセンサ１２によって測定可能である。センサ１２は監視機構１４に接続されている。この監視機構１４は測定された電流実際値を記憶された目標値と比較する。加熱素子５、６または７が例えば、欠陥時に断線した加熱コイルを有する場合、この欠陥は実際値と目標値との比較によって確認することができる。監視機構１４はデータ技術的結合を介してデータ技術的に調節および／または制御機構１５と結合されている。調節および／または制御機構１５はそれ自体、データ技術的結合４１によって継電器１９と結合されている。継電器１９は三相電流４３に接続されている。
【００３６】
プラスチック射出成形機において加熱装置は金型ヒータもしくはノズルヒータとしても使用される。しかしこれらの加熱装置は図示されていない。
【００３７】
電気加熱装置１によって溶融したプラスチックグラニュールはスクリュー３１の回転運動によって溶融体貯蔵器３４内に達する。溶融体が溶融体貯蔵器３４内に中間貯蔵可能であり、かつ溶融体貯蔵器３４からプランジャーシリンダ内に移すことができるので、スクリュー３１は連続的に動作可能である。これが実現するのは、溶融体貯蔵器３４が貯蔵器プランジャー３６を介して拡大可能もしくは縮小可能であるからである。溶融体貯蔵器３４が縮小されると、貯蔵器穴３８を介して溶融体はプランジャーシリンダ２８に押し込まれる。プランジャーシリンダ２８の領域内で位置決めされた他の電気加熱装置３でもって溶融体は引き続き加熱可能である。射出プランジャー２６が射出過程と再加圧過程を終了するまで、スクリュー３１は生成されたプラスチック溶融体を有利には連続的に溶融体貯蔵器３４内に移送する。新たな射出過程のため貯蔵器プランジャー３６によって再び溶融体はプランジャーシリンダ２８に押し込まれる。
【００３８】
電気加熱装置３は電気加熱装置１と同様に加熱素子８、９、１０を有する。電気加熱素子８、９、１０は電気接続線路１１によって継電器１６、１７、１８に接続されており、継電器はそれぞれ単相交流端子４２を有する。これらの継電器１６、１７、１８は有利には半導体継電器である。というのもそれは迅速な開閉過程と開閉状態の頻繁な切替とを可能とするからである。継電器の代わりにコンバータを使用することもできる。有利なことに継電器１６、１７、１８の制御用調節および／または制御機構１５に監視機構１４は一体化可能である。単数または複数のコンバータもしくは継電器に調節および／または制御機構を一体化することも可能であるが、しかし図示されていない。電気加熱装置１の継電器は図中に全体として略示してあるだけである。
【００３９】
継電器１６、１７、１８は２位置調節器によって簡単に制御することができる。継電器１６、１７、１８は電気接続線路１１中の電流を測定するためのセンサ１２と結合されている。センサ１２が実際値を検出するので、センサ１２を頼りに継電器１６、１７、１８によって電流を制御できるだけでなく、さらにはセンサ１２でもって加熱素子８、９、１０の機能性も点検することができる。１つの加熱素子８、９、１０に欠陥があると、例えば目標抵抗は測定された実際値から算出された実際抵抗と相違する。加熱素子８、９、１０の監視部は電気加熱装置３内で単数もしくは複数の継電器１６、１７または１８に一体化されている。各加熱素子８、９、１０は特定帯域２２、２３、２４を加熱するために設けられている。加熱は調節下に行われ、加熱温度の調節時に高い調節品質を守ることができる。ところで調節品質が不必要に劣化することのないように、加熱素子５、６、７、８、９、１０の機能を監視するために監視機能は交流の１半波または数半波の時間中にのみ作動される。作動中単に１つの加熱素子が通電しており、通電するこの加熱素子５、６、７の測定値のみが１つのセンサ１２で測定される。つまり、電気加熱装置１において示したように、複数の加熱素子５、６、７を監視するのに単に１つのセンサ１２が必要である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】プラスチック射出成形機における電気加熱装置を示す。
【符号の説明】
【００４１】
１、３  加熱装置
５、６、７、８、９、１０  加熱素子
２０  プラスチック射出成形機
【図１】
2009508720.tif 000003
【国際調査報告】
2009508720.tif 000004
2009508720.tif 000005
2009508720.tif 000006
2009508720.tif 000007