Temperaturerfassung und -steuerung für lange Heizpatronen

Das Temperaturkontrollsystem, das eine Heizpatrone betreibt, sorgt dafür, dass sie funktioniert. Selbst wenn die Heizung richtig eingerichtet ist und gut funktioniert, funktioniert sie nicht richtig, wenn das Steuerungssystem keine genauen Temperaturdaten erhält oder nicht richtig reagieren kann. Dies ist besonders wichtig für lange Heizpatronen, beispielsweise mit einer Länge von 1000 mm oder 1200 mm, da das thermische Verhalten über eine große Länge nicht immer gleich ist. Ein Thermoelement an einer Stelle gibt Ihnen nur einen kleinen Überblick darüber, was im gesamten Heizgerät vor sich geht.

Ein einzelnes Thermoelement, das irgendwo im Hohlraum oder auf der Formoberfläche installiert wird, ist die häufigste Art der Steuerung. Der Controller liest diese Temperatur und passt die Leistung der Heizung entsprechend an. Dies funktioniert gut, wenn die thermische Umgebung der Heizung über die gesamte Länge hinweg gleich bleibt. Aber in vielen realen -Weltsituationen sind die Wärmeverluste an jedem Ende der Mulde unterschiedlich. Die Spitze könnte Wärme an die sie umgebende Luft verlieren. Um den Mittelteil herum befindet sich möglicherweise viel Metall, das die Wärme speichert. Der Maschinenrahmen kann das Leitungsende kühlen. Ein einzelnes Thermoelement kann den Unterschied nicht erkennen.


Das Thermoelement misst die kälteste Temperatur, wenn es an der Spitze des Hohlraums angebracht wird. Der Controller reagiert, indem er mehr Leistung liefert, was dazu führen kann, dass der mittlere Bereich zu heiß wird. Während sich das Thermoelement in der Mitte befindet, kann die Spitze kalt werden, aber der Regler ist damit zufrieden. Dadurch entsteht ein Temperaturunterschied im Hohlraum, der sich auf die Qualität des Produkts, die Herstellungszeit und die Lebensdauer der Heizung auswirken kann. Die heißeren Teile des Heizgeräts haben höhere Innentemperaturen, was die Oxidation beschleunigt und dazu führt, dass das Heizgerät zu früh ausfällt.

Die Erkennung und Steuerung mehrerer Zonen ist die Lösung für wichtige Anwendungen. Durch die Platzierung mehrerer Thermoelemente in unterschiedlichen Tiefen entlang des Hohlraums erhält man ein besseres Bild des thermischen Profils. Ein Regler, der mehr als einen Eingang lesen kann, kann diese entweder mitteln, um ein Steuersignal zu erzeugen, oder verschiedene Heizzonen selbstständig steuern. Die unabhängige Zonenregelung ist die beste Option, aber auch die teuerste, da sie eine Heizung mit mehreren internen Kreisläufen und einen Regler mit mehreren Ausgängen erfordert. Die Ermittlung des Durchschnittswerts mehrerer Thermoelementmesswerte ist eine gute Methode, um sicherzustellen, dass kein heißer oder kalter Ort die Entscheidung trifft.

Wenn die Verwendung von mehr als einem Thermoelement nicht möglich ist, wird die Platzierung des Thermoelements zu einer wichtigen Designentscheidung. Der Sensor sollte dort platziert werden, wo er den gesamten Wärmebedarf des Prozesses am besten anzeigt. Dieser Punkt liegt in vielen Formensituationen bei etwa zwei-Dritteln des Abstands vom Leitungsende zur Spitze. Dieser Punkt gleicht normalerweise den Wärmeverlust an der Spitze mit der Wärmespeicherung in der Mitte aus. Die Verwendung temporärer Thermoelemente in unterschiedlichen Tiefen bei der Ersteinrichtung kann Ihnen dabei helfen, die beste dauerhafte Position zu finden.

Auch die Art des verwendeten Temperatursensors ist wichtig. Thermoelemente sind die am weitesten verbreitete Art von Temperatursensoren, die bei Heizpatronen verwendet werden. Sie sind robust, günstig und können einen weiten Temperaturbereich messen. Thermoelemente vom Typ J können bei Temperaturen von bis zu 750 Grad arbeiten, während Typ K bei Temperaturen von bis zu 1200 Grad arbeiten kann. RTDs (Widerstandstemperaturdetektoren) sind genauer und stabiler, aber auch anfälliger und kosten mehr. Für die meisten industriellen Heizungsanwendungen funktioniert ein richtig platziertes Thermoelement vom Typ J oder Typ K gut.

Eine andere Sache, über die man nachdenken sollte, ist, wie man es kontrollieren kann. Wenn die Heizung ein- und ausgeschaltet ist, kann es zu Temperaturschwankungen kommen, die die Heizung und den Betrieb belasten können. Mit der Proportionalregelung, bei der sich die Leistung ständig ändert, lässt sich die Temperatur wesentlich besser regeln. Bei Heizpatronen mit hoher Wattleistung wird dringend die Verwendung einer Proportionalsteuerung über ein Halbleiterrelais (SSR) empfohlen. Beim Einsatz zur Proportionalsteuerung laufen mechanische Schütze zu langsam und nutzen sich zu schnell ab.

Auch die Reaktionszeit des Steuerungssystems muss zum Umgang der Anwendung mit Wärme passen. Eine große Form mit langen Heizpatronen ändert die Leistungsstufen nicht sehr schnell. Wenn Sie ein Steuersystem zu aggressiv anpassen, geht es zu weit und dann hin und her. Wenn ein System zu konservativ eingestellt ist, dauert es zu lange, bis es seinen Sollwert erreicht. Für einen stabilen und effizienten Betrieb ist es wichtig, die Proportional-, Integral- und Differentialparameter (PID) richtig abzustimmen. Viele neuere Controller verfügen über Auto-Tuning-Funktionen, die automatisch die richtigen Einstellungen für das System finden.

Bei ziemlich langen Heizgeräten ist die Zeitverzögerung ein großes Problem. Die vom Leitungsende kommende Wärme muss über die gesamte Länge des Heizgeräts wandern, bevor sie die Temperatur an der Spitze verändert. Wenn das Steuerungssystem diese Verzögerung nicht berücksichtigt, kann es zu Instabilität kommen. Einige fortschrittliche Steuerungen verwenden prädiktive Algorithmen oder Kaskadensteuerungsschemata, um lange Verzögerungen auszugleichen. Ein Kaskadensystem verfügt über zwei Kreisläufe: einen inneren Kreis, der die Leistung des Heizgeräts anhand eines Sensors in der Nähe des Heizgeräts regelt, und einen äußeren Kreis, der die Temperatur des Prozesses anhand eines Sensors im Werkstück regelt.

Eine schlechte Temperaturregulierung ist ein geheimer Grund für den Ausfall von Heizungen. Wenn eine Heizung häufig ein- und ausgeschaltet wird, steht sie bei jeder Ausdehnung und Schrumpfung unter thermischer Belastung. Diese Spannung kann den MgO-Isolator zerbrechen oder den Widerstandsdraht nach Tausenden von Zyklen verschleißen. Ein gut abgestimmtes Proportionalsteuerungssystem, das die Temperatur stabil hält, reduziert die Zyklen und sorgt für eine längere Lebensdauer des Heizgeräts. Die Investition in eine gute Steuerung und die Platzierung des Thermoelements an der richtigen Stelle zahlt sich aus, da die Lebensdauer der Heizung länger ist, die Prozesse gleichmäßiger sind und es weniger unerwartete Stopps gibt. Temperaturüberwachung und -steuerung sind nicht optional; Sie sind notwendig, um das Beste aus jeder Heizpatrone herauszuholen, insbesondere wenn diese über eine große Entfernung gleichmäßige Wärme erzeugen muss.