DE3390260T1

DE3390260T1 - System zum Beheizen eines Fluidschlauches

Info

Publication number: DE3390260T1
Application number: DE19833390260
Authority: DE
Inventors: wird später genannt Erfinder
Original assignee: Graco Inc
Current assignee: Graco Inc
Priority date: 1982-10-22
Filing date: 1983-10-19
Publication date: 1985-01-24
Also published as: GB8413869D0; GB2138601A; GB2138601B; WO1984001684A1; EP0122287B1; CA1202657A; EP0122287A4; EP0122287A1

Description

TEMPERATURREGELSYSTEM FÜR ELEKTRISCH BEHEIZTEN SCHLAUCH UNTER VERWENDUNG EINER SCHLAUCHSIMULATORTEMPERATURERFASSUNG

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zum Beheizen eines Fluidschlauches und betrifft insbesondere ein System zum Beheizen eines Fluidschlauches in Fällen, in denen eine oder mehrere Fluidkomponenten durch den Schlauch von einem entfernten Ort zu einer Verwendungsstelle gefördert werden.

Die Erfindung ist insbesondere für Systeme geeignet, die eine enge Temperatursteuerung von flüssigen Komponenten erfordern, wie beispielsweise Mehrkomponentenüberzüge, die gesondert zu einer Verwendungsstelle gefördert und in einer gemeinsamen Auftragvorrichtung oder Sprühpistole vermischt und durch diese aufgetragen werden. Systeme dieses allgemeinen Typs erfordern eine ziemlich genaue Regelung der Temperatur des geförderten Fluids, und die Qualität des Uberzugsauftrags ist sowohl von der Temperatur der flüssigen Komponenten als auch von der Temperatur der Oberfläche abhängig, auf der die Komponenten vermischt und aufgebracht werden. Solche Systeme finden sich beispielsweise in Industrieanlageninstallationen, bei denen die Stelle des Aufbringens wenigstens etwas steuerbar ist, indem die Industrieanlagenumgebungstemperatur überwacht wird. Solche

Systeme sind jedoch auch brauchbar für das Aufbringen von überzügen in einer äußeren Umgebung. Beispielsweise werden solche Systeme bei dem Auftragen von Mehrkomponentenurethan- und anderen Schaummaterialien für das Aufbringen von Dachüberzügen auf Gebäuden benutzt. In letzterem Fall wird das Uberzugsauftragsproblem in mehrerlei Hinsicht kompliziert. Erstens sind die Komponenten, die typisch in solchen Fällen aufgebracht werden, im allgemeinen ziemlich temperaturabhängig und -empfindlich, und für eine optimale Uberzugsqualität sollten diese Temperaturen genau geregelt werden. Weiter wird die Uberzugsqualität beträchtlich durch die Temperatur der Oberfläche beeinflußt, die den überzug empfängt und in dem Fall von Gebäudedächern höher als die Umgebungstemperatur aber proportional zu dieser sein kann. Weiter erfordert die Art des Aufbringens eines Dachüberzugs in der Praxis, daß sich Schlauchabschnitte über beträchtliche Entfernungen erstrecken und wegen der körperlichen Mißhandlung, die die Ausrüstung erleidet, wenn sie zu der Verwendungsstelle gezogen wird, sehr robust aufgebaut sind. Gleichzeitig müssen die flüssigen Materialien» die durch die Schläuche fließen, auf einer konstanten Temperatur gehalten werden, und zwar innerhalb eines ziemlich schmalen Bereiches, um sicherzustellen, daß die Temperatur der Flüssigkeit an der Misch- und Auftragsstelle der Fluids annehmbar genau festgelegt ist. Wegen der körperlichen Mißhandlung, die die Schläuche im Gebrauch erfahren, ist es sehr schwierig, eine komplizierte Temperaturabfühlvorrichtung in den Schlauch selbst einzubauen. Weiter ist es wegen der weitreichenden Erfordernisse beim Fördern der Flüssigkeiten über größere oder kürzere Entfernungen zweckmäßig, einen solchen Schlauch in Abschnitten mit zweckmäßigen Längen von 7,62 oder 15,24 m (twenty-five or fifty feet) auszubilden. Es müssen daher an beiden Enden jedes Verlängerungsabschnittes Schlauchkupplungen vorgesehen werden, die in der Lage sind, sämtliche Flüssigkeits- , Luft- und elektrischen Kreise zuverlässig miteinander zu verbinden. Wenn die Schlauchverlängerungsabschnitte außerdem Temperaturabfühlkreise aufweisen,

müssen die elektrischen Verbindungen für diese Kreise ebenfalls vorhanden sein, und diese Kreise müssen stabil in jeden Verlängerungsabschnitt des Schlauches eingebaut sein.

Es besteht ein Bedarf an einem System zum Fördern von beheizter Flüssigkeit über größere Schlauchlängen, wobei der Schlauch beheizt wird, um die Temperatur der geförderten Flüssigkeit sorgfältig zu regeln, und wobei das Temperaturregel- und -Überwachungssystem sicher eingebaut sein muß, damit es unter aggressiven Umgebungsbedingungen zuverlässig arbeitet. Weiter gibt es einen Bedarf an einem Temperaturregelsystem eines beheizten Schlauches, welches die Umgebungstemperaturbedingungen an oder nahe der Auftragsstelle berücksichtigt, indem es die Temperatur der Flüssigkeit, die zu der Auftragsstelle gefördert wird, einstellt. Es ist ein Hauptziel der Erfindung, ein System zu schaffen, das diesen Bedarf deckt, um zu ermöglichen, flüssige überzüge unter optimalen Auftragsbedingungen aufzutragen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung beinhaltet ein System zum elektrischen Beheizen eines Fluidschlauches, wobei der Schlauch eine oder mehrere Komponenten und Druckluft zu einer Auftragsstelle transportieren kann, vorzugsweise über eine Sprühpistole. Das System enthält weiter eine Temperaturüberwachungseinrichtung zum Erfassen der Umgebungstemperatur in der Nähe der Auftragastelle und weiter einen Schlauchsimulator, der Wärmeübertragungseigenschaften hat, die den Wärmeübertragungseigenschaften des Förderschlauches angepaßt sind, wobei die Wärmeübertragung des Simulators benutzt werden kann, um einen elektrischen Heizkreis für den Förderschlauch zu steuern. Der elektrische Heizkreis kann eingestellt werden, um elektrische Energie zu dem beheizten Schlauch und zu dem Schlauchsimulator zu fördern, und zwar gemäß den Wärmeübertragungseigenschaften des Schlauchsimulators und weiter gemäß der Umge-

bungstemperatur in. der Nähe der Auftragsstelle.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung und ihre Arbeitsweise werden hier unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

Fig. 1 eine Erläuterungsansicht der Erfindung in einer typischen Konstruktion zeigt; und

Fig. 2A in einer isometrischen, teilweise aufgeschnittenen Ansicht eine typische Schlauchkonstruktion zeigt; und

Fig. 2B in einer isometrischen, teilweise aufgeschnittenen Ansicht den Heizelementaufbau zeigt; und

Fig. 2C ein elektrisches Schaltbild des Schlauchheizelements zeigt; und

Fig. 3 eine Querschnittansicht eines Schlauchsimulators zeigt; und

Fig. 4A eine Querschnittansicht eines Steuermoduls zeigt; und

Fig. 4B eine Ansicht nach der Linie 4B - 4B in Fig. 4A zeigt; und

Fig. 5 ein Blockschaltbild der Temperaturregelschaltung zeigt.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung eines typischen Falles, in welchem die Erfindung vorteilhaft benutzt werden kann. Ein Fahrzeug 10 dient zum Transportieren der Erfindung und der zugehörigen Ausrüstung zu einem Arbeitsplatz. Bei einem typischen Verwendungszweck könnte die Ausrüstung benutzt werden, um ein gemischtes Zweikomponentenschaummaterial auf eine Dachoberfläche 12 aufzutragen. Das Material wird über eine Sprühpistole 14 aufgetragen, die beheizte flüssige Komponenten über einen Schlauch 16 empfängt. Der Schlauch 16 empfängt seine flüssigen Komponenten aus einem Pumpsystem 20, das typisch auf dem Fahrzeug 10 montiert ist. Das Pumpsystem 20 enthält eine Temperaturregeleinrichtung 18, die einen Schlauchsimulator enthält, und einen Umgebungstemperaturfühler 22, der so angeordnet ist, daß er die Temperatur in der Nähe der Auftragsstelle überwacht.

Fig. 2A zeigt eine aufgeschnittene Ansicht eines Abschnitts einer Ausführungsform des Schlauches 16. Ein äusserer Mantel 24 dient zum Schutz des Schlauches und von weiteren inneren Teilen vor Beschädigung, die durch körperliche Mißhandlung verursacht werden könnte. Eine Isolierschicht 26, die vorzugsweise aus einem elastischen Kunststoff- oder Kautschukschaummaterial aufgebaut ist, dient als Isolierhülle zur
Wärmeisolation der Teile, die sie umschließt. Ein oder mehrere Flüssigkomponentenschläuche 28 und 30 sind in der Isolierschicht 26 enthalten, und die Schläuche selbst sind aus mehreren Schichten aus einem Material aufgebaut, das ein
effizienteis Arbeiten gestattet. Beispielshalber hat der
Schlauch 30 einen äußeren Mantel 32, eine oder mehrere
Flechtschichten 34 zur Verstärkung und zum Schutz und eine innere Röhre 36 zum Fördern einer aufzutragenden Flüssigkeit. Ein Luftschlauch 38 ist ebenfalls in der Isolierschicht 26 enthalten. Der Luftschlauch 38 fördert Druckluft zu der Sprühpistole 14, um die Zerstäubung der flüssigen
Komponenten bei dem Sprühprozeß zu unterstützen. Ein Heizband 40 ist in der Isolierschicht 26 enthalten, um die notwendige Wärmeenergie für den Betrieb der Erfindung zu erzeugen. Das Heizband 40 enthält zwei Stromleitungen 41 und 42 zum Leiten der elektrischen Energie auf im folgenden
beschriebene Weise. Das Heizband 40 ist vorzugsweise mit
einer elektrisch geerdeten äußeren Abschirmung versehen,
die weiter unten ausführlicher beschrieben ist.

Fig. 2B zeigt eine vergrößerte und teilweise aufgeschnittene Ansicht eines Typs des Heizbandes 40. Das Heizband 40 hat
eine äußere Hülle 43, die aus einer Isolierschicht mit einem geerdeten Geflecht besteht. Ein. Heizelement 44, das vorzugsweise aus Nichrom-Draht hergestellt ist, ist um einen Isoliermantel 45 gewickelt. Das Heizelement 44 erstreckt sich über die gesamte Länge des Heizbandes 40. Das Heizelement 44 ist periodisch mit den Stromleitungen 41 und 42 elektrisch verbunden, wobei abwechselnde Verbindungen mit diesen Strom-

leitungen auf vorbestimmten.Längen A des Heizbandes 40 hergestellt werden. Diese abwechselnden Verbindungen werden vorzugsweise in Intervallen von etwa 609,60 mm längs des Heizbandes 40 hergestellt.

Fig. 2C zeigt ein elektrisches Schaltbild der Verbindung zwischen den Stromleitungen 41 und 42 und dem Heizelement Beispielshalber ist das Heizelement 44 mit der Stromleitung 41 in einem Punkt 46 und danach mit der Stromleitung 42 in einem Punkt 48 verbunden, was einen vorbestimmten Abstand A längs des Heizbandes 40 von dem Punkt 46 darstellt. Auf diese Weise bestehen mehrere parallele elektrische Verbindungen zwischen dem Heizelement 44 und den Stromleitungen 41 und Wenn eine Spannungsquelle 50 an die Stromleitungen 41 und angeschlossen ist, bestehen mehrere parallele Strompfade zwischen den Stromleitungen und über entsprechende Abschnitte des Heizelements 44. In einer weiteren Ausführungsform des Aufbaus des beheizten Schlauches können die Heizdrähte einfach aus einem parallelen oder verdrillten Paar Stromleitungen aufgebaut sein, die sich über die gesamte Länge des Schlauchabschnittes erstrecken, wobei ein oder mehrere Heizdrähte.sich auch über die gesamte Länge des Schlauchabschnittes erstrecken, wo eine Stromleitung mit einem Heizdraht an einem Ende des Schlauchabschnittes elektrisch verbunden und die andere Stromleitung mit dem Heizdraht an dem anderen Ende des Schlauchabschnittes elektrisch verbunden ist. In diesem Fall gibt die schematische Darstellung in Fig. 2C eine Länge A an, die der Länge eines einzelnen Schlauchabschnittes entspricht. Selbstverständlich sind der Typ und die Größe des Heizdrahtes, der zur Verwendung in dem beheizten Schlauch gewählt wird, von der gewählten besonderen Konstruktion zum Auftragen abhängig.

Fig. 3 zeigt in Seitenansicht und teilweise im Querschnitt einen Schlauchsimulator 60. Der Schlauchsimulator 60 enthält einen inneren Steuermodul 62, der in eine Isolierdecke

64 eingehüllt ist. Die Isolierdecke 64 besteht vorzugsweise aus elastischem Schaummaterial. Die Dicke der Isolierdecke wird so gewählt, daß sich dieselben oder ähnliche Isoliereigenschaften wie bei dem Isoliermantel eines Schlauchabschnittes ergeben. Mit dem Schlauchsimulator 60 wird insgesamt beabsichtigt, Wärmeübertragungseigenschaften zu schaffen, die denen eines Abschnittes des beheizten Schlauches angepaßt sind. Die Isolierdecke 64 ist um den Steuermodul an jedem ihrer Enden geschlossen, wodurch eine geschlossene Isolierkammer für den Steuermodul 62 gebildet ist.

Fig. 4A zeigt eine Querschnittansicht des Steuermoduls 62. Ein Widerstand 58 ist in eine Epoxidmasse 59 eingebettet, und seine elektrischen Anschlüsse sind mit Drähten 66 beziehungsweise 68 verbunden, welche sich aus der Epoxidvergußmasse nach außen erstrecken. Weiter ist außerdem ein Temperaturabfühlelement 70 in der Vergußmasse 59 starr festgehalten und hat zwei elektrische Drähte 72 und 74, die sich nach außerhalb der Epoxidvergußmasse erstrecken. Der Temperaturfühler 70 hat einen vorbestimmten Abstand von dem Widerstand 58, wobei der Abstand so gewählt wird, daß sich ein Grad an Wärmekorrelation ergibt, der mit der Geschwindigkeit vergleichbar ist, mit der die Flüssigkeitsschläuche in dem beheizten Schlauch Wärme aus dem Heizband aufnehmen, welches sich ebenfalls innerhalb des beheizten Schlauches befindet. Fig. 4B zeigt eine Ansicht nach der Linie 4 - 4 in Fig. 4A. Der Widerstand 58 ist ungefähr mittig in der Vergußmasse 59 angeordnet, um so den Temperaturübergang von dem Widerstand 58 durch die Vergußmasse 59 auszugleichen, wenn der Widerstand mit elektrischem Strom versorgt wird. Es hat sich als bevorzugt herausgestellt, einen Widerstand 58 mit einem Wert von 20 000 Ohm zu verwenden, der einen Leistungswert von 11 Watt hat. In der Praxis hat es sich gezeigt, daß die körperliche Größe des Steuermoduls 62 den Wärmeübertragungseigenschaften des Schlauches 16 angepaßt ist, wenn der Steuer-

modul 62 ungefähr 3,75 cm (1 1/2 inches)' breit, 6,25 cm (2 1/2 inches) hoch und 1,25 - 1,9 cm (1/2 - 3/4 inch) dick ist. Besondere Abweichungen von diesen Abmessungen können gemacht werden, um eine Anpassung an besondere Schlauchtypen vorzunehmen, und sie sind selbstverständlich von der Schlauchisolation, dem Heizband und anderen Variablen abhängig, zu denen der Typ und die Art der durch den Schlauch geförderten Flüssigkeit gehören.

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild der Temperaturregelschaltung 18 sowie deren Verbindungen mit dem Heizelement 44 und dem Widerstand 58. Eine Wechselspannung wird an Netzleitungen 140, 141 angelegt. Diese Wechselspannung kann typisch 200/250 V bei 50/60 Hz betragen. Die Wechselstromleitung 140 ist mit der Stromleitung 42 verbunden, welche ihrerseits mit dem Heizelement 44 verbunden ist. Der Widerstand 58 ist mit den Verbindungen mit dem Heizelement 44 elektrisch parallel geschaltet, so daß, wenn elektrischer Strom dem Heizelement 44 zugeführt wird, der elektrische Strom auch dem Widerstand 58 zugeführt wird. Die Wechselstromleitung 141 ist mit einer Triac-Schaltung 144 verbunden. Die Triac-Schaltung 144 ist ein Wechselstromleistungsschalter bekannten Typs. In der bevorzugten Ausführungsform wird der Triac 144 von der Raytheon Company unter der Typenbezeichnung TAG 741 hergestellt. Die Triac-Schaltung hat eine Steuereingangsleitung 145, und Spannungssignale, die auf der Eingangsleitung 145 erscheinen, bewirken, daß die Triac-Schaltung 144 in Abhängigkeit von diesen Eingangssignalen "ein"- und "aus"- geschaltet wird. Die Wechselstromleitung 141 dient außerdem als gemeinsamer Anschluß oder Masseverbindung der Schaltung. Der Triac 144 ist außerdem mit der Stromleitung 41 verbunden, um die elektrischen Leistungsverbindungen mit dem Heizelement 44 zu vervollständigen.

Gleichstrom zum Betreiben der in Fig. 5 gezeigten Schaltung wird durch eine Gleichstromversorgung 146 geliefert, die ihre Eingangsleistung über einen Vorwiderstand 148 und eine Verbindung mit der Schaltungsmasse (nicht dargestellt) empfängt. Die Gleichstromversorgung 146 legt eine Gleichspannung an eine' Leitung 147 und an weitere nicht dargestellte Leitungen zum Betreiben der im folgenden beschriebenen Schaltungen an.

Eine Widerstandsbrückenschaltung wird durch Widerstände R₁, R₂, R₃ und R. gebildet, deren Funktion nun beschrieben wird. Der Widerstand R. ist ein einstellbarer Widerstand, der die Aufgabe hat, ein manuelles Einstellen einer gewünschten Solltemperaturzu ermöglichen, und durch eine Bedienungsperson auf irgendeine vorbestimmte gewünschte Temperatur eingestellt werden kann. Der Widerstand R„ (Thermistor 70) ist der temperaturveränderliche Widerstand, welcher sich in dem Steuermodul 62 befindet. Sein Widerstandswert ändert sich umgekehrt mit der Temperatur, wobei der Widerstandswert abnimmt, wenn die abgefühlte Temperatur zunimmt, und zunimmt, wenn die abgefühlte Temperatur abnimmt. Der Widerstand R-. ist ein temperaturveränderlicher Widerstand, der auch ein Thermistor sein kann, dessen Widerstandswerte sich umgekehrt mit der Temperatur ändern und der in dem ümgebungstemperaturfühler 22 angeordnet ist. Der Widerstand R₄ ist ein Festwiderstand, der die Aufgabe hat, einen Widerstandsabgleichpunkt für den Widerstand R₃ zu schaffen. In der Praxis werden die Widerstände R₃ und R, so gewählt, daß sie bei einer nominellen Umgebungstemperatur, das heißt bei etwa 26° C (80° F) im Wert gleich sind, so daß der Zweig der Widerstandsbrücke, der die Widerstände R₃ und R. enthält, bei einer nominellen Umgebungstemperatur abgeglichen ist. Die Widerstände R. und R bilden den anderen abgeglichenen Zweig der Widerstandsbrückenschaltung. Der Widerstand R₂ (Thermistor 70) ändert sich umgekehrt mit der Temperatur des Schlauchsimulators 60, und der Widerstand R.

.Kl-

kann manuell auf einen Wert eingestellt werden, der einer gewünschten Temperatureinstellung des Fluids innerhalb des Schlauches 16 entspricht. Die Widerstände R„ und R₃ sind in der bevorzugten Ausführungsform Produkte, die von der Victory Engineering Corp., Springfield, New Jersey, unter der Typenbezeichnung VECO T4 5A3 5 hergestellt werden.

Die Spannung an dem Verbindungspunkt 142 der Widerstände R- und R 'wird direkt in einen Brückenverstärker 150 eingekoppelt, der auf diese Spannung hin ein Ausgangssignal erzeugt. Die Spannung an dem Verbindungspunkt 149 der Widerstände R, und R₄ wird ebenfalls direkt in den Brückenverstärker 150 auf dieselbe Weise direkt eingekoppelt. Das Ausgangssignal des Brückenverstärkers 150 erscheint auf einer Leitung 151 und ist eine Spannung, die ein Signal darstellt, welches mehr oder weniger Wärme aus dem Heizelement 44 verlangt, und zwar so, daß, je höher der Spannungswert auf der Leitung 151 ist, um so länger die relative Einschaltdauer (das Tastverhältnis) des Wechselstroms ist, mit dem das Heizelement gespeist wird, und deshalb um so mehr Wärme verlangt wird. Dieses Signal wird an eine Komparator- und Treiberschaltung 156 als eines von zwei Eingangssignalen angelegt, die diese Schaltung empfängt. Das zweite Eingangssignal der Schaltung 156 ist ein Signal auf einer Leitung 157, bei welchem es sich um eine Sägezahnspannung handelt, die einer Gleichspannung überlagert ist. Ein 60-Hz-Ausgangssignal der Schaltung 156 wird auf der Leitung 145 jedesmal dann erscheinen, wenn das Eingangssignal auf der Leitung auf einer niedrigeren Spannung ist als das Eingangssignal auf der Leitung 151. Das Signal auf der Leitung 145 wird als ein Steuereingangssignal der Triac-Schaltung 144 benutzt, welches die Triac-Schaltung 144 effektiv einschaltet, damit Wechselstrom durch das Heizelement und den Widerstand 58 fließen kann. Fig. 5 zeigt mehrere Spannungswellenformen, die sich an den angegebenen Punkten in der Zeichnung finden.

Ein Rechteckgenerator 154 erzeugt ein sich wiederholendes Signal, das eine Periode von ungefähr 1,5s hat. Dieses Rechtecksignal wird durch ein RC-Glied geleitet, das einen Widerstand 158 und einen Kondensator 160 enthält. Dieses RC-Glied erzeugt eine Sägezahnschwingung, die auf einer Leitung 162 als ein Eingangssignal an einem Summierverstärker 164 erscheint. Die Sägezahnschwingung auf der Leitung 162 bewegt sich um ein Potential von 4 Volt und hat gleiche Teile (+ 1,5 V) des Spannungshubes um diese Spannung· Ein Eingang eines Differenzverstärkers 152 ist mit dem Verbindungspunkt 142 über einen Kondensator 143 verbunden. Der Differenzverstärker 152 spricht auf Änderungen der Spannung an dem Verbindungspunkt 142 an, und das Ausgangssignal des Differenzverstärker 152 ist ein Signal auf der Leitung 153, welches eine Gleichspannung ist, die die zeitliche Änderung der Spannung in dem Punkt 142 darstellt. Das Signal auf der Leitung 153 und das Signal auf der Leitung 162 werden durch den Summierverstärker 164 summiert, und das Ausgangssignal des Summierverstärkers 164 ist deshalb eine sägezahnförmige Spannung, die einer Gleichspannung überlagert ist, wie es zuvor beschrieben worden ist. Es sei angemerkt, daß das Signal, welches der Summierverstärker 164 auf der Leitung 153 empfängt, an einer invertierenden (-) Eingangsklemme empfangen wird, wohingegen das Signal, das der Summierverstärker 164 von der Leitung 162 empfängt, an einer nichtinvertierenden (+) Eingangsklemme empfangen wird.

Die Bauelemente, die für die in Fig. 5 dargestellte Regelschaltung gewählt werden, sind alle im Handel erhältliche Standardbauelemente, die ohne weiteres erhältlich sind. Beispielsweise befinden sich die Stromversorgung 146 und die Komparator- und Treiberschaltung 156 auf einer einzelnen integrierten Schaltung, die von RCA unter der Typenbezeichnung CA3058 hergestellt wird. Die Bauelemente, aus denen der Brückenverstärker 150, der Differenzverstärker 152, der Summierverstärker 164 und der Rechteckgenerator 154

aufgebaut sind, finden sich alle in einer einzelnen integrierten Schaltung, oie durch die National Semiconductor Company unter der Typenbezeichnung LM124 hergestellt wird. In der bevorzugten Ausführungsform ist für den Widerstand 158 ein Widerstand mit einem Wert von 150 Kiloohm (150 K) gewählt worden und für den Kondensator 160 ist ein Kondensator mit einem Wert von 10 Mikrofarad (μΡ) gewählt worden. Ebenso hat der Kondensator 143 einen Wert von 11 \xF, der Kondensator C. hat einen Wert von 50 \x¥, und der Widerstand R- hat einen Wert von 47 K, Der Widerstand R₁ ist ein verstellbares Potentiometer, mit einem nominellen Wertebereich von O bis 45 K.

Im Betrieb wird der Widerstand R₁ durch die Bedienungsperson nominell auf einen Wert eingestellt, welcher die gewünschte Flüssigkeitstemperatur in dem Schlauch darstellt. Wechselstrom wird dann der Schaltung zugeführt, und die Schaltung beginnt zu arbeiten. Da die Fluidtemperatur des Schlauchsimulators 60 am Anfang niedriger ist als die Teraperatureinstellung von R₁, wird eine relativ positive Spannung an dem Punkt 142 vorhanden sein, die durch den Brückenverstärker 150 verstärkt wird, was eine positive Spannung auf der Leitung 151 ergibt. Da die positive Spannung auf der Leitung 142 sich am Anfang nicht ändert, ist das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 152 am Anfang null, und das Ausgangssignal des Summierverstärkers 164 ist deshalb eine Sägezahnschwingung, die sich um einen Wert von etwa 4 V bewegt. In dem Ausmaß, in welchem die Spannung an der Leitung 157 niedriger ist als die Spannung an der Leitung 151, wird die Schaltung 156 ein 60-Hz-Ausgangssignal auf der Leitung 145 erzeugen. Das Signal auf der Leitung 145 wird die Triac-Schaltung 144 triggern, damit Wechselstrom durch das Heizelement 44 und dem Widerstand 58 fließt. Am Anfang kann angenommen werden, daß das Signal auf der Leitung 157 niedriger ist als die Spannung an der Leitung 151 während fast der gesamten Sägezahnperiode, was ein kontinuierliches

60-Hz-Ausgangssignal der Schaltung 156 ergibt und deshalb zu einem Triggern der Triac-Schaltung 144 und zur Zufuhr von Wechselstrom zu dem Heizelement 44 und dem Widerstand 58 führt. Das hat zur Folge, daß die Temperatur in dem Steuermodul 62 ansteigt und zu einer Verringerung des Widerstandswertes des Widerstands R~ führt. Deshalb beginnt die Spannung an dem Punkt 142 mit einer Geschwindigkeit abzufallen, die dem Temperaturanstieg entspricht. Der Brückenverstärker 150 erzeugt ein Ausgangssignal auf der Leitung 151, welches der Änderung der Spannung an dem Punkt 142 folgt, wobei aber der Kondensator C₁ jedwede sich schnell ändernde Spannung überbrückt und so den Brückenverstärker 150 während Zeiten, zu denen die zeitliche Änderung der Temperatur schnell erfolgt, effektiv unempfindlich macht. Umgekehrt wird die zeitliche Änderung der Spannung an dem Punkt 142 durch den Differenzverstärker 152 abgefühlt, um eine negative Spannung an seiner Ausgangsleitung 153 zu erzeugen. Die Spannung an der Leitung 153 wird mit der sägezahnförmigen Schwingung auf der Leitung 162 summiert, um eine weniger negativ auswandernde sägezahnförmige Spannung auf der Leitung 157 zu erzeugen. Wenn die Temperatur innerhalb des Steuermoduls 62 die nominelle Solltemperatur erreicht, wird die Spannung an dem Punkt 142 negativer, und das Ausgangssignal des Brückenverstärkers 150 wird negativer. Das führt dazu, daß die Größe des Signals auf der Leitung 151 abnimmt und daß dadurch das Treibersignal aus der Schaltung 156 kleiner wird. Dieses kleinere Treibersignal führt zu einem Betrieb des Triacs 144 mit kleinerer relativer Einschaltdauer und zum allmählichen Verringern der Stärke des Wechselstroms, der dem Heizelement 44 und dem Widerstand zugeführt wird. Wenn die Stärke des Wechselstroms abnimmt, nimmt die zeitliche Änderung der Zunahme der Wärme, die durch den Widerstand R₂ abgefühlt wird, ab, und der Differenzverstärker 152 erzeugt ein weniger negatives Ausgangssignal, welches dieser zeitlichen Änderung folgt. Das hat zur Folge, daß das Ausgangssignal auf der Leitung 153 in Richtung auf null abnimmt, und der Summierverstärker 164 erzeugt ein Ausgangssignal auf der Leitung 157, welches eine

Sägezahnspannung ist, die einem Gleichspannungswert überlagert ist, welcher sich dem der 4-V-Vorspannungsleitung nähert. Dadurch wird der Differenzverstärker 152 von der Schaltung effektiv getrennt und bewirkt, daß der Summierverstärker 164 eine Sägezahnspannung zu der Komparator- und Triactreiberschaltung 156 durchläßt. Bei dem nominellen Temperatursollwert wird die zeitliche Änderung der Spannung an dem Punkt 142 null oder fast null, der Differenzverstärker 152 erzeugt ein Ausgangssignal von null oder fast null auf der Leitung 153, und der Summierverstärker 164 erzeugt eine sägezahnförmige Schwingung auf der Leitung 157, die auf die Vorspannungsreferenz bezogen ist. Das wird mit dem Signal auf der Leitung 151 verglichen und ergibt einen Betrieb des Triac-Schalters 144 mit einer relativen Einschaltdauer von ungefähr 50%.

Wenn die Temperaturen innerhalb des Steuermoduls 62 auf oder nahe bei der nominellen Solltemperatur sind, folgt die Spannung an der Leitung 151 diesen kleinen Abweichungen, wodurch die relative Einschaltdauer des Triac-Schalters 144 vergrößert oder verkleinert wird, um den Wechselstrom, welcher dem Heizelement 44 und dem Widerstand 58 zugeführt wird, um das kleine zusätzliche Ausmaß, das benötigt wird, um die Teraperaturabweichung zu kompensieren, vergrößert oder verkleinert wird. Unter diesen Bedingungen arbeitet der Brückenverstärker 150 als ein Verstärker mit hoher Verstärkung, und kleine Spannungsänderungen an dem Verbindungspunkt 142 erzeugen beträchtliche Korrekturspannungen an der Leitung 151. Wenn große Abweichungen zwischen dem Temperatursollwert und der Ist-Temperatur vorhanden sind, gestattet die Schaltung einen schnellen Wärmeaufbau, indem sie der zeitlichen Änderung der Ist-Temperatur über der Solltemperatur folgt, wodurch der Schaltung gestattet wird, den vollen Strom zu entwickeln, bis sich die Ist-Temperatur den nominellen Temperatureinstellungen nähert. Das Ausgangssignal des Brückenverstärkers 150 wird durch den Kondensator C effektiv unempfindlich gemacht, wodurch bewirkt wird, daß er mit hoher Empfindlich-

keit auf sich langsam verändernde Temperaturabweichungen und mit niedrigerer Empfindlichkeit auf sich schnell verändernde Temperaturabweichungen anspricht. Umgekehrt bewirkt das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 152, daß dieser nur auf sich schnell verändernde Temperaturabweichungen anspricht, um die relative Einschaltdauer des Triac-Schalters 144 zu steuern, wenn solche Temperaturabweichungen vorhanden sind.

Bei der gesamten vorstehenden Beschreibung ist angenommen worden, daß ein Widerstandsabgleich zwischen dem festen Widerstand R₄ und dem Umgebungstemperaturabfühlwiderstand R-. vorhanden ist, was der Fall sein wird, wenn die äußere Umgebungstemperatur in der Nähe des Umgebungstemperaturfühlers 22 etwa 26 ⁰C (80 ⁰F) beträgt. Wenn die Umgebungstemperatur höher als etwa 26 ⁰C (80 ⁰F) ist, ist die Spannung an dem Verbindungspunkt 149 relativ positiver, was dazu führt, daß eine positivere Spannung an die zweite Eingangsklemme des Brückenverstärkers 150 angelegt wird. Der Brückenverstärker 150 ist eine Schaltung, die das Differenzsignal verstärkt, welches zwischen seinen beiden Eingangsklemmen abgefühlt wird, was bedeutet, daß, wenn die Umgebungstemperatur höher als etwa 26 ⁰C (80 ⁰F) ist, der Brückenverstärker 150 ein relativ kleineres Ausgangssignal auf der Leitung 151 für eine bestimmte Temperatur, die durch den Steuermodul 62 abgefühlt wird, erzeugen wird. Umgekehrt, wenn die äußere Umgebungstemperatur niedriger als etwa 26 ⁰C (80 ⁰F) ist, wird der Brückenverstärker

150 ein relativ höheres Ausgangssignal auf der Leitung

151 für eine bestimmte Temperatur, die durch den Steuermodul 62 abgefühlt wird, erzeugen. Die Gesamtauswirkung von all diesem besteht darin, daß die Temperaturregelschaltung 18 veranlaßt wird, relativ mehr Heizleistung an einem kalten Tag und relativ weniger Heizleistung an einem warmen Tag zu erzeugen.

Die Wärmeübertragungseigenschaften des Schlauchsimulators

33.9 G 26

60 werden so gewählt, daß sie so gut wie möglich mit den Wärmeübertragungseigenschaften eines Abschnittes des Schlauches 16 der Länge; Λ übereinstimmen. Unter diesen Bedingungen kann vorausgesetzt werden, daß, obgleich nur die Temperatur des Schlauchsimulators 60 überwacht und gesteuert wird, die Temperatur eines Abschnitts des Schlauches 16 der Temperatur des Schlauchsimulators 60 nahezu identisch folgt.

Die vorliegende Erfindung kann in anderen besonderen Ausführungsformen verwirklicht werden, ohne daß der Rahmen der Erfindung oder wesentliche Attribute derselben verlassen werden, weshalb es erwünscht ist, daß die vorliegende Ausführungsform in jeder Hinsicht als Veranschaulichungsbeispiel und nicht in einschränkendem Sinn betrachtet wird, daß vielmehr bezüglich des Schutzumfangs der Erfindung auf die beigefügten Ansprüche statt auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen wird.

Claims

- γί- " PATENTANSPRÜCHE:

1. System zum elektrischen Beheizen eines Fluidschlauches zum Transportieren von einer oder mehreren Fluidkompnenten aus einem Vorrat zu einer Auftragsstelle, gekennzeichnet durch:

a) einen Schlauch (16) mit einem elektrisch anschließbaren Heizelement (44), wobei Abschnitte des Schlauches vorbestimmte Wärmeverlust- und Wärmeaufnahmeeigenschaften haben;

b) einen Schlauchsimulator (60), der von dem Schlauch getrennt ist und Wärmeverlust- und Wärmeaufnahmeeigenschaften, die denen des Schlauches gleichen, und eine mit elektrischem Strom versorgbare Einrichtung (58) zum Beheizen und eine Einrichtung (70) zur Temperaturabfühlung hat;

c) eine elektrische Leistungstreiberschaltung (156), die mit dem Schlauchheizelement und mit der Schlauchsimulatoreinrichtung zur Beheizung verbunden ist; und

d) eine Regelschaltung (18), die mit der elektrischen Leistungstreiberschaltung verbunden ist und einen Eingang hat, der mit der Schlauchsimulatoreinrichtung zum Abfühlen der Temperatur verbunden ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Umgebungstemperaturabfühleinrichtung (22) zum Erfassen der Umgebungstemperatur und zum Erzeugen eines entsprechenden Ausgangssignals und durch eine Einrichtung (149) zum Anlegen des Ausgangssignals an den Regelschaltungseingang.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauchsimulator weiter einen Widerstand (58) aufweist, der in einen Volumenbehälter (59) eingeschlossen

ist, und einen temperaturempfindlichen Widerstand (70), der Abstand von dem Widerstand aufweist und in denselben Volumenbehälter eingeschlossen ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Umgebungstemperaturabfühleinrichtung (22) zum Erfassen der Umgebungstemperatur und zum Erzeugen eines entsprechenden Ausgangssignals und durch eine Einrichtung zum Anlegen dieses Ausgangssignals an den Regelschaltungseingang.

5· Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgebungstemperaturabfühleinrichtung weiter einen temperaturempfindiichen Widerstand enthält.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der temperaturemfindliche Widerstand des Schlauchsimulators und der umgebungstemperaturempfindliche Widerstand in einer abgeglichenen Brückenschaltung (150) liegen, die den Eingang der Regelschaltung bildet.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Bauelement der den Eingang bildenden abgeglichenen Brückenschaltung ein manuell einstellbarer Widerstand (R₁) ist.

8. System zum Überwachen und Regeln der Temperatur eines beheizten Fluidschlauches, der vorbestimmte Wärmeübertragungseigenschaften hat, durch Versorgen eines Heizelements in dem Schlauch mit elektrischem Strom auf die Temperaturüberwachung eines Schlauchabschnittssimulators hin, gekennzeichnet durch:

a) eine Regelschaltung (18), die Leistungsausgangstreiberklemmen und eine Einrichtung zum wahlweisen Verändern der Leistung an den Ausgangstreiberklemmen

auf Änderungen im Eingangsschaltungswiderstand hin und eine oder mehrere Eingangsklemmen (143, 149) zum Anschließen eines Widerstands hat;

b) einen Schlauchabschnittssimulator (60), der einen ersten Widerstand (58) hat, welcher in einen Raum (59) eingeschlossen ist, und einen zweiten temperaturempfindlichen Widerstand (70), der in diesen Raum mit Abstand von dem ersten Widerstand eingeschlossen ist;

c) eine Einrichtung zum Anschließen der Leistungsausgangstreiberklemmen an das Schlauchheizelement und an den ersten Widerstand; und

d) eine Einrichtung zum Anschließen des zweiten Widerstands an eine der Eingangsklemmen; wodurch die Wärmeübertragungseigenschaften des Raumes den Wärmeübertragungseigenschaften des Schlauches gleichen.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum von dem Schlauch körperlich getrennt ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen dritten temperaturempfindlichen Widerstand (R-O , der mit einer weiteren Eingangsklemme (149) verbunden ist.

1.1. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsklemmen jeweils Teil einer Widerstandsbrückenschaltung (150) in der Regelschaltung sind und mit dieser verbunden sind.

12. Anordnung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen manuell einstellbaren Widerstand (R₁), der in der Widerstands brückenschaltung liegt.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der

dritte temperaturempfindliche Widerstand so angeordnet ist/ daß er der Temperatur der Atmosphäre ausgesetzt ist.

14. Fluidfördersystem zum Transportieren von beheizten Fluids durch einen Schlauch und zum überwachen und Regeln der Fluidtemperatur in dem Schlauch, gekennzeichnet durch

a) einen Fluidschlauchabschnitt, dem ein elektrisches Heizelement (44) eng zugeordnet ist, das sich über eine vorbestimmte Länge des Schlauches erstreckt und eine Verbindung mit zwei Leistungstreiberkien-.nen (140, 141) hat;

b) eine Leistungstreiberschaltung (156, 144), deren Ausgangsklemmen mit den Leistungstreiberklemmen verbunden sind, wobei die Leistungstreiberschaltung eine Eingangswiderstandsbrückenschaltung (150) und eine oder mehrere Eingangsklemmen hat, die mit der Brückenschaltung verbunden sind, wobei die Leistungstreiberschaltung in der Lage ist, den Ausgangsklemmen auf Widerstandsänderungen in der Brückenschaltung hin eine variable Leistung zuzuführen; und

c) einen geschlossenen Modul (60) , der von dem Schlauch getrennt ist und einen ersten Widerstand (58) hat, welcher mit den Leistungstreiberschaltungsausgangsklemmen verbunden ist, und einen zweiten temperaturempf indlichen Widerstand (70), der mit einer der Leistungstreiberschaltungseingangsklemmen verbunden ist.

15. Anordnung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen weiteren temperaturempfindlichen Widerstand (R-J , der der Atmosphäre ausgesetzt und an eine weitere Leistungstreiberschaltungseingangsklemme angeschlossen ist.

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GEÄNDERTE ANSPRÜCHE

(empfangen durch das Internationale Büro am 13. März 1984 (13.03.84)) ursprüngliche Ansprüche 1 bis 15 gestrichen; geänderte Ansprüche bis 5 sind neu)

1. System zum elektrischen Beheizen eines Fluidschlauches zum Transportieren von einer oder mehreren Fluidkomponenten aus einem Vorrat zu einer entfernten Auftragsstelle, gekennzeichnet durch

a) einen Schlauch (16), der ein elektrisch anschließbares Heizelement (44) hat, wobei Abschnitte (A) des Schlauches vorbestimmte Wärmeverlust- und Wärmeaufnahmeeigenschaften haben;

b) einen Schlauchsimulator (60), der von dem Schlauch getrennt ist und Wärmeverlust- und Wärmeaufnahmeeigenschaften, die denen der Schlauchabschnitte (A) gleichen, hat und eine mit elektrischem Strom versorgbare Einrichtung (58) zum Beheizen und eine Widerstandseinrichtung (70) zum Abfühlen der Schlauchsimulatortemperatur enthält;

c) eine elektrische Leistungstreiberschaltung (144, 156), die zu dem Schlauchheizelement und zu der Schlauchsimulatoreinrichtung zur Beheizung parallel geschaltet ist;

d) eine Umgebungstemperaturabfühleinrichtung (22) zum Erfassen der Umgebungstemperatur, mit einem Widershand (R3), dessen Widerstandswert sich mit der Umgebungstemperatur ändert; und

e) eine Regelschaltung (18), die mit der elektrischen Leistungstreiberschaltung verbunden ist, wobei die Jtegelschaltung einen abgeglichenen Widerstandbrückenverstärker (150) und eine Wider-

standsbrücke hat, von welcher ein Zweig einen einstellbaren Sollwertwiderstand (R1) und die Widerstandseinrichtung (70) zum Abfühlen der Schlauchsimulatortemperatur enthält und von welcher weiter ein zweiter Zweig einen festen Widerstand (R4) und den Widerstand (R3) , dessen Widerstandswert sich mit der Umgebungstemperatur ändert, enthält.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauchsimulator weiter einen Widerstand (58) enthält, der in einen VoIumenbehälter (59) eingeschlossen ist, und einen temperaturempfindlichen Widerstand (70), der Abstand von dem Widerstand hat und in denselben Volumenbehälter eingeschlossen ist.

3. System zum überwachen und Regeln der Temperatur eines beheizten Flüidschlauches, der vorbestimmte Wärmeübertragungseigenschaften hat, durch Versorgen eines Heizelements in dem Schlauch auf die Temperaturüberwachung eines Schlauchabschnittssimulators hin und auf die Temperaturüberwachung der Umgebungstemperatur hin mit elektrischem Strom, gekennzeichnet durch

a) eine Regelschaltung (18), die Leistungsausgangstreiberklemmen und eine Einrichtung zum wahlweisen Verändern der Leistung an den Ausgangstreiberklemmen auf Änderungen im Eingangskreiswiderstand hin sowie eine oder mehrere Eingangsklemmen (142, 149) zum Anschließen an einen Widerstand hat;

b) einen Schlauchabschnittssimulator (60), der einen ersten Widerstand (58) hat, welcher in ein Volumen (59) eingeschlossen ist, und einen zweiten temperaturempfindlichen Widerstand (70), der in dieses Volumen mit Abstand von dem ersten Widerstand eingeschlossen ist;

c) eine Einrichtung zum Verbinden der Leistungsausgangstreiberklemmen mit dem Schlauchheizelement und mit dem ersten Widerstand;

d) einen manuell einstellbaren Sollwertwiderstand (R1), der mit dem zweiten temperaturempfindlichen Widerstand (70) verbunden ist, wobei der Verbindungspunkt der beiden Widerstände mit einer der Eingangsklemmen (142) verbunden ist; und

e) einen vierten Widerstand (R3), der einen Widerstandswert hat, welcher sich mit der Umgebungstemperatur verändert, und einen fünften Widerstand (R4), der einen festen Widerstandswert hat, wobei der vierte und der fünfte Widerstand miteinander verbunden und an ihrem Verbindungspunkt mit einer weiteren der Eingangsklemmen (149) verbunden sind.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen von dem Schlauch körperlich getrennt ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsklemmen jeweils mit einer Widerstandsbrückenverstärkerschaltung (150) in der Regelschaltung verbunden sind.