Titel

Vorrichtung zum Versorgen eines mobilen Multischmelzgerätes mit Heizleistung und/oder zur Temperaturmessung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Versorgen eines mobilen Multischmelzgerätes mit Heizleistung und/oder zur Temperaturmessung und ein Verfahren zum Versorgen eines mobilen Multischmelzgerätes mit Heizleistung und/oder zur Temperaturmessung.

Stand der Technik

Aus DE 102017212 528 A1 ist eine Heißklebevorrichtung mit einem Heißklebestift bekannt. Die Heißklebevorrichtung weist einen Heißklebestift und eine externe, elektrische Heizstation auf. Die Heizstation ist ausgebildet, um den Heizklebestift mithilfe einer Induktivheizung aufzuheizen.

Offenbarung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Vorrichtung zum Versorgen eines mobilen Multischmelzgerätes mit Heizleistung und/oder zum Erfassen einer Temperatur eines Heizabschnittes des Multischmelzgerätes bereitzustellen.

Weiterhin besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein verbessertes Verfahren zum Versorgen eines mobilen Multischmelzgerätes mit Heizleistung und/oder zum Erfassen einer Temperatur eines Heizabschnittes des Multischmelzgerätes bereitzustellen. Die Aufgaben der Erfindung werden durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.

In den abhängigen Ansprüchen sind Weiterbildungen der Vorrichtung und des Verfahrens angegeben.

Es wird eine Vorrichtung zum Erfassen einer Temperatur eines Multischmelzgerätes und/oder zur Bereitstellung einer induktiven Heizleistung vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung eine elektrische Schaltung aufweist, die ausgebildet ist, um die Temperatur des Multischmelzgerätes zu erfassen. Die die elektrische Schaltung ist ausgebildet, um mit einerweiteren elektrischen Schaltung des Multischmelzgerätes direkt oder induktiv verbunden zu werden. Zudem weist die elektrische Schaltung eine Messschaltung auf, die ausgebildet ist, um einen Strom und/oder eine Spannung der elektrischen Schaltung zu messen. Weiterhin ist eine Auswerteschaltung vorgesehen, die ausgebildet ist, um abhängig von der gemessenen Spannung und/oder abhängig von dem gemessenen Strom die Temperatur des Multischmelzgerätes die Temperatur des Multischmelzgerätes zu ermitteln.

Die elektrische Schaltung kann ausgebildet sein, um eine Heizleistung für das Multischmelzgerät bereitzustellen. Dadurch wird ein kompakter Aufbau der elektrischen Schaltung mit geringem Schaltungsaufwand erreicht.

In einer Ausführung ist die Auswerteschaltung ausgebildet, um abhängig von einem zeitlichen Verlauf und/oder von einem minimalen Wert der gemessenen Spannung die induktiv übertragene Heizleistung und/oder die Temperatur des Multischmelzgerätes zu ermitteln.

In einer Ausführung ist die elektrische Schaltung induktiv mit einer elektrischen weiteren Schaltung des Multischmelzgerätes koppelbar. Dadurch wird eine einfache Verbindung zwischen der Vorrichtung und dem Multischmelzgerät ermöglicht.

In einer Ausführung weist die elektrische Schaltung elektrische Kontakte auf, wobei mithilfe der elektrischen Kontakte eine direkte Verbindung zu weiteren elektrischen Kontakten der elektrischen weiteren Schaltung des Multischmelzgerätes herstellbar ist. Dadurch wird eine technisch einfache Verbindung realisiert.

In einer Ausführung weist die elektrische Schaltung wenigstens einen Messwiderstand zur Messung der Spannung und/oder des Stroms auf, wobei die elektrische Schaltung ausgebildet ist, um wenigstens einen Messwiderstand der elektrischen Schaltung zu ändern. Somit kann der Messbereich der Schaltung verändert werden.

In einer Ausführung ist die elektrische Schaltung ausgebildet, um das Multischmelzgerät induktiv mit Heizleistung zu versorgen, wobei die elektrische Schaltung einen Gleichrichter und einen Wechselrichter aufweist, wobei der Gleichrichter über zwei Busleitungen den Wechselrichter mit Strom versorgt, wobei der Wechselrichter ausgebildet ist, um eine Wechselspannung zum Versorgen einer Induktionsspule zu erzeugen, wobei die Auswerteschaltung die Spannung zwischen den Busleitungen erfasst, um eine auf das Multischmelzgerät übertragene Heizleistung und/oder eine Temperatur des Multischmelzgerätes abzuschätzen.

In einer Ausführung ist die Auswerteschaltung ausgebildet, um abhängig von einer Änderung der Spannung zwischen den Busleitungen, insbesondere abhängig von einem zeitlichen Verlauf der Spannung, insbesondere abhängig von einer minimalen Spannung die übertragene Heizleistung und/oder die Temperatur des Multischmelzgerätes abzuschätzen.

In einer Ausführung ist die elektrische Schaltung ausgebildet, um das Multischmelzgerät induktiv mit Heizleistung zu versorgen, wobei die elektrische Schaltung einen Gleichrichter und einen Wechselrichter aufweist, wobei der Gleichrichter über zwei Busleitungen den Wechselrichter mit Strom versorgt, wobei der Wechselrichter eine erste Serienschaltung mit zwei Schaltern aufweist, wobei die erste Serienschaltung zwischen den zwei Schaltern eine zweite Ausgangsleitung aufweist, wobei die erste Serienschaltung nach dem zweiten Schalter eine dritte Ausgangsleitung aufweist, wobei die zweite Ausgangsleitung mit einem ersten Anschluss einer Spule verbunden ist, wobei die dritte Ausgangsleitung über einen Kondensator mit einem zweiten Anschluss der Spule verbunden ist.

In einer Ausführung ist die elektrische Schaltung ausgebildet, um das Multischmelzgerät induktiv mit Heizleistung zu versorgen, wobei die elektrische Schaltung einen Gleichrichter und einen Wechselrichter aufweist, wobei der Gleichrichter über zwei Busleitungen den Wechselrichter mit Strom versorgt, wobei der Wechselrichter eine erste Serienschaltung mit zwei Schaltern aufweist, wobei die erste Serienschaltung vor dem ersten Schalter eine dritte Ausgangsleitung aufweist, wobei die erste Serienschaltung zwischen den zwei Schaltern eine zweite Ausgangsleitung aufweist, wobei die erste Serienschaltung nach dem zweiten Schalter eine dritte Ausgangsleitung aufweist, wobei die zweite Ausgangsleitung mit einem ersten Anschluss einer Sendespule verbunden ist, wobei die erste und die dritte Ausgangsleitung mit einem zweiten Anschluss der Sendespule verbunden sind, wobei zwischen der ersten und der zweiten Ausgangsleitung eine Versorgungsschaltung ausgebildet ist, wobei die Versorgungsschaltung eine zweite Serienschaltung aufweist, wobei die zweite Serienschaltung einen ersten Kondensator und eine erste Diode aufweist, wobei die zweite Serienschaltung mit der ersten und der zweiten Ausgangsleitung verbunden ist, wobei zwischen dem Kondensator und der ersten Diode eine erste Versorgungsleitung angeschlossen ist, wobei die erste Versorgungsleitung an einen ersten Anschluss einer zweiten Diode angeschlossen ist, wobei eine Parallelschaltung mit einer Zenerdiode und einem zweiten Kondensator vorgesehen ist, wobei die Parallelschaltung mit einem ersten Anschluss an einen zweiten Anschluss der zweiten Diode angeschlossen ist, wobei die Parallelschaltung mit einem zweiten Anschluss an die erste Ausgangsleitung angeschlossen ist, wobei ein elektrischer Widerstand zwischen dem zweiten Anschluss der zweiten Diode und der dritten Ausgangsleitung geschaltet ist, wobei zwischen dem zweiten Anschluss der zweiten Diode und der ersten Ausgangsleitung eine Gleichspannung bereitgestellt wird.

Es wird Multischmelzgerät mit einerweiteren elektrischen Schaltung und einem induktiven Heizelement zum Erwärmen eines Schmelzmaterials vorgeschlagen, wobei die weitere elektrische Schaltung wenigstens einen Messwiderstand aufweist, der induktiv oder über die Kontakte mit einer elektrischen Schaltung einer Vorrichtung zum induktiven Versorgen eines mobilen Multischmelzgerätes mit Heizleistung und/oder zum Erfassen einer Temperatur des Multischmelzgerätes verbindbar ist.

Es wird ein Verfahren zum Erfassen einer Temperatur eines Multischmelzgerätes, wobei eine elektrische Schaltung in Wirkverbindung mit einerweiteren elektrischen Schaltung des Multischmelzgerätes gebracht wird, wobei ein Strom und/oder eine Spannung der elektrischen Schaltung erfasst wird, und wobei abhängig von der gemessenen Spannung und/oder abhängig von dem gemessenen Strom eine Temperatur des Multischmelzgerätes ermittelt wird.

In einer Ausführung versorgt die elektrische Schaltung das Multischmelzgerät induktiv mit Heizleistung, wobei die elektrische Schaltung einen Gleichrichter aufweist, wobei der Gleichrichter über zwei Busleitungen einen Wechselrichter mit Strom versorgt, wobei der Wechselrichter ausgebildet ist, um eine Wechselspannung zum Versorgen einer elektrischen Spule zu erzeugen, wobei die Spannung zwischen den Busleitungen erfasst wird, um abhängig von der Spannung die Temperatur des Multischmelzgerätes und/oder die auf das Multischmelzgerät übertragene Heizleistung abzuschätzen.

In einer Ausführung wird abhängig von einer Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung eine Temperatur des Multischmelzgerätes ermittelt wird.

In einer Ausführung wird ein Messwiderstand der elektrischen Schaltung verändert, um einen anderen Messbereich einzustellen.

Ausführungsbeispiele der Vorrichtung und des Verfahrens werden anhand von Figuren näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische, teilgeschnittene Ansicht einer Vorrichtung zum Versorgen des mobilen Multischmelzgerätes mit Heizleistung und/oder zum Erfassen einer Temperatur eines Heizabschnittes des Multischmelzgerätes, Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Teilausschnittes einer elektrischen Schaltung der Vorrichtung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines gemessenen Stromverlaufes und eines gemessenen Spannungsverlaufes,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Teilquerschnittes einer Ausführungsform der Vorrichtung und eines Teilquerschnittes einer Ausführungsform des Multischmelzgerätes,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Teilausschnittes einer elektrischen Schaltung der Vorrichtung,

Fig. 6 ein elektrisches Ersatzschaltbild einer elektrischen Schaltung der Vorrichtung für ein induktives Heizen des Multischmelzgerätes,

Fig. 7 ein Messdiagramm, bei dem die gemessene Spannung über die Zeit mit und ohne einem induktiv zu heizenden Multischmelzgerät,

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines elektrischen Ersatzschaltbildes einer weiteren Ausführungsform der elektrischen Schaltung der Vorrichtung mit einer Gleichstromquelle, und

Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Diagramms zum Betreiben der Ausführungsform der Fig. 8.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Multischmelzvorrichtung 100 mit einer Heizstation 200. Die Heizstation 200 weist eine Halterung 202 auf, in die beispielhaft ein schnurloses, mobiles Multischmelzgerät 110 eingesteckt ist. Das Multischmelzgerät 110 kann beispielsweise in Form eines Heißklebestiftes ausgebildet sein und mit einem Materialstift 112 bzw. in Form einer Klebepatrone bestückt sein. Der Materialstift 112 kann zum Beispiel mit einem hergebrachten Schmelzkleber gebildet sein, der bei Raumtemperatur eine feste Konsistenz aufweist und beim Erreichen einer Verarbeitungstemperatur beispielsweise in einem Bereich von 160°C bis 200°C aus dem festen Zustand in einen zähfließend pastösen, klebefähigen Zustand übergeht. Vorzugsweise verbleibt der Schmelzkleber bzw. Schmelzkunststoff nach dem Erreichen der Verarbeitungstemperatur auch ohne weitere Wärmezufuhr für einen Zeitraum von 5 bis 90 s verarbeitungsfähig. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann das Multischmelzgerät 110 auch andere Arten von Materialien, insbesondere Kunststoffe in Form eines Materialstifts aufweisen, die mithilfe einer erhöhten Temperatur von einem festen in einen zähfließend pastösen Zustand übergeführt werden können.

Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform das Multischmelzgerät 110 mit einem Materialstift beispielsweise aus verschiedenen Arten von Schmelzklebern, Spezialwachsen oder dergleichen in jeweils unterschiedlichen Farben, Lichtdurchlässigkeitsstufen, Schmelztemperaturen, Festigkeiten usw. versehen sein. Zudem können die Materialien der Materialstifte unterschiedliche Feststoffpartikel und/oder Füllpartikel, wie z.B. Glitzerpartikel, Mikrokristalle, Metallfolienpartikel usw. aufweisen.

Die Heizstation 200 verfügt über eine berührungslose, elektrische Induktivheizung 210. Die Induktivheizung 210 ist ausgebildet, um zumindest bereichsweise das Multischmelzgerät 110 berührungslos aufzuheizen. Die Induktivheizung 210 ermöglicht im Vergleich zu konventionellen Widerstandsheizelementen kurze Aufheizphasen, eine gezielte Erwärmung, sowie eine gute Regeldynamik bei einem deutlich erhöhten Wirkungsgrad. Weiterhin lassen sich auf einfache Art und Weise unterschiedliche Heizzonen durch inhomogene Magnetfelder, zum Beispiel zum Vorwärmen und Aufschmelzen der Materialstifts einrichten. Die Induktivheizung 210 ermöglicht darüber hinaus eine kompakte, stiftähnliche Bauform der Multischmelzgeräte 110, wobei dessen Stiftgehäuse dennoch thermisch gut isolierbar bzw. einkapselbar ist, um insbesondere eine Verbrennungsgefahr für den Anwender auszuschließen. Das Multischmelzgerät 110 verfügt über ein zumindest im Wesentlichen stabförmiges Stiftgehäuse 114 und einen hohlzylindrischen Zuführungsabschnitt 116 für den Materialstift 112. An den Zuführungsabschnitt 116 schließt sich axial ein Halteabschnitt 118 zum Angreifen durch den Anwender an. Der Halteabschnitt 118 ist unter Schaffung eines schmalen Ringspalts 120 in einem Aufnahmeschacht 122 der Halterung 202 der Heizstation 200 aufnehmbar. Ein axialer Vorschub des Materialsticks 112 kann zum Beispiel durch anwenderseitiges Eindrücken erfolgen. Alternativ kann eine mechanische Vorschubeinrichtung vorgesehen sein, die jeweils mittels mindestens eines Fingers des Anwenders im Bereich der jeweiligen Halteabschnitte des Multischmelzgerätes 110 betätigbar ist. In der Heizstation 200 ist eine Steuereinrichtung 270 integriert, die ein Steuergerät und eine elektrische Schaltung aufweist. Die Steuereinrichtung 270 kann drahtlos oder über eine Kontaktbuchse mit einer externen Recheneinheit wie beispielsweise einem PC, einem Computer-Tablet oder einem Smartphone verbunden sein. Die Heizstation 200 kann über ein Netzkabel oder netzunabhängig über Batterien mit Strom versorgt werden.

Die Induktivheizung 210 umfasst beispielsweise eine erste Heizwicklung 220 zum endseitigen Aufschmelzen des Materialstifts, sowie eine zweite Heizwicklung 222 zum Vorwärmen des Materialstifts 112. Anstelle von zwei elektrisch getrennten Heizwicklungen 220, 222 kann auch lediglich eine Heizwicklung vorgesehen sein. Zudem kann die eine Heizwicklung abschnittsweise unterschiedliche Wicklungsdichten zur Erzeugung eines inhomogenen Magnetfelds aufweisen. Die erste Heizwicklung 220 wirkt mittels eines magnetischen Wechselfeldes mit einer metallischen Heizdüse 224 zusammen, die an einem vorderen Ende im Multischmelzgerät 110 angeordnet ist. Die Heizdüse 224 weist eine im Wesentlichen hohlkegelige Formgebung auf, wobei eine endseitige, düsenartige Austrittsöffnung 226 im Bereich einer Kegelspitze vorgesehen ist. Die zweite Heizwicklung 222 ist durch ein magnetisches Wechselfeld mit einer metallischen, hohlzylindrischen Vorheizhülse 228 gekoppelt. Mithilfe der beiden Heizwicklungen 220, 222 werden jeweils Wirbelströme in der Heizdüse 224 bzw. in der Vorheizhülse 226 induziert, die aufgrund der darin auftretenden ohmschen Verluste zu einer gewünschten, definierten Temperaturerhöhung der Heizdüse 224 und der Vorheizhülse 226 führen. Zur Erzeugung der notwendigen magnetischen Wechselfelder werden die Heizwicklungen 220, 222 mittels der elektrischen Steuereinrichtung 270 mit einem Strom mit einem geeigneten zeitlichen Verlauf, insbesondere Frequenz, Amplitude und Kurvenform beaufschlagt. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die Heizdüse 224 und die Vorheizhülse 226 aus einem ferromagnetischen Material gebildet sein wie zum Beispiel Eisen, Stahl usw. In dieser Ausführungsform wird die Temperaturerhöhung in der Heizdüse und der Vorheizhülse durch Auftreten der Hystereseverluste erwärmt. Das aufgeheizte Multischmelzgerät 110 kann aus der Halterung 202 entnommen werden und ein Anwender kann das aufgeschmolzene bzw. verflüssigte Material des Materialstiftes 112, das durch die Austrittsöffnung 226 im Bereich der Heizdüse 224 austritt, exakt dosieren und einem zu bearbeitenden Werkstück zu führen. Das Multischmelzgerät 110 kann anstelle der dargestellten Stiftform auch in Form einer Heißschmelzpistole ausgebildet sein und einen entsprechenden Griff und Betätigungselemente aufweisen.

Zudem kann das Multischmelzgerät 110 anstelle der beschriebenen Heizdüse 224 und Vorheizhülse 228 auch anders geformte induktiv aufheizbare Heizelemente aufweisen, mit denen der Materialstift 112 erwärmt und insbesondere verflüssigt werden kann.

Die elektrische Schaltung 290 der Steuereinrichtung 270 kann abhängig von der gewählten Ausführungsform eine Messschaltung 300 aufweisen, die in Fig. 2 schematisch dargestellt ist. Die Messschaltung 300 weist eine Wechselspannungsquelle 310, eine Serienschaltung mit einem ersten Widerstand 320 und einem zweiten Widerstand 330 auf. Zudem ist parallel zum zweiten elektrischen Widerstand 330 ein dritter elektrischer Widerstand 340 vorgesehen. Weiterhin weist die Messschaltung 200 einen ersten elektrischen Kontakt 350 auf, der mit der Verbindungsleitung von der Wechselspannungsquelle mit dem ersten elektrischen Widerstand 320 verbunden ist. Weiterhin ist ein zweiter elektrischer Kontakt 360 am zweiten Anschluss des vierten elektrischen Widerstandes ausgebildet. Zudem ist zwischen dem zweiten elektrischen Kontakt 360 und der Verbindungsleitung vom ersten elektrischen Widerstand 320 und dem zweiten elektrischen Widerstand 330 ein Spannungsmessgerät 370 geschaltet.

Zudem ist schematisch in Fig. 2 eine weitere elektrische Schaltung 380 dargestellt, die im Multischmelzgerät 110 angeordnet ist. Dazu weist das Multischmelzgerät 110 weitere erste und zweite elektrische Kontakte 390, 400 auf. Die weitere elektrische Schaltung 380 weist einen temperaturabhängigen Messwiderstand 410 und eine elektrische Spule 415 auf. In der dargestellten Ausführungsform ist der weitere erste elektrische Kontakt 390 in direktem Kontakt mit dem ersten elektrischen Kontakt 350. Der weitere zweite elektrische Kontakt 400 ist in direktem Kontakt mit dem zweiten elektrischen Kontakt 360, wie schematisch in Fig. 4 dargestellt ist.

Für einen optimalen Betrieb des Multischmelzgerätes 110 ist es vorteilhaft, die Temperatur im Multischmelzgerät 110 zu bestimmen. Die Bestimmung der Temperatur kann durch eine Spannungsmessung mithilfe des Spannungsmessgerätes 370 mithilfe der Messschaltung 300 und dem temperaturempfindlichen Messwiderstand 410 erfolgen. Dabei wird eine Messbrücke verwendet, wobei ein Teil der Messbrücke aus dem Messwiderstand 410 des Multischmelzgerätes 110 besteht. Der Messwiderstand 410 ist in der Weise ausgebildet, dass sein ohmscherWiderstand z.B. linear von der Temperatur abhängt. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann der ohmsche Widerstand des Messwiderstandes 410 auch eine nichtlineare Abhängigkeit aufweisen, die z.B. als Kennfeld in einem Datenspeicher einer Steuereinheit 420 abgelegt sein. Der Messwiderstand 410 ist vorzugsweise im Bereich der Heizdüse 224 im Multischmelzgerät angeordnet.

Zudem ist die Steuereinheit 420 vorgesehen, die beispielsweise die Wechselspannungsquelle 310 ansteuert, um eine gewünschte Spannung und/oder einen gewünschten Strom bereitzustellen. Weiterhin steht die Steuereinheit 420 mit dem Spannungsmessgerät 370 in Verbindung. Zudem ist in der Serienschaltung des ersten und des zweiten Widerstandes eine Strommesseinrichtung 430 vorgesehen, die ebenfalls mit der Steuereinheit 420 in Verbindung steht.

Die Steuereinheit 420 gibt mithilfe der Wechselspannungsquelle 310 einen vorgegebenen Spannungsverlauf beispielsweise in Form eines sinusförmigen Spannungsverlaufes vor. Gleichzeitig wird mithilfe des Spannungsmessgerätes 370 die Spannung und mithilfe der Strommesseinrichtung 430 der Strom gemessen. Abhängig von der Temperatur des Multischmelzgerätes 110 werden unterschiedliche Spannungen vom Spannungsmessgerät gemessen. Zudem beeinflusst der Widerstand des Messwiderstandes 410 eine Phasenverschiebung F zwischen der gemessenen Spannung und dem gemessenen Strom. Die Steuereinheit 420 verfügt über den Datenspeicher, in dem für die gemessenen Spannungen bzw. die gemessene Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung entsprechende Temperaturen des Multischmelzgerätes 110 abgespeichert sind.

Fig. 3 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Diagramm über den Verlauf der gemessenen Spannung U und den Verlauf des gemessenen Stromes I über einen Phasenwinkel, der entlang der X-Achse aufgetragen ist.

Fig. 4 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Teilausschnitt einer Ausführunform der Anordnung der Fig. 1 und 2 mit einer Multischmelzvorrichtung 100 zum Versorgen des mobilen Multischmelzgerätes 110 mit Heizleistung und/oder zum Erfassen einer Temperatur eines Heizabschnittes des Multischmelzgerätes und dem Multischmelzegrät. Bei dieser Ausführungsform ist der erste elektrische Kontakt 350 mithilfe einer ersten mechanischen Feder 440 in Richtung auf das Multischmelzgerät 110 federnd vorgespannt. Zudem ist der zweite elektrische Kontakt 360 mithilfe einer zweiten mechanischen Feder 450 ebenfalls federbelastet in Richtung auf das Multischmelzgerät 110 vorgespannt. Das Multischmelzgerät 110 weist den weiteren ersten elektrischen Kontakt 390 auf, der direkt an dem ersten elektrischen Kontakt 350 anliegt. Weiterhin weist das Multischmelzgerät 110 den weiteren zweiten elektrischen Kontakt 400 auf, der auf dem zweiten elektrischen Kontakt 360 anliegt. Durch die Federbelastung der elektrischen Kontakte wird ein verbesserter elektrischer Kontakt zwischen der Heizstation 200 und dem Multischmelzgerät 110 erreicht.

Fig. 5 zeigt in einer schematischen Darstellung eine weitere Ausführungsform einer Messschaltung 300, die ähnlich der Messschaltung 300 der Fig. 2 aufgebaut ist. Bei dieser Ausführungsform sind jedoch parallel zum ersten und zum zweiten elektrischen Widerstand 320, 330 eine Serienschaltung eines dritten elektrischen Widerstandes 510, eines vierten elektrischen Widerstandes 520 und einer Sendespule 530 angeordnet. Das Spannungsmessgerät 370 ist zwischen den Verbindungsleitungen zwischen dem ersten elektrischen Widerstand und dem zweiten elektrischen Widerstand 320, 330 und zwischen der Verbindungsleitung zwischen dem dritten elektrischen Widerstand und dem vierten elektrischen Widerstand 510, 520 geschaltet. Bei dieser Ausführungsform wird eine induktive Kopplung zwischen der Messschaltung 300 und dem Messwiderstand 410 des Multischmelzgerätes 110 erreicht. Dazu weist das Multischmelzgerät 110 eine Serienschaltung aus dem Messwiderstand 410, einer Messspule 415 und einem Messkondensator 418 auf, die einen Resonanzkreis bilden. Die induktive Kopplung erfolgt über die Sendespule 530 und die Messspule 415.

Die Strommesseinrichtung 430 ist zwischen der Wechselspannungsquelle 310 und der Parallelschaltung der zwei Serienschaltungen angeordnet. Die Spannung im Messpfad der Messschaltung wird durch die induktive Kopplung zwischen den zwei Spulen 530, 415 erreicht. Auch bei dieser Ausführungsform wird die Spannung abhängig von der Temperatur des Messwiderstandes 410 beeinflusst. Die Steuereinheit 420 ist mit der Wechselspannungsquelle 310 und mit der Strommesseinrichtung 430 und mit dem Spannungsmessgerät 370 verbunden. Zudem verfügt die Steuereinheit 420 über einen Datenspeicher, in dem Referenzwerte für die Temperaturwerte des Multischmelzgerätes für die gemessenen Spannungen, Ströme und/oder Phasenverschiebungen zwischen den gemessenen Spannungen und Strömen abgelegt sind. Somit kann die Steuereinheit 420 mithilfe der abgespeicherten Referenzwerte anhand der gemessenen Spannungen, Ströme und/oder Phasenverschiebungen zwischen den Spannungen und Strömen die Temperatur des Multischmelzgerätes abschätzen.

Zudem führt die induktive Kopplung mit der weiteren Messschaltung des Multischmelzgerätes 110 abhängig von der Temperatur des Messwiderstandes 410 zu einer Phasenverschiebung zwischen der Spannung und dem Strom in der Messschaltung der Heizstation. Mithilfe dieser Anordnung kann die Temperatur des Multischmelzgerätes 110 kontaktlos gemessen werden.

Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Messschaltung 300 einen Schalter 540 aufweisen, der drei verschieden große dritte elektrische Widerstände 510, 511, 512 in die zweite Serienschaltung schalten kann. Der Schalter 540 kann von der Steuereinheit 420 oder direkt von einer Bedienperson geschaltet werden. Der Schalter 540 kann als Drehregler 540 ausgebildet sein. Somit kann der Arbeitsbereich der Messschaltung stufenweise eingestellt werden. Dadurch können verschiedene Materialien verarbeitet werden. Die stufenweise Einstellung kann optional auch stufenlos durch einen Drehregler erfolgen.

Die induktive Kopplung ermöglicht auch die Auswertung mittels der Verschiebung der Resonanzfrequenz des Systems. Die Resonanzfrequenz des Systems verschiebt sich mit der Temperatur. Die Resonanzfrequenz wird gemessen. Zudem verfügt die Steuereinheit 420 über einen Datenspeicher, in dem zu Resonanzfrequenzen Temperaturen des Multischmelzgerätes abgelegt sind. Somit kann aufgrund der Resonanzfrequenz die Temperatur des Multischmelzgerätes ermittelt werden. Beispielsweise kann die Auswertung über ein Bode-Diagramm anhand eines Vorzeichenwechsels von plus nach minus in der Steigung des Amplitudenspektrums detektiert werden.

Fig. 6 zeigt in einer schematischen Darstellung ein elektrisches Ersatzschaltbild für eine elektrische Schaltung 290 einer induktiven Heizung der Heizstation 200. Von einer zweiten Wechselspannungsquelle 600 wird eine Wechselspannung v _ac mit einem Strom i _ac über einen EMC-Filter 610 an eine Parallelschaltung einer ersten Serienschaltung 620 mit einer ersten und einer zweiten Diode 630, 640 und einer zweiten Serienschaltung 650 einer dritten und einer vierten Diode 660, 670 geführt. Die erste und die zweite Serienschaltung 620, 650 sind mit einer ersten Busleitung 680 und einer zweiten Busleitung 690 verbunden. Die erste und die zweite Serienschaltung 620, 650 stellen einen Brückengleichrichter dar, der die Wechselspannung der Wechselspannungsquelle 600 in positive Spannungen auf der ersten Busleitung 680 transferiert wird. Zwischen der ersten und der zweiten Busleitung 680, 690 ist ein erster Kondensator 700 geschaltet. Auf der ersten Busleitung 680 fließt der Strom i _b und am ersten Kondensator 700 liegt die Spannung V _b an. Zudem sind Strom- und Spannungsmessgeräte vorgesehen, mit denen der Strom i _b der ersten Busleitung 680 und die am ersten Kondensator 700 anliegende Spannung V _b gemessen werden. Die Strom- und Spannungsmessgeräte sind nicht dargestellt.

Die erste Busleitung 680 und die zweite Busleitung 690 sind über eine Serienschaltung aus einem ersten Schalter 710 und einem zweiten Schalter 720 verbunden. Der erste und der zweite Schalter 710, 720 werden von der Steuereinheit 420 geschaltet. Der erste und der zweite Schalter 710, 720 sind beispielsweise als Feldeffekt-Transistoren ausgebildet. Der erste und der zweite Schalter 710, 720 sind über eine Verbindungsleitung 730 miteinander verbunden. Die Verbindungsleitung 730 steht über eine erste Ausgangsleitung 780 mit einer zweiten Sendespule 740 in Verbindung, die schematisch in Form eines ohmschen Widerstandes 750 und eines induktiven Widerstandes 760 dargestellt ist. Auf der ersten Ausgangsleitung 780 fließt der Strom i ₀ . Ein zweiter Anschluss der Sendespule 740 ist über einen weiteren Kondensator 770 mit der zweiten Busleitung 790 verbunden. Am weiteren Kondensator 770 liegt eine Spannung v _c an. Die Serienschaltung mit dem ersten und dem zweiten Schalter 710, 720 stellt eine Wechselspannung v ₀ über die Ausgangsleitung 780 und die zweite Ausgangsleitung 790 bereit.

Für hohe Spannungen zwischen der ersten und der zweiten Busleitung 780, 790 ist es vorteilhaft, den ersten Kondensator 700 mit einer niedrigen Kapazität zu wählen. In diesen Systemen ist es jedoch vorteilhaft, das Vorhandensein einer induktiven Last an der Sendespule 740 und die Abschätzung der von der Sendespule 740 abgegebenen induktiven Heizleistung zu ermitteln.

In Fig. 6 sind schematisch die Strom- und Spannungsverläufe dargestellt, wobei v _ac die Spannung am Ausgang der Wechselspannungsquelle 600, i _ac der Strom am Ausgang der Wechselspannungsquelle 600, V _b die Spannung am ersten Kondensator 700, i _b der Stromfluss über die erste Busleitung 680, i ₀ der Stromfluss über die erste Ausgangsleitung 780, v _c die Spannung am zweiten Kondensator 750 und v ₀ die Spannung zwischen der ersten und der zweiten Ausgangsleitung 780, 790 bezeichnen.

Die Steuereinheit 420 ist ausgebildet, um mit dem nicht dargestellten Spannungsmessgerät die Busspannung V _b am ersten Kondensator 700 zu detektieren. Abhängig von der gemessenen Busspannung kann das Vorhandensein einer induktiven Last detektiert werden. Zudem kann mithilfe der gemessenen Busspannung die mithilfe der Sendespule übertragene Heizleistung abgeschätzt werden. Somit kann anhand der Busspannung und der Zeitdauer, während der Heizleistung induktiv an das Multischmelzgerät übertragen wird, die Temperatur des Multischmelzgerätes abgeschätzt werden. Dazu sind entsprechende, experimentell ermittelte Werte in einem Datenspeicher der Steuereinheit 420 abgelegt, die abhängig von einer minimalen Busspannung das Vorhandensein einer induktiven Last, d.h. eines Multischmelzgerätes darstellen. Zudem sind im Datenspeicher Werte für die übertragene induktive Heizleistung abhängig von der minimalen Busspannung und vom gemessenen Strom auf der ersten Busleitung abgespeichert. Zudem sind im Datenspeicher Werte für die Temperatur des Multischmelzgerätes abhängig von der minimalen Busleitung und/oder vom Strom auf der ersten Busleitung und/oder von der Zeitdauer der Bestromung der Sendespule im Datenspeicher abgelegt.

Versuche haben gezeigt, dass die die Busspannung V _b abhängig von dem Vorhandensein einer induktiven Last bzw. abhängig von der gesendeten Sendeleistung der Sendespule 740 und damit abhängig von der übermittelten Heizleistung verändert. Die Steuereinheit 420 verfügt über einen Datenspeicher, in dem für die Busspannungen Referenzwerte für die übertragene Heizleistung und die Temperatur des Multischmelzgerätes abgelegt sind. Somit kann die Steuereinheit 420 aufgrund der Busspannung und/oder dem Strom der ersten Busleitung und/oder der Zeitdauer der Bestromung der Sendespule 740 die Temperatur des Multischmelzgerätes abschätzen und ermitteln.

Fig. 7 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Diagramm für mehrere gemessene Busspannungen. In dem Diagramm ist die Amplitude A der Busspannung in Volt über die Zeit aufgetragen. Die gemessene Busspannung V _b ist in einer gestrichelten Linie dargestellt und mit U1 für den Fall bezeichnet, dass keine induktive Last, das heißt kein Multischmelzgerät 110 in der Nähe der Heizstation 200 zum Empfangen einer induktiven Heizleistung vorgesehen ist. Dabei ist erkennbar, dass die Busspannung immer wieder den Wert von 0 V erreicht.

Ist dagegen eine induktive Last vorhanden, das heißt ein Multischmelzgerät 110 an der Heizstation 200 angeordnet, so sinkt die mit U2 bezeichnete Busspannung V _b nicht bis auf 0 V ab, sondern schwingt zwischen Werten von beispielsweise mehr als 100 V und der maximalen Spannung von 360 V hin und her, wie mit der zweiten Kennlinie U2, die als durchgezogene Linie dargestellt ist, gezeigt wird. Somit stellt in diesem Fall 100 Volt eine minimale Busspannung Um dar, wie in Fig. 7 eingezeichnet. Das Steuereinheit 420 verfügt über einen Datenspeicher, in dem für minimale Busspannungen Um Referenzwerte für die übertragene Heizleistung und die Temperatur des Multischmelzgerätes abgelegt sind. Somit kann die Steuereinheit 420 aufgrund der Busspannung und/oder dem Strom der ersten Busleitung und/oder der Zeitdauer der Bestromung der Sendespule 740 die Temperatur des Multischmelzgerätes abschätzen und ermitteln.

Zudem kann beispielsweise ein Schwellwert S von beispielsweise 100 V festgelegt werden. Unterschreitet die Busspannung den Schwellwert nicht, so erkennt das Steuergerät 420 das Vorliegen einer induktiven Last, das Vorhandensein eines Multischmelzgerätes im Umfeld der Sendespule. Die Busspannung kann beispielsweise mit einem analogen Komparator oder einem HD-Konverter gemessen werden. Zudem können im Datenspeicher der Steuereinheit 420 Vergleichskennlinien oder Schwellwerte für die gemessene Busspannung abgelegt sein, denen aufgrund von vorher durchgeführten Versuchen die auf das Multischmelzgerät 110 übermittelte Heizleistung und/oder Temperatur des Multischmelzgerätes zugeordnet sind. Beispielsweise ist die übertragene Heizleistung umso größer, je größer der maximale Schwellwert ist, den die Busspannung nicht unterschreitet.

Auf diese Weise kann die Steuereinheit 420 anhand der gemessenen Busspannung V _b die übertragene Heizleistung und damit die im Multischmelzgerät 110 herrschende Temperatur abschätzen. Der abgeschätzte Wert der Temperatur des Multischmelzgerätes 110 kann dazu verwendet werden, um die ausgesendete induktive Heizleistung in der Weise anzupassen, dass das Multischmelzgerät 110 im Bereich der Heizdüse eine vorgegebene Temperatur aufweist. Dazu sind entsprechende experimentell ermittelte Werte im Datenspeicher der Steuereinheit 420 abgelegt.

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer elektrischen Schaltung 290 der Heizstation 200. Die elektrische Schaltung entspricht im Wesentlichen der Schaltung der Fig. 6, wobei jedoch zusätzlich eine Versorgungsschaltung 950 für eine Gleichspannung vorgesehen ist. Dazu weist die Schaltung eine dritte Ausgangsleitung 800 auf, die von der ersten Busleitung 680 über einen dritten Kondensator 810 zum zweiten Anschluss der Sendespule 740 geführt ist. Weiterhin ist eine weitere Serienschaltung 820 bestehend aus einem dritten Kondensator 830 und einer fünften Diode 840 vorgesehen, wobei die fünfte Diode 840 und der vierte Kondensator 830 zwischen der ersten und der zweiten Ausgangsleitung 780, 790 geschaltet sind. Weiterhin ist eine zusätzliche Serienschaltung 850 vorgesehen, die einen siebten Widerstand 860 und eine Zenerdiode 870 aufweist. Die zusätzliche Serienschaltung 850 ist zwischen der dritten Ausgangsleitung 800 und der ersten Ausgangsleitung 790 angeordnet.

Die Verbindungsleitung zwischen dem vierten Kondensator 830 und der fünften Diode 840 ist über eine sechste Diode 880 mit der Verbindungsleitung zwischen dem siebten Widerstand 860 und der Zenerdiode 870 verbunden. Weiterhin ist zwischen der Verbindungsleitung zwischen dem siebten Widerstand 860 und der Zenerdiode 870 und der zweiten Ausgangsleitung 790 ein fünfter Kondensator 890 angeschossen. Am fünften Kondensator 890 wird eine Gleichspannung beispielsweise zum Betrieb von Teilen der elektrischen Schaltung, insbesondere zum Betrieb der Steuereinheit 420 bereitgestellt. Die Gleichspannung kann im Bereich von beispielsweise 6 bis 20 V liegen und wird durch die Zenerdiode 870 festgelegt. Die fünfte und die sechste Diode 840, 880 sind als schnelle Dioden ausgebildet. Der vierte Kondensator 830 reduziert die zeitliche Spannungsänderung und die Schaltverluste. Durch die Wahl der Zenerdiode 870 wird die gewünschte Höhe der Gleichspannung festgelegt. Der fünfte Kondensator 890 speichert die Gleichspannung, die über die Zenerdiode 870 bereitgestellt wird. Zu jeder Zeit, zu der der Inverter in Form des ersten und des zweiten Schalters 710, 720 aktiviert wird, wird die gewünschte Gleichspannung am Ausgang des fünften Kondensators 890 bereitgestellt. Mithilfe des siebten Widerstandes 860 wird eine Aufweckschaltung für die elektrische Versorgung der Schaltung bereitgestellt. Somit wird auf diese Weise die benötigte Spannung bereitgestellt, bevor der Inverter aktiviert wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die Zenerdiode rückwärts invers gepolt wird.

Fig. 9 zeigt ein Diagramm, das das zeitliche Verhalten der Spannungsverläufe der Schaltung der Fig. 8 darstellt. Bei einer Startphase 900 erzeugt die Wechselspannungsquelle 600 zu einem Zeitpunkt T0 eine Wechselspannung. Dadurch wird am fünften Kondensator 890 eine Versorgungsspannung Vs von beispielsweise 12 V bereitgestellt. Erst nach Ablauf einer vorgegebenen Startphase 900 beginnen zum Zeitpunkt T1 die Schalter 710, 720 während einer normalen Betriebsphase 910 zu schalten.

Bezugszeichenliste

100 Multischmelzvorrichtung

110 Multischmelzgerät

112 Materialstift

114 Stiftgehäuse

116 Zuführabschnitt

118 Halteabschnitt

120 Ringspalt

122 Aufnahmeschacht

200 Heizstation

202 Halterung

210 Induktivheizung

220 erste Heizwicklung

222 zweite Heizwicklung

224 Heizdüse

226 Austrittsöffnung

228 Vorheizhülse

270 Steuereinrichtung

290 elektrische Schaltung

300 Messschaltung

310 Wechselspannungsquelle

320 erster elektrischer Widerstand

330 zweiter elektrischer Widerstand

340 dritter elektrischer Widerstand

350 erster elektrischer Kontakt

360 zweiter elektrischer Kontakt

370 Spannungsmessgerät

380 weitere elektrische Schaltung

390 weiterer erster elektrischer Kontakt

400 weiterer zweiter elektrischer Kontakt

410 Messwiderstand

415 Messspule

420 Steuereinheit

430 Strommesseinrichtung 440 erste Feder

450 zweite Feder

510 dritter elektrischer Widerstand

511 weiterer dritter elektrischer Widerstand

512 weiterer dritter elektrischer Widerstand

520 vierter elektrischer Widerstand

530 Sendespule

540 Drehregler

600 zweite Wechselspannungsquelle

610 EMC-Filter

620 erste Serienschaltung

630 erste Diode

640 zweite Diode

650 zweite Serienschaltung

660 dritte Diode

670 vierte Diode

680 erste Busleitung

690 zweite Busleitung

700 erster Kondensator

710 erster Schalter

720 zweiter Schalter

730 Verbindungsleitung

740 zweite Sendespule

750 ohmscherWiderstand

760 induktiver Widerstand

770 zweiter Kondensator

780 erste Ausgangsleitung

790 zweite Ausgangsleitung

800 dritte Ausgangsleitung

810 dritter Kondensator

820 weitere Serienschaltung

830 vierter Kondensator

840 fünfte Diode

850 zusätzliche Serienschaltung

860 siebter Widerstand 870 Zenerdiode

880 sechste Diode

890 fünfter Kondensator

900 Startphase 910 Betriebsphase

950 Versorgungsschaltung