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Temperaturregelung: Energie punktgenau dosieren

In hochsensitiven Anwendungsbereichen der Industrie ist beim Temperieren häufig noch die Zweipunkt-Regelung an der Tagesordnung. Eine Alternative sind Leistungssteller, die um einiges präziser sind.

Energie punktgenau dosieren Bildquelle: © Bild: Computer&AUTOMATION, Quellen: istock / leezsnow / Systemtechnik Leber

Die Zahl der industriellen Anwendungsfelder, in denen eine genaue Temperaturregelung von entscheidender Bedeutung ist, ist groß –  etwa bei der thermischen Verarbeitung von metallischen Materialien, Kunststoffen und Lebensmitteln, in Lacktrocknungsstationen in der Automobilindustrie, in Trocknungsanlagen in der Papier- oder Druckindustrie oder in Extrusions- und Blasanlagen in der Kunststoffindustrie. Herkömmlich werden hier vielfach Zweipunktregler als einfachste und kostengünstigste Methode zur Temperaturregelung verwendet. Allerdings ist die Zweipunktregelung zugleich die ungenaueste. Das Prinzip der Zweipunktregelung ist schlicht ‚An‘ oder ‚ Aus‘. Das heißt, die Leistung und damit die Temperatur ist entweder zu 100 % da oder überhaupt nicht vorhanden. Für hochsensitive Materialien ist dies nicht optimal, da zwischen den beiden Schaltpunkten die Hysterese liegt, also die Zeit des Abkühlens beziehungsweise Aufheizens, bis das Heizelement wieder zu- beziehungsweise abschaltet. Bei sensiblen Prozessen und im Laborumfeld kann ein solch ‚unstete‘ Regelung wegen ihrer Ungenauigkeit zu unbefriedigenden Ergebnissen führen oder ist sogar schlichtweg nicht einsetzbar. Hier bieten sich stattdessen Leistungs- respektive Thyristorsteller an, die nur die Leistung und damit auch die Temperatur bereitstellen, die tatsächlich benötigt wird.

Ein konkreter Anwendungsfall verdeutlicht die Problemstellung: Bei der Herstellung von Wafern für Photovoltaik-Module kommen mehrere Tunnelöfen zum Einsatz. Die Wafer werden aus polykristallinen Siliziumblöcken hergestellt, aus denen sie herausgeschnitten werden. Das heißt, der Produktionsprozess startet mit einem Block, der in dünne Scheiben gesägt wird. Nach weiteren Produktionsschritten erfolgt die Metallisierung der Solarzellen durch kurzwellige IR-Strahler in mehreren Infrarot-Zonen. Somit durchläuft der Wafer mehrere Temperaturzonen. Als letzter Schritt erfolgt ein geregelter Abkühlungsprozess. Eine solch präzise Temperaturregelung erfordert einen entsprechend hochentwickelten technologischen Ansatz – ein einfacher Zweipunktregler stößt hier an seine Grenzen, da die Hysterese – und die daraus resultierende Temperaturschwankung negative Folgen für die Effizienz der Solarmodule hätte.