DE10328235B4 - Verwirbelungsstrecke and device for temperature control of a component - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Verwirbelungsstrecke und eine Vorrichtung zur Temperierung eines Bauteiles gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 4.The The invention relates to a Verwirbelungsstrecke and a device for temperature control of a component according to the preamble of claims 1 and 4th
Durch
die
Die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verwirbelungsstrecke und eine Vorrichtung zur Temperierung eines Bauteiles zu schaffen.Of the Invention is based on the object, a Verwirbelungsstrecke and to provide a device for tempering a component.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 4 gelöst.The The object is achieved by the Features of the claims 1 or 4 solved.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass ein sehr effektives Durchmischen auf kürzester Wegstrecke und damit in kürzester Zeit ohne teure Einbauten erreicht wird.The particular advantages of the invention are that a very effective mixing on the shortest distance and thus in short Time is achieved without expensive installations.
Die Temperierung arbeitet aufgrund der Verwirbelungsstrecke, die die frühzeitige Gewinnung eines sicheren Mischtemperatursignals ermöglicht, auch bei Vorliegen größerer nachfolgender Transportstrecken für das Temperiermedium, sehr schnell und stabil. Die kurze Reaktionszeit ermöglicht den Einsatz in Anwendungen und Prozessen mit hohen dynamischen Anteilen. So ist die vorliegende Temperierung auch dort von großem Vorteil, wo schnelle Änderungen in einem Temperatursollwert nachvollzogen werden müssen und/oder wo sich äußere Bedingungen, wie z. B. Energieeintrag durch Reibung oder Außentemperatur, sehr schnell ändern.The Temperature control works due to the Verwirbelungsstrecke, the early Obtaining a safe mixed temperature signal allows, too in case of larger following ones Transport routes for the temperature control medium, very fast and stable. The short reaction time allows the use in applications and processes with high dynamic shares. Thus, the present temperature control is also of great advantage there, where quick changes must be reconstructed in a temperature setpoint and / or where external conditions, such as B. energy input by friction or outside temperature, change very quickly.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.embodiments The invention are illustrated in the drawings and are in Following closer described.
Es zeigen:It demonstrate:
Ein
Bauteil
Die
Temperierung erfolgt über
ein Temperiermedium, insbesondere ein Fluid wie z. B. Wasser, welches über eine
Temperierstrecke
In
der vorteilhaften Ausgestaltung nach
Das
Fluid, bzw. ein Großteil
des Fluids, wird durch einen Antrieb
Im
o. g. Fall, dass nicht mittels eines Primärkreislaufs
Durch
die Temperierung soll letztlich eine bestimmte Temperatur θ3 des Bauteils
In
einer vorteilhaften Ausführung
sind zwischen der Einspritzstelle
Im
Ausführungsbeispiel
nach
Die
Temperierung erfolgt mit Hilfe einer Regeleinrichtung
In einer bevorzugten Ausführung wird der korrigierte Sollwert θ1,soll,k für den ersten Regler R1 aus der Größe dθ1 und einem theoretischen Sollwert θ'1,soll gebildet. Der theoretische Sollwert θ'1,soll wiederum wird in einem Vorsteuerglied bzgl. des Wärmeflusses VWF gebildet. Das Vorsteuerglied VWF , hier V1,WF (Index 1 für ersten Regelkreis) berücksichtigt den Wärmeaustausch (Verluste etc.) des Fluids auf einer Teilstrecke und basiert auf Erfahrungswerten (Expertenwissen, Eichmessungen etc.). So berücksichtigt das Vorsteuerglied V1,WF beispielsweise die Wärme- bzw. Kälteverluste auf der Teilstrecke zwischen den Messstellen M1 und M2, indem es einen entsprechend erhöhten bzw. erniedrigten theoretischen Sollwert θ'1,soll bildet, welcher dann zusammen mit der Größe dθ1 zum korrigierten Sollwert θ'1,soll,k für den ersten Regler R1 verarbeitet wird. Im Vorsteuerglied VWF ist ein Zusammenhang zwischen der Eingangsgröße (Sollwert θ3,soll bzw. θ'2,soll bzw. s.u. θ'2,soll,n) und einer korrigierten Ausgangsgröße (modifizierter Sollwert θ'2,soll bzw. s.u. θ'2,soll,n bzw. θ'1,soll,n) fest vorgehalten, der vorzugsweise über Parameter oder in sonstiger Weise nach Bedarf änderbar ist.In a preferred embodiment, the corrected setpoint value θ 1, soll, k for the first controller R1 is made up of the quantity dθ 1 and a theoretical setpoint value θ ' 1, shall be formed. The theoretical setpoint θ ' 1, in turn, is formed in a pilot control element with respect to the heat flow V WF . The pilot control element V WF , here V 1, WF (Index 1 for the first control loop) takes into account the heat exchange (losses, etc.) of the fluid on a partial route and is based on experience (expert knowledge, calibration measurements, etc.). Thus, the pilot control element V 1, WF takes into account , for example, the heat or cooling losses on the section between the measuring points M1 and M2, by forming a correspondingly increased or decreased theoretical set point θ ' 1, soll , which then together with the quantity dθ 1 to the corrected set point θ ' 1, soll, k, k is processed for the first controller R1. In the pilot control element V WF is a relationship between the input variable (setpoint θ 3, soll or θ ' 2, soll or su θ' 2, soll, n ) and a corrected output variable (modified setpoint θ ' 2, soll or su θ ' 2, should, n or θ' 1, should, n ) fixed, which is preferably changed by parameters or otherwise as needed.
Prinzipiell ist eine einfache Ausführung der Regeleinrichtung möglich, in welcher lediglich die beiden ersten genannten Regelkreise die Kaskadenregelung bilden. In diesem Fall würde dem Vorsteuerglied V1,WF als Eingangsgröße von einer Maschinensteuerung oder manuell ein definierter Sollwert θ2,soll vorgegeben. Dieser würde auch zur Bildung der o. g. Abweichung Δθ2 vor dem zweiten Regler R2 herangezogen.In principle, a simple embodiment of the control device is possible, in which only the two first-mentioned control circuits form the cascade control. In this case, the pre-control member V 1, WF as an input from a machine control or manually a defined setpoint θ 2, should be specified. This would also be used to form the above-mentioned deviation Δθ 2 before the second controller R2.
In
der in
Der korrigierte Sollwert θ2,soll,k für den zweiten Regler R2 wird aus der Größe dθ2 und einem theoretischen Sollwert θ'2,soll (oder θ''2,soll s.u.) gebildet. Der theoretische Sollwert θ'2,soll wird wieder in einem Vorsteuerglied bzgl. des Wärmeflusses V2,WF gebildet. Das Vorsteuerglied V2,WF berücksichtigt beispielsweise hier die Wärme- bzw. Kälteverluste auf der Teilstrecke zwischen den Messstellen M2 und M3, indem es einen entsprechend erhöhten bzw. erniedrigten theoretischen Sollwert θ'2,soll bildet, welcher dann zusammen mit der Größe dθ2 zum korrigierten Sollwert θ2,soll,k für den zweiten Regler R2 verarbeitet wird.The corrected setpoint value θ 2, soll, k for the second controller R2 is formed from the quantity dθ 2 and a theoretical setpoint value θ ' 2, soll (or θ'' 2, shall be su). The theoretical setpoint θ ' 2, shall be formed again in a pilot control element with respect to the heat flow V 2, WF . The pilot control element V 2, WF takes into account, for example, the heat or cooling losses on the section between the measuring points M2 and M3, by forming a correspondingly increased or decreased theoretical set point θ ' 2, soll , which then together with the quantity dθ 2 to the corrected set point θ 2, soll, k is processed for the second controller R2.
Das
beschriebene Verfahren beruht somit zum einen auf der Messung der
Temperatur direkt hinter der Einspritzstelle
Einen
Ausschnitt der schematisch in
Der
erste Abschnitt
Die
erste Messstelle M1 ist „einspeisestellennah", d. h. in geringem
Abstand zur Einspeisestelle, hier der Einspritzstelle
Über lösbare Verbindungen
In
der Regel sind Bauteil
Die
dritte Messstelle M3, falls vorhanden, ist ebenfalls zumindest „bauteilnah", insbesondere jedoch „zielortnah" angeordnet. D. h.
sie befindet sich in unmittelbarer Umgebung zum Zielort
In einer anderen Ausführung der Temperiervorrichtung kann auf die Messstelle S3 verzichtet werden. Rückschlüsse auf die Temperatur θ3 können aus Erfahrungswerten durch die Messwerte der Messstelle M2 , beispielsweise anhand eines hinterlegten Zusammenhanges, eines Offset, eines funktionellen Zusammenhanges, gewonnen werden. Für eine gewünschte Temperatur θ3 wird dann z. B. unter Berücksichtigung der Maschinen- bzw. Produktionsparameter (u.a. Maschinendrehzahl, Umgebungstemperatur und/oder Fluiddurchsatz, (Rakel-)Reibungskoeffizient, Wärmedurchgangswiderstand) auf eine gewünschte Temperatur θ2 als Sollwert geregelt.In another embodiment of the tempering device can be dispensed with the measuring point S3. Conclusions on the temperature θ 3 can be obtained from empirical values by the measured values of the measuring point M2, for example based on a stored relationship, an offset, a functional relationship. For a desired temperature θ 3 is then z. B., taking into account the machine or production parameters (including engine speed, ambient temperature and / or fluid flow rate, (squeegee) coefficient of friction, thermal transmittance) to a desired temperature θ 2 regulated as a target value.
In
einer weiteren Ausführung
wird wieder auf die Messstelle M3 verzichtet, Rückschlüsse auf die Temperatur θ3 werden jedoch aus Erfahrungswerten über die
Messwerte der Messstelle M2 und einer im Rückfluß nach dem Bauteil
In
der vorteilhaften Ausführung
der Temperiervorrichtung weist diese auf dem Abschnitt
Der
Einsatz der Verwirbelungsstrecke
Auf kleinstem Bauraum erfolgt zunächst eine erste Querschnittsänderung, wobei sich eine erste Querschnittsfläche A1 sprunghaft mindestens um einen Faktor f1 = 2 auf eine zweite Querschnittsfläche A2 vergrößert. Im direkten Anschluß erfolgt eine Richtungsänderung von 70° bis 110°, insbesondere abrupt um ca. 90°, worauf sich eine zweite Querschittsänderung und zwar Verkleinerung von der Querschnittsfläche A2 auf die Querschnittsfläche A3 mit dem Faktor f2 (f2<1) anschließt. Der Faktor f2 ist vorteilhaft f2 ≤ 0,5 gewählt und ist komplementär zum Faktor f1 derart gewählt, dass die beiden Querschnittsflächen A1; A3 vor und nach der Verwirbelungskammer 17 im wesentlichen gleich groß sind.On smallest space takes place first a first cross-sectional change, wherein a first cross-sectional area A1 jumped at least increased by a factor f1 = 2 to a second cross-sectional area A2. in the direct connection takes place a change of direction from 70 ° to 110 °, especially abrupt about 90 °, whereupon a second cross section change and that reduction from the cross-sectional area A2 on the cross-sectional area A3 with the factor f2 (f2 <1) followed. The factor f2 is advantageously f2 ≦ 0.5 chosen and is complementary chosen to the factor f1 such that the two cross sectional areas A1; A3 before and after the Verwirbelungskammer 17 is substantially the same are big.
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- Bauteil, Walze, Rasterwalze, Zylinder, Formzylindercomponent Roller, anilox roller, cylinder, forme cylinder
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- Regelstrecke, TemperierstreckeControlled system, tempering
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- Kreislauf, erster; SekundärkreislaufCirculation, first; Secondary circuit
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- Kreislauf, zweiter; PrimärkreislaufCirculation, second; Primary circuit
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- Verbindungconnection
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- Antrieb, Pumpe, TurbineDrive, Pump, turbine
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- Einspeisestelle, Einspritzstellefeed point, Injection site
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- Verwirbelungsstrecke, VerwirbelungskammerA turbulence, swirl
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- Temperierschranktemperature control cabinet
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- Regeleinrichtung, RegelungsprozessControl device, control process
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- Flächen, QuerschnittsflächeSurfaces, cross-sectional area
- K1 bis K3K1 to K3
- Knotennode
- M1 bis M4M1 to M4
- Messstellenmeasuring points
- R1 bis R3R1 to R3
- Reglerregulator
- S1 bis S4S1 to S4
- Sensorensensors
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- Zeitkonstante (Index i bezeichnet den Regelkreis)time constant (Index i denotes the control loop)
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- Laufzeit, Fluid (Index i bezeichnet den Regelkreis)Running time, Fluid (index i denotes the control loop)
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- Laufzeit, Temperaturantwort am Sensor S3Running time, Temperature response at sensor S3
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- Temperatur, VorlauftemperaturTemperature, flow temperature
- V(i)WF V (i) WF
- Vorsteuerglied bzgl. Wärmefluß (Index i bezeichnet ggf. den Regelkreis)pilot member regarding heat flow (Index i denotes the control loop if necessary)
- dθi dθ i
- Größe, AusgangsgrößeSize, output size
- Δθi Δθ i
- Abweichungdeviation
- θi θ i
- Temperatur, Messwert (Index i bezeichnet den Regelkreis)Temperature, Measured value (index i denotes the control loop)
- θ'i,soll θ ' i, should
- Sollwert, theoretisch (Index i bezeichnet den Regelkreis)Setpoint, theoretically (index i denotes the control loop)
- θi,soll,kθi is intended to k
- korrigierter Sollwert (Index i bezeichnet den Regelkreis)corrected Setpoint (index i denotes the control loop)
- ΔΔ
- Stellbefehladjusting command
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- Differenz im Druckniveaudifference in the pressure level
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