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Die
Erfindung betrifft eine Klimakammer zur schnellen Erreichung und
Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Luftfeuchtigkeit und/oder einer
vorgegebenen Temperatur.
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Darüber hinaus
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur schnellen Erreichung und
Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Luftfeuchtigkeit und/oder einer
vorgegebenen Temperatur in einer Klimakammer.
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Es
sind eine Vielzahl von Probenkammern bzw. Klimakammern für Untersuchungen
an Werkstoffproben und dergleichen bekannt. Mit derartigen Klimakammern
lassen sich beispielsweise definierte Temperaturen und/oder eine
vorgegebene Luftfeuchtigkeit für
ein bestimmtes gewünschtes
Klima in einem Probenraum erzeugen.
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Den
bekannten Klimakammern haftet jedoch unter anderem der Nachteil
an, dass sich ein vorgegebenes Klima erst nach einer relativ langen
Zeit einstellt. Sollen Werkstoffproben jedoch nur für eine kurze
Zeit einem definierten Klima ausgesetzt werden, so können die
Werkstoffproben oftmals nicht so lange in der Klimakammer verbleiben,
weil die Messergebnisse ansonsten durch die zu lange Verweildauer in
der Klimakammer beeinflusst würden.
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Um
die Werkstoffproben nach dem Erreichen des vorgegebenen Klimas in
den Probenraum verbringen zu können,
muss eine Schleuse in der Klimakammer vorgesehen werden, die den
konstruktiven Aufwand beträchtlich
erhöht.
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Aufgrund
der üblicherweise
langen Einstellzeiten bis zum Erreichen eines vorgegebenen Klimas ist
darüber
hinaus die Anzahl der in den vorbekannten Klimakammern durchzuführenden
Untersuchungen häufig
begrenzt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es eine Klimakammer zu schaffen, die die vorstehend
beschriebenen Nachteile der bekannten Ausführungsformen von Klimakammern
vermeidet.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Klimakammer mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Dadurch,
dass die Luft in einem Probenraum durch mindestens einen Lüfter ausgehend
von einem Auslass des Probenraums zumindest teilweise über einen
Bypasszweig und/oder zumindest teilweise über einen Trocknungszweig zurück zu einem
Einlass des Probenraums führbar
ist, kann die Luftfeuchtigkeit und/oder die Temperatur im Probenraum
der erfindungsgemäßen Klimakammer
sehr schnell und genau auf vorgegebene Werte gebracht werden.
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Nach
Maßgabe
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Klimakammer ist die
Luft mittels mindestens eines Leitorgans zumindest teilweise über den
Bypasszweig und/oder zumindest teilweise über den Trocknungszweig zur
schnellen Erreichung und Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Sollwertes
für die
Luftfeuchtigkeit im Probenraum führbar.
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Hierdurch
ist eine nur partielle Ableitung des Luftstroms in den Bypasszweig
möglich,
wodurch die Luftfeuchtigkeit im Probenraum genauer regelbar ist.
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In
Gemäßheit einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Temperatur der Luft zur schnellen Erreichung und Aufrechterhaltung
eines vorgegebenen Sollwertes für
die Temperatur im Probenraum mittels einer Temperiereinrichtung,
insbesondere mittels einer Heiz- und/oder Kühleinrichtung veränderbar
ist, wobei die Temperiereinrichtung insbesondere im Bereich des Einlasses
angeordnet ist.
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Die
Temperiereinrichtung weist eine Kühleinrichtung auf und kann
zusätzlich
eine Heizeinrichtung aufweisen. Durch die bevorzugt als Trocknungsmittel eingesetzten
Zeolithe steigt die Temperatur im Probenraum bei der Aufnahme von
Luftteuchtigkeit durch die Zeolithe an. Dieser durch die exotherme Reaktion
der Zeolithe bei der Aufnahme von Feuchtigkeit verursachte Anstieg
der Temperatur der Luft im Probenraum wird mittels der Kühleinrichtung
kompensiert, so dass die Lufttemperatur im Probenraum im Wesentlichen
konstant bleibt. Die Kühleinrichtung kann
beispielsweise mit Peltierelementen oder dergleichen gebildet sein,
die vom zu temperierenden Luftstrom durchsetzt werden. Mittels der
optionalen Heizeinrichtung kann die Temperatur der Luft im Probenraum
unabhängig
von der Wirkung der Zeolithe im Bedarfsfall über den Wert der Umgebungslufttemperatur
bzw. der Raumtemperatur angehoben werden. Die Heizeinrichtung ist
vorzugsweise elektrisch betrieben, so dass sich eine einfache Regelbarkeit ergibt.
Beispielsweise kann die Heizeinrichtung mit wendelförmig angeordneten
Widerstandsdrähten oder
dergleichen realisiert werden, die vom Luftstrom durchströmt werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Leitorgan
oder die Leitorgane mittels einer Steuer- und Regeleinrichtung in
Abhängigkeit
eines gemessenen Istwertes der Luftfeuchtigkeit und/oder in Abhängigkeit
eines gemessenen Istwertes der Temperatur betätigbar sind.
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Die
Steuer- und Regeleinrichtung ermöglicht eine
weitgehend selbsttätige
Erreichung und Aufrechterhaltung der vorgegebenen Luftfeuchtigkeitswerte
und/oder der vorgegebenen Temperaturwerte im Probenraum der Klimakammer.
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In
Gemäßheit einer
weiteren Ausgestaltung ist im Trocknungszweig mindestens ein Luftentfeuchter
zur Trocknung der Luft angeordnet.
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Der
Entfeuchter ermöglicht
eine schnelle und gezielte Entziehung von Feuchtigkeit aus dem Luftstrom
und damit eine Absenkung der Luftfeuchtigkeit im Probenraum.
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Nach
Maßgabe
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Klimakammer enthält der Luftentfeuchter
oder enthalten die Luftentfeuchter ein Trocknungsmittel, insbesondere
Zeolithe oder dergleichen.
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Die
bevorzugt als Trocknungsmittel eingesetzten Zeolithe ermöglichen
eine schnelle Reduzierung der Luftfeuchtigkeit und weisen eine vorzugsweise
körnige
Konsistenz auf. Die Zeolithe können beispielsweise
in grobmaschigen Drahtkörben
untergebracht werden, deren Querschnittsflächen vorzugsweise in etwa einer
Querschnittsfläche
des Trocknungszweigs entsprechen. Die Drahtkörbe werden in die Luftentfeuchter
eingesetzt, so dass die Luft die Zeolithe in den Luftentfeuchtern
bevorzugt vollflächig
durchströmt.
Darüber
hinaus ermöglichen
die Drahtkörbe
in den Luftentfeuchtern den raschen Austausch der Zeolithe. Die
Zeolithe sind in der Lage, die in der Luft enthaltene Feuchtigkeit
durch physikalische Prozesse innerhalb der Kristallstruktur sehr
fest an sich zu binden, sind aber auch nach einer vollständigen Sättigung
mit Feuchtigkeit durch die Zufuhr von Wärme wieder regenerierbar.
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In
Gemäßheit einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist im Bypasszweig ein Luftbefeuchter, insbesondere
ein Ultraschallverdampfer, angeordnet.
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Der
Luftbefeuchter ermöglicht
gegebenenfalls eine gezielte Erhöhung
der Luftfeuchtigkeit im Luftstrom.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird darüber
hinaus durch ein Verfahren mit den folgenden Schritten gelöst:
- – Messen
eines Istwertes der Luftfeuchtigkeit in einem Probenraum der Klimakammer
und
- – zumindest
teilweises Führen
der Luft über
einen Trocknungszweig, wenn der Istwert der Luftfeuchtigkeit einen
vorgegebenen Sollwert für
die Luftfeuchtigkeit im Probenraum überschreitet und/oder zumindest
teilweises Führen
der Luft über
einen Bypasszweig, wenn der Istwert der Luftfeuchtigkeit den vorgegebenen
Sollwert für die
Luftfeuchtigkeit im Probenraum erreicht oder unterschreitet.
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Hierdurch
ist eine schnelle Erreichung einer vorgegebenen Luftfeuchtigkeit
und/oder Temperatur gewährleistet.
Daneben lassen sich die einmal erreichten Werte für die Luftfeuchtigkeit
und/oder die Temperatur im Probenraum äußerst präzise und über lange Zeiträume hinweg
aufrechterhalten.
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Nach
Maßgabe
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die
Luft mittels der Temperiereinrichtung gekühlt, wenn der Istwert der Temperatur
im Probenraum den vorgegebenen Sollwert überschreitet.
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Hierdurch
kann die Luft im Bedarfsfall abgekühlt werden, wenn sich die Temperatur
der Luft zum Beispiel in der Folge der Absorption von Luftfeuchtigkeit
im Trocknungszweig aufgrund der in der Regel exothermen Reaktion
des Trocknungsmittels in Gestalt der Zeolithe erhöht.
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Nach
Maßgabe
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
die Luft mittels einer Temperiereinrichtung beheizt, wenn ein gemessener
Istwert der Temperatur im Probenraum einen vorgegebenen Sollwert
unterschreitet.
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Mittels
der optional vorgesehenen Beheizungsfunktion der Temperiereinrichtung
durch eine zusätzliche
Heizeinrichtung kann erforderlichenfalls die Temperatur der Luft
im Probenraum unabhängig von
der Wirkung der Zeolithe über
die Umgebungslufttemperatur bzw. die Raumtemperatur hinweg erhöht werden,
um beispielsweise einen vorgegebenen Luftfeuchtigkeitswert zu erreichen,
der bei einer niedrigeren Lufttemperatur zu einer unerwünschten
Kondensation von Luftfeuchtigkeit führen würde.
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In
Gemäßheit einer
weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die Luft mittels mindestens
eines Leitorgans zumindest teilweise durch den Trocknungszweig und/oder
zumindest teilweise durch den Bypasszweig geführt.
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Diese
Ausgestaltung ermöglicht
eine sehr rasche und dennoch präzise
Regulierung der Luftfeuchtigkeit im Probenraum durch einfache Betätigung der
Leitorgane.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Klimakammer und des Verfahrens
sind in den Patentansprüchen
dargelegt.
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In
der Zeichnung zeigt:
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1 Eine
schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Klimakammer.
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Die 1 zeigt
eine schematische Darstellung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Klimakammer
zur schnellen Erreichung und Aufrechterhaltung einer vorgegebenen
Luftfeuchtigkeit und/oder einer vorgegebenen Temperatur in einem Probenraum.
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Die
Klimakammer 1 umfasst unter anderem einen Probenraum 2,
einen Bypasszweig 3 sowie einen Trocknungszweig 4.
Im Bereich eines Auslasses 5 aus dem Probenraum 2 befindet
sich ein Lüfter 6. Der
Lüfter 6 fördert die
Luft aus dem Probenraum 2 über einen Auslasskrümmer 7 in
Richtung der mit durchgezogenen Linien dargestellten Richtungspfeile
in den Trocknungszweig 4, da die Leitorgane 8, 9 in
der mit durchgezogenen Linien symbolisierten Position den Bypasszweig 3 im
Wesentlichen absperren.
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Die
Leitorgane 8, 9 können, wie in der 1 gezeigt,
mit Klappen gebildet sein. Die Klappen können beispielsweise durch Servomotoren,
Stellmotore oder andere Aktuatoren, kontrolliert von einer Steuer- und
Regeleinrichtung, betätigt
werden. Statt der Klappen als Leitorgane 8, 9 können alternativ
auch andere elektrische oder pneumatisch betätigbare Absperrorgane, wie
zum Beispiel Ventile, Schieber, Schlauchventile oder dergleichen,
eingesetzt werden.
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Im
Trocknungszweig 4 sind drei Luftentfeuchter 10, 11, 12 angeordnet.
In den Luftentfeuchtern 10, 11, 12 befindet
sich jeweils ein Trocknungsmittel 13. Als Trocknungsmittel 13 kommen
bevorzugt Zeolithe mit einer körnigen
Konsistenz zum Einsatz, die die aufgenommene Luftfeuchtigkeit sehr fest
an sich binden und die beliebig oft durch die Zufuhr von Wärme regenerierbar
sind. Das Trocknungsmittel 13 in Form der Zeolithe kann
daher beispielsweise in grobmaschigen, gut luftdurchlässigen Drahtkörben in
die Luftentfeuchter 10, 11, 12 eingesetzt werden.
Die Drahtkörbe
weisen hierbei vorzugsweise eine Querschnittsfläche auf, die ungefähr der Querschnittsfläche des
Trocknungszweigs 4 entspricht, so dass die Luft das Trocknungsmittel 13 möglichst
vollständig
und ohne größere Strömungswiderstände durchströmt. Die
Drahtkörbe
mit dem darin befindlichen Trocknungsmittel 13 ermöglichen
darüber
hinaus eine schnelle Austauschbarkeit des Trocknungsmittels 13.
Nach dem Durchströmen
der Luftentfeuchter 10, 11, 12 wird die
Luft von einem weiteren Lüfter 14 durch
einen Einlasskrümmer 15,
eine Temperiereinrichtung 16 sowie einen Einlass 17 zurück in den
Probenraum 2 gefördert.
Die Luft durchströmt somit
die Klimakammer 1 in einem im Wesentlichen in sich geschlossenen
Kreislauf. Im Probenraum 2 befindet sich eine in der Klimakammer 1 zu
untersuchende Probe 18.
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Mittels
der Temperiereinrichtung 16 wird die Luft im Bereich des
Einlasskrümmers 15 im
Bedarfsfall gekühlt,
so dass die Temperatur der Luft gezielt abgesenkt werden kann. Verfügt die Temperiereinrichtung 16 über eine
optionale Heizeinrichtung, so kann die Temperatur in der Probenkammer 2 darüber hinaus
unabhängig
von der Wirkung der Zeolithe auch über das Niveau der Umgebungslufttemperatur bzw.
der Raumtemperatur angehoben werden.
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Dies
kann beispielsweise dann erforderlich sein, wenn in der Klimakammer 1 eine
Luftfeuchtigkeit eingestellt werden soll, die über der Sättigungsluftfeuchtigkeit bei
der aktuellen Temperatur im Probenraum 2 liegt. In diesem
Fall kann es erforderlich sein, die Temperatur der Luft mittels
der Heizeinrichtung gezielt zu erhöhen, um eine Kondensation von Luftfeuchtigkeit
in der Klimakammer 1 bei der gewünschten Temperatur und/oder
Luftfeuchtigkeit im Probenraum 2 zu vermeiden.
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Weiterhin
geben die Zeolithe als Trocknungsmittel 13 bei der Aufnahme
von Feuchtigkeit einen Teil der Energie ab, die ihnen während der
Regeneration durch Wärme
zugeführt
wurde. Die Wärmezufuhr
während
der Regeneration des Trocknungsmittels 13 bewirkt die vollständige reversible
Austreibung der vom Trocknungsmittel 13 aufgenommenen Flüssigkeit,
insbesondere des Wassers bzw. der Luftfeuchtigkeit, aus dem Kristallverbund
der Zeolithe. Durch die Absorption von Luftfeuchtigkeit erwärmen sich
somit die das Trocknungsmittel 13 bildenden Zeolithe in
den Luftentfeuchtern 10, 11, 12 und damit auch
die das Trocknungsmittel 13 durchströmende Luft, so dass die Luft
gegebenenfalls mittels der in der Temperiereinrichtung 16 enthaltenen
Kühleinrichtung
wieder auf die Solltemperatur von beispielsweise 23°C heruntergekühlt werden
muss. Die Abkühlfunktion
der Temperiereinrichtung 16 ist im Allgemeinen immer erforderlich,
um die Temperaturschwankungen der Luft infolge der Aufnahme von
Luftfeuchtigkeit durch die Zeolithe zu kompensieren bzw. auszugleichen.
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Die
Temperiereinrichtung 16 kann beispielsweise mit Peltierelementen
als Kühleinrichtung
aufgebaut werden, die gleichermaßen zum Heizen oder zum Kühlen der
Luft geeignet sind. Alternativ kann die Temperiereinrichtung 16 auch
eine getrennte Heiz- und Kühleinrichtung
aufweisen. Denkbar sind in diesem Zusammenhang bei spielsweise elektrische
Heizelemente in Verbindung mit einer Absorberkühleinrichtung, Kompressorkühleinrichtung
oder dergleichen, zur Bildung der Temperiereinrichtung. Die elektrischen
Heizelemente können
in bekannter Weise zum Beispiel mit wendelförmigen Widerstandsdrähten oder
dergleichen gebildet sein.
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Es
ist nicht zwingend erforderlich, dass die Temperiereinrichtung 16 über die
Möglichkeit
einer zusätzlichen
Beheizung der den Probenraum 2 durchströmenden Luft durch eine Heizeinrichtung verfügt. Im Fall
einer fehlenden Beheizungsmöglichkeit
hat die Luft im Probenraum 2 eine Temperatur, die in etwa
der Umgebungslufttemperatur bzw. der Raumtemperatur entspricht,
so dass die Klimakammer 1 ihrer Funktion nach im Wesentlichen
einem Luftentfeuchter mit einer äußerst präzisen Einstellmöglichkeit
für den
Grad der Luftfeuchtigkeit im Probenraum 2 und nicht einer
Klimakammer entspricht.
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Die
Temperiereinrichtung 16 ist weiterhin mit einen Rückkühler 19 und
einem weiteren Lüfter 20 ausgestattet.
Der Rückkühler 19 dient
insbesondere zur Abführung
von Abwärme
aus der Kühleinrichtung der
Temperiereinrichtung 16 im Kühlbetrieb. Zur Verstärkung der
Rückkühlungswirkung
ist der Lüfter 20 vorgesehen,
mittels dessen im Bedarfsfall Umgebungsluft durch den Rückkühler 19 gesaugt
wird. Weiterhin ist eine Steuer- und Regeleinrichtung 21 vorgesehen.
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In
der vorstehend beschriebenen Stellung der Leitorgane 8, 9 sinkt
die Luftfeuchtigkeit im Probenraum 2 schnell ab, weil die
Luft nahezu ausschließlich über den
Trocknungszweig 4 geführt
wird.
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Werden
die Leitorgane 8, 9 in die mit gestrichelten Linien
angedeutete Position verschwenkt, so ist der Weg für die Luft
durch den Trocknungszweig 4 im Wesentlichen versperrt.
Die Leitorgane 8, 9 bewegen sich hierbei in Richtung
der kleinen gebogenen, an den Leitorganen 8, 9 angebrachten
Pfeile. In dieser Stellung der Leitorgane 8, 9 wird
die Luft nahezu ausschließlich über den
Bypasszweig 3 entlang der gestrichelt gezeichneten Richtungspfeile
geführt.
In dieser Stellung der Leitorgane 8, 9 bleibt
die Luftfeuchtigkeit im Probenraum 2 im Wesentlichen unverändert oder
sie steigt zumindest nur sehr langsam an, weil die Luft im Wesentlichen
nur noch über
den Bypasszweig 3 geführt
wird. Ein nennenswerter Anstieg der Luftfeuchtigkeit im Probenraum 2 erfolgt
in dieser Stellung der Leitorgane 8, 9 nur bei
einer Probe 18 mit einem hohem Feuchtigkeitsgehalt und/oder der
Aktivierung eines nicht dargestellten, optionalen Luftbefeuchters
durch die Steuer- und Regeleinrichtung 21.
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Weiterhin
ist es möglich,
dass die Leitorgane 8, 9 Zwischenpositionen bzw.
Zwischenstellungen einnehmen, so dass nur ein Teil der Luft über den Trocknungszweig 4 bzw.
den Bypasszweig 3 geführt wird.
Hierdurch kann eine langsamere und daher genauere Absenkung der
Luftfeuchtigkeit im Probenraum 2 erreicht werden. Grundsätzlich ist
davon auszugehen, dass die Leitorgane 8, 9 simultan
zueinander bewegt werden, um einen unerwünschten Rückstau der Luft zu vermeiden.
Alternativ können
die Leitorgane 8, 9 auch unabhängig voneinander betätigt werden.
Die Leitorgane 8, 9 werden mittels nicht dargestellter
Aktuatoren, beispielsweise Servomotoren oder dergleichen, betätigt.
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Der
Bypasszweig 3, der Trocknungszweig 4, der Auslasskrümmer 7 sowie
der Einlasskrümmer 15 sind
vorzugsweise mit Rohren oder dergleichen gebildet und stellen zusammen
mit dem Probenraum 2 einen in sich geschlossenen, von der
Umgebungsluft im Idealfall vollständig getrennten Kreislauf dar,
in dem die Luft mittels der Lüfter 6, 14 während des
Untersuchungszeitraums der Probe kontinuierlich zirkuliert bzw.
umgewälzt
wird. Hierdurch wird der Umgebungseinfluss auf die Klimakammer 1 minimiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Klimakammer 1 weisen
die Rohre einen Durchmesser von weniger als 200 mm auf. Anstatt der
vorstehend beschriebenen Rohre mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt
können auch
Lüftungskanäle oder
dergleichen verwendet werden, die beispielsweise einen rechteckförmigen oder
quadratischen Querschnitt aufweisen. Gleichfalls sind größere Durchmesser
als 200 mm für
die Rohre möglich.
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Im
weiteren Verlauf der Beschreibung wird davon ausgegangen, dass die
Temperatur im Probenraum 2 grundsätzlich in Grad Celsius (°C) gemessen
wird. Die Luftfeuchtigkeit der Luft im Probenraum 2 wird
als relative Luftfeuchtigkeit in Prozent (rel. F. %) ermittelt.
Die relative Luftfeuchtigkeit bezeichnet hierbei das Verhältnis in
Prozent zwischen einer bei einer bestimmten Temperatur von der Luft
theoretisch maximal aufnehmbaren Wassermenge zu der im Messzeitpunkt
tatsächlich
in der Luft vorhandenen Wassermenge.
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Im
Probenraum sind bevorzugt mindestens ein Luftfeuchtigkeitssensor 22 sowie
mindestens ein Temperatursensor 23 angeordnet. Mittels
des Luftfeuchtigkeitssensors 22 und des Temperatursensors 23 werden
die entsprechenden Messwerte bzw. die Istwerte der aktuell im Probenraum 2 herrschenden Temperatur
und Luftfeuchtigkeit ermittelt und über nicht dargestellte Messleitungen
an die Steuer- und Regeleinrichtung 21 weitergeleitet.
Alternativ ist es möglich,
weitere Luftfeuchtigkeitssensoren und/oder weitere Temperatursensoren
innerhalb oder außerhalb
des Probenraums 2 anzuordnen, um eine noch genauere Ermittlung
der Istwerte für
die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit zur Verbesserung der Regelung
zu ermöglichen.
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Eine
von der Darstellung der 1 abweichende Anordnung des
Luftfeuchtigkeitssensors 22 und des Temperatursensors 23 ist
gleichfalls möglich.
So kann der Luftfeuchtigkeitssensor 23 beispielsweise im
Bereich des Einlasskrümmers 15 oder des
Auslasskrümmers 7 angeordnet
sein. Weiterhin können
Luftfeuchtigkeitssensoren im Bereich des Bypasszweiges 3 und/oder
des Trocknungszweiges 4 angeordnet sein. Entsprechendes
gilt auch für
die Anordnung des Temperatursensors 23. Eine Abweichung
von der in 1 exemplarisch gezeigten Anordnung
des Luftfeuchtigkeitssensors 22 und des Temperatursensors 23 im
Probenraum 2 kann beispielsweise zur Anpassung an bestimmte
Prüf- und Untersuchungsbedingungen
für die
Probe 18 erforderlich sein.
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Weiterhin
verfügt
die erfindungsgemäße Klimakammer 1 über nicht
dargestellte Eingabeeinrichtungen mit denen zum Beispiel Sollwerte
für die
zu erreichende bzw. die aufrechtzuerhaltende Temperatur und Luftfeuchtigkeit
im Probenraum 2 von einem Benutzer vorwählbar sind. Die Eingabeeinrichtungen können beispielsweise
Drehregler, Schalter, Taster oder dergleichen sein. Weiterhin kann
die Klimakammer 1 über
Ausgabeeinrichtungen, beispielsweise in der Form von Analoganzeigen,
Digitalanzeigen, Kommunikationsschnittstellen oder dergleichen verfügen, die
zum Beispiel die aktuellen Temperaturwerte und Luftfeuchtigkeitswerte
im Probenraum 2 für
einen Benutzer visualisieren. Ferner kann die erfindungsgemäße Klimakammer 1 mit
einer Zeitschalteinrichtung ausgestattet sein, die beispielsweise nach
dem Ab lauf einer von einem Benutzer vorwählbaren Zeit für die gewünschte Verweildauer
der Probe 18 im Probenraum 2 ein Signal abgibt.
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Die
Steuer- und Regeleinrichtung 21 kontrolliert sämtliche
Abläufe
in der erfindungsgemäßen Klimakammer 1.
Zu diesem Zweck sind unter anderem die Leitorgane 8, 9,
die Temperiereinrichtung 16 sowie die Lüfter 6, 14, 20 über in der 1 nicht
dargestellte Steuerleitungen mit der Steuer- und Regeleinrichtung 21 verbunden.
Entsprechend hierzu sind auch der Luftfeuchtigkeitssensor 22 sowie
der Temperatursensor 23 gleichfalls über Messleitungen mit der Steuer-
und Regeleinrichtung 21 verbunden. Weiterhin sind die Eingabeeinrichtungen
und die Ausgabeeinrichtungen für
die Benutzer mit der Steuer- und Regeleinrichtung 21 verbunden.
Die Steuer- und Regeleinrichtung 21 ist vorzugsweise mit
einer Standardrechnereinheit, insbesondere mit einem Digitalrechner,
gebildet.
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Der
Begriff einer "schnellen
Erreichung" einer
vorgegebenen Luftfeuchtigkeit und/oder Temperatur im Probenraum 2 bedeutet,
dass bei einer Anfangsluftfeuchtigkeit von beispielsweise 50 % im
Probenraum 2 die Luftfeuchtigkeit nach der Inbetriebnahme
der Klimakammer 1 innerhalb eines Zeitraums von weniger
als 30 Sekunden einen Wert von weniger als 1 % erreicht. Mittels
der erfindungsgemäßen Klimakammer 1 ist
es dabei insbesondere möglich,
diesen Wert der Luftfeuchtigkeit von unter 1 % bei einer Temperatur
von beispielsweise 23°C (Raumtemperatur,
Umgebungslufttemperatur) im Probenraum 2 schnell zu erreichen
und zudem über die
Versuchsdauer hinweg präzise
aufrechtzuerhalten, das heißt
im Wesentlichen konstant zu halten.
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Insgesamt
ist mittels der erfindungsgemäßen Klimakammer 1 zunächst eine äußerst schnelle und
zugleich präzise
Einstellung sowie Aufrechterhaltung einer vom Benutzer vorgewählten Luftfeuchtigkeit
im Probenraum 2 möglich.
Zu diesem Zweck weist die Temperiereinrichtung 16 zunächst eine Kühleinrichtung
auf. Darüber
hinaus kann bei einer Temperiereinrichtung 16 mit der Möglichkeit
einer Beheizung der den Probenraum 2 durchströmenden Luft
mittels einer geeigneten Heizeinrichtung zudem eine schnelle und
präzise
Erreichung sowie Aufrechterhaltung einer vom Benutzer vorgegebenen
Temperatur im Probenraum 2 verwirklicht werden, die unab hängig vom
Einfluss der Zeolithe auch über
dem Niveau der Umgebungslufttemperatur bzw. der Raumtemperatur liegen
kann.
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Nach
Maßgabe
des erfindungsgemäßen Verfahrens
gibt ein Benutzer zunächst
die gewünschten
Sollwerte für
die Luftfeuchtigkeit und/oder die Temperatur im Probenraum 2 mit
der Eingabeeinrichtung vor. Vorab wird naturgemäß die zu untersuchende Probe 18 in
den Probenraum 2 verbracht.
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Die
vom Benutzer vorgegebenen Sollwerte werden von der Steuer- und Regeleinrichtung 21 registriert
und abgespeichert. Stellt ein Benutzer beispielsweise einen Sollwert
von 23°C
für die
Temperatur und einen Sollwert von 10 % für die relative Luftfeuchtigkeit
im Probenraum 2 mittels der Eingabeeinrichtungen ein, so
versucht die Steuer- und Regeleinrichtung 21 diese Werte
so schnell wie möglich,
insbesondere durch die Betätigung
der Leitorgane 8, 9, der Temperiereinrichtung 16 sowie
der Lüfter 6, 14 zu erreichen
und dann konstant aufrecht zu erhalten. Die aktuell im Probenraum 2 herrschenden
Werfe, das heißt
die Istwerte für
die Luftfeuchtigkeit und/oder die Temperatur, werden hierbei mittels
des Luftfeuchtigkeitssensors 22 und des Temperatursensors 23 kontinuierlich
ermittelt und über
Messleitungen an die Steuer- und Regeleinrichtung 21 weitergeleitet.
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Im
Weiteren soll der genaue Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens
anhand des Regelprozesses für
die Luftfeuchtigkeit sowie des entsprechenden Regelprozesses für die Temperatur
am Beispiel einer vorgewählten
Luftfeuchtigkeit von 10 % und einer Temperatur von 23°C, die in
etwa der Umgebungslufttemperatur bzw. der Raumtemperatur entspricht,
näher erläutert werden.
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Beträgt der Wert
der aktuellen relativen Luftfeuchtigkeit, das heißt der Istwert,
im Probenraum 2 beispielsweise anfänglich 50 %, so werden die
Leitorgane 8, 9 von der Steuer- und Regeleinrichtung 21 in
die mit durchgezeichneten Linien dargestellte Position verschwenkt,
so dass die Luft fast ausschließlich
durch den Trocknungszweig 4 strömt. Durch die in den Luftentfeuchtern 10, 11, 12 als
Trocknungsmittel 13 enthaltenen Zeolithe wird der Luft
nun rasch die überschüssige Luftfeuchtigkeit
entzogen, so dass die Luftfeuchtigkeit im Probenraum 2 zu
sinken beginnt. Die aktuelle Luftfeuchtigkeit im Probenraum 2 wird hierbei
ständig
vom Luftfeuchtigkeitssensor 22 ermittelt.
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Die
Leitorgane 8, 9 können beliebige "Zwischenpositionen" bzw. Stellungen
einnehmen und sind nicht auf die in der Darstellung der 1 exemplarisch
dargestellte, vollständig
geöffnete
oder geschlossene Stellung bzw. Position beschränkt. Der Begriff der "Zwischenposition" bzw. der Stellung
bedeutet in diesem Zusammenhang, dass sowohl durch den Bypasszweig 3 als
auch den Trocknungszweig 4 jeweils ein Volumenstromanteil
zwischen 0 % und 100 % des gesamten Luftstroms in Abhängigkeit von
der Stellung der Leitorgane 8, 9 geleitet wird,
wobei die Summe der Volumenstromanteile der Teilluftströme im Trockungszweig 4 und
im Bypasszweig 3 stets 100 % beträgt.
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Die
Bewegung der Leitorgane 8, 9 erfolgt vorzugsweise
mittels so genannter "Servomotoren", die beliebige Stellungen
bzw. "Zwischenpositionen" der bevorzugt als
Klappen ausgebildeten Leitorgane 8, 9 unter Kontrolle
der Steuer- und Regeleinrichtung 21 erlauben.
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Die
Stellung der Leitorgane 8, 9 wird während des
eigentlichen Regelprozesses solange von der Steuer- und Regeleinrichtung 21 variiert,
bis der Istwert der Luftfeuchtigkeit im Probenraum 2, abgesehen
von einer tolerierbaren Regelabweichung, in etwa gleich dem vorgegebenen
Sollwert von 10 % für die
Luftfeuchtigkeit ist. Weist die Probe 18 hierbei einen
hohen Feuchtigkeitsgehalt auf, so werden die Leitorgane 8, 9 von
der Steuer- und Regeleinrichtung 21 auch weit geöffnet, um
den Sollwert der Luftfeuchtigkeit durch die Hindurchleitung eines
großen
Volumenstromes von Luft durch den Trocknungszweig 4 schneller
zu erreichen. Weist die Probe 18 dagegen einen geringeren
Feuchtigkeitsgehalt auf, so werden die Amplituden der Bewegungen
der Leitorgane 8, 9 kontrolliert von der Steuer-
und Regeleinrichtung verringert, um ein Überschwingen des Regelprozesses zu
vermeiden und den Sollwert schneller zu erreichen.
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Ist
der Sollwert erreicht, so können
die Leitorgane 8, 9 von der Steuer- und Regeleinrichtung 21 in
die gestrichelt dargestellte Position verschwenkt werden, so dass
die Luft nunmehr im Wesentlichen ausschließlich über den Bypasszweig 3 geführt wird und
die Luftfeuchtigkeit im Probenraum 2 konstant bleibt.
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Bevorzugt
befinden sich die Leitorgane 8, 9 jedoch in einer "mittleren Position", wenn der Sollwert der
Luftfeuchtigkeit im Probenraum 2 abzüglich einer Regeltoleranz erreicht
ist, um insbesondere einen schnelleren Ausgleich bei erneuten Schwankungen der
Luftfeuchtigkeit zu ermöglichen.
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Verändert sich
der im Probenraum 2 herrschende Wert der Luftfeuchtigkeit
von 10 % durch äußere Einflüsse und/oder
durch den Einfluss der Probe 18 wieder, so wird die Luftfeuchtigkeit
mittels des Trocknungszweigs 4 und einer entsprechenden Stellung
der Leitorgane 8, 9, kontrolliert durch die Steuer-
und Regeleinrichtung 21, wieder auf den vorgegebenen Sollwert
von 10 % gebracht.
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Beträgt der aktuelle
Wert der Temperatur der Luft im Probenraum 2 beispielsweise
18°C, so
wird dieser Temperaturwert vom Temperatursensor 23 ermittelt
und an die Steuer- und Regeleinrichtung 21 weitergeleitet.
Damit ist der Istwert der Temperatur im Probenraum 2 abzüglich einer
Regeltoleranz kleiner als der vom Benutzer vorgegebene Sollwert
von 23°C,
so dass die Luft mittels der Temperiereinrichtung 16 solange
beheizt wird, bis der Istwert der Temperatur dem Sollwert von 23°C abzüglich einer
Regeltoleranz wieder entspricht. Eine Erhöhung der Temperatur der Luft
im Probenraum 2 über
das Niveau der Umgebungslufttemperatur bzw. der Raumtemperatur hinweg
unabhängig
von der Wirkung der Zeolithe ist in der Regel nur möglich, wenn
die Temperiereinrichtung 16, wie weiter oben bereits dargestellt
wurde, über
die optionale Möglichkeit
einer Beheizung mittels einer Heizeinrichtung, beispielsweise in
Form von elektrisch betriebenen Heizelementen oder dergleichen,
verfügt.
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Soll
die exotherme Reaktion der Zeolithe für eine indirekte "Beheizung" der Luft im Probenraum 2 eingesetzt
werden, so ist zu berücksichtigen,
dass sich hierdurch wiederum die Luftfeuchtigkeit im Probenraum 2 unter
Umständen
in unerwünschter
Weise verändert.
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Ist
der Istwert der Temperatur der Luft im Probenraum 2 dagegen
größer als
der vorgegebene Sollwert von 23°C,
so wird die Luft durch die Kühleinrichtung
der Temperiereinrichtung 16 solange abgekühlt, bis
der Sollwert der Temperatur von 23°C abzüglich einer Regeltoleranz erreicht
ist. In seiner Funktionsweise entspricht der Regelprozess für die Temperatur
der Luft prinzipiell dem Regelprozess für die Luftfeuchtigkeit.
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Sowohl
der Regelprozess für
die Luftfeuchtigkeit bzw. der Regelprozess für die Temperatur werden von
der Steuer- und Regeleinrichtung 21 parallel geregelt bzw.
sind aufeinander abgestimmt. Darüber hinaus
kann es erforderlich sein, auch die Lüfter 6, 14,
die die Luft innerhalb der Klimakammer 1 umwälzen, von
der Steuer- und
Regeleinrichtung 21 geeignet anzusteuern, um beispielsweise
den Trocknungsprozess im Trocknungszweigs 4 und/oder die
Aufheizung bzw. Abkühlung
der Luft in der Temperiereinrichtung 16 abzuschwächen oder
zu intensivieren. Diese Ansteuerung der Lüfter 6, 14 kann
beispielsweise durch eine Drehzahlregelung und/oder eine Verstellung
der Anstellwinkel der Lüfterrotoren
erfolgen. Entsprechendes gilt für
den Lüfter 20.
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Der
gesamte Regelungsvorgang ist aufgrund der parallel darzustellenden
Regelprozesse für
die Luftfeuchtigkeit und/oder die Temperatur relativ aufwändig, so
dass die Realisierung der Regelung vorzugsweise softwaremäßig mittels
der Steuer- und Regeleinrichtung 21 realisiert wird. Alternativ
kann die Regelung auch mit analogen Schaltungen erfolgen.
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Aufgrund
der Zwangsumwälzung
der Luft mittels der Lüfter 6, 14 in
Verbindung mit der schnellen Umschaltmöglichkeit zwischen dem Bypasszweig 3 und
dem Trocknungszweig 4 kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens
eine vom Benutzer vorgegebene Temperatur und/oder Luftfeuchtigkeit
in der Klimakammer 1 rasch und zudem über die gesamte Versuchsdauer
hinweg sehr präzise
aufrechterhalten, das heißt
weitgehend konstant gehalten werden.
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- 1
- Klimakammer
- 2
- Probenraum
- 3
- Bypasszweig
- 4
- Trocknungszweig
- 5
- Auslass
- 6
- Lüfter
- 7
- Auslasskrümmer
- 8
- Leitorgan
- 9
- Leitorgan
- 10
- Luftentfeuchter
- 11
- Luftentfeuchter
- 12
- Luftentfeuchter
- 13
- Trocknungsmittel
- 14
- Lüfter
- 15
- Einlasskrümmer
- 16
- Temperiereinrichtung
- 17
- Einlass
- 18
- Probe
- 19
- Rückkühler
- 20
- Lüfter
- 21
- Steuer-
und Regeleinrichtung
- 22
- Luftfeuchtigkeitssensor
- 23
- Temperatursensor