DE102018217204A1

DE102018217204A1 - Temperiereinrichtung sowie Prüfstandanordnung

Info

Publication number: DE102018217204A1
Application number: DE102018217204.8A
Authority: DE
Inventors: Dominik Kindermann; Tobias Kalb
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-10-09
Filing date: 2018-10-09
Publication date: 2020-04-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Temperiereinrichtung (2), umfassend einen Behälter (3) zur Aufnahme eines flüssigen Prüfmediums und eine Wärmeübertragungseinheit (4) zum Temperieren des Prüfmediums, die fluidleitend miteinander verbunden sind, sowie eine Fördervorrichtung (5) zum Fördern des temperierten Prüfmediums, wobei die Temperiereinrichtung (2) ein Gehäuse (6) mit einem Bodenelement (6a) aufweist, wobei in dem Gehäuse (6) oberhalb des Bodenelementes (6a) die Wärmeübertragungseinheit (4) und darüber der Behälter (3) koaxial zur Längsachse (26) des Gehäuses (6) angeordnet sind, wobei die Wärmeübertragungseinheit (4) einen zylindrischen Körper (4a) aufweist, in dem vertikal verlaufende Temperierkanäle (23) koaxial zur Längsachse (26) angeordnet sind, wobei die Temperierkanäle (23) in eine ringförmige Kavität (21) an einer dem Behälter (3) zugewandten axialen Stirnfläche des Körpers (4a) münden, und auf ihrer dem Bodenelement (6a) zugewandten Seite in eine in dem Bodenelement (6a) angeordnete ringförmige Aussparung (19) münden, in welche ein in dem Bodenelement (6a) angeordneter Anschluss (22) mündet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Temperiereinrichtung, umfassend einen Behälter zur Aufnahme eines flüssigen Prüfmediums und eine Wärmeübertragungseinheit zum Temperieren des Prüfmediums, die fluidleitend miteinander verbunden sind, sowie eine Fördervorrichtung zum Fördern des temperierten Prüfmediums.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Prüfstandanordnung, umfassend eine Temperiereinrichtung, welche einen Behälter zur Aufnahme eines flüssigen Prüfmediums und eine Wärmeübertragungseinheit zum Temperieren des Prüfmediums aufweist, sowie eine Fördervorrichtung zum Fördern des temperierten Prüfmediums in eine Prüfkammer.
Das Temperieren von Prüfmedien wird durch beheizte Tanks, in denen Heizwendeln oder Wandheizungen als Wärmeübertragungseinheit eingebaut sind, durch Durchlauferhitzer oder Temperierkreisläufe mit Plattenwärmetauschern realisiert. Bei beheizten Tanks können Probleme mit der zulässigen Oberflächenbelastung, d.h. dem Wärmeeintrag in das in dem Tank ruhende Prüfmedium pro Fläche, auftreten, die das Prüfmedium schädigen. Außerdem sind durch das im Tank ruhende Fluid lokale Heißzonen an den Wänden des Tanks oder den Heizwendeln nicht auszuschließen. Durch das Auftreten von lokalen Heißzonen kann die Molekülstruktur des Prüfmediums verändert werden. Beispielsweise kann es bei einem Prüfmedium auf Ölbasis wegen lokaler Heißzonen an den Heizwendeln zu einem Anhaften von Ölkohle auf den Heizelementen kommen, was den Effekt der Äderung der Molekülstruktur bestätigt. Des Weiteren müssen die Heizwendeln immer unterhalb des Flüssigkeitsniveaus des Prüfmediums in dem Tank oder dem Behälter stehen. Hierdurch ist bei jedem Wechsel des Prüfmediums eine große Flüssigkeitsmenge erforderlich. Handelsübliche Durchlauferhitzer bestehen aus einem Gehäuse und den darin befindlichen Heizwendeln.
Eine zwangsdurchströmte Einbindung in einen Temperierkreislauf vermeidet die vorgenannten Probleme des Überhitzens des Prüfmediums, jedoch treten weitere Probleme auf. Konstruktionsbedingt lassen sich als Plattenwärmetauscher ausgeführte Wärmeübertragungseinheiten nicht vollständig entleeren und sind schlecht zu reinigen. Das vollständige Entleeren ist aber bei der Prüfung von unterschiedlichen Prüfmedien von besonderer Bedeutung, um eine anteilige Durchmischung zwischen verschiedenen Prüfmedien zu vermeiden. Zum Reinigen des Temperierkreislaufs bzw. des Plattenwärmetauschers ist es vorgesehen, diese mit einem Spülmedium durchzuspülen. Das Durchspülen ist effektiv, jedoch fallen dabei hohe Kosten für das Spülmedium an, um einer Vermischung der Prüfmedien entgegenzuwirken. Bei der Kühlung mit Kühlwasser tritt dasselbe Problem auf, da Plattenwärmetauscher, etwaige Regelventile sowie die zusätzliche Verrohrung des Temperierkreislaufs ebenfalls nur mit erhöhtem Aufwand vollständig entleerbar sind.
Eine Temperiereinrichtung sowie eine Prüfstandanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 14 sind aus der DE 10 2006 013 634 A1 bekannt. In einem Vorratstank wird ein temperiertes Prüfmedium bevorratet. Das flüssige Prüfmedium wird von einer Umwälzpumpe einem in dem Temperierkreislauf integrierten Wärmetauscher zugeführt, mit dem das Prüfmedium zusätzlich temperiert wird, bevor es einem Prüfmodul zugeführt wird. Wie weiter oben bereits ausgeführt, ist eine rückstandfreie Entleerung des Vorratstanks und des Wärmetauschers für einen Prüfmedienwechsel nur unter Verwendung eines Spülmediums möglich.
Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Temperiereinrichtung weiterzubilden, die sich durch eine vereinfachte, kostengünstige und im Wesentlichen rückstandsfreie Entleerung auszeichnet.
Diese Aufgabe wird aus ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf jeweils folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Eine Prüfstandanordnung, bei welcher zumindest eine erfindungsgemäße Temperiereinrichtung zur Anwendung kommt, ist ferner Gegenstand von Anspruch 14.
Gemäß der Erfindung wird eine Temperiereinrichtung vorgeschlagen, die einen Behälter zur Aufnahme eines flüssigen Prüfmediums und eine Wärmeübertragungseinheit zum Temperieren des Prüfmediums umfasst, wobei der Behälter und die Wärmeübertragungseinheit fluidleitend miteinander verbunden sind, sowie eine Fördervorrichtung zum Fördern des temperierten Prüfmediums. Die Fördervorrichtung ist vorzugsweise als eine Umwälzpumpe ausgeführt.
Um bei einem Prüfmedienwechsel eine vereinfachte, kostengünstige und im Wesentlichen rückstandsfreie Entleerung der Temperiereinrichtung zu erreichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Temperiereinrichtung ein Gehäuse mit einem Bodenelement aufweist, wobei in dem Gehäuse oberhalb des Bodenelementes die Wärmeübertragungseinheit und darüber der Behälter koaxial zur Längsachse des Gehäuses angeordnet sind, wobei die Wärmeübertragungseinheit einen zylindrischen Körper aufweist, in dem vertikal verlaufende Temperierkanäle koaxial zur Längsachse angeordnet sind, wobei die Temperierkanäle in eine ringförmige Kavität an einer dem Behälter zugewandten axialen Stirnfläche des Körpers münden, und auf ihrer dem Bodenelement zugewandten Seite in eine in dem Bodenelement angeordnete ringförmige Aussparung münden, in welche ein in dem Bodenelement angeordneter Anschluss mündet. Der Anschluss in dem Bodenelement ist als Zu- und Ablauf ausgebildet. Bei einem Entleeren der Temperiereinrichtung läuft das in der Wärmeübertragungseinheit befindliche Prüfmedium schwerkraftbedingt in die ringförmige Kavität und durch die vertikal verlaufenden Temperierkanäle nach unten in die ringförmige Aussparung in dem Bodenelement. Durch den fluidleitend mit der ringförmigen Aussparung verbundenen Anschluss verlässt das Prüfmedium die Wärmeübertragungseinheit. Durch die übereinander geschichtete Anordnung des Behälters und der Wärmeübertragungseinheit sowie des vertikalen Verlaufes der Temperierkanäle ist gewährleistet, dass in der Temperiereinrichtung befindliches Prüfmedium weitgehend nur aufgrund der Schwerkraft aus diesem entfernbar ist.
Des Weiteren können die Temperierkanäle in eine ringförmige Kavität an einer dem Bodenelement zugewandten axialen Stirnfläche des Körpers münden. Die axialen Stirnflächen des Körpers sind die endseitigen Flächen, die sich radial zur Längsachse des Gehäuses erstrecken. Bevorzugt ist die ringförmige Kavität der ringförmigen Aussparung in dem Bodenelement gegenüberliegend angeordnet. Es kann sich ein ringförmiger Kanal zwischen dem Bodenelement und dem Körper ausbilden, durch den das von der Fördervorrichtung zugeführte Prüfmedium strömen kann. Durch die Querschnittsvergrößerung wird das Strömungsverhalten verbessert, insbesondere die Zuführung des Prüfmediums in die Temperierkanäle vergleichmäßigt.
Insbesondere können die Kavitäten und die Aussparung einen im Wesentlichen bogenförmigen Konturverlauf aufweisen, der sich aus zumindest zwei Abschnitten mit unterschiedlichen Radien zusammensetzt. Aufgrund der unterschiedlichen Radien kann sich in axialer Richtung jeweils eine Senke an Unterseite bzw. Oberseite des Körpers ausbilden, die den tiefsten Punkt der Kavitäten bilden. In gleicher Weise kann sich in der ringförmigen Aussparung eine Senke ausbilden. Die vertikal im Körper verlaufenden Temperierkanäle können die Senken der Kavitäten an der Unterseite bzw. der Oberseite des Körpers miteinander verbinden, so dass die Temperierkanäle im tiefsten Punkt der jeweiligen Kavität münden. Der als Zu- und Ablauf ausgebildete Anschluss an der Unterseite des Bodenelements mündet in die Senke der ringförmigen Aussparung ein. In den Senken der Kavität an der Oberseite des Körpers bzw. der ringförmigen Aussparung in dem Bodenelement kann sich beim Entleeren der Temperiereinrichtung das Prüfmedium ansammeln und durch die Temperierkanäle bzw. den Anschluss ablaufen.
Bevorzugt kann der Körper rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung des Körpers der Wärmeübertragungseinheit.
Insbesondere können die Temperierkanäle einen geraden Verlauf aufweisen. Die Anordnung der einen geraden Verlauf aufweisenden Temperierkanäle ist im laufenden Betrieb der Temperiereinrichtung vorteilhaft. Durch den Anschluss an der Unterseite des Bodenelements, durch den die Fördervorrichtung das Prüfmedium zuführt, kommt es aufgrund zu einer aufsteigenden Durchströmung der geraden Temperierkanäle. Dadurch kann sichergestellt werden, dass keine Lufteinschlüsse in den Temperierkanälen verbleiben, wodurch eine Verschlechterung des Wärmeübergangs kommen vermieden werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann der Behälter einen Bodenabschnitt mit einem zumindest abschnittsweise kegelstumpfförmigen Wandverlauf aufweisen. Das in den Behälter eingefüllte Prüfmedium kann sich im tiefsten Punkt des Behälters ansammeln.
Dabei kann an dem Bodenabschnitt ein Anschluss zur fluidleitenden Verbindung mit der Fördervorrichtung angeordnet sein, durch den das Prüfmedium aus dem Behälter entnehmbar ist. Dieser Anschluss ist vorzugsweise als ein Ablauf ausgebildet. Für die fluidleitende Verbindung zwischen der Fördervorrichtung und dem Anschluss an dem Bodenabschnitt kann eine, insbesondere flexible, Zuleitung vorgesehen sein, die lösbar an dem Anschluss befestigt ist. Eine in dem Bodenabschnitt befindliche Eintrittsöffnung des Anschlusses erstreckt sich zumindest abschnittsweise in den am tiefsten liegenden Bereich des Bodenabschnitts. Auf diese Weise lässt sich der Behälter bei einem Prüfmedienwechsel nur durch das schwerkraftbedingte Abfließen des Prüfmediums nahezu vollständig entleeren.
Insbesondere kann in dem Körper der Wärmeübertragungseinheit eine Wärmequelle angeordnet sein und an dem Körper können Kühlrippen angeordnet sein. Die Wärmequelle kann als ein Heizdorn ausgebildet sein, welcher den Körper der Wärmeübertragungseinheit erhitzt. Die als Heizdorn ausgebildete Wärmequelle ist zentrisch in dem Körper, d.h. koaxial zur Längsachse des Gehäuses, angeordnet. Zum Kühlen der Wärmequelle können die an dem Körper angeordneten Kühlrippen von einem Luftstrom über- bzw. durchströmt werden, der von einem in oder an dem Gehäuse angeordneten Lüfter angesaugt wird. Bevorzugt wird der Luftstrom durch ein dem Lüfter gegenüberliegend angeordnetes Filterelement angesaugt. Durch den Temperaturunterschied zwischen dem Prüfmedium und der Wandung der Temperierkanäle kommt es zu einem Wärmeübergang, der es ermöglicht das Prüfmedium zu temperieren. Zur Überwachung der als Heizdorn ausgebildeten Wärmequelle sind zwei Temperatursensoren in dem Körper angeordnet. Denkbar ist, dass die Kühlrippen, das Filterelement und der Lüfter entfallen können und die Kühlung der Wärmequelle dafür über externe Kühler erfolgt. Weiterhin kann der Körper anstatt mit Luft mit einem flüssigen Medium umspült oder durchströmt werden, um die Wärmequelle im Inneren des Körpers zu kühlen.
Weiterhin können das Gehäuse und der nach oben offen ausgeführte Behälter durch ein gemeinsames Deckelelement verschließbar sein. In dem Deckelement kann ein als Rücklauf ausgeführter Anschluss angeordnet sein. Durch den Anschluss in dem Deckelement kann das Prüfmedium von einer Prüfkammer zurück in den Behälter geleitet werden.
Vorzugsweise kann in dem Bodenabschnitt ein Anschluss angeordnet sein, der ein Durchströmen der unter dem Bodenabschnitt befindlichen Kavitäten, Temperierkanäle und der Aussparung mit einem, insbesondere gasförmigen, Fluid ermöglicht. Besonders bevorzugt ist das Fluid druckbeaufschlagt, so dass insbesondere die Kavitäten der Wärmeübertragungseinheit und die ringförmige Aussparung im Bodenelement durch Ausblasen von nach dem Ablassen verbleibenden Resten des Prüfmediums gereinigt werden können. Das Ausblasen ist gegenüber dem Spülen einfacher und kostengünstiger durchführbar.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann in dem Bodenabschnitt ein Stromregelventil angeordnet sein, welches zur Aufteilung eines Pumpenvolumenstroms in einen Umwälzstrom und einen Prüfmedienstrom eingerichtet ist. Durch eine Ansteuerung des Stromregelventils eine Variation des Pumpenvolumenstromes kann der Prüfmedienstrom verändert werden. Der Prüfmedienstrom wird zu der externen Prüfkammer geleitet und läuft über den Anschluss im Deckelelement zurück in den Behälter der Temperiereinrichtung. Soll nur ein sehr kleiner Prüfmedienstrom verwendet werden, so ist durch einen einstellbaren, konstanten Umwälzstrom sichergestellt, dass eine ausreichende Durchströmung im Körper der Wärmeübertragungseinheit vorliegt und eine Überhitzung des Prüfmediums verhindert wird.
Hierbei kann im Bereich einer Durchgangsbohrung in dem Bodenabschnitt, durch welche der Umwälzstrom in den Behälter zurückgelangt, ein Temperatursensor angeordnet sein. Durch den Temperatursensor kann die Temperatur des in den Behälter zurückgeführten Umwälzstromes erfasst werden, um die Temperaturregelung der Wärmeübertragungseinheit im Bedarfsfall entsprechend anzusteuern zu können. Besonders bevorzugt befindet sich der Temperatursensor unmittelbar oberhalb der Durchgangsbohrung.
Zudem kann auf Höhe des Temperatursensors ein Füllstandsensor angeordnet sein. Durch den Füllstandsensor kann ein Absinken des Prüfmediums unter einen einzuhaltenden Füllstand erfasst werden. Dadurch kann erkannt werden, dass die Temperaturmessung des in den Behälter zurückgeführten Umwälzstromes ungenau wird. Außerdem wird die Gefahr, dass die Fördervorrichtung Luft ansaugt, vermieden.
Weiterhin wird die Aufgabe durch eine Prüfstandanordnung mit den Merkmalen des Anspruches 14 gelöst. Die Kavitäten und die Aussparung der Temperiereinrichtung können so ausgeführt sein, dass beim Ablassen des Prüfmediums dieses durch die Schwerkraft nach unten zu den Anschlüssen im Bodenabschnitt bzw. im Bodenelement läuft und so die Temperiereinrichtung komplett entleert werden kann. Um in den Kavitäten bzw. der Aussparung verbleibende Restmengen des Prüfmediums zu entfernen, kann vorgesehen sein, dass über den Anschluss in dem Bodenabschnitt ein druckbeaufschlagtes, gasförmiges Fluid, wie insbesondere Druckluft, zugeführt wird um die Wärmeübertragungseinheit durch den Anschluss im Bodenelement durch Ausblasen zu reinigen. Die Kombination aus der spezieller Geometrie der Kavitäten, der geraden Temperierkanäle und der Möglichkeit, die Wärmeübertragungseinheit mit Druckluft auszublasen, gewährleistet es, die Temperiereinrichtung zu entleeren, ohne dass relevante Rückstände verbleiben.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der nebengeordneten oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, die nachfolgend erläutert wird, ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

1 eine schematische Ansicht einer Prüfstandanordnung;
2 eine Ansicht einer Temperiereinrichtung im Längsschnitt;
3 eine um 90° um die Längsachse gedrehte Schnittansicht der Temperiereinrichtung gemäß 2; und
4 eine perspektivische Ansicht der Temperiereinrichtung.

In 1 ist eine schematische Ansicht einer Prüfstandanordnung 1 dargestellt. Die Prüfstandanordnung 1 umfasst eine Temperiereinrichtung 2, welche einen Behälter 3 zur Aufnahme eines flüssigen Prüfmediums und eine Wärmeübertragungseinheit 4 zum Temperieren des Prüfmediums aufweist. Des Weiteren sind eine als Pumpe 5 ausgebildete Fördervorrichtung, ein Stromregelventil 15 und eine Prüfkammer 7 vorgesehen. Aus dem Behälter 3 wird ein Pumpenvolumenstrom P des darin enthaltenen Prüfmediums von der Pumpe 5 der Wärmeübertragungseinheit 4 zugeführt. Nach dem Durchströmen der Wärmeübertragungseinheit 4 wird der Pumpenvolumenstrom P mittels des Stromregelventils 15 in einen konstanten Umwälzstrom A und einen variablen Prüfmedienstrom B aufgeteilt. Durch eine Variation des Pumpenvolumenstromes P kann der Prüfmedienstrom B verändert werden. Der Prüfmedienstrom B wird zu der Prüfkammer 7 geleitet und gelangt anschließend durch einen Anschluss 25 zurück in den Behälter 3 der Temperiereinrichtung 2.
Die Darstellung in 2 zeigt eine Ansicht der Temperiereinrichtung 2 im Längsschnitt. In 3 ist eine um 90° um die Längsachse 26 gedrehte Schnittansicht der Temperiereinrichtung 2 gemäß 2 dargestellt.
Die Temperiereinrichtung 2 umfasst ein zylindrisches Gehäuse 6 mit einer Längsachse 26. Das Gehäuse 6 ist durch ein Bodenelement 6a und ein Deckelelement 6b endseitig verschlossen. Das Bodenelement 6a und das Deckelelement 6b sind, vorzugsweise mittels Schraubverbindungen, mit dem Gehäuse 6 lösbar verbunden. Oberhalb des Bodenelementes 6a ist die Wärmeübertragungseinheit 4 angeordnet. Über der Wärmeübertragungseinheit 4 ist der zylindrische Behälter 3 angeordnet, der sich bis unter das Deckelelement 6b erstreckt. Die Wärmeübertragungseinheit 4 und der Behälter 3 sind koaxial zur Längsachse 26 des Gehäuses 6 angeordnet. Das Gehäuse 6 ist doppelwandig ausgeführt, wobei zwischen einer Innenwand und einer Außenwand des Gehäuses eine Isolierung 8 angeordnet ist, welche die Wärmeübertragungseinheit 4 und den darüber befindlichen Behälter 3, die in dem Gehäuses 6 angeordnet sind, ummantelt, um Wärmeverluste zu reduzieren. Das Deckelelement 6b verschließt auch den nach oben hin offen ausgeführten Behälter 3.
Das Gehäuse 6 ist auf einer Seite mit einem Filter 9 versehen, durch ein an dem Gehäuse 6 angeordneter Lüfter 12 einen Kühlluftstrom ansaugt, der auf der dem Filter 9 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 6 abgegeben wird. Die Wärmeübertragungseinheit 4 weist einen im Wesentlichen zylindrischen Körper 4a auf, auf dessen äußerer Mantelfläche Kühlrippen 11 angeordnet sind. Für den Körper 4a und die Kühlrippen 11 wird ein Werkstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit, z.B. eine Aluminiumlegierung, verwendet, um eine gleichmäßige Temperaturverteilung zu erreichen. Im Inneren des Körpers 4a ist ein Heizdorn 10 als Wärmequelle angeordnet. Die Wärmeübertragungseinheit 4 wird durch den Heizdorn 10, der in dem Körper 4a zentrisch verbaut ist, beheizt und durch die am Körper 4a außenliegend angeordneten Kühlrippen 11 gekühlt. In dem Körper 4a der Wärmeübertragungseinheit 4 sind zumindest zwei Temperatursensoren 13 angeordnet. Durch die zwei Temperatursensoren 13 wird die Temperatur in der Wärmeübertragungseinheit 4 überwacht, um ein Überhitzen der Wärmeübertragungseinheit 4 zu vermeiden, indem im Bedarfsfall durch eine Erhöhung des Kühlluftstromes oder eine Reduzierung der Heizleistung gegengesteuert werden kann.
Eine den Innenraum begrenzende Wandung 3a des Behälters 3 weist eine hohlzylindrische Form auf, die in einen kegelstumpfförmigen Wandverlauf im Bodenabschnitt 18 übergeht. Koaxial zur Längsachse 26 ist ein Anschluss16 in dem Bodenabschnitt 18 angeordnet, an den ein Luftdruckschlauch anschließbar ist. Im Randbereich des Bodenabschnitts 18 ist ein Anschluss 14 angeordnet, an den eine Leitung anschließbar ist, um den Behälter 3 mit der Pumpe 5 zu verbinden. Der Anschluss 14 ist dazu eingerichtet, das in dem Behälter 3 enthaltene Prüfmedium ablassen zu können. Die in dem Bodenabschnitt 18 befindliche Eintrittsöffnung des Anschlusses 14 erstreckt sich zumindest abschnittsweise in den am tiefsten liegenden Bereich des Bodenabschnitts 18. Der Anschluss 14 ist unter einem Winkel zur Längsachse 26 geneigt angeordnet. Weiterhin ist in dem Bodenabschnitt 18 das Stromregelventil 15 angeordnet. Oberhalb des Bodenabschnitts 18 ist in der Wandung 3a des Gehäuses 6 ein Temperatursensor 17 angeordnet, der oberhalb einer Durchgangsbohrung 27 in dem Bodenabschnitt 18 positioniert ist. Der Temperatursensor 17 sitzt direkt über der Durchgangsbohrung 27, durch welche der Umwälzstrom A in den Behälter 3 zurückgeleitet wird. Damit lässt sich die Temperatur des Prüfmediums in dem Behälter 3 schnell und genau erfassen. Neben dem Temperatursensor 17 ist ein Füllstandsensor 24 angeordnet. Durch den Füllstandsensor 24 wird erkannt, wenn der Füllstand in dem Behälter 3 zu niedrig ist und dadurch die Temperaturerfassung durch den Temperatursensor 17 ungenau wird sowie die Pumpe 5 Gefahr läuft Luft anzusaugen.
Wie aus 3 ersichtlich ist, weist das Bodenelement 6a auf seiner Unterseite einen Anschluss 22 auf, an den die Pumpe 5 zur Zuführung des Pumpenvolumenstrom P in die Wärmeübertragungseinheit 4 angeschlossen ist. Auch der Anschluss 22 ist wie der Anschluss 14 des Behälters 3 dazu eingerichtet, das in der Wärmeübertragungseinheit 4 befindliche Prüfmedium bei Bedarf abzulassen. Das Deckelement 6b weist einen Anschluss 25 auf, durch den der Prüfmedienstrom B aus der Prüfkammer 7 zurück in den Behälter 3 gelangt.
In dem Körper 4a sind mehrere röhrenförmige Temperierkanäle 23 angeordnet. Die Temperierkanäle 23 sind koaxial zu dem Heizdorn 10 und in Umfangsrichtung des Körpers 4a gleichmäßig verteilt angeordnet. Die Temperierkanäle 23 verlaufen achsparallel zur Längsachse 26, d.h. sie weisen einen geraden Verlauf auf. Die endseitigen Öffnungen der Temperierkanäle 23 münden in ringförmige Kavitäten 20, 21 auf der Unterseite bzw. der Oberseite des Körpers 4a. Als Unterseite bzw. Oberseite des Körpers 4a sind die axialen Stirnflächen des Körpers 4a bezeichnet. Der ringförmigen Kavität 21 auf der Unterseite des Körpers 4a ist eine ringförmige Aussparung 19 gegenüberliegend angeordnet. Die Kavitäten 20, 21 und die Aussparung 19 weisen, bezogen auf die Längsachse 26, in radialer Richtung jeweils einen im Wesentlichen bogenförmigen Konturverlauf auf, der sich aus zumindest zwei Abschnitten mit unterschiedlichen Radien zusammensetzt. Aufgrund der unterschiedlichen Radien bildet sich in axialer Richtung jeweils eine Senke 28, 29 an der Unterseite bzw. Oberseite des Körpers 4a aus, die den tiefsten Punkt der Kavitäten 20, 21 bildet. In gleicher Weise bildet sich in der ringförmigen Aussparung 19 eine Senke 30 aus. Die Temperierkanäle 23 verbinden die Senken 28, 29 der Kavitäten 20 und 21 miteinander, so dass die Temperierkanäle 23 im tiefsten Punkt der Kavitäten 20 und 21 münden. Der Anschluss 22 an der Unterseite des Bodenelementes 6a mündet in die Senke 30 der Aussparung 19 ein.
Im Betrieb der Temperiereinrichtung 2 wird das Prüfmedium von der Pumpe 5 durch den Anschluss 14 aus dem Behälter 3 angesaugt und durch den Anschluss 22 der Wärmeübertragungseinheit 4 zugeführt. Das Prüfmedium wird von der Pumpe 5 in den Anschluss 14 gedrückt, durchströmt die Aussparung 19 und die gegenüberliegende Kavität 20, die einen Kanal bilden, und steigt von unten nach oben durch die geraden Temperierkanäle 23 auf. Durch die vertikale Anordnung der Temperierkanäle 23 sowie die aufsteigende Durchströmung mit dem Prüfmedium wird sichergestellt, dass keine Lufteinschlüsse in den Temperierkanälen 23 verbleiben, wodurch eine Verschlechterung des Wärmeübergangs vermieden wird. Durch den Temperaturunterschied zwischen dem Prüfmedium und der Wandung der Temperierkanäle 23 kommt es zu einem Wärmeübergang, der es ermöglicht, das Prüfmedium zu temperieren.
Liegt nur ein sehr kleiner Prüfmedienstrom B vor, so ist durch den fest eingestellten Umwälzstrom A gewährleistet, dass eine ausreichend Durchströmung in der Wärmeübertragungseinheit 4 vorliegt, um eine Überhitzung des Prüfmediums zu verhindern. Mittels des Temperatursensors 17 wird die Temperatur des Prüfmediums in dem Behälter 3 erfasst und der Wert wird zur Temperaturregelung der Wärmeübertragungseinheit 4 verwendet. Mit der Lage des Anschlusses 14 in dem Bodenabschnitt 18 des Behälters 3 wird ermöglicht, dass sich in dem Behälter 3 nur eine minimale Menge des Prüfmediums befinden kann, welches der Wärmeübertragungseinheit 4 zugeführt wird, um einen temperierten Prüfmedienstrom B bereitzustellen.
Eine im Wesentlichen rückstandsfreie Entleerung der Wärmeübertragungseinheit 4 wird vor allem durch die Ausgestaltung der Kavitäten 20, 21 sowie der diese verbindenden Temperierkanäle 23 und die Anordnung des Anschlusses 22 erreicht. Eine im Wesentlichen rückstandsfreie Entleerung des Behälters 3 wird durch die Anordnung des Anschlusses 14.
Die Kavitäten 20, 21 der Wärmeübertragungseinheit 4 und der Bodenabschnitt 18 des Behälters 3 sind so ausgeführt, dass beim Ablassen das gesamte Prüfmedium aufgrund der Schwerkraft nach unten zu den Anschlüssen 14 bzw. 22 läuft und somit der Behälter 3 und Wärmeübertragungseinheit 4 nahezu vollständig entleert werden können. Hierbei fließt das Prüfmedium, welches sich auf der Oberseite des Körpers 4a befindet, in die Senke 28 der Kavität 21 und durch die Temperierkanäle 23 nach unten in die ringförmige Aussparung 19. Das in der Aussparung 19 befindliche Prüfmedium sammelt sich in der Senke 30 an, welche mit dem Anschluss 22 verbunden ist und aus dem das Prüfmedium abfließen kann. Um in den Kavitäten 20, 21 und der Aussparung 19 verbleibende Restmengen des Prüfmediums zu entfernen, ist es vorgesehen, an den Anschluss 16 eine Druckluftleitung anzuschließen, um die Wärmeübertragungseinheit 4 durch Ausblasen aus dem Anschluss 22 zu reinigen. Durch die übereinander geschichtete Anordnung des Behälters 3 und der Wärmeübertragungseinheit 4 sowie des vertikalen Verlaufes der Temperierkanäle 23 ist gewährleistet, dass in der Temperiereinrichtung 2 befindliches Prüfmedium weitgehend nur aufgrund der Schwerkraft aus diesem entfernbar ist. Die Kombination aus der speziellen Geometrie der Kavitäten 20, 21, der Aussparung 19, der geraden Temperierkanäle 23 und der Möglichkeit, die Wärmeübertragungseinheit 4 mit Druckluft auszublasen, ermöglicht es, die Temperiereinrichtung 2 zu entleeren, ohne dass dabei relevante Rückstände des Prüfmediums in der Temperiereinrichtung 2 verbleiben.
Bezugszeichenliste

1: Prüfstandanordnung
2: Temperiereinrichtung
3: Behälter
3a: Wandung
4: Wärmeübertragungseinheit
4a: Körper von 4
5: Pumpe
6: Gehäuse
6a: Bodenelement von 6
6b: Deckelelement von 6
7: Prüfkammer
8: Isolierung
9: Filter
10: Heizdorn
11: Kühlrippen
12: Lüfter
13: Temperatursensor
14: Anschluss
15: Stromregelventil
16: Anschluss
17: Temperatursensor
18: Bodenabschnitt von 3
19: Ringförmige Aussparung von 6
20: Kavität von 4a
21: Kavität von 4a
22: Anschluss
23: Temperierkanal
24: Füllstandsensor
25: Anschluss
26: Längsachse von 2
27: Durchgangsbohrung
28: Senke
29: Senke
30: Senke
P: Pumpenvolumenstrom
A: Umwälzstrom
B: Prüfmedienstrom

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006013634 A1 [0005]

Claims

Temperiereinrichtung (2), umfassend einen Behälter (3) zur Aufnahme eines flüssigen Prüfmediums und eine Wärmeübertragungseinheit (4) zum Temperieren des Prüfmediums, die fluidleitend miteinander verbunden sind, sowie eine Fördervorrichtung (5) zum Fördern des temperierten Prüfmediums, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (2) ein Gehäuse (6) mit einem Bodenelement (6a) aufweist, wobei in dem Gehäuse (6) oberhalb des Bodenelementes (6a) die Wärmeübertragungseinheit (4) und darüber der Behälter (3) koaxial zur Längsachse (26) des Gehäuses (6) angeordnet sind, wobei die Wärmeübertragungseinheit (4) einen zylindrischen Körper (4a) aufweist, in dem vertikal verlaufende Temperierkanäle (23) koaxial zur Längsachse (26) angeordnet sind, wobei die Temperierkanäle (23) in eine ringförmige Kavität (21) an einer dem Behälter (3) zugewandten axialen Stirnfläche des Körpers (4a) münden, und auf ihrer dem Bodenelement (6a) zugewandten Seite in eine in dem Bodenelement (6a) angeordnete ringförmige Aussparung (19) münden, in welche ein in dem Bodenelement (6a) angeordneter Anschluss (22) mündet.
Temperiereinrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierkanäle (23) in eine ringförmige Kavität (20) an einer dem Bodenelement (6a) zugewandten axialen Stirnfläche des Körpers (4a) münden.
Temperiereinrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavitäten (20, 21) und die Aussparung (19) einen im Wesentlichen bogenförmigen Konturverlauf aufweisen, der sich aus zumindest zwei Abschnitten mit unterschiedlichen Radien zusammensetzt.
Temperiereinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (4a) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Temperiereinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierkanäle (23) einen geraden Verlauf aufweisen.
Temperiereinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (3) einen Bodenabschnitt (18) mit einem zumindest abschnittsweise kegelstumpfförmigen Wandverlauf aufweist.
Temperiereinrichtung (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Bodenabschnitt (18) ein Anschluss (14) zur fluidleitenden Verbindung mit der Fördervorrichtung (5) angeordnet ist, durch den das Prüfmedium aus dem Behälter (3) entnehmbar ist.
Temperiereinrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Körper (4a) der Wärmeübertragungseinheit (4) eine Wärmequelle (10) angeordnet ist und an dem Körper (4a) Kühlrippen (11) angeordnet sind.
Temperiereinrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6) und der nach oben offen ausgeführte Behälter (3) durch ein gemeinsames Deckelelement (6b) verschließbar sind.
Temperiereinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bodenabschnitt (18) ein Anschluss (16) angeordnet ist, der ein Durchströmen der unter dem Bodenabschnitt (18) befindlichen Kavitäten (20, 21), Temperierkanäle (23) und der Aussparung (19) mit einem, insbesondere gasförmigen, Fluid ermöglicht.
Temperiereinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bodenabschnitt (18) ein Stromregelventil (15) angeordnet ist, welches zur Aufteilung eines Pumpenvolumenstroms (P) in einen Umwälzstrom (A) und einen Prüfmedienstrom (B) eingerichtet ist.
Temperiereinrichtung (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich einer Durchgangsbohrung (27) in dem Bodenabschnitt (18), durch welche der Umwälzstrom (A) in den Behälter (3) zurückgelangt, ein Temperatursensor (17) angeordnet ist.
Temperiereinrichtung (2) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf Höhe des Temperatursensors (17) ein Füllstandsensor (24) angeordnet ist.
Prüfstandanordnung (1), umfassend eine Temperiereinrichtung (2), welche einen Behälter (3) zur Aufnahme eines flüssigen Prüfmediums und eine Wärmeübertragungseinheit (4) zum Temperieren des Prüfmediums aufweist, sowie eine Pumpe (5) zum Fördern des temperierten Prüfmediums in eine Prüfkammer (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet ist.