DE102019135869A1

DE102019135869A1 - Strömungsmaschinensystem, Konditioniereinrichtung und Behandlungsanlage mit einem solchen Strömungsmaschinensystem sowie Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Strömungsmaschinensystems

Info

Publication number: DE102019135869A1
Application number: DE102019135869.8A
Authority: DE
Inventors: Julius Itzrodt; Wolfgang Rauser
Original assignee: Eisenmann SE
Current assignee: Eisenmann SE
Priority date: 2019-12-30
Filing date: 2019-12-30
Publication date: 2021-07-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Strömungsmaschinensystem (10), insbesondere ein Ventilatorsystem (54), insbesondere für eine raumlufttechnische oder eine prozesslufttechnische Anlage, insbesondere für eine Konditioniereinrichtung (16) einer Behandlungsanlage (12) zum Behandeln von Werkstücken (14). Das Strömungsmaschinensystem (10) weist eine Strömungsmaschine (56) mit einer Strömungserzeugungsanordnung (64) auf, die dazu eingerichtet ist, eine Fluidströmung zu erzeugen, eine Sensoranordnung (72) mit zumindest einem Sensor (76; 76.1-76.6), mittels welchem zumindest ein Betriebsparameter der Strömungsmaschine (56) erfassbar ist, und eine Steuereinrichtung (74), die dazu eingerichtet ist, die Strömungsmaschine (56) in Abhängigkeit von dem erfassten Betriebsparameter zu steuern. Die Steuereinrichtung (74) ist ferner dazu eingerichtet, die Strömungsmaschine (56) während oder nach deren Inbetriebnahme zu kalibrieren. Die Erfindung betrifft ferner eine Konditioniereinrichtung (16) mit einem derartigen Strömungsmaschinensystem (10), eine Behandlungsanlage (12) mit einer derartigen Konditioniereinrichtung (16) sowie ein Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Strömungsmaschinensystems (10), bei welchem eine Strömungsmaschine (56) während oder nach deren Inbetriebnahme kalibriert wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Strömungsmaschinensystem, insbesondere ein Ventilatorsystem, insbesondere für eine raumlufttechnische oder eine prozesslufttechnische Anlage, insbesondere für eine Konditioniereinrichtung einer Behandlungsanlage zum Behandeln von Werkstücken, mit

a) einer Strömungsmaschine mit einer Strömungserzeugungsanordnung, die dazu eingerichtet ist, eine Fluidströmung zu erzeugen;
b) einer Sensoranordnung mit zumindest einem Sensor, mittels welchem zumindest ein Betriebsparameter der Strömungsmaschine erfassbar ist; und
c) einer Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Strömungsmaschine in Abhängigkeit von dem erfassten Betriebsparameter zu steuern.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Konditioniereinrichtung, insbesondere eine Konditioniereinrichtung einer Behandlungsanlage zum Behandeln von Werkstücken.
Ferner betrifft die Erfindung eine Behandlungsanlage zum Behandeln von Werkstücken, insbesondere zum Behandeln von Fahrzeugkarosserien.
Und schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Strömungsmaschinensystems, insbesondere eines Ventilatorsystems, insbesondere für eine raumlufttechnische oder eine prozesslufttechnische Anlage, insbesondere für eine Konditioniereinrichtung einer Behandlungsanlage zum Behandeln von Werkstücken.
Beschreibung des Standes der Technik
Strömungsmaschinensysteme der eingangs genannten Art sind Arbeitsmaschinensysteme, bei denen aus einer von der Strömungsmaschine verrichtbaren Arbeit die Fluidströmung erzeugt werden kann. Diese Fluidströmung kann ihrerseits zur thermischen Behandlung insbesondere von Werkstücken oder zur thermischen Regulierung von Raumluft und/oder Prozessluft, zur Kraftübertragung und/oder zur Kraftwandlung, beispielsweise zur Erzeugung eines Vortriebs und/oder eines Auftriebs, zur Verdichtung eines kompressiblen Fluids, das ein reines Fluid oder ein Gemisch aus mehreren Fluiden sein kann, oder allgemeiner zur Umwälzung und/oder Auffrischung eines Fluidvolumens verwendet werden. Dabei können die genannten Verwendungszwecke je nach zu erzielender Wirkung auch überlappen.
Im Vergleich zu Verdrängungsmaschinensystemen, beispielsweise Kolbenmaschinensystemen, mit denen durch Verdrängung einzelner Fluidvolumina prinzipiell ebenfalls ein Fluid bewegt werden kann (Fluidstatik), erfolgt die Erzeugung der Fluidströmung bei Strömungsmaschinensystemen kontinuierlich (Fluiddynamik).
Die Fluidströmung kann durch eine Rotationsbewegung der Strömungserzeugungsanordnung der Strömungsmaschine erzeugt werden. Es sind aber auch Vorrichtungen bekannt, bei denen die Strömungserzeugungsanordnung ausschließlich translatorisch bewegbar ist. Nachfolgend sei im Zusammenhang mit der Strömungserzeugungsanordnung der Einfachheit halber aber stets von einer Strömungserzeugungsanordnung die Rede, die die Fluidströmung mittels einer Rotationsbewegung erzeugen kann.
Bekannte Bauformen der Strömungserzeugungsanordnung sind beispielsweise ein Laufrad bzw. Propeller oder ein Verdichter. Möglich ist es aber auch, zusätzlich zu der Strömungserzeugungsanordnung eine Strömungswirkanordnung vorzusehen, die dann beispielsweise als Turbine ausgebildet sein kann. Bei einer Strömungswirkanordnung erfolgt der Energieübertrag nicht von der Anordnung auf das Fluid, sondern von dem Fluid auf die Anordnung. Solche Strömungsmaschinensysteme mit Strömungserzeugungsanordnung und Strömungswirkanordnung finden sich im Stand der Technik beispielsweise als Düsentriebwerk oder als Abgasturbolader.
Bei Strömungsmaschinensystemen der eingangs genannten Art wird die Strömungsmaschine in Abhängigkeit von zumindest einem von der Sensoranordnung erfassten Betriebsparameter gesteuert. Unter einem Betriebsparameter ist grundsätzlich jede physikalische Größe zu verstehen, die einen Einfluss auf einen durch die Strömungsmaschine förderbaren Volumenstrom nehmen kann und/oder für die mit der Fluidströmung zu erzielende technische Wirkung erheblich ist. Eine derartige Steuerung der Strömungsmaschine bietet den Vorteil, dass der Wirkungsgrad erhöht und/oder der Energieverbrauch reduziert werden können.
Aufgrund häufig besonders komplexer Bauformen von Strömungsmaschinen und des in der Regel nur mit mathematischen Modellen vorhersagbaren Verhaltens von Fluidströmungen, ist es bei aus dem Stand der Technik bekannten Strömungsmaschinensystemen erforderlich und gängige Praxis, die Strömungsmaschine vor ihrer Inbetriebnahme mit Hilfe von in der Regel aufwendigen und kostenintensiven Messungen auf einem Prüfstand für die Strömungsmaschine zu kalibrieren und eine für die spezielle Bauform der Strömungsmaschine individuelle Maschinenkennlinie zu bestimmen. Unter einer Inbetriebnahme wird vorliegend gemäß der Richtlinie 2006/42/EG des Europäischen Parlaments die erstmalige bestimmungsgemäße Verwendung verstanden.
Durch die Kalibrierung wird werksseitig ermittelt, wie der von der speziellen Bauform der Strömungsmaschine förderbare Volumenstrom von dem von einer sogenannten Normal-Bauform förderbare Volumenstrom abweicht. Durch Kenntnis dieser Abweichung kann bei späterer bestimmungsgemäßer Verwendung der Strömungsmaschine ein Wert für einen Volumenstrom der Fluidströmung, d.h. ein Wert für das einen beliebigen Querschnitt durchströmende Volumen pro Zeiteinheit, ermittelt werden, der metrologisch definiert und damit zuverlässig ist.
Die Maschinenkennlinie gibt einen für eine konkrete Bauform der Strömungsmaschine individuellen Verlauf eines Verhältnisses von zwei Betriebsparametern an, beispielsweise des Wirkdrucks und des Volumenstroms bei einer bestimmten konstanten Drehzahl der Strömungserzeugungsanordnung. Bestimmt wird diese Maschinenkennlinie beispielsweise dadurch, dass die Betriebsparameter über die gesamte Zeitspanne zwischen einem Startzustand und einem Endzustand gemessen werden. Der Startzustand ist hierbei in der Regel ein Blockierzustand, bei dem eine Fluidströmung durch den Strömungsweg im Wesentlichen vollständig blockiert ist. Der Endzustand ist dann entsprechend ein Volldurchflusszustand, bei dem das Fluid im Wesentlichen ungehindert strömen kann. Wenn hier die Drehzahl der Strömungserzeugungsanordnung verändert wird, ändert sich auch entsprechend die Maschinenkennlinie. In Summe kann man bei diesen bekannten Systemen also über einen bestimmten oder den gesamten Drehzahlbereich der Strömungserzeugungsanordnung ein Kennfeld erhalten, das eine Vielzahl von Maschinenkennlinien umfasst, die jeweils den Verlauf des Verhältnisses zweier Betriebsparameter bei jeweils einer konstanten Drehzahl der Strömungserzeugungsanordnung angeben. Die Messungen hierfür erfolgen in der Regel gemäß definierter Vorgaben, beispielsweise gemäß dem Standard 210 der Air Movement and Control Association (AMCA), gemäß DIN 24163 oder gemäß DIN EN ISO 5801.
Da das Verhalten der Strömungserzeugungsanordnung bei der Strömungserzeugung nicht nur von ihrer speziellen Bauform abhängt, sondern zusätzlich auch von einer Strömungsumgebung, in welcher die Strömungserzeugungsanordnung arbeitet, muss zusätzlich zu der Maschinenkennlinie eine Anlagen- bzw. Umgebungskennlinie bestimmt werden. Die Umgebungskennlinie kann beispielsweise Druckverlusten in der Strömungsumgebung bei Anstieg des geförderten Volumenstromes Rechnung tragen. Die Druckverluste können dabei beispielsweise annähernd quadratisch proportional zum Volumenstrom sein. Dies trifft insbesondere bei Gasen, beispielsweise bei Prozessluft oder bei Raumluft, zu. Die Druckverluste in der Strömungsumgebung können sich beispielsweise durch Reibung des Fluids an Umgebungselementen, beispielsweise an Innenflächen von Rohren oder dergleichen, durch eine oder mehrere Umlenkungen der Fluidströmung, durch Temperaturunterschiede und/oder durch einen bestimmten Grad an Heterogenität im Falle eines Fluidgemischs, beispielsweise durch einen Anteil von Wasserdampf in Raumluft oder dergleichen, ergeben. Die Umgebungskennlinie kann sich bei einer ansonsten gleichbleibenden Strömungsumgebung dadurch ändern, dass in der Strömungsumgebung Strömungsdämpfungselemente oder dergleichen angeordnet werden.
Wenn die Maschinenkennlinie einer bestimmten Drehzahl und die der Maschinenkennlinie zugehörige Umgebungskennlinie in einem gemeinsamen kartesischen Koordinatensystem aufgetragen werden, ist ein Betriebspunkt für die Strömungsmaschine ermittelbar. Der Betriebspunkt ist in der Regel als Schnittpunkt zwischen der Maschinenkennlinie und der dieser entsprechenden Umgebungskennlinie festgelegt. Beispielsweise kann dieser Betriebspunkt bei einer bestimmten Drehzahl der Strömungserzeugungsanordnung und bei einem bekannten Wirkdruck einen durch die spezielle Strömungsumgebung förderbaren Volumenstrom angeben.
Nachteilig an den erläuterten Messungen auf einem Prüfstand ist nicht nur das meist besonders aufwendige Messverfahren, sondern auch, dass alle Messungen bei idealen Laborbedingungen ausgeführt werden müssen, um vergleichbare und zuverlässige Aussagen über den geförderten Volumenstrom tätigen zu können.
Aufgrund der Laborbedingungen, die bei der Kalibrierung und der Kennlinienbestimmung herrschen, ergibt sich in der Betriebspraxis aber regelmäßig das Problem, dass die Aussagen über den geförderten Volumenstrom für die im praktischen Betrieb vorliegenden Realbedingungen meistens unzutreffend sind. Strömungsmaschinen können dadurch gegebenenfalls nur mit vergleichsweise geringem Wirkungsgrad und/oder nur mit vergleichsweise hohem Energieverbrauch betrieben werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Strömungsmaschinensystem, eine Konditioniereinrichtung, eine Behandlungsanlage und ein Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Strömungsmaschinensystems anzugeben, die den vorstehend erläuterten Nachteilen aus dem Stand der Technik begegnen.
Bei einem Strömungsmaschinensystem der eingangs genannten Art wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass

d) die Steuereinrichtung ferner dazu eingerichtet ist, die Strömungsmaschine während oder nach deren Inbetriebnahme zu kalibrieren.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass es möglich ist, eine bei der Ermittlung des Volumenstroms aufgrund genormter Labor-Betriebsparameter stets bestehende nachteilige Diskrepanz zwischen den Laborbedingungen und den Realbedingungen zu verringern, indem die Strömungsmaschine bei der Kalibrierung den Realbedingungen ihrer Betriebsumgebung ausgesetzt wird, und dass dieses Vorgehen auch praktikabel ist.
Die gängige Praxis, Kalibrierungen und Kennlinienbestimmungen unter definierten Laborbedingungen auszuführen, hat auch zur Folge, dass die einmal vorgenommene Kalibrierung für die jeweilige Bauform der Strömungsmaschine konstant ist, auch wenn sie an einem anderen Betriebsort neu in Betrieb genommen wird. Es hat sich demgemäß als vorteilhaft herausgestellt, die Kalibrierung der Strömungsmaschine zumindest auch von der Umgebung ihrer Inbetriebnahme abhängig zu machen.
Derartige Strömungsmaschinensysteme können energieeffizienter betrieben werden, als Strömungsmaschinensysteme, bei denen die Strömungsmaschine nur vor ihrer Inbetriebnahme kalibriert werden kann. Ergeben sich beispielsweise Änderungen der Betriebsparameter während des Betriebs, die dazu führen, dass die von der Strömungsmaschine erzeugte Fluidströmung stärker ist, als für die zu erzielende technische Wirkung erforderlich ist, kann die Strömungsmaschine erneut kalibriert werden.
Günstig ist es, wenn die Sensoranordnung einen zweiten Sensor aufweist, mittels welchem zumindest ein zweiter Betriebsparameter erfassbar ist, wobei diese Betriebsparameter unterschiedlich sind und wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Strömungsmaschine in Abhängigkeit dieser Betriebsparameter zu kalibrieren.
Ferner ist vorteilhaft, wenn die Sensoranordnung einen dritten, vierten oder noch weitere Sensoren aufweist, mittels welchem ein dritter, vierter oder noch weitere Betriebsparameter erfassbar sind, wobei diese Betriebsparameter unterschiedlich sind.
Vorzugsweise benötigt die Steuereinrichtung zur Kalibrierung der Strömungsmaschine aus einer Menge mehrerer unterschiedlicher Betriebsparameter lediglich einen oder zwei dieser Betriebsparameter. Somit kann die Strömungsmaschine beispielsweise auch dann kalibriert werden, wenn ein oder mehrere Sensoren der Sensoranordnung fehlerhafte, d.h. unnatürlich hohe oder tiefe, Betriebsparameter erfassen. Vorzugsweise sind alle Betriebsparameter für die Kalibrierung gleichwertig. Diese Gleichwertigkeit kann beispielsweise durch ein vieldimensionales Kennfeld bewirkt werden, bei welchem beispielsweise die Kenntnis zweier Betriebsparameter ausreicht, um alle weiteren Betriebsparameter ermitteln zu können.
Es ist auch vorteilhaft, wenn für die Kalibrierung und in Abhängigkeit von zumindest einem Betriebsparameter ein Kalibrierfaktor k ermittelbar ist. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Strömungsmaschinen ist der Kalibrierfaktor keine Maschinenkonstante, die für die Kalibrierung und vor der Inbetriebnahme der Strömungsmaschine durch Messung ermittelt wird und für die Strömungsmaschine konstant, d.h. auch bei sich verändernden Betriebsparametern unabänderlich, bleibt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieser Kalibrierfaktor k am Betriebsort und dort gegebenenfalls mehrmals neu ermittelt.
Vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang entsprechend, wenn der Kalibrierfaktor k beliebig oft erneut von der Steuereinrichtung ermittelbar ist. Vorzugsweise kann die Steuereinrichtung den Kalibrierfaktor k selbsttätig in bestimmten Zeitabschnitten ermitteln. Insbesondere von Vorteil kann es sein, den Kalibrierfaktor k zu bestimmten Tageszeiten und/oder Wochentagen und/oder Monaten und/oder Jahreszeiten zu ermitteln.
Insbesondere ist es von Vorteil, den Kalibrierfaktor k dann neu ermitteln zu können, wenn sich ein Betriebsparameter geändert hat. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn sich ein Umgebungsdruck und/oder ein über einen bestimmten Zeitraum gemessener Temperaturmittelwert und/oder Fluideigenschaften, wie beispielsweise ein Kavitationsverhalten und/oder eine stoffliche Zusammensetzung und/oder eine Dichte des zu fördernden Fluids, geändert haben. Vorteilhafterweise kann die Steuereinrichtung hierfür auch mit einem Manometer und/oder einem Hygrometer und/oder einer Wetterstation und/oder einem Netzwerk, beispielsweise einem anlageninternen Netzwerk und/oder dem Internet, gekoppelt sein. Somit kann der Kalibrierfaktor k beispielsweise auch dann erneut ermittelt werden, wenn sich klimatische und/oder wetterbezogene Veränderungen mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit ergeben können, im Begriff sind, sich zu ergeben oder ergeben haben. Beispielsweise vor, während oder nach einem Gewitter kann der Kalibrierfaktor k erneut ermittelt werden.
Günstig ist es auch, den Kalibrierfaktor k dann neu ermitteln zu können, wenn sich eine Umgebungskennlinie, beispielsweise aufgrund einer Änderung des Öffnungszustands eines Strömungsdämpfungselements, geändert hat.
Es ist ferner von Vorteil, wenn die Steuereinrichtung an oder in der Strömungsmaschine angeordnet ist.
Günstig ist es ferner, wenn der oder die Betriebsparameter einen Volumenstrom V einer Fluidströmung und/oder eine oder mehrere Druckdifferenzen Δp jeweils zweier Drücke der Strömungsmaschine und/oder eine Drehzahl RPM der Strömungserzeugungsanordnung und/oder eine Leistungsaufnahme P der Strömungserzeugungsanordnung umfassen.
Diesbezüglich ist ferner von Vorteil, wenn ein kalibrierter Volumenstrom V̇_cal ermittelbar ist durch: ${\dot{V}}_{c a l} = k (\dot{V}; Δ p; R P M; P) * \sqrt{\frac{ρ}{2} * Δ p},$
wobei p eine Fluiddichte angibt. Der Kalibrierfaktor k ist dann als Funktion der Betriebsparameter V, Δp, RPM und/oder P ausgeführt. Üblicherweise wird

- der Volumenstrom V in $\frac{m^{3}}{h},$
- die eine oder die mehreren Druckdifferenzen Δp in $\frac{k g}{m * s^{2}}$
[Pa],
- die Drehzahl RPM in $\frac{1}{m i n},$
,
- die Leistungsaufnahme P in $\frac{k g * m^{2}}{s^{3}}$
[W], und
- die Fluiddichte p in $\frac{k g}{m^{3}}$

\frac{m^{3}}{h}

_cal

\frac{m^{2} * s}{h}

Günstig ist es, wenn es sich bei der einen oder den mehreren Druckdifferenzen Δp zumindest um die Differenz zweier statischer Drücke und/oder zweier dynamischer Drücke der Strömungsmaschine handelt. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn für die Ermittlung des kalibrierten Volumenstroms V̇_cal mehrere Druckdifferenzen, insbesondere sowohl eine erste Druckdifferenz Δp_stat zweier statischer Drücke als auch eine zweite Druckdifferenz Ap_dyn zweier dynamischer Drücke, welche nachfolgend als Wirkdruck bezeichnet wird, verwendet werden. Vorzugsweise kann der kalibrierte Volumenstrom V̇_cal dann ermittelbar sein durch: ${\dot{V}}_{c a l} = k (\dot{V}; Δ p_{s t a t}; R P M; P) * \sqrt{\frac{ρ}{2} * Δ p_{d y n}} .$
Die oben erläuterte Aufgabe wird bei einer Konditioniereinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass bei der Konditioniereinrichtung ein Strömungsmaschinensystem mit einigen oder allen der oben zum Strömungsmaschinensystem genannten Merkmale vorhanden ist.
Die oben genannte Aufgabe wird bei einer Behandlungsanlage der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass eine Konditioniereinrichtung wie vorangehend beschrieben vorhanden ist.
Bei dem Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Strömungsmaschinensystems der eingangs genannten Art wird die oben genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Strömungsmaschine während oder nach deren Inbetriebnahme kalibriert wird.
Vorzugsweise werden bei dem Verfahren zwei unterschiedliche Betriebsparameter erfasst, in Abhängigkeit derer eine Steuereinrichtung die Strömungsmaschine kalibriert. Vorteilhafterweise werden drei, vier oder mehr unterschiedliche Betriebsparameter erfasst. Besonders günstig ist es, wenn zur Kalibrierung der Strömungsmaschine aus einer Menge mehrerer unterschiedlicher Betriebsparameter lediglich ein oder zwei benötigt werden. Somit kann, wie auch schon zum Strömungsmaschinensystem erwähnt wurde, die Strömungsmaschine beispielsweise auch dann kalibriert werden, wenn ein oder mehrere Sensoren der Sensoranordnung fehlerhafte, d.h. unnatürlich hohe oder tiefe, Betriebsparameter ermitteln.
Besonders vorteilhaft ist ferner, wenn der oder die Parameter einen Volumenstrom V einer Fluidströmung und/oder eine oder mehrere Druckdifferenzen Δp jeweils zweier Drücke der Strömungsmaschine und/oder eine Drehzahl RPM der Strömungserzeugungsanordnung und/oder eine Leistungsaufnahme P der Strömungserzeugungsanordnung umfassen.
Ein kalibrierter Volumenstrom V̇_cal wird bei dem Verfahren vorzugsweise ermittelt durch: ${\dot{V}}_{c a l} = k (\dot{V}; Δ p; R P M; P) * \sqrt{\frac{ρ}{2} * Δ p},$
wobei p eine Fluiddichte angibt. Volumenstrom V, Wirkdruck Δp_stat, Drehzahl RPM, Leistungsaufnahme P und Fluiddichte p werden üblicherweise in den Einheiten angegeben, die in Bezug auf das Strömungsmaschinensystem bereits erwähnt wurden.
Ferner ist es bei dem Verfahren günstig, wenn das Strömungsmaschinensystem ein Strömungsmaschinensystem mit einigen oder allen der in Bezug auf das Strömungsmaschinensystem genannten Merkmale ist.
Bei der Konditioniereinrichtung, der Behandlungsanlage und dem Verfahren gelten die zu dem Strömungsmaschinensystem genannten Vorteile sinngemäß entsprechend.
Figurenliste
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

1 einen Längsschnitt einer Behandlungsanlage zum Behandeln von Fahrzeugkarosserien mit einem Behandlungstunnel, dem konditionierte Prozessluft mittels einer Konditioniereinrichtung zugeführt wird, die ein erfindungsgemäßes Strömungssystem umfasst;
2 einen schematischen Schaltplan, in welchem eine Sensoranordnung und eine Steuereinrichtung des Strömungsmaschinensystems mit einer Strömungsmaschine dargestellt ist;
3 schematisch ein beispielhaftes vieldimensionales Kennfeld der Strömungsmaschine, wie es von der Steuereinrichtung nach einer Bestimmung von Maschinenkennlinien und Umgebungskennlinien bestimmt werden könnte.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachfolgend wird anhand der Figuren ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Strömungsmaschinensystem beispielhaft als Teil einer Behandlungsanlage 12 zum Behandeln von Werkstücken 14, konkreter als Teil einer Konditioniereinrichtung 16, beschrieben. Wie eingangs aber bereits angesprochen wurde, kann die Erfindung bei eine Vielzahl technischer Fachgebiete angewendet werden und ist somit nicht auf das vorliegende Ausführungsbeispiel, insbesondere auch nicht auf die in Bezug auf das Ausführungsbeispiel beschriebenen Wirkungen der Fluidströmung, beschränkt.
Die Konditioniereinrichtung 16 ist vorliegend dazu eingerichtet, ein als Prozessluft 18 ausgebildetes Fluid zu einer konditionierten Prozessluft 20 zu konditionieren.
Eine solche Prozessluft 18 kann beispielsweise ein Abgas enthalten, welches bei einem Arbeitsprozess entsteht. Bei dem nun beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Prozessluft 18 zumindest teilweise Abluft 22, die in einer nur in 1 gezeigten Behandlungseinrichtung 24 mit einer Behandlungskabine 26 der Behandlungsanlage 12 zum Behandeln von Werkstücken 14 entsteht.
Als Beispiel für Werkstücke 14 sind jeweils nicht eigens mit einem Bezugszeichen versehene Fahrzeugkarosserien gezeigt, worunter sowohl Karosserien von Personenkraftwagen und Lastkraftwagen einschließlich Fahrgastzellen zu verstehen sind. Bei den Werkstücken 14 kann es sich aber auch um andere Werkstücke und insbesondere um Anbau- oder Aufbauteile von Fahrzeugkarosserien wie Stoßfänger, Seitenspiegel und dergleichen handeln.
Die Behandlungskabine 26 der Behandlungseinrichtung 24 begrenzt vorliegend einen Arbeitsraum in Form eines Behandlungstunnels 28 mit einem Tunneleingang 30 und einem Tunnelausgang 32, die gegebenenfalls als Eingangs- bzw. Ausgangsschleuse ausgebildet sein können, wie es an und für sich bekannt ist. Die zu behandelnden Werkstücke 14 werden mittels eines Fördersystems 34 durch den Behandlungstunnel 28 hindurch gefördert, wie es ebenfalls an und für sich bekannt ist und auf welches daher nicht weiter eingegangen werden muss.
Bei der Behandlungseinrichtung 24 kann es sich beispielsweise um einen Trockner 36 handeln, in dem zuvor lackierte Werkstücke 14 bzw. deren zuvor aufgebrachte Lackierung getrocknet wird. Die Behandlungseinrichtung 24 kann aber insbesondere auch eine Lackierkabine 38 sein, was in 1 durch zugehörige Lackierroboter 39 veranschaulicht ist, die mit gestrichelten Linien gezeigt sind, um diese Alternative darzustellen.
Der Behandlungstunnel 28 weist einen oder mehrere Luftauslässe 40 und einen oder mehrere Lufteinlässe 42 auf, zwischen denen die Konditioniereinrichtung 16 angeordnet ist, so dass Abluft 22 aus dem Behandlungstunnel 28 angesaugt, von dem Strömungsmaschinensystem 10 durch die Konditioniereinrichtung 16 hindurch gefördert und nach erfolgter Konditionierung dem Behandlungstunnel 28 wieder als konditionierte Prozessluft 20 in einem Kreislauf zugeführt werden kann. Die zurückgegebene konditionierte Prozessluft 20 wird bei einem Trockner 36 in an und für sich bekannter Weise über nicht eigens dargestellte Düsen auf die zu behandelnden Werkstücke 14 geführt. Bei einer Lackierkabine 36 wird die konditionierte Prozessluft 20 in der Regel über ein nicht dargestelltes Luftplenum an der Decke, die nicht mit einem Bezugszeichen versehen ist, der Lackierkabine 38 in den Behandlungstunnel 28 geführt; dies ist ebenfalls an und für sich bekannt.
Auf diese Weise ist es möglich, in dem Behandlungstunnel 28 die für eine effektive Behandlung erforderlichen Behandlungsbedingungen aufrechtzuerhalten. Durch die Konditioniereinrichtung 16 werden insbesondere die Temperatur und die Feuchte, d.h. der Grad an vorhandenem Wasserdampf, der Prozessluft 18 eingestellt. Bei einem Trockner beispielsweise soll die Prozessluft 18 bei höheren Temperaturen nur eine sehr geringe Feuchte haben.
Die Konditioniereinrichtung 16 umfasst eine Gehäuse 44 mit einer Eingangs-Anschlusseinrichtung 46 und einer Ausgangs-Anschlusseinrichtung 48, zwischen denen ein nicht mit einem Bezugszeichen versehener Strömungsweg für die Prozessluft 18 mit mehreren Konditionierungsstufen 50 ausgebildet ist.
Zwischen den einzelnen Konditionierungsstufen 50 sind Strömungsbereiche 52 angeordnet. Die Konditionierungsstufen 50 und die Strömungsbereiche 52 sind in der Regel in gesonderten Kammern untergebracht, die strömungstechnisch miteinander verbunden sind, was hier allerdings nicht eigens dargestellt ist.
Vorliegend ist das Strömungsmaschinensystem 10 als Ventilatorsystem 54 ausgebildet, und weist eine Strömungsmaschine 56 auf, die hier als Ventilator 58 ausgebildet ist. Möglich ist auch, dass mehrere Strömungsmaschinen 56 vorhanden sind, wobei dann nicht alle Strömungsmaschinen 56 auch als Ventilatoren ausgebildet sein müssen, sondern beispielsweise auch ein oben angesprochener Verdichter vorhanden sein kann. Mittels des vorliegend vorhandenen Ventilators 58 kann die zu konditionierende Prozessluft 18 aus dem Behandlungstunnel 28 - und gegebenenfalls auch weitere Fluide aus anderen Quellen - angesaugt und durch die Konditioniereinrichtung 16 hindurch gefördert werden.
Eine Konditioniereinrichtung ist in den meisten Fällen derart eingerichtet, dass sie die zu konditionierende Prozessluft 18 zumindest entfeuchtet. Die vorliegende Konditioniereinrichtung 16 stellt darüber hinaus ergänzende Konditionierstufen bereit.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Konditioniereinrichtung 16 sind beispielhaft sechs Konditionierungsstufen 50 vorhanden, die zwei Reinigungsstufen 60 und vier Temperierstufen 62 umfassen, die auch zur Entfeuchtung der Prozessluft 18 führen. Entlang des Strömungsweges umfassen die Konditionierungsstufen 50 eine Eingangs-Filtereinrichtung 60.1, eine Vorkühleinrichtung 62.1, eine Kühleinrichtung 62.2, eine Vorwärmeinrichtung 62.3, eine Heizeinrichtung 62.4 und eine Ausgangs-Filtereinrichtung 60.2.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Ventilator 58 lediglich beispielhaft zwischen der Heizeinrichtung 60.4 und der Ausgangs-Filtereinrichtung 58.2 angeordnet. Prinzipiell kann der Ventilator 58 aber an einer beliebigen Stelle des Strömungsweges angeordnet sein.
Wie der 1 lediglich schematisch zu entnehmen ist, umfasst der Ventilator 58 zum Erzeugen der Fluidströmung, vorliegend entsprechend der Prozessluftströmung, eine Strömungserzeugungsanordnung 64, die hier als Ventilator-Laufrad 66 ausgebildet ist. Das Ventilator-Laufrad 66 ist um eine nicht eigens dargestellte Drehachse drehbar und weist mehrere Strömungserzeugungselemente 68 auf, die hier als Ventilator-Schaufeln 70 ausgebildet und von denen der Einfachheit halber lediglich zwei dargestellt sind. Die Ventilator-Schaufeln 70 sind mit einem konstanten Winkelversatz zueinander um die Drehachse herum angeordnet. Durch Drehung des Ventilator-Laufrads 66 um die Drehachse wird die Prozessluft 18, welche die Ventilator-Schaufeln 70 vorliegend umgibt, in Bewegung versetzt. Bei dem dargestellten Ventilator 58 handelt es sich um einen Axialventilator, weshalb die Hauptströmungsrichtung der damit erzeugten Prozessluftströmung entlang der Drehachse des Ventilator-Laufrads 66 und in 1 von links nach rechts verläuft. Bei einem anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Ventilator 58 auch als Radialventilator ausgeführt sein, bei welchem die Hauptströmungsrichtung der Prozessluftströmung quer zur Drehachse des Ventilator-Laufrads 66 verläuft.
2 zeigt einen schematischer Schaltplan für eine Schaltung 71 einer Sensoranordnung 72, einer Steuereinrichtung 74 und dem Ventilator 58 des Ventilatorsystems 54.
Die Sensoranordnung 72 weist vorliegend mehrere Sensoren 76 auf, mittels welchen jeweils ein für den jeweiligen Sensor 76 individueller Betriebsparameter erfassbar ist. In 2 sind insgesamt sechs Sensorarten gezeigt, welche mit 76.1, 76.2, 76.3, 76.4, 76.5 und 76.6 gekennzeichnet sind, zusammenfassend aber als Sensoren 76 bezeichnet werden. Die Sensoren 76 sind über als gestrichelte Linien veranschaulichte Sensorleitungen 78 jeweils mit der Steuereinrichtung 74 gekoppelt. Mittels der Sensorleitungen 78 kann ein von jedem Sensor 76 generiertes und einem Betriebsparamater entsprechendes elektrisches Signal an die Steuereinrichtung 74 übermittelt werden. Die Steuereinrichtung 74 ist dann ihrerseits in der Lage, anhand der von den Sensoren 76 generierten elektrischen Signale die diesen entsprechenden Betriebsparameter zu ermitteln.
Ferner ist die Steuereinrichtung 74 dazu eingerichtet, den Ventilator 58 in Abhängigkeit dieser Betriebsparameter zu steuern. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel kann in Abhängigkeit der Betriebsparameter eine als Elektromotor ausgebildete Antriebseinheit 80 unterschiedlich bestromt werden, wodurch die Drehzahl des Ventilator-Laufrads 66, welches in 2 nicht dargestellt ist, an veränderte Betriebsbedingungen angepasst werden kann. Bei Über- oder Unterschreiten eines Sollwertes für einen Betriebsparameter kann die Drehzahl des Ventilator-Laufrads 66 somit gedrosselt oder erhöht werden. Die Steuereinrichtung 72 kann hierfür beispielsweise einen nicht mit einem Bezugszeichen versehenen Frequenzumrichter aufweisen.
Die Sensoranordnung 72 umfasst vorliegend zwei Druckmesseinrichtungen 76.1a und 76.1b, zwei Temperatursensoren 76.2, einen Drehzahlsensor 76.3, einen Stromsensor 76.4, einen Spannungssensor 76.5 sowie einen Feuchtesensor 76.6.
Die Druckmesseinrichtungen 76.1 a, 76.1 b sind ihrerseits Teil einer Druckmessanordnung 82 zum Messen von Drücken des Ventilators 58 im Strömungsweg des Fluids. Die Druckmesseinrichtungen 76.1a, 76.1b weisen jeweils zwei nur schematisch angedeutete Drucksensoren 76.1a', 76.1b' auf, wobei mit den einzelnen Drucksensoren 76.1a', 76.1b' jeweils ein statischer Druck oder ein Gesamtdruck gemessen werden kann. Von den Drucksensoren 76.1a', 76.1b' generierte elektrische Signale werden über die Sensorleitung 78, welche die Druckmessanordnung 82 mit der Steuereinrichtung 74 koppelt, an die Steuereinrichtung 74 übermittelt. Die Steuereinrichtung 74 ermittelt dann anhand der von den ersten Drucksensoren 76.1a', übermittelten elektrischen Signale eine statische Druckdifferenz Apstat und anhand der elektrischen Signale der zweiten Drucksensoren 76.1b' einen Wirkdruck Ap_dyn des Ventilators 58. Bei nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen ist es aber auch möglich, dass die Druckmessanordnung 82 selbst bereits anhand der elektrischen Signale die Drücke Δp_stat und Δp_dyn des Ventilators 58 ermittelt und diese Betriebsparameter dann an die Steuereinrichtung 74 übermittelt.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist von den ersten Drucksensoren 76.1a' ein Drucksensor an der Saugseite des Ventilators 58, d.h. in Hauptströmungsrichtung vor dem Ventilator 58, und ein weiterer Drucksensor in vergleichsweise großem Abstand davon in Hauptströmungsrichtung hinter dem Ventilator 58 angeordnet. Ein größerer Abstand ist hier deswegen erforderlich, weil Druckdifferenzen bei statischen Drücken über kurze Entfernungen derart klein sind, dass Δp_stat nur ungenau ermittelt werden kann.
Von den zweiten Drucksensoren 76.1b' ist ein Drucksensor ebenfalls an der Saugseite des Ventilators 58 angeordnet. Ein weiterer Drucksensor ist in vergleichsweise kleinem Abstand davon an einer kalibrierten Einströmdüse, d.h. einer Einströmdüse, bei welcher die Abweichung des durch diese hindurchströmbaren Volumenstroms zu einer Normal-Einströmdüse bekannt ist, angeordnet. Dieser Drucksensor ist an einer engsten Stelle der Einströmdüse angeordnet. Der Wirkdruck Ap_dyn gibt hier den Druckabfall an, der durch eine Beschleunigung des in die Einströmdüse des Ventilators 58 einströmenden Gases entsteht. Die Einströmdüse sowie die Saugseite sind vorliegend der Einfachheit halber nicht eigens mit einem Bezugszeichen versehen. Mit dieser Druckmessanordnung 82 können in an und für sich bekannter Weise also elektrische Signale sowohl für die statische Druckdifferenz Δp_stat als auch den Wirkdruck Δp_dyn erfasst werden. Verfahren zur Messung der statischen Druckdifferenz Δp_stat und des Wirkdrucks Δp_dyn sind beispielsweise in den Normen ISO 5167-1 und ISO 2:2003 definiert.
In 2 sind mit 76.2 zwei Temperatursensoren bezeichnet, mit denen die jeweilige Temperatur der Prozessluft 18 an verschiedenen Stellen des Strömungsweges gemessen werden kann. Dies ist vorliegend insbesondere deswegen relevant, weil die Dichte ρ bei idealen Gasen gemäß dem Charlesschen Gesetz direkt proportional zur herrschenden Temperatur ist. Folglich ändern sich auch das Volumen und damit die Dichte der Prozessluft 18 bei sich verändernder Temperatur. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel steigt ein mittels des Ventilators 58 förderbarer Volumenstrom V mit steigender Dichte der Prozessluft 18 an. Diese Änderung des förderbaren Volumenstroms V kann mittels der Temperatursensoren 76.2 von der Steuereinrichtung 74 berücksichtigt werden, d.h. die Drehzahl des Ventilator-Laufrads 66 kann an veränderte Temperaturen in der Strömungsumgebung angepasst werden.
Wie eingangs bereits erwähnt, sind die Betriebsparameter beim vorliegenden Ausführungsbeispiel voneinander abhängig, und zwar derart, dass die Kenntnis zweier Betriebsparameter ausreicht, um die jeweils anderen Betriebsparameter ermitteln zu können. Daher weist die vorliegende Sensoranordnung 72 außerdem den Drehzahlsensor 76.3 auf, mit dem ein einer jeweiligen Drehzahl entsprechendes elektrisches Signal erzeugt werden kann. Sollte beispielsweise der Fall eintreten, dass die Druck- oder Temperatursensoren 76.1, 76.2 unzuverlässige Signale erzeugen, die unrealistische Werte widerspiegeln, kann die Steuereinrichtung 74 auf die Ermittlung der übrigen Betriebsparameter zurückfallen. Das Ventilatorsystem 54 wird so insgesamt robuster gegen Betriebsstörungen. Die zumindest teilweise gegebene Redundanz der Betriebsparameter erlaubt es ferner, dass die Unzuverlässigkeit eines Betriebsparameters von der Steuereinrichtung 74 dadurch festgestellt werden kann, dass der vermeintlich unzuverlässige Betriebsparameter mit zwei weiteren Betriebsparametern, deren Verhältnis zueinander den Erwartungen entspricht, verglichen wird.
Die Steuereinrichtung 74 kann ferner, wenn ihr von der Sensoranordnung 72 unzuverlässige Signale, die unrealistische Werte wiederspiegeln, übermittelt werden, auch ein Warn- und/oder Alarmsignal und/oder ein Signal für den genauen Ort der Betriebsstörung erzeugen. Somit ist die Steuereinrichtung 72 vorliegend ebenfalls als Betriebsstörungserkennungssystem ausgeführt, welches neben der autarken Steuerung eine manuelle Überprüfung durch Anlagenpersonal erlaubt.
Zu den gleichen genannten Zwecken weist die Sensoranordnung 72 noch den Stromsensor 76.4 und den Spannungssensor 76.5 auf. Mit diesen können vorliegend eine Stromstärke und eine elektrische Spannung in einer Steuerleitung 84 gemessen werden, wobei die Steuerleitung 84 die Steuereinrichtung 74 und die Antriebseinheit 80 miteinander verbindet. Mittels der dann bekannten Stromstärke und der elektrischen Spannung kann die jeweilige Leistungsaufnahme P ermittelt werden. Durch Kenntnis der Leistungsaufnahme P wiederum kann beispielsweise auf die Drehzahl RPM geschlossen werden.
Anhand des Signals, das von dem Feuchtesensor 76.6 erzeugt wird, kann die Steuereinrichtung ermitteln, wie hoch die Luftfeuchtigkeit der Prozessluft 18 um den Feuchtesensor 76.6 herum ist. Wiederrum anhand der ermittelten Luftfeuchtigkeit und bei Kenntnis eines in der Strömungsumgebung herrschenden Drucks kann beispielsweise auf die Temperatur geschlossen werden.
Die Steuereinrichtung 74 kann vorliegend aber nicht nur mit einer Antriebseinheit 80 für das Ventilator-Laufrad 66 zusammenwirken, sondern auch mit einer zweiten vorhandenen und als Elektromotor ausgebildeten Antriebseinheit 86 für zumindest ein Strömungsdämpfungselement 88. Die Steuereinrichtung 74 kann in Abhängigkeit der Betriebsparameter diese zweite Antriebseinheit 86 derart steuern, dass ein Öffnungszustand des zumindest einen Strömungsdämpfungselements 88 verändert wird. Wenn mehrere Strömungsdämpfungselemente 88 vorhanden sind, kann eine Umgebungskennlinie verändert und dadurch der Betriebspunkt des Ventilators 58 angepasst werden.
Der Ventilator 58 kann durch die Steuereinrichtung 74 während oder nach seiner Inbetriebnahme kalibriert werden. Dabei wird der Ventilator 58 vorliegend durch die Steuereinrichtung 74 und in Abhängigkeit zumindest eines Betriebsparameters, d.h. vorliegend in Abhängigkeit des Volumenstroms V, der Druckdifferenz Δp, d.h. der statischen Druckdifferenz Δp_stat und des Wirkdrucks Δp_dyn, der Drehzahl RPM oder der Leistungsaufnahme P oder zwei oder mehreren dieser Betriebsparameter kalibriert.
Zu diesem Zweck ermittelt die Steuereinrichtung 74 in Abhängigkeit der Betriebsparameter einen Kalibrierfaktor k, der eine Funktion der zu Grunde gelegten Betriebsparameter ist. Mit diesem Kalibrierfaktor k kann die Steuereinrichtung 74 dann einen kalibrierten Volumenstrom V̇_cal ermitteln. Mittels dieses Vorgehens können veränderte Betriebsparameter berücksichtigt werden, die ohne gesonderte Kalibrierung dazu führen würden, dass der Ventilator 58 nicht den gewünschten Volumenstrom an Prozessluft 18 erzeugt, und zwar selbst dann nicht, wenn die Steuereinrichtung 74 dessen Drehzahl RPM regulieren und/oder den Öffnungszustand eines oder mehrerer Strömungsdämpfungselemente 88 ändern würde. Die veränderten Betriebsparameter können dabei auch anderweiter als nur in dem Regelkreis der Sensoranordnung 72 berücksichtigt werden.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel des Strömungsmaschinensystems 10 kann die Steuereinrichtung 74 den Ventilator 58 in Abhängigkeit zweier Betriebsparameter kalibrieren, d.h. vorliegend beispielhaft einen kalibrierten Volumenstrom V̇_cal ermitteln. Dabei ist es aufgrund einer vorliegend vorhandenen Rückverfolgbarkeit und Gleichwertigkeit der Betriebsparameter unerheblich, um welche zwei der genannten Betriebsparameter es sich genau handelt, um den kalibrierten Volumenstrom V̇_cal des Ventilators 58 zu ermitteln.
In 3 ist nun ein vieldimensionales Kennfeld 90 für den Ventilator 58 dargestellt. Vorliegend weist das Kennfeld 90 vier Dimensionen 92 auf, die jeweils einen der Betriebsparamater V̇, Δp, RPM und P umfassen, wobei Δp vorliegend beispielsweise als Δp_dyn ausgeführt ist. Das Kennfeld 90 umfasst eine Vielzahl von Maschinenkennlinien 94 bzw. 94' für die Betriebsparameter des Ventilators 58, die als gepunktete, strichpunktierte oder dünn durchgezogene Linien auftreten. Konkret lassen die Maschinenkennlinien 94 in dem vieldimensionalen Kennfeld 90 Rückschlüsse darüber zu, wie sich die Betriebsparameter zueinander verhalten können.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel des vieldimensionalen Kennfelds 90 lassen sich die Betriebsparameter, wie lediglich beispielhaft dargestellt ist, graphisch mittels der fett durchgezogenen Linien 96 ermitteln. Vorliegend ist mittels einer ersten Linie 96.1 der Wirkdruck Δp_dyn, mittels einer zweiten Linie 96.2 der Volumenstrom V, mittels einer dritten Linie 96.3 die Drehzahl RPM und mittels einer vierten Linie 96.4 die Leistungsaufnahme P graphisch ermittelbar. Anhand dieser Werte kann auch der Kalibrierfaktor k ermittelt werden.
Ferner ist eine bei dem beispielhaften Kennfeld 90 nur durch die gepunktete Maschinenkennlinien 94' dargestellte fünfte Dimension 92 vorhanden. Die fünfte Dimension 92 kann beispielsweise eine Lautstärke in dB oder dergleichen umfassen.
In dem Kennfeld 90 ist zusätzlich eine fett durchgezogene Umgebungskennlinie 98 dargestellt, mit der sich Betriebspunkte des Ventilators 58 ermitteln lassen. Graphisch sind diese Betriebspunkte vorliegend als Kreise 100 entlang der Umgebungskennlinie 98 dargestellt. Die Kreise 100, die Betriebspunkte des Ventilators 58 darstellen, sind hier nicht, wie oben beschrieben, auf Schnittpunkten der Umgebungskennlinie 98 mit Maschinenkennlinien 94 bzw. 94' angeordnet. Der Grund hierfür liegt darin, dass auch eine solche Darstellung in dem vieldimensionalen Kennfeld 90 unzutreffend wäre. Es handelt sich also lediglich um schematische Darstellungen von möglichen Betriebspunkten des Ventilators 58.
Die Kalibrierung der Strömungsmaschine 56 kann automatisiert, beispielsweise auf Grund einer Störungs- oder Fehlermeldung oder auch automatisch nach einer Unterbrechung oder Stillstandzeit initiiert werden. Alternativ kann die Kalibrierung der Strömungsmaschine 56 auch manuell nach entsprechenden Ereignissen durch Bedienpersonal in die Wege geleitet werden.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Kalibrierung der Strömungsmaschine 56 wie folgt durchgeführt werden:

1. die Strömungserzeugungsanordnung 64 wird bei einer ersten konstanten Drehzahl RPM auf einem ersten Betriebspunkt betrieben;
2. in einem ersten Zeitabstand bei der ersten konstanten Drehzahl RPM werden die Betriebsparameter V, Δp_stat, Δp_dyn, RPM und/oder P erfasst;
3. die Strömungserzeugungsanordnung 64 wird bei einer zweiten konstanten Drehzahl RPM auf einem zweiten Betriebspunkt betrieben;
4. in einem zweiten Zeitabstand bei der zweiten konstanten Drehzahl RPM werden die Betriebsparameter V, Δp_stat, Δp_dyn, RPM und/oder P erneut erfasst;
5. der Kalibrierfaktor k wird anhand der erfassten Betriebsparameter, vorzugsweise bei Kenntnis des Kennfeldes 90, ermittelt.

Für die Erhöhung der Präzision des zu ermittelnden Kalibrierfaktors k können nach dem ersten und dem zweiten Zeitabstand ein oder mehrere weitere Zeitabstände folgen, in welchen bei einer oder mehreren weiteren konstanten Drehzahlen RPM die Betriebsparameter erfasst werden. Die Zeitabstände können bei nicht eigens gezeigten Ausführungsbeispielen auch infinitesimal klein sein, so dass von einer Kalibrierung mit kontinuierlicher Messung gesprochen werden kann.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel kann das vieldimensionale Kennfeld 90 aufgrund eines Lernprozesses zumindest eines von der Steuereinrichtung 74 umfassten künstlichen neuronalen Netzes, das nicht eigens dargestellt ist, fortlaufend oder schrittweise angepasst werden. Bei einer derartigen lernfähigen Steuereinrichtung 74 können die Kalibrierung, die Steuerung der Antriebseinheiten 80, 86, die Erzeugung elektrischer Signale durch die Sensoren 76; 76.1-76.6, die Ermittlung von Betriebsparametern sowie die Bestimmung von Betriebspunkten zeitgleich ablaufen und sich gegenseitig bedingen.
Abschließend ist zu erwähnen, dass das beispielhaft zu dem Ventilatorsystem 54 und damit dem Ventilator 58 Ausgeführte sinngemäß entsprechend für alle weiteren Strömungsmaschinensysteme 10 gilt. Die Erfindung betrifft folglich auch, wie eingangs bereits erwähnt, Strömungsmaschinen 56 mit einer als Laufrad bzw. Propeller oder Verdichter ausgebildeten Strömungserzeugungsanordnung 64. Ebenso betrifft die Erfindung auch Strömungsmaschinen 56, deren Strömungserzeugungsanordnung 64 eine Flüssigkeitsströmung erzeugen kann. Sinngemäß entsprechend gelten die im vorliegenden Rahmen getätigten Ausführungen auch für Ausführungsbeispiele von Strömungsmaschinensystemen 10, die zusätzlich zu der Strömungserzeugungsanordnung 54 eine als Turbine ausgeführte Strömungswirkanordnung aufweisen, die durch die Fluidströmung in eine Rotationsbewegung versetzt werden kann. Auch derartige Strömungsmaschinensysteme 10 unterliegen den Gesetzen der Fluiddynamik und erfordern deswegen eine Kalibrierung der Strömungsmaschine während oder nach deren Inbetriebnahme.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 24163 [0012]
DIN EN ISO 5801 [0012]
ISO 5167-1 [0063]
ISO 2:2003 [0063]

Claims

Strömungsmaschinensystem (10), insbesondere Ventilatorsystem (54), insbesondere für eine raumlufttechnische oder eine prozesslufttechnische Anlage, insbesondere für eine Konditioniereinrichtung (16) einer Behandlungsanlage (12) zum Behandeln von Werkstücken (14), mit a) einer Strömungsmaschine (56) mit einer Strömungserzeugungsanordnung (64), die dazu eingerichtet ist, eine Fluidströmung zu erzeugen; b) einer Sensoranordnung (72) mit zumindest einem Sensor (76; 76.1-76.6), mittels welchem zumindest ein Betriebsparameter der Strömungsmaschine (56) erfassbar ist; und c) einer Steuereinrichtung (74), die dazu eingerichtet ist, die Strömungsmaschine (56) in Abhängigkeit von dem erfassten Betriebsparameter zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass d) die Steuereinrichtung (74) ferner dazu eingerichtet ist, die Strömungsmaschine (56) während oder nach deren Inbetriebnahme zu kalibrieren.
Strömungsmaschinensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (72) einen zweiten Sensor (76; 76.1-76.6) aufweist, mittels welchem zumindest ein zweiter Betriebsparameter erfassbar ist, wobei die Betriebsparameter unterschiedlich sind und wobei die Steuereinrichtung (74) dazu eingerichtet ist, die Strömungsmaschine (56) in Abhängigkeit dieser Betriebsparameter zu kalibrieren.
Strömungsmaschinensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (72) einen dritten, vierten oder noch weitere Sensoren (76; 76.1-76.6) aufweist, mittels welchen ein dritter, vierter oder noch weitere Betriebsparameter erfassbar sind, wobei diese Betriebsparameter unterschiedlich sind.
Strömungsmaschinensystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (74) zur Kalibrierung der Strömungsmaschine (56) aus einer Menge mehrerer unterschiedlicher Betriebsparameter lediglich einen oder zwei dieser Betriebsparameter benötigt.
Strömungsmaschinensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Kalibrierung und in Abhängigkeit von zumindest einem Betriebsparameter ein Kalibrierfaktor k ermittelbar ist.
Strömungsmaschinensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Betriebsparameter einen Volumenstrom V einer Fluidströmung und/oder eine oder mehrere Druckdifferenzen Δp jeweils zweier Drücke der Strömungsmaschine (56) und/oder eine Drehzahl RPM der Strömungserzeugungsanordnung (64) und/oder eine Leistungsaufnahme P der Strömungserzeugungsanordnung (64) umfassen.
Strömungsmaschinensystem nach Anspruch 6 mit Rückbezug auf Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein kalibrierter Volumenstrom V̇_cal ermittelbar ist durch: ${\dot{V}}_{c a l} = k (\dot{V}; Δ p; R P M; P) * \sqrt{\frac{ρ}{2} * Δ p},$
wobei p eine Fluiddichte angibt.
Konditioniereinrichtung, insbesondere Konditioniereinrichtung (16) einer Behandlungsanlage (12) zum Behandeln von Werkstücken (14), dadurch gekennzeichnet, dass ein Strömungsmaschinensystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 vorhanden ist.
Behandlungsanlage zum Behandeln von Werkstücken (14), insbesondere zum Behandeln von Fahrzeugkarosserien, dadurch gekennzeichnet, dass eine Konditioniereinrichtung (16) nach Anspruch 8 vorhanden ist.
Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Strömungsmaschinensystems (10), insbesondere eines Ventilatorsystems (54), insbesondere für eine raumlufttechnische oder eine prozesslufttechnische Anlage, insbesondere für eine Konditioniereinrichtung (16) einer Behandlungsanlage (12) zum Behandeln von Werkstücken (14), dadurch gekennzeichnet, dass eine Strömungsmaschine (56) während oder nach deren Inbetriebnahme kalibriert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwei unterschiedliche Betriebsparameter erfasst werden, in Abhängigkeit derer eine Steuereinrichtung (74) die Strömungsmaschine (56) kalibriert.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass drei, vier oder mehr unterschiedliche Betriebsparameter erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kalibrierung der Strömungsmaschine (56) aus einer Menge mehrerer unterschiedlicher Betriebsparameter lediglich ein oder zwei benötigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass für die Kalibrierung und in Abhängigkeit von zumindest einem Betriebsparameter ein Kalibrierfaktor k ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Parameter einen Volumenstrom V einer Fluidströmung und/oder eine oder mehrere Druckdifferenzen Δp zweier statischer Drücke der Strömungsmaschine (56) und/oder eine Drehzahl RPM der Strömungserzeugungsanordnung (64) und/oder eine Leistungsaufnahme P der Strömungserzeugungsanordnung (64) umfassen.
Verfahren nach Anspruch 15 mit Rückbezug auf Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein kalibrierter Volumenstrom V̇_cal ermittelt wird durch: ${\dot{V}}_{c a l} = k (\dot{V}; Δ p; R P M; P) * \sqrt{\frac{ρ}{2} * Δ p},$
wobei p eine Fluiddichte angibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsmaschinensystem (10) ein Strömungsmaschinensystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ist.