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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Temperiersystem zum Temperieren von mindestens einem Prüfling, umfassend mindestens einen Temperierkreislauf durchströmt von einem ersten Medium, wobei der mindestens eine Temperierkreislauf von mindestens einem Temperiergerät temperiert wird, zusätzlich umfassend mindestens einen Zwischenkreislauf durchströmt von einem zweiten Medium, wobei eine erste Pumpe das zweite Medium durch den mindestens einen Zwischenkreislauf fördert, und ein erster Wärmetauscher Wärme zwischen dem ersten und dem zweiten Medium überträgt und zusätzlich umfassend mindestens einen Testkreislauf durchströmt von einem dritten Medium, wobei eine zweite Pumpe das dritte Medium durch den mindestens einen Testkreislauf fördert und ein zweiter Wärmetauscher Wärme zwischen dem zweiten und dem dritten Medium überträgt. Ferner wird ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Temperiersystems geliefert.
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Temperiersysteme oder Temperiervorrichtungen werden verwendet, um in Anlagen und/oder Prozessen eine für die erfolgreiche Durchführung von Handlungen oder Prozessen benötigte Temperatur von Maschinen, Medien oder Substanzen bereitzustellen und/oder diese prozessgerecht zu steuern. Ein beispielhaftes Einsatzgebiet für Temperiergeräte ist die Kunststoff verarbeitende Industrie und hier insbesondere der Spritzgießsektor. Für die Herstellung qualitativ konstant hochwertiger Teile sind kontrollierte Werkzeugtemperaturen zwingend erforderlich. Insofern stellt eine Temperiervorrichtung in einem solchen Prozess ein Kernbestandteil des Gesamtprozesses dar. Im Stand der Technik werden zudem Temperiersysteme zum Temperieren von Prüflingen vor allem für Belastungstest beispielsweise von Motoren oder thermisch belasteten Anlagen verwendet. Prüflinge können somit einzelne Bauteile bis hin zu ganzen Anlagen darstellen.
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Die
WO 2021/203 151 A1 offenbart eine Mess- und Prüfeinrichtung für eine Testeinheit, insbesondere für eine schnelldrehende elektrische Maschine, mit einem Zwischenrahmen und zumindest einem Lagerbock für eine Zwischenlagerwelle, welche mit zumindest einer Testeinheit antriebsverbindbar ist, wobei vorzugsweise der Lagerbock vom Zwischenrahmen galvanisch getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbock über zumindest eine Dämpfungsvorrichtung mit dem Zwischenrahmen verbunden ist, wobei zumindest eine Dämpfungsvorrichtung als Viskose- oder Sanddämpfer ausgebildet ist.
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Die
DE 10 2010/008 114 B4 betrifft eine ein gattungsgemäßes System darstellende Heizungsanlage zur Übertragung von Wärmeenergie mit einer Wärmepumpe, umfassend zumindest drei getrennte Kreisläufe, wobei in einem Kühlkreislauf ein Kühlmedium zirkuliert, wobei in einem Pumpkreislauf, realisiert durch eine Wärmepumpe, ein Pumpmedium zirkuliert, und wobei in einem Heizkreislauf ein Heizmedium zirkuliert, wobei Wärmeenergie vom Kühlmedium zum Pumpmedium und vom Pumpmedium zum Heizmedium übertragen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium aus einem Stoffgemisch besteht, wobei das Stoffgemisch Paraffin enthält, und wobei das Stoffgemisch einen Schmelzpunkt von unter 25°C besitzt.
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Bekannte Temperiersysteme stören beim Zuführen von Kälte oder Wärme in das Temperiersystem die Hydraulik des Testkreislaufes. Diese Störungen werden durch Ventilsteuerungen ausgelöst, welche zu Druck- oder/und Volumenstromänderungen führen. Das Abfahren von steilen Temperaturrampen eines Prüflings geht somit in herkömmlichen Temperiersystemen auch mit starken Störungen der Hydraulik einher.
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Ein weiterer Nachteil von herkömmlichen Systemen ist, dass innerhalb des gesamten Temperiersystems, welches häufig längere Verschaltungen von Fluidleitungen umfasst, starke Temperaturunterschiede auftreten. Das verwendete Medium hat entweder in den besonders warmen oder kalten Bereichen des Temperiersystems seine Nachteile durch z.B. eine zu hohe Viskosität oder das Siedeverhalten. Dies ist nachteilig auf die Effizienz des Temperiersystems, kann die Verwendungsmöglichkeiten stark einschränken und zudem Schäden am Temperiersystem oder Prüfling verursachen.
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Die aufgeführten Nachteile können demnach Störungen des Temperiervorgangs, Störungen bei der Messanlage oder Schäden am Prüfling oder am Temperiersystem hervorrufen. Um dies zu verhindern, sind hohe Überwachungs-, Instandhaltungs- und Wartungsaufwände von Nöten. Zudem ist die Regelgüte in bekannten Temperiersystemen aufgrund der Störungen nicht vorteilhaft.
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Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, das bekannte Temperiersystem derart weiterzuentwickeln, dass die Nacheile des Stands der Technik überwunden werden. Insbesondere soll eine hohe Regelgüte für den Prüfling erreicht werden und einfache, sichere und schnelle Temperaturrampen am Prüfling ermöglicht werden.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Prüfling thermisch mit dem Testkreislauf und/oder dem Zwischenkreislauf verbindbar ist; und mittels zumindest einem mit dem Testkreislauf in Wirkverbindung stehenden Ventil der Durchflusses und/oder Druck des dritten Mediums steuer- und/oder regelbar ist.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den folgenden Beispielen beschrieben.
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Zudem wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass mittels zumindest einer ersten Umwälzeinrichtung, vorzugsweise umfassend zumindest eine erste Pumpe, das zweite Medium durch den mindestens einen Zwischenkreislauf förderbar ist, und/oder mittels zumindest einer zweiten Umwälzeinrichtung, vorzugsweise umfassend zumindest eine zweite Pumpe, das dritte Medium durch den mindestens einen Testkreislauf förderbar ist.
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Bei den beiden vorangegangenen Ausführungsformen ist besonders bevorzugt, dass das dritte Medium durch den mindestens einen Prüfling leitbar ist, insbesondere mittels des Ventils der Durchflusses und/oder Druck des dritten Mediums durch den Prüfling steuer- und/oder regelbar ist.
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Auch kann ein erfindungsgemäßes System zum Temperieren dadurch gekennzeichnet sein, dass die dem Testkreislauf zugeführte Temperierleistung ausschließlich, zumindest im Wesentlichen, durch den mindestens einen Temperierkreislauf bereitstellbar ist.
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Auch wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass
- • der mindestens eine Testkreislauf zumindest einen Ausdehnungsbehälter, insbesondere zur Füllstandsüberwachung und/oder zur Aufnahme von Volumenänderungen des dritten Mediums in dem mindesten einen Testkreislauf, umfasst; und/oder
- • in dem mindestens einen Testkreislauf mindestens ein Temperaturfühler, zumindest ein Druckfühler und/oder zumindest ein Durchflussmesser, vorzugsweise vor dem mindestens einen Prüfling, angeordnet ist; und/oder
- • in dem mindestens einen Testkreislauf mindestens ein Temperaturfühler, zumindest ein Druckfühler, zumindest ein Manometer und/oder zumindest eine Entlüftungsvorrichtung, vorzugsweise nach dem mindestens einen Prüfling, angeordnet ist; und/oder
- • zumindest eine Heizvorrichtung, vorzugsweise in Wirkverbindung stehend mit zumindest einem Temperaturfühler und/oder zumindest einem elektrischen Regler, vorhanden ist, wobei vorzugsweise dem dritten Medium, insbesondere zusätzlich zu Temperierleistung aus dem Temperierkreislauf und/oder dem Zwischenkreislauf Wärmeenergie zuführbar ist, und/oder
- • das Temperiersystem zumindest eine Steuereinheit, vorzugsweise umfassend zumindest eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) umfasst.
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Bei der vorgenannten Ausführungsform ist besonders bevorzugt, dass der Ausdehnungsbehälter
- • mit zumindest einem Füllstandsdetektor, vorzugsweise in Form eines Schwimmerschalters, insbesondere zur Füllstandregelung und/oder zur Regelung des Betriebs der zweiten Umwälzeinrichtung, in Wirkverbindung steht, und/oder
- • mit zumindest einer Entleerungsvorrichtung in Wirkverbindung steht, insbesondere diese umfasst und/oder damit verbunden ist, und/oder
- • mit zumindest einer Befüllungsvorrichtung, vorzugsweise samt Rückschlagventil und Pumpe, umfasst oder damit verbunden ist, und/oder
- • mit einem ein Magnetventil zum Druckaufbau in dem mindestens einen Testkreislauf verbunden ist.
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Bei den beiden vorangegangenen Ausführungsformen ist besonders bevorzugt, dass
- • die erste Umwälzeinrichtung, das Ventil des mindestens einen Testkreislaufs, die zweite Umwälzeinrichtung, die Heizvorrichtung, die Entleerungsvorrichtung, die Befüllungsvorrichtung und/oder das Magnetventil mit der Steuereinheit verbindbar und/oder von der Steuereinheit steuer- und/oder regelbar ist bzw. sind; und/oder
- • die Steuereinheit Daten erhält von der ersten Umwälzeinrichtung, der zweiten Umwälzeinrichtung, dem Magnetventil, dem Schwimmerschalter, der Heizvorrichtung, dem Ventil des mindestens einen Testkreislaufs, dem Durchflussmesser, mindestens einem Temperaturfühler des mindestens einen Testkreislaufs und/oder mindestens einem Druckfühlers des mindestens einen Testkreislaufs.
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Besonders bevorzugt ist, dass
- • das Ventil des mindestens einen Testkreislaufs zumindest ein Bypassventil, Mehrwegeventil, 3-Wege-Ventil und/oder eine Mehrzahl von 2 Wege-Ventilen ist und/oder umfasst, welches insbesondere zumindest einen Ausgang aufweist, welcher das dritte Medium in eine Leitung führt, welche den mindestens einen Prüfling umgeht; und/oder
- • mindestens ein Temperaturfühler des mindestens einen Testkreislaufs vor dem Ausdehnungsbehälter angeordnet ist; und/oder
- • mindestens ein Temperaturfühler des mindestens einen Testkreislaufs nach der Heizvorrichtung angeordnet ist; und/oder
- • der mindestens eine Prüfling über zumindest einen Vorlauf und/oder zumindest einen Rücklauf in dem mindestens einen Testkreislauf angeordnet ist.
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Weiterhin kann ein erfindungsgemäßes System zum Temperieren dadurch gekennzeichnet sein, dass
- • das Ventil des mindestens einen Testkreislaufs zumindest ein pneumatisches Ventil ist und/oder umfasst; und/oder
- • in dem mindestens einen Testkreislauf mindestens zwei Prüflinge anordbar und/oder mit dem dritten Medium durchströmbar sind, wobei vorzugsweise der Durchfluss und/oder der Druck des dritten Mediums durch jeden Prüfling mit einem jeweiligen Ventil regelbar ist.
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Erfindungsgemäß wird auch vorgeschlagen, dass
- • zumindest ein Speicherbehälter in dem mindestens einen Zwischenkreislauf, vorzugsweise an der Saugleitung der ersten Umwälzeinrichtung, angeordnet ist, wobei vorzugsweise eine Füllstandüberwachungsvorrichtung die erste Umwälzeinrichtung direkt und/oder oder über die Steuereinheit regelt; und/oder
- • zumindest eine Druckmessvorrichtung, insbesondere mit Messblende, vorzugsweise zwischen der ersten Umwälzeinrichtung und dem ersten Wärmetauscher, in dem mindestens einen Testkreislauf angeordnet ist; und/oder
- • mindestens ein Temperaturfühler und/oder mindestens ein Druckfühler in dem mindestens einen Zwischenkreislauf, vorzugsweise stromabwärts des ersten Wärmetauschers, angeordnet sind; und/oder
- • zumindest ein Ventil in dem mindestens einen Zwischenkreislauf zur Regulierung des Durchflusses des zweiten Mediums durch den ersten Wärmetauscher angeordnet ist, wobei dieses Ventil vorzugweise ein pneumatisches 3-Wege-Ventil und/oder Bypassventil ist, wobei insbesondere ein Ausgang des 3-Wege-Ventils das zweite Medium in eine Leitung führt, welche den zweiten Wärmetauscher umgeht.
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Bei der vorgenannten Ausführungsform ist besonders bevorzugt, dass
- • das Ventil des mindestens einen Zwischenkreislaufes mit der Steuereinheit verbindbar und/oder mittels der Steuereinheit regelbar ist; und/oder
- • die Steuereinheit Daten von dem Ventil des mindestens einen Zwischenkreislaufes und dem mindestens einen Temperaturfühler und mindestens einen Druckfühler für den mindestens einen Zwischenkreislauf erhält; und/oder
- • der Speicherbehälter
- • zumindest eine Entleervorrichtung umfasst oder damit verbunden ist, und/oder
- • zumindest eine Befüllungsvorrichtung, vorzugsweise samt Ventil, Druckminderer und Drucksensor, insbesondere für die Zufuhr zumindest eines Gases, vorzugsweise Stickstoff, umfasst oder damit verbunden ist.
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Besonders bevorzugt ist, dass
- • mit einem Temperierkreislauf mindestens zwei Zwischenkreisläufe über mindestens einen ersten Wärmetauscher miteinander energetisch verbunden sind; und/oder
- • mit einem Zwischenkreislauf mindestens zwei Testkreisläufe über mindestens einen zweiten Wärmetauscher miteinander energetisch verbunden sind; und/oder
- • zumindest ein dritter Wärmetauscher derart angeordnet ist, um zwischen dem ersten und dem dritten Medium Temperierleistung zu übertragen; und/oder
- • zumindest ein vierter Wärmetauscher derart angeordnet ist, um Abwärme des mindestens einen Temperiergeräts an ein Kühlfluid, insbesondere Kühlwasser abzugeben, wobei vorzugsweise mit dem Kühlfluid zumindest eine weitere Anlage, Brauchwasser oder Räume temperierbar ist bzw. sind; und/oder
- • zumindest ein fünfter, vorzugsweise wassergekühlter, Wärmetauscher im Temperierkreislauf angeordnet ist, insbesondere um Wärme aus dem komprimierten ersten Medium 2 abzuführen.
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Mit der Erfindung wird auch vorgeschlagen, dass das mindestens eine Temperiergerät zum Kühlen und/oder Heizen des ersten Mediums ausgelegt ist.
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Auch wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass das System zumindest zwei Temperierkreisläufe umfasst, wobei vorzugsweise ein erster Temperierkreislauf zum Kühlen und ein zweiter Temperierkreislauf zum Heizen vorgesehen ist.
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Ein erfindungsgemäßes System zum Temperieren kann auch dadurch gekennzeichnet werden, dass
- • der mindestens eine Temperierkreislauf ein Kühlkreislauf ist; und/oder
- • das Temperiergerät zumindest eine Wärmepumpe und/oder zumindest einen Kompressor umfasst; und/oder
- • stromabwärts des Temperiergerätes, insbesondere der Wärmepumpe und/oder des Kompressors zumindest ein Ölabscheider angeordnet ist; und/oder
- • der Kühlkreislauf mindestens: einen Filtertrockner, ein Schauglas, eine Magnetventileinspritzung, ein Expansionsventil, ein Absperrventil, insbesondere für Servicezwecke, ein elektronisches Expansionsventil; einen Temperaturfühler und/oder einen Druckfühler umfasst; und/oder
- • das erste Medium ein Kältemittel umfasst, insbesondere R410A, R449A, R134a und/oder R513A.
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Schließlich schlägt die Erfindung für die vorgenannte Erfindung vor, dass
- • über zumindest einen sechsten Wärmetauscher zwischen flüssigem ersten Medium und gasförmigen ersten Medium Wärme übertragbar ist; und/oder
- • die Steuereinheit mit der Magnetventileinspritzung und/oder dem elektronischen Expansionsventil in Wirkverbindung steht und/oder die Magneteinspritzung und/oder das elektronische Expansionsventil steuert und/oder regelt.
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Erfindungsgemäß wird auch vorgeschlagen, dass
- • das zweite Medium Etylenglykole wie z.B. Glysantin G48 oder G64, Propylenglykole wie z.B. Glysofor L oder F, Wärmeträgeröle wie z.B. Fragoltherm F12 oder Salzsolen wie z.B. Fragoltherm W-KFA enthält; und/oder
- • das dritte Medium Etylenglykole wie z.B. Glysantin G48 oder G64, Propylenglykole wie z.B. Glysofor L oder F oder Salzsolen wie z.B. Fragoltherm W-KFA enthält.
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Weiterhin liefert die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Temperiersystems nach einem der vorgenannten Beispiele, umfassend folgende Schritte:
- • Befüllen des mindestens einen Temperier-, Zwischen- und Testkreislaufes mit erstem, zweiten bzw. dritten Medium;
- • Eingeben von Zielbetriebsdaten an der Steuereinheit;
- • Starten des Temperiersystems (insbesondere das Starten mindestens einer Umwälzeinrichtung und/oder des mindestens einen Temperiergeräts und/oder das Starten eines Betriebsprogramms der Steuereinheit und/oder Herstellen eines betriebsgerechten Zustands von einstellbaren Komponenten des Systems wie z.B. mindestens je ein Ventil, Schalter, Regler, Überwachungsvorrichtung und/oder Heizvorrichtung);
- • Messen von Betriebsdaten des mindestens einen Temperier-, Zwischen- und Testkreislaufs mittels der Sensoren, Messeinrichtungen und Fühler des Temperiersystems;
- • Übertragen der Betriebsdaten an die Steuereinheit;
- • Auswerten der Betriebsdaten in der Steuereinheit; und
- • Steuern von Komponenten des Temperierkreislaufes entsprechend den eingestellten Zielbetriebsdaten.
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Bei der vorgenannten Ausführungsform ist besonders bevorzugt, dass die Zielbetriebsdaten einen zeitlichen Verlauf aufweisen und dieser automatisch mittels eines Programms der Steuerung ausgeführt wird.
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Der Erfindung liegt somit die überraschende Erkenntnis zu Grunde, dass durch die Kombination dreier Kreisläufe, insbesondere einen Zwischenkreislauf, welcher Wärmeleistung zwischen dem Temperierkreislauf und Testkreislauf puffert, in Kombination mit einem Ventil des Testkreislaufes hydraulische Störungen im Testkreislauf vermieden werden und hohe Temperaturrampen am Prüfling gefahren werden können. Somit kann die Temperierleistung ohne die üblichen hydraulischen Störungen einem Prüfling zugeführt werden. Die wesentliche Temperierleistung wird durch einen separaten Kreislauf erzeugt und kann unabhängig vom Betriebszustand des Testkreislaufes bzw. der Prüferfordernisse des Prüflings betrieben werden. Kleine Temperierleistungen beispielsweise in Form von kurzzeitig benötigter Wärme, können durch entsprechende zusätzliche Vorrichtungen, z.B. Rohrheizkörper, ohne großen konstruktiven Aufwand in einen der Kreisläufe integriert werden.
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Zudem können entsprechend dem Betriebswunsch die drei Kreisläufe mit optimal abgestimmten Medien gefüllt werden, sodass das gesamte System deutlich effizienter laufen kann. Die Temperaturunterschiede innerhalb der Kreisläufe sind deutlich kleiner gegenüber eines einzelnen Temperierkreislaufes, der auch den Prüfling durchströmen würde. Somit werden die Medien der drei Kreisläufe in ihrem optimalen Betriebspunkt verwendet. Ein schädliches Einfrieren oder Sieden aufgrund zu großer Temperaturunterschiede wird damit vermieden. Ferner ist das System nicht aufgrund des Einsatzes nur eines Mediums in seinem Einsatzbereich z.B. hinsichtlich der Temperatur oder der zeitlichen Temperaturänderungen limitiert.
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Insbesondere bei Einsatz eines Pufferspeichers im Zwischenkreislauf, können die Vorteile der schnellen Temperaturänderungen am Prüfling realisiert werden, da mittels des Speichers viel thermische Energie aufbewahrt werden kann, die ohne zusätzliche Leistung des Temperiergeräts abgerufen werden kann. Somit kann sogar kurzfristig deutlich mehr Temperierleistung abgerufen werden, als das Temperiergerät überhaupt im Stande ist zu leisten.
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Der Einsatz von Bypässen samt Ventilvorrichtungen bietet den Vorteil, dass durch hohe Durchflüsse große Energiemengen durch einen Kreislauf transportiert werden können, wobei einzelne Abschnitte durch die Bypässe mit gedrosselter Energiezufuhr versorgt werden. So kann beispielsweise die Menge an thermischer Energie im Pufferspeicher des Testkreislaufes weiterhin erhöht werden, wohingegen gleichzeitig die zugeführte thermische Energie in den Wärmetauscher reduziert werden kann. Weiterhin kann durch einen Bypass vorbei am Prüfling die zugeführte thermische Energie zum Prüfling bei einem geringen Durchfluss durch den Prüfling selbst deutlich konstanter gehalten werden, als wenn der gesamte Durchfluss des Testkreislaufes massiv gedrosselt wird.
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Weitere Ausführungsformen sehen sicherheitsrelevante Komponenten vor wie beispielsweise Ausdehnungsbehälter oder Füllstandsüberwachungsvorrichtungen. Insgesamt liefert die Erfindung viele Möglichkeiten, um den Betrieb des Systems für die Anwender sicher zu machen, auch wenn beispielsweise Fehler im Betrieb oder bei der Befüllung der Kreisläufe mit den entsprechenden Medien gemacht werden. So können beispielsweise die Füllstandsdetektoren sicherstellen, dass eine Umwälzeinrichtung wie z.B. eine Pumpe den Kreislauf nicht in Betrieb nimmt, bevor nicht genügend Medium im Kreislauf vorhanden ist bzw. die Pumpe wieder abstellt, sobald zu wenig Medium z.B. durch eine Leckage, im Kreislauf vorhanden ist. Unter einer Umwälzeinrichtung wird eine Einrichtung verstanden, die ein Fluid in Bewegung versetzt, beispielsweise auch ohne direkte mechanische Krafteinwirkung auf ein Fluid wie z.B. magnetorheologische Fluidpumpen.
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Eine Steuerungseinheit, welche mit allen Komponenten des Systems verbunden sein kann, erleichtert den Betrieb und verhindert Störungen. Dafür sind vorzugsweise entsprechende Fühler bzw. Sensoren an den Komponenten des Systems erforderlich. Zudem müssen für eine automatische Steuerung einzelne Komponenten elektronisch regelbar sein, z.B. ein steuerbares Ventil oder Pumpe. Durch das Programmieren der Steuereinheit können zudem automatisch Temperierprogramme abgefahren werden, die über die Sensoren und Fühler durch die Steuereinheit überwacht und geregelt werden.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass nicht nur mehrere Prüflinge innerhalb eines Testkreislaufes angeordnet werden können, sondern dass mehrere Testkreisläufe thermisch und hydraulisch unabhängig voneinander von einem oder mehreren Zwischenkreisläufen mit thermischer Energie versehen werden können. Unter bestimmten Situationen kann sogar eine direkte thermische Kopplung zwischen einem Temperierkreislauf und einem Testkreislauf hergestellt werden. Dies ist beispielsweise bei Schnellstartvorgängen vorteilhaft. Weiterhin vorteilhaft ist, dass das Temperiersystem über mehrere Temperierkreisläufe verfügt, wobei einer beispielsweise zum Kühlen und einer zum Wärmen des Temperiersystems betrieben wird. Unter Erwärmen bzw. Erhitzen wird das Zuführen von Wärme verstanden, wohingegen unter Kühlen das Entziehen von Wärme verstanden wird. Durch die Steuerung der entsprechenden Zwischenkreisläufe wird somit dem mindestens einen Testkreislauf mit schneller zeitlicher Abfolge sowohl Wärme als auch Kälte zuführbar.
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Zudem kann zum Vorteil der Energieeffizienz die Abwärme des Temperiergeräts genutzt werden, um z.B. weitere Anlagen oder Wasser zu erwärmen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsformen erkennbar. In den Zeichnungen zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Temperiersystems;
- 2a und 2b eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Temperiersystems.
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Die folgende Beschreibung von Ausführungsformen dient nur der Veranschaulichung der Erfindung, aber nicht zum Zwecke der Einschränkung derselben, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
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Relative Begriffe wie „vor“, „danach“, „stromaufwärts“ oder „stromabwärts“ dienen der Erläuterung und können sich auf eine räumliche Anordnung gemäß der abgebildeten Ausführungsformen, auf eine Strömungsrichtung des Mediums bzw. andere Umstände zur Beschreibung einer Reihenfolge beziehen, wobei durch diese Begriffe alternative Anordnungen, insbesondere andere Reihenfolgen nicht ausgeschlossen werden sollen.
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Im Folgenden wird ein erstes Beispiel eines erfindungsgemäßen Temperiersystems 1 gemäß 1 beschrieben. Dieses umfasst einen Temperierkreislauf 2, welcher gemäß Ausführungsbeispiel der 1 als ein Kühlkreislauf 2k (gepunktete Linien) ausgebildet ist. Der Kühlkreislauf 2k ist vereinfacht dargestellt, da weitere Details eines solchen Kühlkreislaufs dem Fachmann bekannt sind.
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Der Kühlkreislauf 2k wird von einem ersten Medium 3 durchströmt. Im Ausführungsbeispiel der 1 umfasst das erste Medium 3 zumindest ein gasförmiges Kältemittel (z.B. R449A). In einem Temperiergerät, gemäß Ausführungsform der 1 eine Kälteanlage in Form eines Kompressors 4, die Teil einer Wärmepumpe sein kann, die so betrieben wird, dass dem ersten Medium 3 Wärme entzogen wird. Somit erzeugt der Kühlkreislauf 2k die Kälteleistung, die für das Temperiersystem 1 benötigt wird. Das dann abgekühlte erste Medium 3 durchströmt einen ersten Wärmetauscher 5 und strömt dann zurück in Richtung des Kompressors 4.
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Der Temperierkreislauf 2 könnte auch in anderen Ausführungsformen ein Wärmekreislauf sein, wobei anstatt der Kälteanlage 4 eine Heizquelle, wie eine Wärmepumpe, die so betrieben wird, dass das erste Medium 3 erwärmt wird, eingesetzt wird. In weiteren Ausführungsformen kann also durch den unterschiedlichen Betrieb eines Temperiergeräts, z.B. einer Wärmepumpe, das erste Medium 3 entweder gekühlt oder erhitzt werden. In weiteren Ausführungsformen sind sowohl eine Kälte- als auch Wärmeanlage vorhanden, welche entsprechend den Anforderungen an die Testcharakteristik des Prüflings 21 betrieben werden können. Die Auslegung des Temperiergeräts wird von der höchsten bzw. niedrigsten Temperatur und der benötigten Wärme- bzw. Kälteleistung bestimmt.
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Des Weiteren umfasst das Temperiersystem 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 einen zweiten Kreislauf, den Zwischenkreislauf 6 (gestrichelte Linien). Der Zwischenkreislauf 6 wird von einem zweiten Medium 7 durchströmt. Im Ausführungsbeispiel der 1 umfasst das zweite Medium 7 zumindest ein Wärmeträgeröl (z.B. FragolTherm 12). Es können aber auch entsprechende Glykol-Wasser-Gemische mit üblichen Additiven oder Kühlsolen auf Salzbasis zusätzlich oder alternativ verwendet werden.
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Die Funktion des Zwischenkreislaufes ist es, den Temperierkreislauf 2 mit einem Testkreislauf 12 thermisch zu verbinden, insbesondere die Temperierleistung des Temperierkreislaufs 2, insbesondere des Kühlkreislaufes 2k, an den Testkreislauf 12 zu übertragen. Zugleich wird die bereits vom Temperierkreislauf 2 in dem Medium 3 gespeicherte Kühl- bzw. Wärmeenergie aus diesem abgeführt und so gespeichert, insbesondere die im Kühlkreislauf 2k in das erste Medium 3 eingebrachte Kühlleistung gespeichert.
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Das zweite Medium 7 wird von zumindest einer ersten Umwälzeinrichtung, insbesondere in Form einer Pumpe 8, angetrieben, welche das zweite Medium 7 durch den ersten Wärmetauscher 5 befördert und damit auch entsprechend dem Ausführungsbeispiel der 1 den Durchfluss durch den ersten Wärmetauscher 5 für das zweite Medium 7 steuert. Im ersten Wärmetauscher 5 findet entsprechend dieser Anordnung eine Übertragung von thermischer Energie zwischen dem ersten Medium 3 und dem zweiten Medium 7 statt, ohne dass sich die Medien 3, 7 vermischen. Somit sind durch den ersten Wärmetauscher 5 das erste und das zweite Medium 3, 7 wärmegekoppelt bzw. thermisch gekoppelt und die Heiz- bzw. Kälteleistung kann über den ersten Wärmetauscher 5 vom Temperierkreislauf 2 an den Zwischenkreislauf 6 abgegeben werden. Im Ausführungsbeispiel der 1 kühlt das erste Medium 3 somit das zweite Medium 7 ab, entzieht dem zweiten Medium 7 also Wärmeenergie. Mithilfe der Umwälzeinrichtung 8 kann die in dem ersten Wärmetauscher 5 auf das zweite Medium 7 übertragene Wärmeenergie bzw. aus dem zweiten Medium 7 entzogene Wärmeenergie bei Betreiben des ersten Temperierkreislaufs 2 als Kühlkreislauf 2k verändert werden, indem die Durchflussmenge des zweiten Mediums 7 durch den Zwischenkreislauf 6 verändert wird.
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Vom ersten Wärmetauscher 5 aus strömt das zweite Medium 7 zu einem Ventil 9. Das Ventil 9 hat unter anderem die Funktion eines Bypass-Ventils. Mittels des Ventils 9 kann der Durchfluss des zweiten Mediums 7 durch einen zweiten Wärmetauscher 10 gesteuert werden. Das Ventil 9 ist gemäß Ausführungsform der 1 ein Drei-Wege-Ventil, wobei ein Weg in den Zwischenkreislauf 6 stromabwärts des zweiten Wärmetauschers 10 führt. Dies hat den Vorteil, dass kein zusätzlicher Widerstand für die Umwälzeinrichtung 8 aufgebaut wird und die in dem Wärmetauscher 5 in das zweite Medium 7 zugeführte bzw. aus diesem abgeführte Wärmeenergie durch Steuerung der Umwälzeinrichtung 8 unabhängig von dem Durchfluss des zweiten Mediums 7 durch den zweiten Wärmetauscher 10 verändert werden kann. Zudem kann durch den Bypass ein gewisser Durchfluss des zweiten Mediums 7 durch den Zwischenkreislauf 6 beibehalten werden, auch wenn ein minimaler Durchfluss des zweiten Mediums 7 durch den Wärmetauscher 10 durch eine bestimmte Betriebssituation gefordert ist. In anderen Ausführungsbeispielen kann der eine Weg auch direkt in einen Speicherbehälter 11 führen oder das Ventil 9 kann auch ein anderes Ventil sein, insbesondere solange es den definierten Zweck der Umgehung des zweiten Wärmetauschers 10 erfüllt. Entsprechend anderen Ausführungsformen kann das Ventil 9 auch an anderer Stelle (z.B. vor dem ersten Wärmetauscher 5) angeordnet sein, wodurch der Durchfluss des zweiten Mediums 7 durch den zweiten Wärmetauscher 10 indirekt über den Durchfluss des ersten Wärmetauschers 5 geregelt wird. Das Ventil 9 wird dynamisch und stufenlos geregelt. Sobald ein Soll-Wert (im Ausführungsbeispiel gemäß der 1 z.B. die Soll-Temperatur eines in dem Testkreislauf 12 enthaltenen, insbesondere in diesem umgewälzten dritten Mediums 13) erreicht ist, kann das erste Ventil 9 den gesamten Volumenstrom oder einen Teilvolumenstrom durch den zweiten Wärmetauscher 10 stoppen.
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Nach dem zweiten Wärmetauscher 10 strömt in dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel das zweite Medium 7 in den Speicherbehälter 11. Der Speicherbehälter 11 dient zur Speicherung von temperiertem zweiten Medium 7, im Fall des Ausführungsbeispiels gemäß 1 zur Speicherung von Kälte durch das abgekühlte zweite Medium 7. Mit Hilfe des Speicherbehälters 11 können für den zu testenden Prüfling 21 steile Temperaturrampen im Testverlauf realisiert werden, da neben der Leistung des Kompressors 4 auch die gespeicherte Kälteleistung des temperierten zweiten Mediums 7 im Speicherbehälter 11 zur Verfügung steht. So kann beispielsweise im Ausführungsbeispiel der 1 etwa 5-fach schneller von einer Betriebstemperatur von 130°C des Prüflings 21 auf minus 20°C heruntergekühlt werden im Vergleich zu einem Temperiersystem 1 ohne Zwischenkreislauf 6 bzw. Speicherbehälter 11. Die Größe des Speicherbehälters 11 kann an die entsprechenden Testbedingungen angepasst werden oder auch komplett weggelassen werden. Die erste Pumpe 8 transportiert das zweite Medium 7 vom Speicherbehälter 11 wieder in den ersten Wärmetauscher 5.
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Als dritten Kreislauf umfasst das Temperiersystem 1 den bereits zuvor erwähnten Testkreislauf 12, mit welchem Prüfungsverfahren an einem Prüfling 21 durchgeführt werden.
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Über den zweiten Wärmetauscher 10 sind der Zwischenkreislauf 6 und der Testkreislauf 12 miteinander thermisch bzw. wärmegekoppelt. Damit ist der Testkreislauf 12 mittelbar bzw. nicht direkt mit dem Temperierkreislauf 2 (thermisch und/oder fluidal) gekoppelt, sondern nur unter Zwischenschaltung des Zwischenkreislaufes 6. Über den zweiten Wärmetauscher 10 wird das dritte Medium 13 des Testkreislaufes 12 temperiert, im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß. 1 wird das dritte Medium 13 insbesondere gekühlt. Mit anderen Worten gibt das dritte Medium 13 im Wärmetauscher 10, insbesondere zur Kühlung, Wärmeenergie an den Zwischenkreislauf 6 bzw. das zweite Medium 7 ab bzw. nimmt von diesem, insbesondere für eine Erwärmung, Wärmeenergie auf.
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Der Testkreislauf 12 wird somit von einem dritten Medium 13 durchströmt, welches vorzugsweise durch eine von dem Testkreislauf 12 umfasste zweite Umwälzeinrichtung, wie in Form einer Pumpe 16, angetrieben wird. Das dritte Medium 13 umfasst gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 insbesondere ein Wasser-Glykol-Gemisch, wobei das Mischungsverhältnis in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel 60% Glykol und 40% Wasser betragen kann. Auch andere Mischungsverhältnisse z.B. 50% zu 50% oder die Zusätze von Additiven sind möglich und werden basierend auf der Testcharakteristik bestimmt.
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Der Testkreislauf 12 weist ferner zumindest einen Ausdehnungsbehälter 14 auf. Insbesondere nachdem das dritte Medium 13 durch den zweiten Wärmetauscher 10 geströmt ist, gelangt es in den Ausdehnungsbehälter 14. In Wirkverbindung mit dem Ausdehnungsbehälter 14 steht zumindest ein Füllstandsdetektor, vorzugsweise in Form eines Schwimmerschalters 15. Der Füllstandsdetektor 15 stellt sicher, dass die zweite Pumpe 16 erst betrieben werden kann, wenn der Ausdehnungsbehälter 14 vollständig gefüllt ist und dienst somit als Füllstandsüberwachung. Somit erfüllt der Ausdehnungsbehälter 14 die Funktion des Füllstandsausgleichs bzw. dient zur Aufnahme des dritten Mediums, welches temperaturabhängig unterschiedliche Volumina aufweisen kann.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 befindet sich in dem Testkreislauf, vorzugsweise stromabwärts des Ausdehnungsbehälters 14 bzw. des zweiten Wärmetauschers 10 zumindest eine Heizvorrichtung 17, beispielsweise in Form eines Rohrheizkörpers. Bei Bedarf kann dieser, insbesondere zusätzlich zu dem Wärmetauscher 10 das dritte Medium 13 erhitzen.
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Weiterhin umfasst der Testkreislauf, insbesondere stromabwärts der Heizeinrichtung 17 angeordnet, ein Ventil 18. Das Ventil 18 ist insbesondere einem Prüflingszufluss 20 und/oder einem Prüfling 21 vorgeschaltet. Der Prüfling 21 kann zwischen dem Prüflingszufluss 20 und einem Prüflingsabfluss 22 angeordnet sein. Das Ventil 18 regelt den Durchfluss oder/und Druck an dem Prüfling 21. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist das Ventil 18 als Bypass-Ventil, insbesondere in Form eines Drei-Wege-Ventils, ausgeführt, wobei ein Weg 18a den Prüfling 21 umgeht, insbesondere in den Testkreislauf 12 stromabwärts des Prüflings 21 führt.
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Ein Temperiergerät wird üblicherweise mit Fluid, wie Luft, Wasser oder einer anderen Flüssigkeit gekühlt, um die Arbeitstemperatur des Temperiergeräts auf einer passenden Betriebstemperatur zu halten.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Abwärme des Temperiergeräts (z.B. Wärmepumpe oder Kompressor 4) über ein weiteres Medium, wie Kühlwasser, aufgenommen und in einen weiteren Kreislauf abgegeben (nicht dargestellt) werden. Ein solcher weiterer Kreislauf kann zum Temperieren von weiteren Komponenten z.B. technischen Anlagen, oder zur Benutzung als Warmwasser oder zum Heizen von Räumen verwendet werden.
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2a und 2b zeigen eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Temperiersystems 1'. Die Kälteleistung des Temperiersystems 1' wird durch einen Kompressor 4' (in diesem Fall ein 2-stufiger Kompressor) im Temperierkreislauf 2' (Kühlkreislauf 2k') geleistet. Der Kompressor 4' komprimiert ein erstes Medium 3' (Kältemittel) von einem gasförmigen in einen flüssigen Aggregatzustand und treibt damit auch die Strömung im Kühlkreislauf 2k' an. Der Temperierkeislauf 2' umfasst ferner, vorzugsweise nach dem Kompressor 4' angeordnet, zumindest ein Manometer 118' und zumindest einen mechanischen Sicherheitsdruckbegrenzer 134' zum Schutz des Systems 1' bei beispielsweise zu hohen Drücken bzw. Temperaturen. Der Sicherheitsdruckbegrenzer 134' öffnet sich bei einem kritischen Druck, sodass Druck entweichen kann und das System 1' geschützt wird. Als weiterer Sicherheitsschutz sind zumindest ein Niederdruckschalter 110' und/oder zumindest ein Hochdruckschalter 111' in dem Temperierkreislauf 2', insbesondere vor bzw. nach dem Kompressor 4' über Messleitungen mit dem Kühlkreislauf 2k' angeordnet, vorhanden.
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Auch ist, vorzugsweise dem Niederdruckschalter 110' bzw. dem Hochdruckschalter 111' folgend, zumindest ein mechanisches Absperrventil 103', welches für Servicezwecke genutzt werden kann, vom Temperierkreislauf 2' umfasst. Vorzugsweise hinter dem Ventil 103' angeordnet, ist zumindest ein Ölabscheider 150' vorhanden , welcher das in das erste Medium 3', insbesondere Kühlmedium, abgegebene Schmieröl des Kompressors 4' aus dem ersten Medium 3' abscheiden kann und dieses Öl zur Schmierung des Kompressors 4' über ein weiteres Absperrventil 103" wieder zurück zum Kompressor 4' führen kann. Somit wird zum einen die Schmierung des Kompressors 4' als auch die Reinheit des ersten Mediums 3' sichergestellt.
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Vorzugsweise stromabwärts des Ölabscheiders 150', ist ein Wärmetauscher 160', in Form z.B. eines Rohrbündelwärmetauschers, in dem Temperierkreislauf 2' angeordnet, an dem Abwärme des komprimierten ersten Mediums 3' abgegeben werden kann. Der Wärmetauscher 160` erlaubt es, dass Parameter des Temperierkreislaufs 2', 2k' bzw. des ersten Mediums 3' erfasst werden können, um die korrekte Funktionsweise dieses zu prüfen. Entsprechend dem Ausführungsbeispiel der 2a und 2b wird der Wärmetauscher 160' mit Kühlwasser 161' durchströmt, welches einen Teil der Abwärme des ersten Mediums 3' aufnimmt und dieses weiter kühlt. Das Kühlwasser 161' wird über einen Schmutzfänger 102' eingeführt. Ein Druck- 211' und/oder Temperatursensor 229' überwacht bzw. überwachen die Temperatur und den Druck des Kühlwassers 161' und senden diese Informationen an zumindest eine Steuereinheit 25' in Form einer Speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS). Sofern diese Werte im Normbereich liegen, kann das Temperiersystem 1' bzw. die Testanlage betrieben werden.
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Insbesondere vor dem Wärmetauscher 160' und/oder dem Drucksensor 211' und/oder dem Temperatursensor 229' nachgeschaltet, ist zumindest ein druckgesteuerter Kühlwasserregler 114' angeordnet, welcher über zumindest eine Druckmessleitung mit dem Wärmetauscher 160' verbunden ist. Steigt der Druck des ersten Mediums 3' (Kältemittel) an, wird über den Kühlwasserregler 114' der Durchfluss des Kühlwassers 161' erhöht und das Kühlwasser 161' transportiert mehr Wärme des ersten Mediums 3' ab. Insbesondere dem Wärmetauscher 160' nachgeschaltet, ist ein Durchflussmesser 216' für das Kühlwasser 161' angeordnet. Ferner ist ein Entleerungsventil 162' am Wärmetauscher 160' für die Entleerung des Kühlwassers 161' angeordnet. In unterschiedlichen Ausführungsformen kann das erwärmte Kühlwasser 161' zur Temperierung z.B. einer Anlage oder von Räumen oder von Brauchwasser verwendet werden.
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Nach dem Wärmetauscher 160' ist im Temperierkreislauf 2', 2k' ein Kugelabsperrventil 201' für Servicezwecke angeordnet. Danach strömt das erste Medium 3' durch einen Filtertrockner 104', welcher überschüssige Feuchtigkeit, insbesondere in dem ersten Medium 3' enthaltenes Wasser, aus dem ersten flüssigen Medium 3' entfernt. Solche Feuchtigkeit kann z.B. durch Leckagen im System 1 oder aber durch Befüllvorgänge des Temperierkreislaufes 2k` in den Kreislauf des ersten Mediums 3 gelangen und dort, z.B. wenn es gefriert, Schäden anrichten, insbesondere durch die Dichteanomalie von Wasser.
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Vorzugsweise stromabwärts, ist weiterhin eine Magnetventileinspritzung 105' angeordnet, welche bei Kühlbedarf den Durchfluss des ersten Mediums 3' regelt. Es folgt ein Schauglas 107', bevor das erste Medium 3' in einem Expansionsventil 108' verdampft. Das Expansionsventil 108' wird gesteuert, indem die Temperatur (über zumindest einen Temperaturfühler 230') und der Druck am Kompressor 4' gemessen werden. Dies steuert die Einspritzung des ersten Mediums 3'. Nach dem Expansionsventil 108' strömt das gasförmige erste Medium 3' in einen Plattenwämetauscher 139'. Dort wird ein Teilvolumenstrom 23' des ersten Mediums 3' in flüssigem Aggregatzustand von dem nach dem Expansionsventil 108' nun gasförmigen ersten Medium 3' gekühlt, um den Wirkungsgrad des Kühlkreislaufes 2'/2k' zu erhöhen.
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Stromabwärts des Plattenwärmerauschers 139` wird dem gasförmigen ersten Medium 3' mit einem weiteren Filtertrockner 104" Feuchtigkeit entzogen. Das gereinigte bzw. entfeuchtete erste Medium 3' strömt nun durch ein weiteres Ventil 103''' für Servicezwecke und ein weiteres Schauglas 107", bevor es durch ein elektronisch gesteuertes Expansionsventil 143' durch den ersten Wärmetauscher 5' hindurchströmt. Das Expansionsventil 143' wird über zumindest einen Drucksensor 140' und/oder einen Temperaturfühler 141' durch einen Überhitzungsregler 142' geregelt. Bevor das abgekühlte erste Medium 3' dann wieder in den Kompressor 4' strömt, ist ein Ventil 103iv für Servicezwecke und ein Manometer 119' im Zufluss des Kompressors 4' angeordnet.
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Über den ersten Wärmtauscher 5' ist gemäß dem Ausführungsbeispiel der 2a, 2b der Kühlkreislauf 2k' mit einem Zwischenkreislauf 6' energetisch bzw. thermisch verbunden. Im Zwischenkreislauf 6' strömt ein zweites Medium 7', welches von einer ersten Umwälzeinrichtung in Form einer Pumpe 8' befördert wird. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 2a, 2b weist die Pumpe 8' einen 3-phasigen Motor auf.
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Bevor das zweite Medium 7' den ersten Wärmetauscher 5' durchströmt und dort vom ersten Medium 3' abgekühlt wird, durchströmt das zweite Medium 7' eine Druckmessvorrichtung mit Messblende 217' (Druckdifferenzmessung mittels Strömungsrohr). Stromabwärts wird nach dem ersten Wärmetauscher 5' am zweiten Medium 7' Druck und Temperatur an je einem Fühler 214', 215' gemessen. Diese Werte werden an die SPS 25' weitergegeben und dort visuell für den Anwender dargestellt, damit dieser nachvollziehen kann, unter welchen Bedingungen das Temperiersystem 1' läuft.
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Nach diesen Sensoren wird der Volumenstrom des zweiten Mediums 7' durch ein mit Druckluft 218' pneumatisch angetriebenes 3-Wege-Ventil 9' geregelt. Ein Ausgang des, insbesondere als Bypassventil wirkenden 3-Wege-Ventils 9' führt direkt in einen Zufluss für einen Speicherbehälter 11' und umgeht den zweiten Wärmetauscher 10'. Der andere Ausgang des 3-Wege-Ventils 9' führt in den zweiten Wärmetauscher 10` und von dort in den Speicherbehälter 11'. Die erste Pumpe 8' saugt das zweite Medium 7' aus dem Speicherbehälter 11' heraus und befördert es durch den Zwischenkreislauf 6'. Die Pumpe 8' wird über eine Füllstandsüberwachungsvorrichtung 116' gestartet, die bevorzugt der SPS 25' die Daten über den Füllzustand des Speicherbehälters 11' sendet und die SPS 25' dann den Betrieb der Pumpe 8' steuert.
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Über den Speicherbehälter 11' findet auch die Befüllung und Entleerung des Zwischenkreislaufes 6' mit dem zweiten Medium 7' statt. Über eine Befüllvorrichtung 219' wird das zweite Medium 7' dem Speicherbehälter 11' zugeführt, wobei über ein Ventil 220' und einen über einen Drucksensor 223' gesteuerten Druckminderer 221' das zweite Medium 7' aufgrund seiner hygroskopischen Eigenschaft mit Stickstoff 222' beim Einfüllen überlagert wird. Weiterhin verfügt der Speicherbehälter 11' über eine Entleervorrichtung 224'.
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Über den zweiten Wärmetauscher 10' sind der Zwischenkreislauf 6' mit seinem zweiten Medium 7' und der Testkreislauf 12' mit seinem dritten Medium 13 energetisch miteinander verbunden. Eine zweite Umwälzeinrichtung, vorzugsweise in Form einer Pumpe 16' oder diese umfassend, fördert das dritte Medium 13' durch den Testkreislauf 12'. Nach dem Durchströmen des zweiten Wärmetauschers 10' gelangt das dritte Medium 13' in einen Ausdehnungsbehälter 14' samt Schwimmerschalter 15', der bei gefülltem Ausdehnungsbehälter der SPS 25' ein Signal sendet, sodass die zweite Pumpe 16' gestartet werden kann. Zudem steht der Ausdehnungsbehälter 14' mit einer Entleervorrichtung 232' und einer Befüllungsvorrichtung 233' samt Pumpe 48' und Rückschlagventil 49' in fluidaler Verbindung. Weiterhin ist steht der Ausdehnungsbehälter 14' mit einem Magnetventil 52' für den Systemverschluss in Wirkverbindung, welches dafür sorgt, dass bei steigenden Temperaturen das Ventil 52' schließt und damit der Druck im Testkreislauf 12' steigt, womit ein Versieden des dritten Mediums 13' verhindert wird. Vor dem Ausdehnungsbehälter 14' wird mit einem Temperaturfühler 231' die Temperatur des dritten Mediums 13' gemessen und die Werte an die SPS 25' geleitet.
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Stromabwärts des Ausdehnungsbehälters 14' ist die zweite Pumpe 16' mit einem dreiphasigen Motor angeordnet, welche das dritte Medium 13' durch eine Heizvorrichtung in Form eines Rohrheizkörpers 17' fördert. An der Heizvorrichtung 17 ist ein Temperaturfühler 234' und ein elektrischer Regler 235' angeordnet, welche die Heizvorrichtung 17' steuern. Stromabwärts der Heizvorrichtung 17' ist eine weitere Entleervorrichtung 232" und ein weiterer Temperaturfühler 236' angeordnet. Der Temperaturfühler 236' gibt die sensierte Temperatur an die SPS 25' weiter.
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Weiter nach der Heizvorrichtung 17' ist ein Ventil 18' in Form eines pneumatischen 3-Wege-Ventils samt Manometer 37' angeordnet, welches mit Druckluft 237' gesteuert von der SPS 25' geregelt wird. Ein Ausgang 18a` des insbesondere als Bypass-Ventil wirkenden 3-Wege-Ventils 18' führt direkt in den Zufluss des zweiten Wärmetauschers 10` und umgeht somit den Prüfling 21'. Der zweite Ausgang des 3-Wege-Ventils 18' führt über zwei Fühler (Temperatur- 238' und Druckfühler 239') und einen Durchflussmesser 240', die jeweils mit der SPS 25' verbunden sind, in den Prüflingsvorlauf 20'. Nach dem Prüfling 21' strömt das dritte Medium 13' durch den Rücklauf 22' und zwei mit der SPS 25' verbundenen Fühlern (Temperatur- 241' und Druckfühler 242') in Richtung des zweiten Wärmetauschers 10'. Vor dem zweiten Wärmetauscher 10' ist zudem ein mechanisches Manometer 243' und eine Entlüftungsvorrichtung 244' angeordnet. Die Entlüftungsvorrichtung 244' ist vor allem zum Entlüften nach Erstinbetriebnahme des Testkreislaufs 12' vorgesehen und kann beispielsweise ein manuell betätigbares Ventil aufweisen.
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Entsprechend eines anderen Ausführungsbeispiels, kann der Rohrheizkörper 17, 17' mit Rohrverbindungen parallel zu dem Hauptdurchfluss des Testkreislaufs 12, 12' angeordnet sein, wobei der dann vorhandene Teilvolumenstrom von durch den Rohrheizkörper 17, 17' erwärmten dritten Medium 13, 13' mittels eines weiteren Ventils geregelt wird (nicht gezeigt). In weiteren Ausführungsformen ist ein Heizelement (z.B. ein Rohrheizkörper 17, 17') in einem in sich geschlossenen weiteren Wärmekreislauf angeordnet, wobei das Medium des weiteren Wärmekreislaufes die Wärme über einen weiteren Wärmetauscher an das dritte Medium 13, 13' abgibt.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel, das jedoch nicht von der beanspruchten Erfindung erfasst ist, jedoch alternativ zu dieser realisierbar ist, kann der Durchfluss des dritten Mediums 13, 13' rein durch die Steuerung der zweiten Pumpe 16, 16' erfolgen und das Ventil 18, 18' zur Durchflussregelung des Prüflings 21, 21' weggelassen werden. Dadurch kann die Energieaufnahme des Temperiersystems 1, 1' reduziert werden. Z.B. bei niedrigen Durchflussmengen führt jedoch eine Steuerung über die Pumpe 16, 16' zur Reduzierung der Genauigkeit der Temperaturregelung im Prüfling 21 . Zudem könnte in einer solchen Ausführungsform auch der Rohrheizkörper 17' das dritte Medium 13' zum Sieden bringen.
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In einer anderen Ausführungsform sind an den Zwischenkreislauf 6, 6' mehrere Testkreisläufe 12, 12' samt Prüflingen 21, 21' gekoppelt. Diese können entweder durch einen zweiten Wärmetauscher 10, 10' temperiert werden oder es existieren (in Reihen-, Serien- oder Parallelschaltung) mehrere zweite Wärmetauscher 10, 10' zur Temperierung der mehreren Testkreisläufe 12, 12,'. Somit können mehrere Prüfanlagen betrieben werden.
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In weiteren Ausführungsformen ist der Temperierkreislauf 2, 2' zentral angeordnet, wobei der Temperierkreislauf 2, 2' mehrere Zwischenkreisläufe 6, 6' mit je einem oder mehreren Testkreisläufen 12, 12' temperiert. Die mehreren Zwischenkreisläufe 12, 12' können mit einem oder mehreren ersten Wärmetauschern 5, 5' temperiert werden. Somit können auch mehrere Prüfanlagen betrieben werden.
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In weiteren Ausführungsformen wird über weitere Wärmetauscher (nicht dargestellt) Wärme oder Kälte von dem Kühlwasser des Temperiergeräts (z.B. Kompressor 4, 4') oder dem ersten Medium 3, 3 ` an das dritte Medium 13, 13 ` des Testkreislaufes 12, 12' übertragen. Dies dient zur Energieoptimierung wenn z.B. der Testkreislauf 12, 12' bei höheren Temperaturen oberhalb des bauseitigen Kühlwassers des Kompressors 4, 4' betrieben wird oder wenn direkt hohe Wärme bzw. Kälteeinträge auf den Testkreislauf 12, 12' benötigt werden.
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Die in der vorangehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination wesentlich für die Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1 und 1'
- Temperiersystem
- 2 und 2'
- Temperierkreislauf
- 2k und 2k'
- Kühlkreislauf
- 3 und 3'
- erstes Medium
- 4 und 4'
- Kompressor
- 5 und 5'
- erster Wärmetauscher
- 6 und 6'
- Zwischenkreislauf
- 7 und 7'
- zweites Medium
- 8 und 8'
- erste Pumpe
- 9 und 9'
- Ventil des Zwischenkreislaufs
- 10 und 10'
- zweiter Wärmetauscher
- 11 und 11'
- Speicherbehälter
- 12 und 12'
- Testkreislauf
- 13 und 13'
- drittes Medium
- 14 und 14'
- Ausdehnungsbehälter
- 15 und 15'
- Füllstandsdetektor
- 16 und 16'
- zweite Pumpe
- 17 und 17'
- Heizvorrichtung
- 18 und 18'
- Ventil des Testkreislaufs
- 18a und 18a'
- Ausleitung aus Ventil ohne Durchfluss durch Prüfling
- 19 und 19'
- Anschluss zu Prüflingszufluss
- 20 und 20'
- Prüflingszufluss/Vorlauf
- 21 und 21'
- Prüfling
- 22 und 22'
- Prüflingsabfluss/Rücklauf
- 23'
- Teilvolumenstrom
- 25'
- Steuereinheit
- 37'
- Manometer
- 48'
- Pumpe
- 49'
- Rückschlagventil
- 52'
- Magnetventil
- 102'
- Schmutzfänger
- 103', 103"
- Absperrventil
- 103''', 103iv
- Absperrventil
- 104' und 104"
- Filtertrockner
- 105'
- Magnetventileinspritzung
- 107', 107"
- Schauglas
- 108'
- Expansionsventil
- 110'
- Niederdruckschalter
- 111'
- Hochdruckschalter
- 114'
- Kühlwasserregler
- 116'
- Füllstandsüberwachungsvorrichtung
- 118'
- Manometer
- 119'
- Manometer
- 134'
- Sicherheitsdruckbegrenzer
- 139'
- Plattenwärmetauscher
- 140'
- Drucksensor
- 141'
- Temperaturfühler
- 142'
- Überhitzungsregler
- 143'
- elektronisches Expansionsventil
- 150'
- Ölabscheider
- 160'
- fünfter Wärmetauscher
- 161'
- Kühlwasser
- 162'
- Entleerungsventil
- 201'
- Kugelabsperrventil
- 211'
- Drucksensor
- 214'
- Temperaturfühler
- 215'
- Druckfühler
- 216'
- Durchflussmesser
- 217'
- Druckmessung mittels Messblende
- 218'
- Druckluft
- 219'
- Befüllungsvorrichtung
- 220'
- Ventil
- 221'
- Druckminderer
- 222'
- Stickstoff
- 223`
- Drucksensor
- 224'
- Entleervorrichtung
- 229'
- Temperatursensor
- 230'
- Temperaturfühler
- 231'
- Temperaturfühler
- 232', 232"
- Entleervorrichtung
- 233'
- Befüllungsvorrichtung
- 234'
- Temperaturfühler
- 235'
- elektrischer Regler
- 236'
- Temperaturfühler
- 237'
- Druckluft
- 238'
- Temperaturfühler
- 239'
- Druckfühler
- 240'
- Durchflussmesser
- 241'
- Temperaturfühler
- 242'
- Druckfühler
- 243'
- Manometer
- 244'
- Entlüftungsvorrichtung
- A1, A2
- Verbindungen des Testkreislaufs zwischen 2a und 2b
- B1, B2
- Verbindungen des Testkreislaufs zwischen 2a und 2bs
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2021203151 A1 [0003]
- DE 102010008114 B4 [0004]
