EP1435290A1 - Verwirbelungsstrecke und Vorrichtung zur Temperierung eines Bauteiles - Google Patents

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EP1435290A1
EP1435290A1 EP03104618A EP03104618A EP1435290A1 EP 1435290 A1 EP1435290 A1 EP 1435290A1 EP 03104618 A EP03104618 A EP 03104618A EP 03104618 A EP03104618 A EP 03104618A EP 1435290 A1 EP1435290 A1 EP 1435290A1
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EP
European Patent Office
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section
swirling
component
temperature
cross
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EP03104618A
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English (en)
French (fr)
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EP1435290B1 (de
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Matthias Müller
Thomas Hebig
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Koenig and Bauer AG
Original Assignee
Koenig and Bauer AG
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Publication date
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Publication of EP1435290B1 publication Critical patent/EP1435290B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F13/00—Common details of rotary presses or machines
    • B41F13/08—Cylinders
    • B41F13/22—Means for cooling or heating forme or impression cylinders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/433—Mixing tubes wherein the shape of the tube influences the mixing, e.g. mixing tubes with varying cross-section or provided with inwardly extending profiles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
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    • B01F25/4331—Mixers with bended, curved, coiled, wounded mixing tubes or comprising elements for bending the flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/433—Mixing tubes wherein the shape of the tube influences the mixing, e.g. mixing tubes with varying cross-section or provided with inwardly extending profiles
    • B01F25/4337—Mixers with a diverging-converging cross-section
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F2215/00—Auxiliary or complementary information in relation with mixing
    • B01F2215/04—Technical information in relation with mixing
    • B01F2215/0413—Numerical information
    • B01F2215/0418—Geometrical information
    • B01F2215/0422—Numerical values of angles

Definitions

  • the invention relates to a swirling section and a device for temperature control 4.
  • DE 44 29 520 A1 describes a device and a method for temperature control of a component in a printing press is known, the component having at least one partially circulating fluid is tempered.
  • An actuator by means of which a Mixing ratio at a feed point of two different fluid flows Temperature is adjustable, is via a between the feed point and the component arranged temperature control point controlled.
  • EP 0 886 577 B1 discloses an apparatus and a method for temperature control of a component, a component temperature being monitored by means of sensors and the Measured value is given to a control unit. Deviates the measured on the component If the temperature drops from a setpoint, the control unit lowers or increases the temperature of a coolant in a cooling unit by a certain amount waits for a period of time from and repeats the measurement and the steps mentioned until the setpoint again is reached.
  • the invention has for its object a swirl path and To create a device for tempering a component.
  • the temperature control works due to the swirling section, which is the early one Obtaining a safe mixed temperature signal enables, even if there is larger subsequent transport routes for the temperature control medium, very quickly and stable.
  • the short response time enables use in applications and processes with high dynamic proportions. So the present temperature control is also there great advantage where rapid changes in a temperature setpoint can be traced must be and / or where there are external conditions such.
  • a component 01 of a machine should be tempered.
  • the Part 01 of the printing press is e.g. B. part of a printing unit, not shown, in particular an ink-guiding roller 01 of a printing unit.
  • This roller 01 can be used as Roller 01 of an inking unit, e.g. B. as anilox roller 01, or as cylinder 01 of Printing unit, e.g. B. as a forme cylinder 01. This is particularly advantageous
  • the quality of the ink transfer is extremely strong depending on the temperature of the paint and / or the paint-guiding surfaces (e.g. Lateral surface of rollers 01 or cylinders 01).
  • the quality in the Color transfer also sensitive to the speed of splitting, i.e. the Engine speed.
  • the temperature control takes place via a temperature control medium, in particular a fluid such as e.g. B. Water, which is connected to the component 01 in thermal Interaction.
  • a fluid such as e.g. B. Water
  • the fluid can also be a gas or gas mixture, such as e.g. B. be air.
  • the fluid is supplied to the component 01 in a first circuit 03, flows through or flows around component 01, absorbs heat (cooling) or emits heat (heat) and flows back warmed or cooled accordingly.
  • this first cycle 03 can be arranged a heating or cooling unit, which is used to manufacture the desired fluid temperature can serve.
  • the first circuit 03 is as Secondary circuit 03 in connection with a second circuit 04, a primary circuit 04, in which the fluid with a defined and largely constant temperature Tv, z. B. flow temperature Tv.
  • a temperature control device e.g. B. a thermostat Heating and / or cooling unit etc., which ensures the flow temperature Tv, is here not shown.
  • Via a connection 05 between primary and secondary circuit 03; 04 can at a first connection point 06 of the primary circuit 04 via an actuator 07, z. B. a controllable valve 07, fluid removed from the primary circuit 04 and the Secondary circuit 03 are metered.
  • connection point 08 each after supplying new fluids at the connection point 06, fluid from the secondary circuit 03 at a connection point 10 via a connection 15 into the primary circuit 04 returned.
  • the fluid is in the area of the first, for example Junction 06 at a higher pressure level than in the area of the second Junction 08.
  • a difference ⁇ p in the pressure level is z. B. by a corresponding differential pressure valve 09 between the connection points 06; 08 generated.
  • the fluid, or a large part of the fluid is driven by a drive 11, for example by a pump 11, a turbine 11 or in some other way, on an inflow section 12, through component 01, a return flow path 13 and a partial path 14 between Inflow and return flow path 12; 13 circulates in the secondary circuit 03.
  • a drive 11 for example by a pump 11, a turbine 11 or in some other way, on an inflow section 12, through component 01, a return flow path 13 and a partial path 14 between Inflow and return flow path 12; 13 circulates in the secondary circuit 03.
  • a drive 11 for example by a pump 11, a turbine 11 or in some other way, on an inflow section 12, through component 01, a return flow path 13 and a partial path 14 between Inflow and return flow path 12; 13 circulates in the secondary circuit 03.
  • a drive 11 for example by a pump 11, a turbine 11 or in some other way, on an inflow section 12, through component 01, a return flow path 13 and a partial path 14 between Inflow and return flow path 12
  • the feed or injection point 16 corresponds to the location the energy exchange with the relevant heating or cooling unit and that Actuator 07, for example, one assigned to the heating or cooling unit Power control or the like.
  • the connection point 10 in the circuit 03 is omitted because the fluid total circulated in the circuit 03 and 16 energy at the feed point is dissipated or heat or cold is "fed".
  • the heating or cooling unit corresponds to e.g. the actuator 07.
  • the temperature control is intended to set or maintain a specific temperature ⁇ 3 of the component 01, in particular in the case of a roller 01 the surface temperature ⁇ 3 on the roller 01 to a specific target value ⁇ 3 . This is done by measuring a meaningful temperature on the one hand and regulating the supply of fluid from the primary 04 into the secondary circuit 03 to generate a corresponding mixing temperature on the other hand.
  • the injection point 16 and an outlet of the component 01 there are between the injection point 16 and an outlet of the component 01 to be temperature-controlled at least two measuring points M1; M2; M3 with Sensors S1; S2; S3 is provided, with one of the measuring points M1 near the injection point 16 and at least one of the measuring points M2; M3 in the area of the component-near end of the Inflow section 12 and / or is arranged in the area of the component 01 itself.
  • the valve 07, the pump 11, the injection point 16 and the connection points 06; 08 are i. d. R. spatially close to each other, and z. B. in a dashboard indicated tempering cabinet 18th arranged. Inflow and return flow path 12; 13 between component 01 and not explicitly shown exit or entry into the temperature control cabinet 18 i. d.
  • the length is comparatively long, which is shown in FIG. 1 is indicated by respective interruptions.
  • the locations for the measurement are now like this selected that at least one measuring point M1 each in the area of the temperature control cabinet 18 and a measuring point M2; M3 close to the component, i.e. at the end of the long inflow section 12 is arranged.
  • a first temperature ⁇ 1 is measured between the injection point 16 and the pump 11, in particular between a swirl path 17 and the pump 11, by means of a first sensor S1.
  • a second temperature ⁇ 2 is determined by means of a second sensor S2 in the area of entry into component 01.
  • the temperature ⁇ 3 is also determined in FIG. 1 by measurement, specifically by an infrared sensor (IR sensor) S3 directed at the surface of the roller 01.
  • the sensor S3 can also be arranged in the area of the lateral surface or as explained below u. U. also omitted.
  • the temperature control takes place with the aid of a control device 21 or a control process 21, which is described in more detail below.
  • the control device 21 (FIG. 1) is based on a multi-loop, here three-loop cascade control.
  • An innermost control circuit has the sensor S1 just behind the injection point 16, a first controller R1 and the actuator 07, ie the valve 07.
  • the controller R1 receives a deviation ⁇ 1 of the measured value ⁇ 1 from a (corrected) setpoint ⁇ 1, soll, k (node K1) as input variable and acts on the actuator 07 according to its implemented control behavior and / or control algorithm with a control command ⁇ . I.e.
  • the (corrected) setpoint ⁇ 1, should, k is not, as is otherwise customary, directly specified by a controller or manually, but is instead formed using an output variable from at least one second control circuit located further "outside".
  • the second control loop has sensor S2 shortly before entering component 01 and a second controller R2.
  • the controller R2 receives as an input variable a deviation ⁇ 2 of the measured value ⁇ 2 at the sensor S2 from a (corrected) setpoint ⁇ 2, soll, k (node K2) and generates one at its output in accordance with its implemented control behavior and / or control algorithm Deviation ⁇ 2 correlated variable d ⁇ 1 (output variable d ⁇ 1 ), which should be used for the first controller R1 to form the corrected setpoint ⁇ 1, above. I.e. Depending on the deviation of the measured value ⁇ 2 from the (corrected) setpoint ⁇ 2, Soll , k , the quantity d ⁇ 1 influences the corrected setpoint ⁇ 1, Soll , k of the first controller R1.
  • the corrected target value ⁇ 1, target , k for the first controller R1 is formed from the quantity d ⁇ 1 and a theoretical target value ⁇ ' 1, target.
  • the theoretical setpoint ⁇ ' 1, should in turn is formed in a pilot control with regard to the heat flow V WF .
  • the pilot control element V WF here V 1, WF (index 1 for the first control circuit) takes into account the heat exchange (losses, etc.) of the fluid on a section and is based on empirical values (expert knowledge, calibration measurements, etc.).
  • the pilot control element V 1, WF takes into account , for example, the heat or cold losses on the section between the measuring points M1 and M2 by forming a correspondingly increased or decreased theoretical target value ⁇ ' 1 , which is then together with the quantity d ⁇ 1 to the corrected setpoint ⁇ 1, Soll , k is processed for the first controller R1.
  • the pre-control element V WF there is a relationship between the input variable (setpoint ⁇ 3, set or ⁇ ' 2, set or su ⁇ ' 2, set, n ) and a corrected output variable (modified setpoint ⁇ ' 2, set or su ⁇ ) ' 2, Soll , n or ⁇ ' 1, Soll , n ), which can preferably be changed via parameters or in any other way as required.
  • the pilot control element V 1, WF would be given a defined setpoint value ⁇ 2, setpoint as an input variable from a machine control or manually. This would also be used to form the above-mentioned deviation ⁇ 2 upstream of the second controller R2.
  • control device 21 has three cascaded control loops.
  • the corrected setpoint ⁇ 2, soll, k in front of the second controller R2 is now also not, as is customary, predefined directly by a controller or manually, but is instead formed using an output variable from a third, external control loop.
  • the third control circuit has the sensor S3, which detects the temperature on or in the area of the lateral surface, and a third controller R3.
  • the controller R3 receives a deviation ⁇ ist 3 of the measured value ⁇ 3 (with a running time T ' L3 ) at the sensor S3 from a target value ⁇ 3, target (node K3) and generates at its output according to its implemented control behavior and / or control algorithm a variable d ⁇ 2 correlated with the deviation ⁇ 3 , which is to be used for the second controller R2 to form the corrected desired value ⁇ 2, mentioned above.
  • the value d ⁇ 2 influences the corrected setpoint ⁇ 2, setpoint , k of the second controller R2.
  • the corrected target value ⁇ 2, target , k for the second controller R2 is formed from the quantity d ⁇ 2 and a theoretical target value ⁇ ' 2, target (or ⁇ " 2, target see below).
  • the theoretical target value ⁇ ' 2, target is again in a pilot control element with regard to the heat flow V 2, WF
  • the pilot control element V 2, WF takes into account, for example, the heat and cold losses on the section between the measuring points M2 and M3 by setting a correspondingly increased or decreased theoretical setpoint ⁇ ' 2, soll , which is then processed together with the quantity d ⁇ 2 to the corrected setpoint ⁇ 2, soll, k for the second controller R2.
  • the method described is thus based on the one hand on measuring the temperature directly behind the injection point 16, in particular with the interposition of a swirl chamber 17, and on at least one measurement near the component 01 to be temperature-controlled Control loops intermesh like a cascade and a measured value ⁇ 2 ; closer to component 01, already during the setpoint creation for the inner control loop; ⁇ 3 is taken into account.
  • a particularly short response time is achieved by a pilot control, which brings in empirical values for losses to be expected on the temperature control section 02.
  • a control loop located closer to the actuator 07 is therefore already given a setpoint which is increased or decreased by an empirical value in anticipation of losses.
  • FIG. 2 A section of the temperature control section shown schematically in Fig. 1 in a FIG. 2 shows an advantageous concrete embodiment.
  • the inflow section 12 from the Injection point 16 to a destination 22, i. H. the place, its surroundings or Surface to be cooled is in Fig. 2 in three sections 12.1; 12.2; 12.3 shown.
  • the first section 12.1 extends from the injection point 16 to the first measuring point M1 with the first sensor S1 and has a first path X1 and a first mean transit time T L1 .
  • the second section 12.2 extends from the first measuring point M1 to a "near-component" measuring point M2 with the sensor S2. It has a second path X2 and a second mean transit time T L2 .
  • the third section 12.3 with a third distance X3 and a third mean transit time T L3 for the fluid connects to the second measuring point M2 and extends to the destination 22 (here the first contact of the fluid in the area of the extended lateral surface).
  • a total running time T of the fluid from the injection point 16 to the destination thus results in T L1 + T L2 + T L3 .
  • the first measuring point M1 is selected "close to the feed point", ie at a short distance from the feed point, here the injection point 16.
  • a measuring point M1 close to the feed point or sensor S1 close to the actuating means is therefore understood here to mean a location in the area of the inflow path 12 which is less than a tenth, in particular a twentieth, of the distance from the feed point 16 to the first contact of the destination with regard to the running time of the fluid 22 (here the first contact of the fluid is in the area of the extended outer surface), ie T L1 ⁇ 0.1 T, in particular T L1 ⁇ 0.05 T.
  • the measuring point M1 is in relation to the running time of the fluid T L1 a maximum of 2 seconds, in particular a maximum of 1 second, from the injection point 16.
  • injection point 16, sensor S1 and the subsequent pump 11 are located in a temperature control cabinet 18, which forms a structural unit of the units included.
  • the measuring point M1 is preferably in front of the pump 11.
  • the temperature control cabinet 18 can be connected to the component 01.
  • component 01 and temperature control cabinet 18 are not arranged directly adjacent to one another in the machine, so that a line 26, for. B. a piping 26 or a hose 26, from the temperature control cabinet 18 to an inlet 27 into the component 01, for example to a bushing 27, in particular rotary joint 27, has a correspondingly large length.
  • the implementation in the roller 01 or the cylinder 01 is only shown schematically in FIG. 2. If the roller 01 or the cylinder 01 has a pin on the end face, as usual, it is carried out by the pin.
  • the path of the fluid to the outer surface and in component 01 along the outer surface is only shown symbolically and can be done in a known manner, for. B.
  • the second measuring point M2 is selected "close to the component", ie at a short distance from component 01 or target location 22, here the lateral surface.
  • the second measuring point M2 close to the component or the second sensor S2 close to the component is therefore to be understood here as a location in the region of the inflow path 12 which is farther away in terms of the running time of the fluid than halfway from the injection point 16 to the first contact with the destination 22 (here the first contact) of the fluid is in the area of the extended lateral surface).
  • the second measuring point M2 is arranged in the area of the line 26 in a stationary manner outside of the rotating component 01, and is however located Immediately, ie a maximum of 3 seconds away from entry 27 into component 01 with respect to the running time of the fluid.
  • the third measuring point M3, if present, is likewise arranged at least “close to the component”, but in particular “close to the destination”. I.e. it is located in the immediate vicinity of the target location 22 of the fluid or directly detects the surface to be tempered (here the outer surface of the roller 01). In an advantageous embodiment, the measuring point M3 does not detect the fluid temperature, such as e.g. B. in the case of the measuring points M2 and M3, but the area to be tempered of the component 01 itself.
  • the immediate vicinity of the target location 22 is understood here to mean that the sensor S3 is located between the fluid circulating in the component 01 and the outer surface or the temperature without contact ⁇ 3 detected on the lateral surface.
  • the measuring point S3 can be dispensed with.
  • Conclusions about the temperature ⁇ 3 can be obtained from empirical values through the measured values of the measuring point M2, for example on the basis of a stored relationship, an offset, a functional relationship.
  • a desired temperature ⁇ 3 , z. B. taking into account the machine or production parameters (including machine speed, ambient temperature and / or fluid throughput, (doctor blade) friction coefficient, thermal resistance) regulated to a desired temperature ⁇ 2 as a setpoint.
  • the measuring point M3 is again dispensed with, conclusions about the temperature ⁇ 3 , however, are derived from empirical values about the measured values of the measuring point M2 and a measuring point M4 arranged in the reflux after the component 01, for example again using a stored relationship, an offset, a functional relationship and / or by averaging the two measured values.
  • z. B either taking the machine or production parameters (including machine speed, ambient temperature and / or fluid throughput) back into account to a desired temperature ⁇ 2 as the setpoint, or else to the temperature ⁇ 3 indirectly determined by the two measured values.
  • the inflow and outflow of the fluid are in or out of the component 01 designed as a roller 01 or cylinder 01 on the same end face.
  • the rotary feedthrough is designed with two connections, or as shown with two feedthroughs arranged coaxially one inside the other and coaxial to the roller 01.
  • the measuring point M4 is also located as close as possible to the bushing.
  • a measured value ⁇ 5 of a sensor S5 at a measuring point M5 near or in the region of the section 14, that is to say at a short distance from the injection point 16, can be detected and additionally used for control in the innermost control loop.
  • the temperature control device has a swirl section 17, in particular a specially designed swirl chamber 17, on section 12.1 between the feed point 16 and the first measuring point M1.
  • the measuring point M1 should be arranged close to the feed point, so that the fastest possible response times in the control loop concerned can be achieved with the measuring point M1 and the actuator 07.
  • a homogeneous mixture between the fed-in and returned fluid (or in the heated / cooled fluid) has generally not yet been achieved directly behind the feed point, so that measurement errors make it difficult to regulate and u. U. delay the reaching of the ultimately desired temperature ⁇ 3 on component 01 considerably.
  • a change of direction follows immediately from 70 ° to 110 °, especially abruptly around 90 °, followed by a second Change in cross-section, namely reduction from cross-sectional area A2 to Cross-sectional area A3 connects with the factor f2 (f2 ⁇ 1).
  • the factor f2 is advantageously f2 ⁇ 0.5 is selected and is complementary to the factor f1 such that the two Cross-sectional areas A1; A3 essentially before and after the swirl chamber 17 are the same size.
  • Fig. 3 shows an embodiment of the swirl chamber 17 with (round) tubular Einund Outlet area 29; 31, with not shown tubular lines Cross-sectional area A1 here in centrally arranged openings 32; 33 as inlet 32 and Outlet 33 open.
  • the abutting line 34 of the tubular inlet and outlet regions 29; 31 does not form a pipe bend with a continuous curvature, but is at least in an angular plane formed by the flow directions in the inlet and outlet area executed kinked (see kink 36; 37).
  • the openings 32; 33 can be in one Training also non-centered in areas A2; A3 lie.
  • FIG. 4 shows an embodiment, wherein the swirl chamber 17 in geometry a joint of two box-shaped tubes is executed.
  • two Areas A2 each have the openings 32; 33 on.
  • the openings 32; 33 can again be arranged asymmetrically in the areas A2.
  • Fig. 5 shows an embodiment, wherein the swirl chamber 17 in geometry a cuboid, in a special design as in Fig. 4 as a cuboid the same Side edge lengths, is executed.
  • two adjacent surfaces A2 each have the openings 32; 33 on.
  • the change of direction in the area of the "imagined Sharp "(34) of inlet and outlet area (sharp) edged see kink 36; 37).
  • the openings 32; 33 again asymmetrical in areas A2 be arranged.

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Abstract

Eine Verwirbelungsstrecke in einer Regelstrecke zur Temperierung eines Bauteiles einer Maschine weist in direkter Abfolge eine Querschnittsvergrößerung, eine Richtungsänderung sowie eine Querschnittsverkleinerung auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verwirbelungsstrecke und eine Vorrichtung zur Temperierung eines Bauteiles gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 4.
Durch die DE 44 29 520 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Temperierung eines Bauteiles in einer Druckmaschine bekannt, wobei das Bauteil über ein zumindest teilweise umlaufendes Fluid temperiert wird. Ein Stellglied, mittels welchem ein Mischungsverhältnis an einer Einspeisestelle zweier Fluidströme verschiedener Temperatur einstellbar ist, wird über eine zwischen der Einspeisestelle und dem Bauteil angeordnete Temperaturmessstelle gesteuert.
Die EP 0 886 577 B1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Temperierung eines Bauteils, wobei eine Bauteiltemperatur mittels Sensoren überwacht und der Messwert an eine Steuereinheit gegeben wird. Weicht die am Bauteil gemessene Temperatur von einem Sollwert ab, so senkt bzw. erhöht die Steuereinheit die Temperatur eines Kühlmittels in einer Kühleinheit um eine bestimmten Betrag, wartet einen Zeitraum ab und wiederholt die Messung und die genannten Schritte bis der Sollwert wieder erreicht ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verwirbelungsstrecke und eine Vorrichtung zur Temperierung eines Bauteiles zu schaffen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 4 gelöst.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass ein sehr effektives Durchmischen auf kürzester Wegstrecke und damit in kürzester Zeit ohne teure Einbauten erreicht wird.
Die Temperierung arbeitet aufgrund der Verwirbelungsstrecke, die die frühzeitige Gewinnung eines sicheren Mischtemperatursignals ermöglicht, auch bei Vorliegen größerer nachfolgender Transportstrecken für das Temperiermedium, sehr schnell und stabil. Die kurze Reaktionszeit ermöglicht den Einsatz in Anwendungen und Prozessen mit hohen dynamischen Anteilen. So ist die vorliegende Temperierung auch dort von großem Vorteil, wo schnelle Änderungen in einem Temperatursollwert nachvollzogen werden müssen und/oder wo sich äußere Bedingungen, wie z. B. Energieeintrag durch Reibung oder Außentemperatur, sehr schnell ändern.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1
eine schematische Darstellung der Temperierstrecke;
Fig. 2
einen detaillierteren Ausschnitt der in Fig. 1 dargestellten Temperierstrecke;
Fig. 3
ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Verwirbelungskammer;
Fig. 4
ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Verwirbelungskammer;
Fig. 5
ein drittes Ausführungsbeispiel für eine Verwirbelungskammer.
Ein Bauteil 01 einer Maschine, z. B. einer Druckmaschine, soll temperiert werden. Das Bauteil 01 der Druckmaschine ist z. B. Teil eines nicht dargestellten Druckwerkes, insbesondere eine farbführende Walze 01 eines Druckwerkes. Diese Walze 01 kann als Walze 01 eines Farbwerkes, z. B. als Rasterwalze 01, oder als Zylinder 01 des Druckwerkes, z. B. als Formzylinder 01, ausgeführt sein. Besonders vorteilhaft ist die nachfolgend beschriebene Einrichtung und das Verfahren zur Temperierung zusammen mit einem Druckwerk für den wasserlosen Offsetdruck, d. h. einem Druckwerk ohne den Einsatz von Feuchtmittel, einsetzbar. Im Druckwerk, insbesondere einem Druckwerk für den wasserlosen Offsetdruck, ist die Qualität in der Farbübertragung äußerst stark abhängig von der Temperatur der Farbe und/oder der farbführenden Oberflächen (z. B. Mantelfläche von Walzen 01 oder Zylindern 01). Darüber hinaus ist die Qualität in der Farbübertragung auch noch empfindlich gegenüber einer Spaltgeschwindigkeit, also der Maschinendrehzahl.
Die Temperierung erfolgt über ein Temperiermedium, insbesondere ein Fluid wie z. B. Wasser, welches über eine Temperierstrecke 02 mit dem Bauteil 01 in thermische Wechselwirkung gebracht wird. Soll das Bauteil 01 mit dem Fluid angeströmt werden, so kann das Fluid auch ein Gas oder Gasgemisch, wie z. B. Luft sein. Zur Temperierung wird dem Bauteil 01 in einem ersten Kreislauf 03 das Fluid zugeführt, durchströmt oder umströmt das Bauteil 01, nimmt Wärme auf (kühlen) oder gibt Wärme ab (heizen) und strömt entsprechend erwärmt oder abgekühlt wieder zurück. In diesem ersten Kreislauf 03 kann ein Heiz- oder Kühlaggregat angeordnet sein, welches zur Herstellung der gewünschten Fluidtemperatur dienen kann.
In der vorteilhaften Ausgestaltung nach Fig. 1 steht der erste Kreislauf 03 jedoch als Sekundärkreislauf 03 in Verbindung zu einem zweiten Kreislauf 04, einem Primärkreislauf 04, in welchem das Fluid mit einer definierten und weitgehend konstanten Temperatur Tv, z. B. Vorlauftemperatur Tv, umläuft. Eine Temperiereinrichtung, z. B. ein Thermostat, ein Heiz- und/oder Kühlaggregat etc., welches für die Vorlauftemperatur Tv sorgt, ist hier nicht dargestellt. Über eine Verbindung 05 zwischen Primär- und Sekundärkreislauf 03; 04 kann an einer ersten Verbindungsstelle 06 des Primärkreislaufes 04 über ein Stellglied 07, z. B. ein steuerbares Ventil 07, Fluid aus dem Primärkreislauf 04 entnommen und dem Sekundärkreislauf 03 zudosiert werden. An einer zweiten Verbindungsstelle 08 wird, je nach Zufuhr neuen Fluids an der Verbindungsstelle 06, Fluid vom Sekundärkreislauf 03 an einer Verbindungsstelle 10 über eine Verbindung 15 in den Primärkreislauf 04 zurückgegeben. Hierzu befindet sich beispielsweise das Fluid im Bereich der ersten Verbindungsstelle 06 auf einem höheren Druckniveau als im Bereich der zweiten Verbindungsstelle 08. Eine Differenz Δp im Druckniveau wird z. B. durch ein entsprechendes Differenzdruckventil 09 zwischen den Verbindungsstellen 06; 08 erzeugt.
Das Fluid, bzw. ein Großteil des Fluids, wird durch einen Antrieb 11, beispielsweise durch eine Pumpe 11, eine Turbine 11 oder in sonstiger Weise, auf einer Zuflussstrecke 12, durch das Bauteil 01, einer Rückflussstrecke 13 und einer Teilstrecke 14 zwischen Zufluss- und Rückflussstrecke 12; 13 im Sekundärkreislauf 03 zirkuliert. Je nach Zufuhr über das Ventil 07 fließt nach Durchlaufen des Bauteils 01 eine entsprechende Menge Fluid über die Verbindung 15 in den Primärkreislauf 04 ab bzw. eine entsprechend verminderte Menge Fluids durch die Teilstrecke 14. Der über die Teilstrecke 14 zurückfließende Teil und der frisch über das Ventil 07 an einer Einspeise- bzw. Einspritzstelle 16 zugeführte Teil vermischen sich und bilden nun das zur Temperierung gezielt temperierte Fluid. Zur Verbesserung der Durchmischung ist in vorteilhafter Ausführung möglichst direkt hinter der Einspritzstelle 16, insbesondere zwischen der Einspritzstelle 16 und der Pumpe 11, eine Verwirbelungsstrecke 17, insbesondere eine Verwirblungskammer 17, angeordnet.
Im o. g. Fall, dass nicht mittels eines Primärkreislaufs 04, sondern mittels eines Heiz- oder Kühlaggregates temperiert wird, entspricht die Einspeise- bzw. Einspritzstelle 16 dem Ort des Energieaustausches mit dem betreffenden Heiz- oder Kühlaggregat und das Stellglied 07 beispielsweise einer dem Heiz- oder Kühlaggregat zugeordneten Leistungssteuerung o. ä. Die Verbindungsstelle 10 im Kreislauf 03 entfällt, da das Fluid insgesamt im Kreislauf 03 zirkuliert und an der Einspeisestelle 16 Energie zu- oder abgeführt bzw. Wärme oder Kälte "eingespeist" wird. Das Heiz- oder Kühlaggregat entspricht hierbei z.B. dem Stellglied 07.
Durch die Temperierung soll letztlich eine bestimmte Temperatur 3 des Bauteils 01, insbesondere im Fall einer Walze 01 die Oberflächentemperatur 3 auf der Walze 01 auf einen bestimmten Sollwert 3,soll eingestellt bzw. gehalten werden. Dies erfolgt durch Messung einer aussagekräftigen Temperatur einerseits und ein Regeln der Zufuhr an Fluid aus dem Primär- 04 in den Sekundärkreislauf 03 zur Erzeugung einer entsprechenden Mischtemperatur andererseits.
In einer vorteilhaften Ausführung sind zwischen der Einspritzstelle 16 und einem Austritt des zu temperierenden Bauteils 01 mindestens zwei Messstellen M1; M2; M3 mit Sensoren S1; S2; S3 vorgesehen, wobei eine der Messstellen M1 nahe der Einspritzstelle 16 und mindestens eine der Messstellen M2; M3 im Bereich des bauteilnahen Endes der Zuflussstrecke 12 und/oder im Bereich des Bauteils 01 selbst angeordnet ist. Das Ventil 07, die Pumpe 11, die Einspritzstelle 16 sowie die Verbindungsstellen 06; 08 sind i. d. R. räumlich nah zueinander, und z. B. in einem strichliert angedeuteten Temperierschrank 18 angeordnet. Zufluss- und Rückflussstrecke 12; 13 zwischen dem Bauteil 01 und dem nicht explizit dargestellten Austritt bzw. Eintritt in den Temperierschrank 18 weisen i. d. R. eine gegenüber den übrigen Wegstrecken vergleichsweise große Länge auf, was in Fig. 1 durch jeweilige Unterbrechungen angedeutet ist. Die Orte für die Messung sind nun so gewählt, dass mindestens je eine Messstelle M1 im Bereich des Temperierschrankes 18 und eine Messstelle M2; M3 bauteilnah, also am Ende der langen Zuflussstrecke 12 angeordnet ist.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 erfolgt die Messung einer ersten Temperatur 1 zwischen der Einspritzstelle 16 und der Pumpe 11, insbesondere zwischen einer Verwirbelungsstrecke 17 und der Pumpe 11, mittels eines ersten Sensors S1. Eine zweite Temperatur 2 wird mittels eines zweiten Sensors S2 im Bereich des Eintrittes in das Bauteil 01 ermittelt. Die Temperatur 3 wird in Fig. 1 ebenfalls durch Messung ermittelt, und zwar durch einen auf die Oberfläche der Walze 01 gerichteten Infrarot-Sensor (IR-Sensor) S3. Der Sensor S3 kann auch im Bereich der Mantelfläche angeordnet sein oder wie unten erläutert u. U. auch entfallen.
Die Temperierung erfolgt mit Hilfe einer Regeleinrichtung 21 bzw. eines Regelungsprozesses 21, welcher im Folgenden näher beschrieben ist. Der Regeleinrichtung 21 (Fig. 1) liegt eine mehrschleifige, hier dreischleifige Kaskadenregelung zu Grunde. Ein innerster Regelkreis weist den Sensor S1 kurz hinter der Einspritzstelle 16, einen ersten Regler R1 und das Stellglied 07, d. h. das Ventil 07, auf. Der Regler R1 erhält als Eingangsgröße eine Abweichung Δ1 des Messwertes 1 von einem (korrigierten) Sollwert 1,soll,k (Knoten K1) und wirkt entsprechend seines implementierten Regelverhaltens und/oder Regelalgorithmus mit einem Stellbefehl Δ auf das Stellglied 07. D. h. je nach Abweichung des Messwertes 1 vom (korrigierten) Sollwert 1,soll,k öffnet oder schließt er das Ventil 07 oder behält die Stellung bei. Der (korrigierte) Sollwert 1,soll,k wird nun nicht wie sonst üblich direkt durch eine Steuerung oder manuell vorgegeben, sondern wird unter Verwendung einer Ausgangsgröße mindestens eines zweiten, weiter "außen" liegenden Regelkreises gebildet. Der zweite Regelkreis weist den Sensor S2 kurz vor dem Eintritt in das Bauteil 01 sowie einen zweiten Regler R2 auf. Der Regler R2 erhält als Eingangsgröße eine Abweichung Δ2 des Messwertes 2 am Sensor S2 von einem (korrigierten) Sollwert 2,soll,k (Knoten K2) und erzeugt an seinem Ausgang entsprechend seines implementierten Regelverhaltens und/oder Regelalgorithmus eine mit der Abweichung Δ2 korrelierte Größe d1 (Ausgangsgröße d1), welche mit zur Bildung des o. g. korrigierten Sollwertes 1,soll,k für den ersten Regler R1 herangezogen wird. D. h. je nach Abweichung des Messwertes 2 vom (korrigierten) Sollwert 2,soll,k wird über die Größe d1 Einfluss auf den zu bildenden korrigierten Sollwert 1,soll,k des ersten Reglers R1 genommen.
In einer bevorzugten Ausführung wird der korrigierte Sollwert 1,soll,k für den ersten Regler R1 aus der Größe d1 und einem theoretischen Sollwert '1,soll gebildet. Der theoretische Sollwert '1,soll wiederum wird in einem Vorsteuerglied bzgl. des Wärmeflusses VWF gebildet. Das Vorsteuerglied VWF , hier V1,WF (Index 1 für ersten Regelkreis) berücksichtigt den Wärmeaustausch (Verluste etc.) des Fluids auf einer Teilstrecke und basiert auf Erfahrungswerten (Expertenwissen, Eichmessungen etc.). So berücksichtigt das Vorsteuerglied V1,WF beispielsweise die Wärme- bzw. Kälteverluste auf der Teilstrecke zwischen den Messstellen M1 und M2, indem es einen entsprechend erhöhten bzw. erniedrigten theoretischen Sollwert '1,soll bildet, welcher dann zusammen mit der Größe d1 zum korrigierten Sollwert 1,soll, k für den ersten Regler R1 verarbeitet wird. Im Vorsteuerglied VWF ist ein Zusammenhang zwischen der Eingangsgröße (Sollwert 3,soll bzw. '2,soll bzw. s.u. '2,soll,n) und einer korrigierten Ausgangsgröße (modifizierter Sollwert '2,soll bzw. s.u. '2,soll,n bzw. '1,soll,n) fest vorgehalten, der vorzugsweise über Parameter oder in sonstiger Weise nach Bedarf änderbar ist.
Prinzipiell ist eine einfache Ausführung der Regeleinrichtung möglich, in welcher lediglich die beiden ersten genannten Regelkreise die Kaskadenregelung bilden. In diesem Fall würde dem Vorsteuerglied V1,WF als Eingangsgröße von einer Maschinensteuerung oder manuell ein definierter Sollwert 2,soll vorgegeben. Dieser würde auch zur Bildung der o. g. Abweichung Δ2 vor dem zweiten Regler R2 herangezogen.
In der in Fig. 1 dargestellten Ausführung weist die Regeleinrichtung 21 jedoch drei kaskadierte Regelkreise auf. Der korrigierte Sollwert 2,soll,k vor dem zweiten Regler R2 wird nun ebenfalls nicht wie sonst üblich direkt durch eine Steuerung oder manuell vorgegeben, sondern wird unter Verwendung einer Ausgangsgröße eines dritten, äußeren Regelkreises gebildet. Der dritte Regelkreis weist den Sensor S3 auf, welcher die Temperatur auf oder im Bereich der Mantelfläche detektiert, sowie einen dritten Regler R3. Der Regler R3 erhält als Eingangsgröße eine Abweichung Δ3 des Messwertes 3 (mit einer Laufzeit T'L3) am Sensor S3 von einem Sollwert 3,soll (Knoten K3) und erzeugt an seinem Ausgang entsprechend seines implementierten Regelverhaltens und/oder Regelalgorithmus eine mit der Abweichung Δ3 korrelierte Größe d2, welche mit zur Bildung des o. g. korrigierten Sollwertes 2,soll,k für den zweiten Regler R2 herangezogen wird. D. h. je nach Abweichung des Messwertes 3 vom durch eine Maschinensteuerung oder manuell vorgegebenen Sollwert 3,soll (oder einem korrigierten Sollwert "3,soll , s.u.) wird über die Größe d2 Einfluss auf den zu bildenden korrigierten Sollwert 2,soll,k des zweiten Reglers R2 genommen.
Der korrigierte Sollwert 2,soll,k für den zweiten Regler R2 wird aus der Größe d2 und einem theoretischen Sollwert '2,soll (oder "2,soll s.u.) gebildet. Der theoretische Sollwert '2,soll wird wieder in einem Vorsteuerglied bzgl. des Wärmeflusses V2,WF gebildet. Das Vorsteuerglied V2,WF berücksichtigt beispielsweise hier die Wärme- bzw. Kälteverluste auf der Teilstrecke zwischen den Messstellen M2 und M3, indem es einen entsprechend erhöhten bzw. erniedrigten theoretischen Sollwert '2,soll bildet, welcher dann zusammen mit der Größe d2 zum korrigierten Sollwert 2,soll,k für den zweiten Regler R2 verarbeitet wird.
Das beschriebene Verfahren beruht somit zum einen auf der Messung der Temperatur direkt hinter der Einspritzstelle 16, insbesondere unter Zwischenschaltung einer Verwirbelungskammer 17, sowie mindestens einer Messung nahe dem zu temperierenden Bauteil 01. Zum zweiten wird eine besonders kurze Reaktionszeit der Regelung dadurch erreicht, dass mehrere Regelkreise kaskadenartig ineinander greifen und bereits bei der Sollwertbildung für den inneren Regelkreis ein näher am Bauteil 01 befindlicher Messwert 2; 3 berücksichtigt wird. Zum dritten wird eine besonders kurze Reaktionszeit durch eine Vorsteuerung erreicht, welche Erfahrungswerte für auf der Temperierstrecke 02 zu erwartende Verluste einbringt. Einem näher am Stellglied 07 befindlichen Regelkreis wird somit in Erwartung von Verlusten bereits ein um einen Erfahrungswert entsprechend erhöhter oder erniedrigter Sollwert vorgegeben.
Einen Ausschnitt der schematisch in Fig. 1 dargestellten Temperierstrecke in einer vorteilhaften konkreten Ausführung zeigt Fig. 2. Die Zuflussstrecke 12 von der Einspritzstelle 16 bis zu einem Zielort 22, d. h. dem Ort, dessen Umgebung bzw. Oberfläche gekühlt werden soll, ist in Fig. 2 in drei Abschnitten 12.1; 12.2; 12.3 dargestellt.
Der erste Abschnitt 12.1 reicht von der Einspritzstelle 16 bis zur ersten Messstelle M1 mit dem ersten Sensor S1 und weist eine erste Wegstrecke X1 sowie eine erste mittlere Laufzeit TL1 auf. Der zweite Abschnitt 12.2 reicht von der ersten Messstelle M1 bis zu einer "bauteilnahen" Messstelle M2 mit dem Sensor S2. Er weist eine zweite Wegstrecke X2 sowie eine zweite mittlere Laufzeit TL2 auf. Der dritte Abschnitt 12.3 mit einer dritten Wegstrecke X3 sowie einer dritten mittleren Laufzeit TL3 für das Fluid schließt sich an die zweite Messstelle M2 an und reicht bis zum Zielort 22 (hier der Erstkontakt des Fluids im Bereich der ausgedehnten Mantelfläche). Eine Gesamtlaufzeit T des Fluids von der Einspritzstelle 16 bis zum Zielort ergibt sich somit zu TL1 + TL2 + TL3.
Die erste Messstelle M1 ist "einspeisestellennah", d. h. in geringem Abstand zur Einspeisestelle, hier der Einspritzstelle 16, gewählt. Unter einspeisestellennaher Messstelle M1 bzw. stellmittelnahem Sensor S1 wird hier daher ein Ort im Bereich der Zuflussstrecke 12 verstanden, welcher bzgl. der Laufzeit des Fluids weniger als auf einem zehntel, insbesondere als einem zwanzigstel, der Strecke von der Einspeisestelle 16 bis zur Erstberührung des Zielortes 22 (hier der Erstkontakt des Fluids im Bereich der ausgedehnten Mantelfläche) liegt, d. h. es gilt TL1 < 0,1 T, insbesondere TL1 < 0,05 T. Für eine hohe Regeldynamik liegt die Messstelle M1 bezüglich der Laufzeit des Fluids TL1 maximal 2 Sekunden, insbesondere maximal 1 Sekunde, von der Einspritzstelle 16 entfernt. Wie bereits zu Fig. 1 genannt, befinden sich Einspritzstelle 16, Sensor S1 sowie die nachfolgende Pumpe 11 in einem Temperierschrank 18, welcher eine bauliche Einheit der beinhalteten Aggregate bildet. Die Messstelle M1 liegt bevorzugt vor der Pumpe 11.
Über lösbare Verbindungen 23; 24 in der Zuflussstrecke 12 sowie der Rückflussstrecke 13 ist der Temperierschrank 18 mit dem Bauteil 01 verbindbar.
In der Regel sind Bauteil 01 und Temperierschrank 18 nicht direkt zueinander benachbart in der Maschine angeordnet, so dass eine Leitung 26, z. B. eine Verrohrung 26 oder ein Schlauch 26, vom Temperierschrank 18 zu einem Eintritt 27 in das Bauteil 01, z.B. zu einer Durchführung 27, insbesondere Drehdurchführung 27, eine entsprechend große Länge aufweist. Die Durchführung in die Walze 01 bzw. den Zylinder 01 ist in Fig. 2 lediglich schematisch dargestellt. Weist die Walze 01 bzw. der Zylinder 01 wie üblich stirnseitig einen Zapfen auf, so erfolgt die Durchführung durch den Zapfen. Auch der Weg des Fluids zur Mantelfläche sowie im Bauteil 01 entlang der Mantelfläche ist nur symbolisch dargestellt und kann in bekannter Weise, z. B. in axialen oder spiralenförmigen Kanälen, in ausgedehnten Hohlräumen, in einem Kreisringquerschnitt, oder in anderen geeigneten Weisen unterhalb der Mantelfläche verlaufen. Die zweite Messstelle M2 ist "bauteilnah", d.h. in geringem Abstand zum Bauteil 01 bzw. zum Zielort 22, hier der Mantelfläche, gewählt. Unter bauteilnaher zweiter Messstelle M2 bzw. bauteilnahem zweitem Sensor S2 wird hier daher ein Ort im Bereich der Zuflussstrecke 12 verstanden, welcher bzgl. der Laufzeit des Fluids weiter entfernt als auf halber Strecke von der Einspritzstelle 16 bis zur Erstberührung des Zielortes 22 (hier der Erstkontakt des Fluids im Bereich der ausgedehnten Mantelfläche) liegt. Es gilt TL2 > 0,5 T. Um eine hohe Dynamik der Regelung bei gleichzeitig geringem baulichen Aufwand bei rotierenden Bauteilen 01 zu erhalten, ist die zweite Messstelle M2 im Bereich der Leitung 26 ortsfest noch außerhalb des rotierenden Bauteils 01 angeordnet, und liegt jedoch unmittelbar, d. h. bezüglich der Laufzeit des Fluids maximal 3 Sekunden vom Eintritt 27 in das Bauteil 01 entfernt.
Die dritte Messstelle M3, falls vorhanden, ist ebenfalls zumindest "bauteilnah", insbesondere jedoch "zielortnah" angeordnet. D. h. sie befindet sich in unmittelbarer Umgebung zum Zielort 22 des Fluids oder detektiert direkt die zu temperierende Oberfläche (hier Mantelfläche der Walze 01). In vorteilhafter Ausführung detektiert die Messstelle M3 nicht die Fluidtemperatur, wie z. B. im Fall der Messstellen M2 und M3, sondern den zu temperierenden Bereich des Bauteils 01 selbst. Unter unmittelbarer Umgebung zum Zielort 22 wird hier verstanden, dass sich der Sensor S3 zwischen im Bauteil 01 zirkulierendem Fluid und der Mantelfläche befindet oder aber berührungslos die Temperatur 3 auf der Mantelfläche detektiert.
In einer anderen Ausführung der Temperiervorrichtung kann auf die Messstelle S3 verzichtet werden. Rückschlüsse auf die Temperatur 3 können aus Erfahrungswerten durch die Messwerte der Messstelle M2 , beispielsweise anhand eines hinterlegten Zusammenhanges, eines Offset, eines funktionellen Zusammenhanges, gewonnen werden. Für eine gewünschte Temperatur 3 wird dann z. B. unter Berücksichtigung der Maschinen- bzw. Produktionsparameter (u.a. Maschinendrehzahl, Umgebungstemperatur und/oder Fluiddurchsatz, (Rakel-)Reibungskoeffizient, Wärmedurchgangswiderstand) auf eine gewünschte Temperatur 2 als Sollwert geregelt.
In einer weiteren Ausführung wird wieder auf die Messstelle M3 verzichtet, Rückschlüsse auf die Temperatur 3 werden jedoch aus Erfahrungswerten über die Messwerte der Messstelle M2 und einer im Rückfluß nach dem Bauteil 01 angeordneten Messstelle M4, beispielsweise wieder anhand eines hinterlegten Zusammenhanges, eines Offset, eines funktionellen Zusammenhanges und/oder durch Mittelwertbildung der beiden Messwerte, gewonnen. Für eine gewünschte Temperatur 3 wird dann z. B. entweder unter Berücksichtigung der Maschinen- bzw. Produktionsparameter (u.a. Maschinendrehzahl, Umgebungstemperatur und/oder Fluiddurchsatz) wieder auf eine gewünschte Temperatur 2 als Sollwert geregelt, oder aber auf die durch die beiden Messwerte indirekt ermittelte Temperatur 3. In Fig. 2 befinden sich Zu- und Abfluss des Fluids in bzw. aus dem als Walze 01 oder Zylinder 01 ausgeführten Bauteil 01 auf der selben Stirnseite. Dementsprechend ist die Drehdurchführung hierbei mit zwei Anschlüssen, oder wie dargestellt mit zwei koaxial ineinander und koaxial zur Walze 01 angeordneten Durchführungen, ausgeführt. Die Messstelle M4 ist ebenfalls möglichst nah an der Durchführung angeordnet.
Ein Messwert 5 eines Sensors S5 an einer Messstelle M5 nahe der oder im Bereich der Teilstrecke 14, d. h. in kurzem Abstand zum Einspritzpunkt 16 kann erfasst und zusätzlich zur Regelung im innersten Regelkreis herangezogen werden.
In der vorteilhaften Ausführung der Temperiervorrichtung weist diese auf dem Abschnitt 12.1 zwischen Einspeisestelle 16 und erster Messstelle M1 eine Verwirbelungsstrecke 17, insbesondere eine speziell ausgebildete Verwirbelungskammer 17, auf. Wie oben bereits erwähnt, soll die Messstelle M1 einspeisestellennah angeordnet sein, damit möglichst schnelle Reaktionszeiten im betreffenden Regelkreis mit der Messstelle M1 und dem Stellglied 07 realisierbar sind. Andererseits ist jedoch dicht hinter der Einspeisestelle in der Regel noch kein homogenes Gemisch zwischen eingespeistem und rückgelaufenem Fluid (bzw. im geheiztem/gekühltem Fluid) erreicht, so dass Messwertfehler ein Regeln erschweren und u. U. das Erreichen der letztlich gewünschten Temperatur 3 am Bauteil 01 erheblich verzögern.
Der Einsatz der Verwirbelungsstrecke 17, insbesondere der speziell ausgeführten Verwirbelungskammer 17 gemäß Fig. 3 und 4, gewährleisten in einfacher Weise ein sicheres Durchmischen des Fluids auf kürzester Distanz, so dass die o. g. Bedingung bzgl. der kurzen Laufzeit T1 erfüllbar ist.
Auf kleinstem Bauraum erfolgt zunächst eine erste Querschnittsänderung, wobei sich eine erste Querschnittsfläche A1 sprunghaft mindestens um einen Faktor f1 = 2 auf eine zweite Querschnittsfläche A2 vergrößert. Im direkten Anschluß erfolgt eine Richtungsänderung von 70° bis 110°,insbesondere abrupt um ca. 90°, worauf sich eine zweite Querschittsänderung und zwar Verkleinerung von der Querschnittsfläche A2 auf die Querschnittsfläche A3 mit dem Faktor f2 (f2<1) anschließt. Der Faktor f2 ist vorteilhaft f2 ≤ 0,5 gewählt und ist komplementär zum Faktor f1 derart gewählt, dass die beiden Querschnittsflächen A1; A3 vor und nach der Verwirbelungskammer 17 im wesentlichen gleich groß sind.
Fig. 3 zeigt eine Ausführung der Verwirbelungskammer 17 mit (rund-)rohrförmigem Einund Auslassbereich 29; 31, wobei nicht dargestellte rohrförmige Leitungen mit Querschnittsfläche A1 hier in zentral angeordnete Öffnungen 32; 33 als Einlass 32 und Auslass 33 münden. Die Stoßlinie 34 der rohrförmigem Ein- und Auslassbereiche 29; 31 bildet keinen Rohrbogen mit stetig verlaufender Krümmung, sondern ist zumindest in einer durch die Flussrichtungen im Einlass- und Auslassbereich gebildete Ebene kantig abgeknickt ausgeführt (siehe Knick 36; 37). Die Öffnungen 32; 33 können in einer Weiterbildung auch nichtzentrisch in den Flächen A2; A3 liegen.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, wobei die Verwirbelungskammer 17 in der Geometrie eines Stoßes zweier kastenförmiger Rohre ausgeführt ist. Hierbei weisen wieder zwei Flächen A2 jeweils die Öffnungen 32; 33 auf. Auch hier ist die Richtungsänderung im Bereich des vorhandenen oder "gedachten" Stoßes 34 von Einlass- und Auslassbereich (scharf)kantig ausgeführt (siehe Knick 36; 37). Die Öffnungen 32; 33 können wieder asymmetrisch in den Flächen A2 angeordnet sein.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, wobei die Verwirbelungskammer 17 in der Geometrie eines Quaders, in spezieller Ausführung wie in Fig. 4 als Quader gleicher Seitenkantenlängen, ausgeführt ist. Hierbei weisen zwei benachbarte Flächen A2 jeweils die Öffnungen 32; 33 auf. Auch hier ist die Richtungsänderung im Bereich des "gedachten Stoßes" (34) von Einlass- und Auslassbereich (scharf)kantig ausgeführt (siehe Knick 36; 37). Auch hier können die Öffnungen 32; 33 wieder asymmetrisch in den Flächen A2 angeordnet sein.
Bezugszeichenliste
01
Bauteil, Walze, Rasterwalze, Zylinder, Formzylinder
02
Regelstrecke, Temperierstrecke
03
Kreislauf, erster; Sekundärkreislauf
04
Kreislauf, zweiter; Primärkreislauf
05
Verbindung
06
Verbindungsstelle, erste
07
Stellglied, Ventil
08
Verbindungsstelle, zweite
09
Ventil, Differenzdruckventil
10
Verbindungsstelle
11
Antrieb, Pumpe, Turbine
12
Zuflussstrecke
12.1
Abschnitt, erster
12.2
Abschnitt, zweiter
12.3
Abschnitt, dritter
13
Rückflussstrecke
14
Teilstrecke
15
Verbindung
16
Einspeisestelle, Einspritzstelle
17
Verwirbelungsstrecke, Verwirbelungskammer
18
Temperierschrank
19
-
20
-
21
Regeleinrichtung, Regelungsprozess
22
Zielort
23
Verbindung, lösbar
24
Verbindung, lösbar
25
-
26
Leitung, Verrohrung, Schlauch
27
Eintritt, Durchführung, Drehdurchführung
28
-
29
Einlassbereich
30
-
31
Auslassbereich
32
Öffnung, Einlass
33
Öffnung, Auslass
34
Stoßlinie
35
-
36
Knick
37
Knick
A1 bis A3
Flächen, Querschnittsfläche
K1 bis K3
Knoten
M1 bis M5
Messstellen
R1 bis R3
Regler
S1 bis S5
Sensoren
Tei
Zeitkonstante (Index i bezeichnet den Regelkreis)
TLi
Laufzeit, Fluid (Index i bezeichnet den Regelkreis)
T'L3
Laufzeit, Temperaturantwort am Sensor S3
TV
Temperatur, Vorlauftemperatur
V(i)WF
Vorsteuerglied bzgl. Wärmefluß (Index i bezeichnet ggf. den Regelkreis)
di
Größe, Ausgangsgröße
Δi
Abweichung
i
Temperatur, Messwert (Index i bezeichnet den Regelkreis)
'i,soll
Sollwert, theoretisch (Index i bezeichnet den Regelkreis)
i,soll, k
korrigierter Sollwert (Index i bezeichnet den Regelkreis)
Δ
Stellbefehl
Δp
Differenz im Druckniveau

Claims (18)

  1. Verwirbelungsstrecke (17) in einer Regelstrecke (02) zur Temperierung eines Bauteiles (01) einer Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwirbelungsstrecke (17) in direkter Abfolge eine Querschnittsvergrößerung, eine Richtungsänderung sowie eine Querschnittsverkleinerung aufweist.
  2. Verwirbelungsstrecke (17) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwirbelungsstrecke (17) in einer Regelstrecke (02) zur Temperierung eines Bauteils (01) einer Druckmaschine angeordnet ist.
  3. Verwirbelungsstrecke (17) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwirbelungsstrecke (17) zwischen einer Einspeisestelle (16) und dem Bauteil (01) angeordnet ist.
  4. Vorrichtung zur Temperierung eines Bauteiles (01) einer Druckmaschine mittels eines Fluids, dessen Temperatur an einer Einspeisestelle (16) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Regelstrecke (02) zwischen einer Einspeisestelle (16) und dem Bauteil (01) eine Verwirbelungsstrecke (17) angeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwirbelungsstrecke (17) in direkter Abfolge eine Querschnittsvergrößerung, eine Richtungsänderung sowie eine Querschnittsverkleinerung aufweist.
  6. Verwirbelungsstrecke (17) nach Anspruch 1 oder Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwirbelungsstrecke (17) als Verwirbelungskammer (17) ausgeführt ist.
  7. Verwirbelungsstrecke (17) nach Anspruch 1 oder Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei der Querschnittsvergrößerung eine Querschnittsfläche (A1) sprunghaft um mindestens einen Faktor 2 auf eine neue Querschnittsfläche (A2) vergrößert.
  8. Verwirbelungsstrecke (17) nach Anspruch 1 oder Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtungsänderung 70° bis 110° beträgt.
  9. Verwirbelungsstrecke (17) nach Anspruch 1 oder Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei der Querschnittsverkleinerung eine Querschnittsfläche (A2) sprunghaft um höchstens einen Faktor 0,5 auf eine neue Querschnittsfläche (A3) verkleinert.
  10. Verwirbelungsstrecke (17) nach Anspruch 1 oder Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwirbelungsstrecke (17) zwischen einer Einspeisestelle (16) und einer ersten Messstelle (M1) für die Temperatur im Bereich einer Zuflussstrecke (12) angeordnet ist.
  11. Verwirbelungsstrecke (17) oder Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Messstelle (M1) bezüglich einer Laufzeit des Fluids TL1 maximal 2 Sekunden von der Einspritzstelle 16 entfernt angeordnet ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuflussstrecke (12) eine zweite Messstelle (M2) vorgesehen ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Messstelle (M2) bezüglich einer Laufzeit des Fluids TL2 weiter entfernt als auf halber Strecke von der Einspritzstelle (16) bis zum Zielort (22) angeordnet ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Messwerte (1; 2) der beiden Messstellen (M1; M2) einer gemeinsamen Regeleinrichtung (21) zugeführt sind.
  15. Verwirbelungsstrecke (17) oder Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ein- und Auslassbereich (29; 31) der Verwirbelungskammer (17) in Form zweier kastenförmiger Rohre ausgeführt sind, und eine Stoßlinie (34) der Ein- und Auslassbereiche (29; 31) zumindest in einer durch die Flussrichtungen im Einlass- und Auslassbereich (29; 31) gebildete Ebene kantig abgeknickt (36; 37) ausgeführt sind.
  16. Verwirbelungsstrecke (17) oder Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwirbelungskammer (17) einen rohrförmigem Ein- und Auslassbereich (29; 31) aufweist, und eine Stoßlinie (34) der rohrförmigem Ein- und Auslassbereiche (29; 31) zumindest in einer durch die Flussrichtungen im Einlassund Auslassbereich (29; 31) gebildete Ebene kantig abgeknickt (36; 37) ausgeführt sind.
  17. Verwirbelungsstrecke (17) oder Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwirbelungskammer (17) in der Geometrie eines Quaders ausgeführt ist, welcher in zwei benachbarten Flächen (A2) jeweils eine Öffnung (32; 33) zur Zufuhr bzw. Abfuhr des Fluids aufweist.
  18. Verwirbelungsstrecke (17) nach Anspruch 1 oder Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (01) als Walze (01) oder Zylinder (01) eines feuchtmittelfreien Offsetdruckwerkes ausgeführt ist.
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