Die Erfindung betrifft eine Klimaregelanlage zur Regelung klimatischer Parameter in einer Spritzkabine für das Lackieren von Werkstücken, insbesondere einer Spritzkabine für das Lackieren mit wasserlöslichen Lacken.

Eine solche Klimaregelanlage ist aus der DE 199 42 491 A1 bekannt. In einer Zuluftanlage für eine Spritzkabine befindet sich eine Heizeinrichtung, eine Kühleinrichtung und eine Befeuchtereinrichtung, um die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit der der Spritzkabine zugeführten Luft zu regulieren. Dabei wird vorgeschlagen die Temperaturabweichung zwischen der Soll- und Isttemperatur und die Luftfeuchtigkeitsabweichung zwischen der Soll- und Istluftfeuchtigkeit bei der Bildung der Reglereingangsgrößen zu verkoppeln, z.B. durch die Bildung einer gewichteten Summe. Dadurch soll das Umschalten zwischen einer Temperaturregelung und Luftfeuchtigkeitsregelung vermieden werden. Dabei wird verhindert, dass Heizeinrichtung, Kühleinrichtung und Befeuchtereinrichtung gleichzeitig betrieben werden, um Energie zu sparen. Eine der Einrichtungen wird nur dann aktiviert, wenn sich zumindest eine der anderen Einrichtungen im deaktivierten Ruhezustand befindet.

Ferner ist auch aus der DE 41 14 867 A1 eine Klimaregelanlage bekannt. In der Zuluftanlage ist ein Psychrometer zur Messung der psychrometrischen Temperaturdifferenz angeordnet. Die Ansteuerung einer Heizeinrichtung und einer Befeuchtereinrichtung erfolgt in Abhängigkeit von der gemessenen psychrometrischen Temperaturdifferenz.

Ausgehend hiervon ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Klimaregelanlage zu schaffen, die flexibel und zuverlässig auf Veränderungen der klimatischen Parameter in der Umgebung der Spritzkabine reagieren kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Klimaregelanlage mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Neben einer Heizeinrichtung und einer Befeuchtereinrichtung ist ferner eine Kühleinrichtung vorgesehen. Wenn hohe Außentemperaturen zusammen mit einer hohen Luftfeuchtigkeit in der Umgebung außerhalb der Spritzkabine vorliegen, kann eine Reduzierung der Luftfeuchtigkeit in der Spritzkabine auch mittels einer entsprechenden Ansteuerung der Kühleinrichtung durchgeführt werden.

Die Klimaregelanlage weist drei parallel zueinander arbeitende Regelanordnungen auf: eine Heizregelanordnung für die Heizeinrichtung, eine Befeuchterregelanordnung für die Befeuchtereinrichtung und eine Kühlregelanordnung für die Kühleinrichtung. Die Befeuchterregelanordnung ermittelt in Abhängigkeit von wenigstens einer Befeuchtereingangsgröße eine Befeuchterstellgröße zur Ansteuerung der Befeuchtereinrichtung. Diese Befeuchterstellgröße wird auch der Heizregelanordnung und/oder der Kühlregelanordnung als jeweilige Eingangsgröße zugeführt. Die von der Befeuchtereinrichtung beeinflusste relative Luftfeuchtigkeit in der Spritzkabine ist einer der entscheidenden klimatischen Parameter für die Qualität der Lackierung. Die relative Luftfeuchtigkeit kann auch durch die Temperatur beeinflusst werden, so dass auch die Heizeinrichtung bzw. die Kühleinrichtung die relative Luftfeuchtigkeit bei gleichzeitiger Veränderung der Temperatur beeinflussen können. Dadurch, dass die Befeuchterstellgröße der Heizregelanordnung bzw. der Kühlregelanordnung als Eingangsgröße zugeführt wird, besteht die Möglichkeit, die Befeuchterstellgröße unter Beibehaltung der gewünschten relativen Luftfeuchtigkeit in einem vorgebbaren, gewünschten Wertebereich zu halten. Hierdurch bietet die Befeuchterstellgröße insbesondere einen Spielraum sowohl zur Erhöhung der Befeuchterstellgröße, als auch zur Verringerung der Befeuchterstellgröße. Dies ermöglich ein schnelles Anpassen der Ansteuerung der Befeuchtereinrichtung bei sich in der Umgebung der Spritzkabine verändernder relativer Luftfeuchtigkeit. Auf diese Weise können Schwankungen der klimatischen Parameter in der Umgebungsluft der Spritzkabine rasch ausgeglichen und eine gleich bleibende hohe Lackierqualität sichergestellt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

Es ist vorteilhaft, wenn zumindest ein Minimalwert für die Befeuchterstellgröße vorgegeben ist. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Befeuchterstellgröße zur schnellen Anpassung der relativen Luftfeuchtigkeit in der Spritzanlage reduzierbar ist. Die Befeuchterstellgröße bietet mithin immer ein gewisses Spiel für eine Verringerung.

Dabei kann die Heizregelanordnung die Heizstellgröße und/oder die Kühlregelanordnung die Kühlstellgröße zur Erhöhung der Befeuchterstellgröße zumindest bis zum Minimalwert für die Befeuchterstellgröße verändern, wenn die Befeuchterstellgröße ihren Minimalwert unterschreitet. Durch diese Maßnahme ist sicher gestellt, dass über eine entsprechende Ansteuerung der Heizeinrichtung bzw. der Kühleinrichtung die Befeuchterstellgröße nach dem Unterschreiten ihres Minimalwertes wieder an den Minimalwert herangeführt wird. Somit wird über die Befeuchterstellgröße ein Mindestniveau bei der Befeuchtung der Luft über die Befeuchtereinrichtung gewährleistet.

Bei dieser Ausführung besteht weiterhin die Möglichkeit, dass dann, wenn die Befeuchterstellgröße einen ersten Minimalwert unterschreitet, die Kühlregelanordnung über die Kühlstellgröße eine erhöhte Kühlleistung der Kühleinrichtung anfordert und dass dann, wenn die Befeuchterstellgröße einen zweiten Minimalwert unterschreitet die Heizregelanordnung über die Heizstellgröße eine erhöhte Heizleistung der Heizeinrichtung anfordert. Durch die Wahl der beiden Minimalwerte für die Befeuchterstellgröße kann festgelegt werden, ob bevorzugt durch Kühlen oder Heizen entfeuchtet werden soll. Dementsprechend wird der erste Minimalwert für die Befeuchterstellgröße größer oder kleiner gewählt als der zweite Minimalwert für die Befeuchterstellgröße. Ob zunächst mit Hilfe der Heizeinrichtung oder der Kühleinrichtung entfeuchtet werden soll, kann beispielsweise vom durchgeführten Lackierverfahren und/oder von der Verfügbarkeit des der Kühleinrichtung zugeführten Kältemittels – im Winterbetrieb sind die Kühlregister der Kühleinrichtung entleert – und/oder von den Energiekosten für das Kühlen bzw. Heizen abhängig gemacht werden. Durch diese Ausgestaltung kann der Energieaufwand gering gehalten werden.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der wenigstens eine Minimalwert für die Befeuchterstellgröße zwischen 10 und 50% des maximal möglichen Wertes der Befeuchterstellgröße und insbesondere zwischen 10 und 20% liegen. Bei einem Minimalwert von 50% des maximal möglichen Wertes der Befeuchterstellgröße wäre der Spielraum für eine Veränderung der Befeuchterstellgröße nach oben und nach unten optimal. Allerdings ist in diesem Fall auch der zusätzliche Energieaufwand maximal. Unter der Berücksichtigung des zusätzlichen Energieaufwandes und der Möglichkeit der schnellen Reaktion auf sich veränderte klimatische Parameter in der Umgebung der Spritzkabine können bei Minimalwerten für die Befeuchterstellgröße im Bereich von 10-20% des maximal möglichen Wertes der Befeuchterstellgröße gute Ergebnisse erreicht werden. Beispielsweise kann dabei der erste Minimalwert für die Befeuchterstellgröße 15% des maximal möglichen Wertes der Befeuchterstellgröße betragen und der zweite Minimalwert für die Befeuchterstellgröße 10% des maximal möglichen Wertes der Befeuchterstellgröße betragen.

Eine einfache Ausgestaltung der Klimaregelanlage ergibt sich dadurch, dass als Befeuchterstellgröße die Wechselstromfrequenz oder die Wechselspannungsfrequenz eines zum Antrieb einer Pumpe der Befeuchtungseinrichtung vorgesehenen Elektromotors verwendet wird.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Klimaregelanlage und

2 einen beispielhaften Verlauf der relativen Luftfeuchtigkeit, der Temperatur und verschiedener Ein- und Ausgangsgrößen der Klimaregelanlage über der Zeit x.

1 zeigt das Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Klimaregelanlage 5 zur Regelung klimatischer Parameter in einer nicht näher dargestellten Spritzkabine für das Lackieren von Werkstücken mit wasserlöslichen Lacken. Derartige Spritzkabinen kommen beispielsweise beim Lackieren von Karosserieteilen in der Automobilindustrie zum Einsatz. Um die Qualität der Lackierung sicher zu stellen müssen die klimatischen Bedingungen in der Spritzkabine in vorgegebenen Bereichen liegen. Die Klimaregelanlage 5 regelt daher die Temperatur t und die relative Luftfeuchtigkeit h in der Spritzkabine.

Hierfür weist die Klimaregelanlage 5 eine durch eine Heizregelanordnung 6 angesteuerte Heizeinrichtung 7, eine durch eine Befeuchterregelanordnung 8 angesteuerte Befeuchtereinrichtung 9 und eine durch eine Kühlregelanordnung 10 angesteuerte Kühleinrichtung 11 auf.

Die Befeuchterregelanordnung 8 weist einen Befeuchterregler 12 auf, dem als Befeuchtereingangsgrößen der aktuelle Wert der relativen Luftfeuchtigkeit h_ist – im Folgenden als Istluftfeuchtigkeit – und der gewünschte Wert der relativen Luftfeuchtigkeit h_soll – im Folgenden als Sollluftfeuchtigkeit bezeichnet – zugeführt. Aus der Istluftfeuchtigkeit h_ist und der Sollluftfeuchtigkeit h_soll bestimmt der Befeuchterregler 12 eine Befeuchterstellgröße f_ist zur Ansteuerung der Befeuchtereinrichtung 9. Die Befeuchterstellgröße f_ist ist bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel von einer Wechselstromfrequenz oder einer Wechselspannungsfrequenz eines Elektromotors 13 gebildet, der eine Pumpe 14 der Befeuchtereinrichtung 9 antreibt. Je größer die Frequenz f der Wechselstroms bzw. der Wechselspannung ist desto größer ist auch der Volumenstrom der Pumpe 14 und die Menge an der Luft in der Spritzkabine zugeführter Feuchtigkeit, so dass sich die Istluftfeuchtigkeit h_ist erhöht.

Die Heizregelanordnung 6 enthält einen Heizregler 15, einen Heizbegrenzer 16 und einen Nachheizregler 17. Dem Heizregler 15 werden als Heizeingangsgrößen die Ist-Temperatur t_ist und eine untere Solltemperatur t_sollu zugeführt. Aus der Isttemperatur t_ist und der unteren Solltemperatur t_sollu ermittelt der Heizregler 15 eine Heizreglerausgangsgröße dtu. Sinkt die Isttemperatur t_ist unter die untere Solltemperatur t_sollu ab, nimmt die Heizreglerausgangsgröße dtu einen Wert an, der eine Temperaturerhöhung durch die Heizeinrichtung 7 anfordert.

Die Befeuchterstellgröße f_ist wird dem Nachheizregler 17 als Heizeingangsgröße übermittelt. Ferner wird dem Nachheizregler 17 ein erster Minimalwert f_min1 für die Befeuchterstellgröße vorgegeben.

Eine weitere Heizeingangsgröße bildet eine Maximaltemperatur t_max, die dem Heizbegrenzer 16 neben der Isttemperatur t_ist zugeführt wird. Die Heizbegrenzerausgangsgröße og hat den Wert 1, wenn die Isttemperatur t_ist kleiner oder gleich der Maximaltemperatur t_max ist. Übersteigt die Isttemperatur t_ist jedoch die Maximaltemperatur t_max, wird die Heizbegrenzerausgangsgröße og zu 0. In der Heizreglereinrichtung 6 werden die Heizbegrenzerausgangsgröße og und die Nachheizreglerausgangsgröße dn miteinander multipliziert, woraus sich die begrenzte Nachheizreglerausgangsgröße dnb ergibt. Die begrenzte Nachheizreglerausgangsgröße dnb und die Heizreglerausgangsgröße dtu werden zur Heizstellgröße dvh addiert. Im vorliegenden Fall steuert die Heizstellgröße dvh ein Heizventil der Heizeinrichtung 7 an, das je nach Wert der Heizstellgröße dvh um einen angegebenen Anteil geöffnet bzw. geschlossen wird, je nach dem ob die Heizleistung erhöht oder verringert werden soll.

Die Kühlregleranordnung 10 weist einen Kühlregler 20 auf der aus den beiden Kühleingangsgrößen Isttemperatur t_ist und einer oberen Solltemperatur t_sollo eine Kühlerreglerausgangsgröße dto ermittelt. Überschreitet die Isttemperatur t_ist die vorgegebene obere Solltemperatur t_sollo, so nimmt die Kühlreglerausgangsgröße dto einen Wert an, der eine Erhöhung der Kühlleistung der Kühleinrichtung 11 anfordert.

Weiterhin enthält die Kühlregleranordnung 10 einen Entfeuchterregler 21 dem analog zum Nachheizregler 17 die Befeuchterstellgröße f_ist als Kühleingangsgröße übermittelt wird. Dem Entfeuchterregler 21 wird ferner ein zweiter Minimalwert f_min2 für die Befeuchterstellgröße f_ist vorgegeben.

Für die Befeuchterstellgröße f_ist sind mithin ein erster Minimalwert f_min1 und ein zweiter Minimalwert f_min2 vorgegeben. Beide Minimalwerte sind gleichzeitig gültig, so dass die Luftfeuchtigkeit entweder bevorzugt durch Kühlen oder Heizen erfolgt.

Unterschreitet die Befeuchterstellgröße t_ist den ersten Minimalwert f_min1 für die Befeuchterstellgröße, so fordert der Entfeuchterregler 21 über seine Entfeuchterreglerausgangsgröße de eine Erhöhung der Kühlleistung durch die Kühleinrichtung 11 an, um die Istluftfeuchtigkeit h_ist abzusenken, so dass der Befeuchterregler 12 die Befeuchterstellgröße f_ist zumindest auf den ersten Minimalwert f_min1 erhöhen kann.

Unterschreitet die Befeuchterstellgröße f_ist den zweiten Minimalwert f_min2 für die Befeuchterstellgröße, fordert die Nachheizreglerausgangsgröße dn eine Erhöhung der Heizleistung an, um die Istluftfeuchtigkeit h_ist durch eine Temperaturerhöhung zu senken, so dass der Befeuchterregler 12 die Befeuchterstellgröße f_ist zumindest wieder auf den zweiten Minimalwert f_min2 erhöhen kann.

Bei der hier beschriebenen Ausführungsform ist ferner ein Kühlbegrenzer 22 vorhanden dem als Kühleingangsgrößen die Isttemperatur t_ist und eine Taupunkttemperatur t_t übermittelt werden. Unterschreitet die Isttemperatur t_ist die Taupunkttemperatur t_t, nimmt die Kühlbegrenzerausgangsgröße ug den Wert 0 an. Ansonsten beträgt die Kühlbegrenzerausgangsgröße ug = 1. Die Entfeuchterreglerausgangsgröße de und die Kühlbegrenzerausgangsgröße ug werden zur begrenzten Entfeuchterreglerausgangsgröße deb multipliziert. Die Kühlstellgröße dvk ergibt sich aus einer Addition der begrenzten Entfeuchterreglerausgangsgröße deb und der Kühlreglerausgangsgröße dto. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel wird über die Kühlstellgröße dvk ein Kühlventil angesteuert, das zur Erhöhung der Kühlleistung weiter geöffnet und zur Verringerung der Kühlleistung weiter geschlossen wird. Der Wert der Kühlstellgröße dvk gibt dabei an, um wie viel das Kühlventil geöffnet bzw. geschlossen werden soll.

In Abwandlung zur dargestellten Klimaregelanlage 5 kann der Kühlbegrenzter 22 der Kühlregelanordnung 10 auch entfallen. Die Kühlstellgröße dvk ergibt sich dann aus einer Addition der Kühlregelausgangsgröße dto und der Entfeuchterreglerausgangsgröße de.

Anhand von 2 soll nun beispielhaft die Funktionsweise der Klimaregelanlage 5 erläutert werden. Zu Beginn des Betrachtungszeitraums zum Zeitpunkt x = 0 ist das Kühlventil durch eine entsprechende Vorgabe der Kühlstellgröße dvk schon sehr weit geöffnet, um die Isttemperatur t_ist im gewünschten Bereich zwischen der unteren Solltemperatur t_sollu und der oberen Solltemperatur t_sollo zu halten. Die Heizstellgröße dvh ist zu diesem Zeitpunkt gleich 0, so dass das Heizventil vollständig geschlossen ist und keine Heizleistung über die Heizeinrichtung 7 erzeugt wird. Die Istluftfeuchtigkeit h_ist entspricht unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Regelungstoleranz der Sollluftfeuchtigkeit h_soll. Der die Pumpe 14 antreibende Elektromotor 13 wird zu diesem Zeitpunkt mit einer Befeuchterstellgröße f_ist angesteuert, die größer ist als der während des Betriebs der Kühleinrichtung 11 gültige zweite Minimalwert f_min2 der Befeuchterstellgröße.

Zum ersten Zeitpunkt x1 steigt die Istluftfeuchtigkeit h_ist an und weicht dadurch von der vorgegebenen Sollluftfeuchtigkeit h_soll ab. Zur Reduzierung der Istluftfeuchtigkeit h_ist wird deshalb ab dem ersten Zeitpunkt x1 die Befeuchterstellgröße f_ist – die der Frequenz der Wechselspannung bzw. des Wechselstroms des Elektromotors 13 entspricht – abgesenkt. Dabei unterschreitet die Befeuchterstellgröße f_ist zu einem zweiten Zeitpunkt x2 den gültigen zweiten Minimalwert f_min2 für die Befeuchterstellgröße. Deshalb veranlasst der Nachheizregler 17 über die Nachheizreglerausgangsgröße dn eine Erhöhung der Heizstellgröße dvh, so dass Heizventil der Heizeinrichtung 7 zur Erhöhung der Heizleistung geöffnet wird. Dies hat zur Folge, dass sich die Isttemperatur t_isterhöht und zum dritten Zeitpunkt x3 die obere Solltemperatur t_sollo überschreitet.

Aus diesem Grund wird zum dritten Zeitpunkt x3 die Kühlstellgröße dvk zur weiteren Öffnung des Kühlventils und mithin zur Erhöhung der Kühlleistung vergrößert.

Zu einem vierten Zeitpunkt x4 entspricht die Istluftfeuchtigkeit h_ist wieder in etwa der Sollluftfeuchtigkeit h_soll – unter Berücksichtigung der zulässigen Toleranzabweichungen. Durch das für den Nachheizregler 17 geöffnete Heizventil der Heizeinrichtung 7 steigt die Isttemperatur t_ist weiter an was zu einer Reduzierung der Istluftfeuchtigkeit h_ist führen würde. Da hier aber die Befeuchterstellgröße f_ist wieder bis auf den zweiten Minimalwert f_min2 angehoben wird, bleibt die Istluftfeuchtigkeit h_ist im Wesentlichen gleich der Sollluftfeuchtigkeit h_soll.

Zu einem fünften Zeitpunkt x5 überschreitet dann die Isttemperatur t_ist die Maximaltemperatur t_max. Dies hat zur Folge, dass die Heizbegrenzerausgangsgröße og den Wert 0 annimmt und die begrenzte Nachheizreglerausgangsgröße dnb ebenfalls zu Null wird. Da auch die Heizreglerausgangsgröße dtu = 0 ist ergibt sich für die Heizstellgröße dvh ebenfalls der Wert 0 und das Heizventil wird geschlossen. Dennoch steigt die Temperatur weiter an und die Istluftfeuchtigkeit h_ist fällt unter die Sollluftfeuchtigkeit h_soll ab. Daraufhin wird die Befeuchterstellgröße f_ist zur Erhöhung der Luftfeuchtigkeit vergrößert. Als Folge davon steigt die Istluftfeuchtigkeit h_ist wieder bis auf den Wert der Sollluftfeuchtigkeit h_soll an. Die Isttemperatur t_ist fällt auch wieder ab und unterschreitet zu einem siebten Zeitpunkt x7 die obere Solltemperatur t_sollo, woraufhin die Kühlleistung der Kühleinrichtung 11 durch eine entsprechende Reduzierung der Kühlstellgröße dvk gesenkt werden kann.

Die beispielhafte Situationsbeschreibung anhand von 2 betrifft lediglich eine willkürlich angenommene klimatische Ausgangslage und dient dem besseren Verständnis der Arbeitsweise der Klimaregelanlage 5. Insoweit ist das beschriebene Szenario nicht als Schutzeinschränkung zu verstehen, sondern stellt lediglich einen möglichen Regelungsablauf der Klimaregelanlage 5 dar.