Aufheizzeit von Stahlrohren < Maschinenbau < Ingenieurwiss. < Vorhilfe
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Ich habe diese Frage in keinem Forum auf anderen Internetseiten gestellt.
Hallo zusammen,
habe da eine Aufgabe, wo ich nicht weiterkomme. Sie sieht wie folgt aus:
In einem Industrieofen werden Stahlrohre wärmebehandelt. Nun ist das Problem, dass es sich dabei um einen Herdwagenofen handelt. In diesem ist der zeitliche Verlauf der Ofentemperatur nicht konstant. Es handelt sich um einen instationären Prozess, d.h. eine der wichtigsten Führungsgrößen, nämlich die Ofenraumtemperatur, ist eine Funktion der Zeit. Nun will ich vor der Wärmebehandlung voraussagen, wie lange es dauert, bis die Stahlrohre eine bestimmte Temperatur erreichen.
Bitte um Tipps und Ratschläge...
Danke euch schonmal!!!
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 12:30 Mi 26.05.2010 | | Autor: | chrisno |
Da mir der Begriff Herdwagenofen nichts sagt, habe ich erst einmal eine Frage wie das Ganze zu verstehen ist? Meine Annahme: Die kalten Rohre kommen in den Ofen. Der hat eine bestimmte Starttemperatur. Während die Rohre im Ofen sind, ändert sich dessen Temperatur. Ist es zum Beispiel so, dass sie dann immer erst ansteigt?
Brauchst Du eine Formel, oder reicht es, wenn Du zum Beispiel mit der Tabellenkalkulation einen Wert erhälst? Welche Daten hast Du, wie genau muss das Ergebnis sein?
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 13:32 Mi 26.05.2010 | | Autor: | boogie22 |
ui..das ging ja schnell...
Der Herdwagen funktioniert folgendermassen:
Kalte Rohre kommen in Ofen, Ofen wird mit Gasbrenner beheizt bis die Rohre eine bestimmte Temperatur erreichen, Temperatur wird anhand von Thermoelementen ermittelt..
Der Knackpunkt an der Sache ist halt, dass die Ofentemperatur eine Funktion der Zeit ist und somit nicht konstant. Ist von viele Parametern abhängig, die nicht genau feststehen. Gegeben sind: Rohrgeometrie, Gewicht, Werkstoff, Ofenvolumen...
Ist es nach deiner Einschätzung überhaupt möglich, die Zeit hinreichend genau voraus zu sagen?
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 14:48 Mi 26.05.2010 | | Autor: | chrisno |
> ui..das ging ja schnell...
Die Reaktionszeit kann sehr stark schwanken.
>
> Der Herdwagen funktioniert folgendermassen:
>
> Kalte Rohre kommen in Ofen, Ofen wird mit Gasbrenner
> beheizt bis die Rohre eine bestimmte Temperatur erreichen,
> Temperatur wird anhand von Thermoelementen ermittelt..
Kalt entspricht 20° C? Ist der Ofen am Anfang auch kalt?
Heizen die Gasbrenner immer mit der gleichen Leistung?
Misst das Thermoelement die Ofen oder die Rohrtemperatur?
>
> Der Knackpunkt an der Sache ist halt, dass die
> Ofentemperatur eine Funktion der Zeit ist und somit nicht
> konstant. Ist von viele Parametern abhängig, die nicht
> genau feststehen. Gegeben sind: Rohrgeometrie, Gewicht,
> Werkstoff, Ofenvolumen...
Heißt das im Wesentlichen: Je mehr im Ofen ist, desto langsamer wird er warm?
Ist das Ziel, dass alle Stellen eines Rohrs im Ofen eine bestimmte Temperatur erreicht haben?
Ist es für die Qualität des Produkts egal, wie lange nach dem Erreichen dieser Temperatur die Rohre noch im Ofen sind? Ist die Ofentemperatur deutlich höher als die Temperatur, die die Rohre erreichen sollen?
>
> Ist es nach deiner Einschätzung überhaupt möglich, die
> Zeit hinreichend genau voraus zu sagen?
>
Das kann ich zu diesem Zeitpunkt noch gar nicht absehen.
Handelt es sich um einen realen Prozess oder um eine Aufgabe, deren Lösung nicht in die PRaxis umgesetzt wird?
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 16:07 Mi 26.05.2010 | | Autor: | boogie22 |
danke für deine schnelle antwort. ich benutze mal einfach das du..ist persönlicher, falls du nichts dagegen hast.
Also die Rohrtemperatur beim Eintritt in den Ofen ist annähernd 20°C. Die Ofentemperatur beim Start der Wärmebehandlung variiert und liegt zwischen 300-900°C. Weiterhin ist die Gasbrennerleistung abhängig von der mit Thermoelementen gemessenen Ofenraumtemperatur. Denke aber, man kann davon ausgehen, dass die Gasbrenner bis zum Erreichen der Soll-Temperatur mit konstanter Leistung heizen. Es sind sowohl Thermoelemente zur Messung der Rohrtemperatur als auch der Ofentemperatur vorhanden, aber in naher Zukunft will ich die Thermoelemente zur Messung der Rohrtemperatur weglassen. Deshalb der Wunsch, nach Voraussage der Aufheizzeit.
Die Annahme ist richtig, dass umso mehr Masse zu erwärmen desto größer die Aufheizzeit. Ein weiteres Problem ist, dass es durchaus mehrere Rohre sein können, die in den Ofen erwärmt werden. Die Rohre sollten theoretisch eine homogene Temperaturverteilung haben, dies ist allerdings in der Praxis nicht zu verwirklichen. Es ist nicht egal, wie lange die Rohre nach dem Erreichen der Temperatur im Ofen verbleiben. Zunächst ist die Ofentemperatur deutlich höher als die ROhrtemperatur, aber die Rohrtemperatur muss sich im Laufe der Zeit der Ofentemperatur annähern.
nochmals danke
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 16:46 Mi 26.05.2010 | | Autor: | chrisno |
Ich muss noch etwas weiter Fragen:
Ist der Temperaturverlauf reproduzierbar? Falls Du also eine gleiche Charge zweimal in den Ofen bringst, ist dann die Zeit, die benötigt wird, die gleiche?
Willst Du vor dem Start des Heizens schon wissen, wann es fertig sein wird? Oder reicht es aus, wenn aus dem Temperaturverlauf des Ofens geschätzt wird, ob die Rohre nun fertig sind?
Davon hängt etwas ab, wie es weitergeht. Ein Ansatz verzichtet ganz auf die Physik und sieht nur auf schon vorhandene Temperaturverläufe. Dann schaut man die Kurven an und sucht eine geeignete Funktion, die genug Parameter hat, um die verschiedenen Bedingungen zu ändern. Dann könnte man damit versuchen, die nötige Zeit vorherzusagen oder den Endzeitpunkt zu berechnen.
Egal, was gemacht wird, solltest Du einen möglichst großen Datensatz zur Verfügung haben, an dem Du diese Berechnungen testen kannst. Du solltest möglichst viele Temperaturverläufe haben, die möglichst verschiedene Situationen, Extremfälle eingeschlossen, darstellen.
Eine wichtige Frage ist auch noch, wie genau Du die Zeit oder Rohrtemperatur bestimmen musst.
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 21:42 Mi 26.05.2010 | | Autor: | boogie22 |
Danke für die Antwort...Bist es eine große Hilfe
Im Idealfall sollte die Zeit identisch sein, wenn man 2*mal den Ofen beschickt. Leider ist dies in der Praxis nicht immer der Fall. Es sollte bereits vor dem Beschicken des Ofens anhand von bestimmten Parametern die Aufheizzeit vorausgesagt werden, wenn es möglich ist. Der Ansatz mit vorhanden Temperaturverläufen eine geeignete Funktion zu erstellen, halt ich im Moment für am ehesten realisierbar. Wie würde eine derartige Funktion aussehen? Habe keinen riesigen Datensatz, in Form von Kurven zur Verfügung. Der Großteil meines Datensatzes beschränkt sich auf Start- und Endzeit, Werkstoff, Rohrgeometrie, Werkstoff, Gewicht, Solltemp
Welche Parameter wären für eine derartige Funktion am interessantesten? Habe bislang folgende Parameter zur Verfügung: Soll-Temp., Belegung, Rohrgeometrie, Gewicht, Werkstoff... Welche Parameter wären noch denkbar, die zu ermitteln sind?
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 19:19 Mi 26.05.2010 | | Autor: | UE_86 |
Hallo,
ich werfe mich auch mal rein 
Also wie schon festgestellt, ist das wirklich sehr schwierig. Bin mir auch nicht sicher, ob es da eine allgemeingültige Formel gibt...
Wir haben letztens etwas ähnliches gemacht, wir haben für einen Streifenzugversuch Aluminiumstreifen bis zu einer bestimmten Temperatur bringen müssen.
Wir haben dann uns selbst eine Aufwärmkurve erstellt, indem wir ein Streifen mit mehreren Thermoelemten in den Ofen geschoben haben.
Danach haben wir die Zeit bis zum erreichen der Temperatur gemessen.
Danach konnten wir uns daraus unsere Temperatur-Zeit-Funktion ableiten.
Grüße,
UE
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 21:23 Mi 26.05.2010 | | Autor: | chrisno |
Solche Problem bearbeite ich gerne. Allerdings melde ich mich für so 10 Tage ab. Um weiter zu kommen wäre mindestens ein Datensatz nötig.
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 21:46 Mi 26.05.2010 | | Autor: | boogie22 |
Wie weiter oben beschrieben, sind einige Datensätze vorhanden.
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 21:45 Mi 26.05.2010 | | Autor: | boogie22 |
Dies ist auch mein Ansatz. Aber in diesem Falle wohl nicht so leicht realisierbar, da zu viele Parameter vorhanden sind, die Einfluß auf den Temperaturverlauf nehmen. Wie sah eure Funktion denn aus?? Welche Parameter wurden berücksichtigt?
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 12:20 Fr 28.05.2010 | | Autor: | matux |
$MATUXTEXT(ueberfaellige_frage)
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 15:46 Mi 21.07.2010 | | Autor: | boogie22 |
chrisno hier?? kannst du mir bezüglich des Problems mit den Aufheizzeiten weiterhelfen??
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 22:24 Mi 21.07.2010 | | Autor: | chrisno |
Ich bin gerade hier, aber leider auch schon fast wieder für ein paar Wochen weg. Das tut mir leid, weil ich gerne solche Probleme angehe.
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 12:05 So 08.08.2010 | | Autor: | chrisno |
Hallo boogie22,
nun habe ich in den nächsten R´Tagen etwas Zeit. Nachdem ich mir den Thread zur Auffrischung durchgelesen habe, bleibt ein ungutes Gefühl. Wäre ich in der Situation, würde ich größere Anstrengungen machen, um die Rohrtemperatur zu messen. Auf so ein Wissen zu verzichten und quasi im Blindflug auf eine Punktlandung zu setzen ist ziemlihc riskant.
Ohne Messreihen [mm] $\vartheta(t)$ [/mm] sehe ich wenig Chancen. Mit solchen Reihen könnte man versuchen, ob man mit einem Beladungsparameter Masse mal spezifische Wärmekapazität die Reaktion des Ofens bschreiben kann.
Nun mache ich mal einen Vorschlag für ein Programm. Es wird Dich viel Zeit kosten, mit dem Risiko, dass es ein Fehlschlag wird.
Wir backen erst einmal kleine Brötchen. Arbeitshypothese ist, dass nur die Masse und das Material eine Rolle spielen. Dass die Geometrie der Rohre nicht relevant ist, hast Du bisher sowieso schon angenommen, sonst müsstest Du sie nämlich mit etlichen Temperaurfühlern versehen.
Um das System kennenzulernen benötigen wir eine Messreihe. Meine These ist, dass die Ofentemperatur mit der Zeit zuerst wie eine Gerade ansteigt. Danach geht sie mit einem gekrümmten Verlauf in eine waagerechte (=Zieltemperatur) über.
Die Rohre sollten einen ähnlichen Temperaturverlauf zeigen. Zuerst steigt die Temperatur wie eine Gerade an. Diese ist aber steiler als die der Ofentemperatur. Zeitlich etwas nach dem Ofen sollte auch bei den Rohren der Übergang in eine gekrümmte Kurve erscheinen. Sobald der Ofen auf seiner Endtempertur ist, erwarte ich ein langsames (exponentielles) Annähern an die Ofentemperatur.
Wenn Du eine automatisierte Messwertaufnahme hast, dann kannst Du ja Messreihen mit beliebig vielen Datenpunkte aufnehmen. Ich schätze aber, dass 1000 Datenpunkte [mm] $\vartheta(t)$ [/mm] eher zu viele sind. Von Hand sollest Du beim ersten mal 50 Punkte aufnehmen. Die Punkte sollten erst einmal mit gleichen Zeitabständen aufgenommen werden. Dann hat man den zeitlchen Verlauf der beiden Temperaturen.
Als nächstes kann man abschätzen, auf wie wenige Punkte sich das reduzieren lässt, so dass man immer noch die Kurvenform rekonstruieren kann. Ich hoffe auf vier.
Danach kommen mehrere Messungen mit dieser reduzierten Zahl an Messpunkten. Dabei wird Menge und Material variiert, so dass eine Tabelle abgearbeitet wird: Material 1, wenig, Material 1 mittlere Menge, Material 1 volle Beladung,
Material 2 wenig, ....
Ein Problem ist noch die wechselnde Starttemperatur des Ofens. Lässt sich das nicht ändern, so dass immer mit der gleichen Temperatur begonnen wird? Sonst brauchen wir noch Messwerte mit einer Beladung und verschiedenen Starttemperaturen des Oefens.
Diese Datensätze könnten wir dann ansehen, in der Hoffnung, dass sich eine Fomel finden lässt. In diese Formel würde die Starttemperatur des Ofens, der Rohre, das Material der Rohre, die Masse der Rohre und die Zieltemperatur eingegeben und die Heizzeit kommt heraus.
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