AT500890B1 - Verfahren zum überwachen eines gebläses mit drehzahlerfassung - Google Patents

Description

2 AT 500 890 B1

Moderne Verbrennungssysteme arbeiten meist mit Gebläsen. Insbesondere werden im Heizungssektor Brennwertgeräte mit Gebläsen betrieben, da die Abgase derart weit abgekühlt werden, dass der thermische Auftrieb unzureichend ist. Bei gängigen Bauformen von Brennwertgeräten wird die benötigte Verbrennungsluft über einen Ansaugstutzen angesaugt, mit dem 5 Brenngas, welches über eine Gasarmatur bereitgestellt wird, vermischt und einem Brenner zugeführt. Das Abgas wird anschließend an einen Wärmeaustauscher abgekühlt und über den Abgasweg aus dem Gerät gefördert.

Da der Druckverlust des Abgaswegs durch die Länge der Abgasleitung, Form und Anzahl der io Biegungen sowie die Strömungsrichtung in den einzelnen Abschnitten bestimmt wird, ist es zur Erzielung eines vorgegebenen Modulationsbereichs (Minimallast bis Maximallast) notwendig, den Modulationsbereich des Gebläses individuell an jede Abgasleitung anzupassen; ein Verfahren hierzu ist aus der DE 198 47 448 A1 bekannt. 15 In Abhängigkeit des Wärmbedarfs sind unterschiedliche Brenngasmengen erforderlich. Da die Brenngasmenge zumeist von der Gasarmatur an die Luftmenge angepasst wird, erfolgt eine Steuerung der Heizgeräteleistung meist über eine Vorgabe der Gebläsedrehzahl. Somit erfordert ein hoher Wärmebedarf hohe und ein niedriger Wärmebedarf niedrige Gebläsedrehzahlen. Das Verbrennungssystem kann auf verschiedene Leistungen eingestellt werden; dies wird als 20 Leistungsmodulation bezeichnet.

Aus der GB 2 187 309 A ist ein Heizgerät mit Gebläseunterstützung bekannt, bei dem die Gebläsedrehzahl erfasst und die elektrische Gebläseleistung geregelt wird, bis die Drehzahl der Solldrehzahl entspricht. Auch aus der DE 101 54 783 A1 ist ein Heizgerät mit Gebläseunterstüt-25 zung bekannt. Bei Abweichung der mittels eines Hall-Sensors gemessenen Gebläsedrehzahl von einem vorgegebenen Sollwert wird die Brennstoffzufuhr unterbrochen. Dementsprechend wird das Gerät bis zum Erreichen der Abweichung ohne Regelungseingriff betrieben und beim Erreichen abgeschaltet. Es ist dabei nicht möglich, einen Verschleiß frühzeitig zu erkennen und vor Erreichen des Grenzwertes Maßnahmen zur Vermeidung der Abschaltung einzuleiten. 30

Die DE 199 20 532 A1 zeigt eine Überwachungseinrichtung von Heizungsanlagen, bei der über einen Datenbus Betriebsparameter fernüberwacht werden können. Die Betriebsparameter werden aufgezeichnet, so dass bei einer Störung festgestellt werden kann, welche Messwerte die Grenzwerte über- oder unterschritten haben und somit die Ursache der Störung festgestellt 35 werden. Üblicherweise verwendet man bei gebläseunterstützten Heizgeräten Gebläse mit einem elektronisch geregelten Gleichstrommotor. Dabei wird der Strom für den Motor von einer Regeleinheit mit einem Rechtecksignal mit einigen kHz gepulst. Das Pulsweitensignal eines jeden Pul-40 ses wird in % angegeben, wobei das Pulsweitensignal als Quotient zwischen der Dauer der Bestromung und der Gesamtzeit definiert ist. Ein derartiges Gebläse mit gepulster Bestromung und Drehzahlerfassung mittels Hallsensor ist aus der US 2003/0175017 A1 bekannt. Die Schrift lehrt, dass die Gebläsedrehzahl durch Variation der Pulsfrequenz und der Dauer der Bestromung während einer Periode geregelt werden kann. 45

Die mechanischen Lager eines solchen Motors unterliegen Verschleiß. Mit zunehmender Betriebsstundenzahl erhöht sich die Lagerreibung. Nach Jahren kann die Reibung so hoch ist sein, dass das Gebläse nicht mehr anläuft. Als Folge dessen fällt das Heizgerät aus. Erhöhte Lagerreibung führt jedoch auch dazu, dass das Verhältnis von Drehzahl zu Pulsweite sich so verändert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung eines Gebläses zu schaffen, bei dem fortschreitender Verschleiß frühzeitig erkannt und präventive Maßnahmen rechtzeitig eingeleitet werden. 55 3 AT 500 890 B1

Dies wird gemäß Anspruch 1 dadurch gelöst, dass bei einer vorgegebenen Drehzahl mindestens einmal ein für die elektrische Leistungsaufnahme (Belastung) des Gebläses relevantes Signal erfasst und gespeichert wird und dieses mindestens eine Signal mit einem zu einem späteren Zeitpunkt bei gleicher Drehzahl erfassten für die Belastung des Gebläses relevanten 5 Signal verglichen wird und bei signifikanter Veränderung das System erkennt, dass eine Wartung notwendig ist.

Die mechanischen Lager eines solchen Motors unterliegen Verschleiß. Mit zunehmender Betriebsstundenzahl erhöht sich die Lagerreibung. Nach Jahren kann die Reibung so hoch sein, io dass das Gebläse nicht mehr anläuft. Als Folge dessen fällt das Heizgerät aus. Erhöhte Lagerreibung führt jedoch auch dazu, dass das Verhältnis von Drehzahl zu Pulsweite sich verändert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung eines Gebläses zu schaffen, bei dem fortschreitender Verschleiß frühzeitig erkannt und präventive Maßnahmen 15 rechtzeitig eingeleitet werden.

Dies wird gemäß Anspruch 1 dadurch gelöst, dass bei einer vorgegebenen Drehzahl mindestens einmal ein für die Belastung des Gebläses relevantes Signal erfasst und gespeichert wird und dieses mindestens eine Signal mit einem zu einem späteren Zeitpunkt bei gleicher Dreh-20 zahl erfassten für die Belastung des Gebläses relevanten Signal verglichen wird und bei signifikanter Veränderung das System erkennt, dass eine Wartung notwendig ist.

Dem ist gemäß Anspruch 2 gleichbedeutend, dass bei einem konstanten der Belastung des Gebläses relevanten Signals die Drehzahl erfasst wird. 25

In den abhängigen Ansprüchen 3 und 4 werden Möglichkeiten der Erfassung des für die Belastung des Gebläses relevanten Signals geschützt. Die elektrische Arbeit W(t) des Gebläses beträgt 30

Somit können einerseits Strom und Spannung aufgenommen werden. Bei elektronisch geregelten Gleichstromgebläsen wird eine vorgegebene Spannung und ein vorgegebener Strom ge-35 pulst auf das Gebläse gegeben.

Gemäß Anspruch 5 wird die Lufttemperatur mit erfasst und in der Berechnung berücksichtigt, da Dichteunterschiede einen Einfluss auf den Strömungswiderstand des Luftstroms haben. Ansonsten könnte bereits eine Veränderung der Lufttemperatur dazu führen, dass das System 40 einen Verschleiß vermutet. Andererseits kann hierauf verzichtet werden, wenn die absolut notwendige Abweichung des Signals ausreichend groß ist.

Gemäß Anspruch 6 erfolgt die Erfassung der Gebläsedrehzahl mittels Hallsensor. 45 Gemäß Anspruch 7 sind mehrere Möglichkeiten der Ausgabe eines Warnhinweises im Zusammenhang mit der Erfindung unter Schutz gestellt.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen detailliert erläutert. Hierbei zeigen: so Fig. 1 ein Heizgerät mit den notwendigen Komponenten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 ein Gebläse zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 3 ein Pulsweitenmodulationssignal und

Fig. 4 den Zusammenhang zwischen Pulsweitenmodulationssignal und Gebläsedrehzahl. 55 4 AT 500 890 B1

Figur 1 zeigt ein Brennwertgerät mit einem Gebläse 2, das zwischen einem Ansaugstutzen 11 und einem Brenner 1 angeordnet ist. Das Gebläse 2 verfügt über einen Gleichstrommotor 8 mit Hallsensor 7 zur Drehzahlerfassung. Der Hallsensor 7 ist mit einer Regeleinheit 3, welche über einen Datenspeicher 31 verfügt, verbunden. In den Ansaugstutzen 11 ragt eine Brenngasleitung 5 12. In der Brenngasleitung 12 befindet sich eine Gasarmatur 4, welche mit der Regeleinheit 3 verbunden ist. An der Regeleinheit 3 ist ein Display 6 angeschlossen. Um den Brenner 1, neben dem eine Zündelektrode 13 positioniert ist, herum ist ein Wärmeaustauscher 10, welcher mit einem Heizkreislauf verbindbar ist, angeordnet. Ferner verfügt das Heizgerät über eine Abgasleitung 9. 10

Figur 2 zeigt schematisch ein Gebläse 2 mit Ansaugstutzen 11, Flügelrad 14 und Gleichstrommotor 8, welcher über eine Gebläsemotorlager 5 gelagert ist und dessen Drehzahl mittels eines Hallsensors 7 erfasst wird. 15 Beim Betrieb des Heizgerätes gibt die Regeleinheit 3 dem Gebläse 2 eine bestimmte Drehzahl und der Gasarmatur 4 einen vorgegebenen Öffnungsquerschnitt vor. Brenngas und Luft vermischen sich im Ansaugstutzen 11, strömen durch das Gebläse 2 in den Brenner 1 und werden an der Oberfläche des Brenners 1 verbrannt. Zu Beginn wird das Brenngas-Luft-Gemisch von einer Zündelektrode 13 gezündet. Die heißen Abgase durchströmen den Wärmeaustauscher 10 20 und werden anschließend über die Abgasleitung 9 in die Umgebung geleitet.

Die Regeleinheit 3 gibt dem Gebläse 2 eine bestimmte Drehzahl vor. Demzufolge wird der Motor 8 mit einem bestimmtem Pulsweitensignal beaufschlagt. Ist die sich so einstellende Drehzahl geringer der Solldrehzahl, so wird das Pulsweitensignal erhöht, bis die Drehzahl der 25 Solldrehzahl entspricht. Ist die Drehzahl größer der Solldrehzahl, so wird das Pulsweitensignal reduziert, bis die Drehzahl der Solldrehzahl entspricht.

Fig. 3 zeigt ein Pulsweitensignal von 50 % im oberen Fall und 75 % im unteren Fall. Bei 50 % Pulsweitensignal entspricht die Pulsweite der halben Periodendauer. Es stellen sich in Abhän-30 gigkeit der Pulsweite unterschiedliche Gebläsedrehzahlen ein. Den Zusammenhang zwischen Pulsweite in % und der Gebläsedrehzahl zeigt beispielhaft die Fig. 4. Je größer das Pulsweitensignal ist, desto höher ist die Drehzahl. Linie a zeigt das Verhältnis beim neuen Zustand, Linie b nach einem bestimmten Verschleiß. Man erkennt, dass bei Verschleiß bei konstanter Pulsweite eine geringere Drehzahl erreicht wird, bzw. man für die gleiche Drehzahl ein höheres Pulswei-35 tensignal benötigt.

Das Drehzahl-Istsignäl wird mit Hilfe des Hallsensors 7 erfasst und an die Regeleinheit 3 weitergeleitet. Die Steilheit der Kurve ist u. a. abhängig vom Gesamtwiderstand des Heizgerätes sowie der Exemplarstreuung und Zustand insbesondere der mechanischen Lager 5 des Geblä-40 semotors 8. Ein höheres Pulsweitensignal ist gleichbedeutend mit einer höheren elektrischen Leistungsaufnahme des Gebläsemotors 8. Aufgrund des individuellen Widerstandes des Heizgerätes inklusive der individuellen Abgasleitung muss die Messung des ursprünglichen Zustandes vor Ort im Haus und nicht im Werk bei der Endkontrolle geschehen. 45 Die mechanischen Lager 5 eines solchen Motors 8 unterliegen Verschleiß. Mit zunehmender Betriebsstundenzahl erhöht sich die Lagerreibung bis nach Jahren schließlich die Reibung so hoch sein kann, dass das Gebläse nicht mehr anläuft. Das Heizgerät fällt in einem derartigen Fall aus. Erhöhte Lagerreibung führt jedoch auch dazu, dass die Kennlinie Drehzahl über Pulsweite immer steiler wird, d.h. die elektrische Leistungsaufnahme des Gebläsemotors 8 steigt, so Dieser Umstand macht sich das hier beschriebene Verfahren zu Nutze.

Im Neuzustand des Gerätes bzw. des Gebläses 8 wird bei den ersten z.B. 100 Brennerzyklen der Pulsweitenwert ermittelt, der erforderlich ist, einen bestimmten Betriebszustand anzufahren. Dies könnte z.B. nach Abschalten des Brenners eine Spülphase mit Luft bei einer definierten 55 Drehzahl sein. Aus den Pulsweitensignalen wird dann ein Mittelwert gebildet und in einem

Claims (7)

1. 5 AT 500 890 B1 Speicher 31 der Regeleinheit 3 abgelegt. Bei den dann folgenden Brennerzyklen wird wiederum in der Spülphase das Pulsweitensignal gemessen, der für den Betriebszustand erforderlich ist, und mit dem abgelegten Mittelwert verglichen. Steigt mit zunehmendem mechanischem Verschleiß der Gebläsemotorlager 5 das für den gewünschten Betriebspunkt erforderliche Pulswei-5 tensignal und damit die elektrische Leistungsaufnahme des Gebläsemotors 8, so liegt ein Indiz für Verschleiß vor. Überschreitet nun das erforderliche Pulsweitensignal einmal oder auch mehrmals eine vorgegebene Abweichung vom abgelegten Mittelwert, so wird von der Regeleinheit 3 ein Wartungs-io Signal generiert, welches dann z.B. als Textmeldung auf dem Display 6 der Regeleinheit 3 oder aber auch auf externen Anzeigemedien angezeigt wird. Die zulässige Abweichung vom Pulsweitensignal-Mittelwert ist dabei so gewählt, dass das Wartungssignal generiert wird, bevor der Gebläseverschleiß so hoch ist, dass das Gebläse 2 nicht mehr anläuft. 15 Als Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Gerätebetreiber vor Ausfall des Gebläses und somit seines Heizgerätes auf eine notwendige Reparatur hingewiesen. Der Fachhandwerker weiß - wenn er von dem Gerät über Datenfernübertragung informiert wird - schon, welches Ersatzteil er mitnehmen muss, bevor er die Anlage besucht und vermeidet somit Doppelfahrten. Da das Heizgerät in diesem Fall noch in Betrieb ist, kann der Reparaturtermin besser 20 geplant werden, als wenn das Gerät schon ausgefallen wäre, was besonders an Wochenenden oder Feiertagen unangenehm ist. Patentansprüche: 25 1. Verfahren zum Überwachen eines Gebläses (2) mit Drehzahlerfassung vorzugsweise eines Heizgerätes, dadurch gekennzeichnet, dass bei vorgegebener Drehzahl mindestens einmal ein für die elektrische Leistungsaufnahme des Gebläses (2) relevantes Signal erfasst und gespeichert wird, zu einem späteren Zeitpunkt bei identischer Drehzahl wieder das für die 30 elektrische Leistungsaufnahme des Gebläses (2) relevante Signal erfasst wird, die Signalwerte verglichen werden und bei einer Abweichung der Signalwerte, welche auf einen signifikanten Anstieg der elektrischen Leistungsaufnahme schließen lassen, ein Signal zur Einleitung einer Wartung ausgegeben wird.
2. 2. Verfahren zum Überwachen eines Gebläses (2) mit Drehzahlerfassung vorzugsweise eines Heizgerätes, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem vorgegebenen, der elektrischen Leistungsaufnahme des Gebläses (2) relevanten Signal mindestens einmal die Drehzahl des Gebläses (2) erfasst und gespeichert wird, zu einem späteren Zeitpunkt bei identischem der elektrischen Leistungsaufnahme des Gebläses (2) relevanten Signal wieder die 40 Drehzahl des Gebläses (2) erfasst wird, die Drehzahlen verglichen werden und bei einer signifikanten Reduzierung der Drehzahl ein Signal zur Einleitung einer Wartung ausgegeben wird.
3. 3. Verfahren zum Übenwachen eines Gebläses (2) mit Drehzahlerfassung gemäß Anspruch 1 45 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das für die elektrische Leistungsaufnahme des Gebläses (2) relevante Signal eine Pulsweitenerfassung enthält.
4. 4. Verfahren zum Überwachen eines Gebläses (2) mit Drehzahlerfassung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das für die elektrische Leistungsauf- 50 nähme relevante Signal eine Strom- und / oder Spannungserfassung enthält.
5. 5. Verfahren zum Übenwachen eines Gebläses (2) mit Drehzahlerfassung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Lufttemperatur erfasst und beim Vergleich berücksichtigt wird. 55 6 AT 500 890 B1
6. 6. Verfahren zum Überwachen eines Gebläses (2) mit Drehzahlerfassung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl mittels Hallsensor (7) erfasst wird.
7. 7. Verfahren zum Überwachen eines Gebläses (2) mit Drehzahlerfassung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal zur Einleitung einer Wartung in Form einer Anzeige am Gerät, eines Warntons und / oder über eine Datenverbindung vorzugsweise zu einem Fachinstallateur ausgegeben wird. 10 Hiezu 4 Blatt Zeichnungen 15 20 25 30 35 40 45 50 55