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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Frequenzumrichter mit
einem Luftkühler zum Kühlen des Frequenzumrichters.
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Frequenzumrichter
sind allgemein bekannt und dienen dazu, aus einem Wechselstrom oder Drehstrom
mit bestimmter Frequenz eine in Amplitude und Frequenz veränderte
Spannung zu erzeugen. Mit dieser umgerichteten Spannung kann dann
ein Verbraucher betrieben werden, wie beispielsweise ein Asynchronmotor
oder dergleichen.
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Zur
Gewährleistung einer ordnungsgemäßen
Funktion sind Frequenzumrichter häufig mit einer Kühleinrichtung
versehen, welche die Temperatur der Frequenzumrichterbauteile herabsetzt,
wie beispielsweise die Temperatur von Stromwandlern, Widerständen,
Primärhalbleitern, Drosseln, DC-Kondensatoren, Platinen
und dergleichen. Als Kühleinrichtung kommen häufig
Luftkühler zum Einsatz, welche Außenluft ansaugen
und diese in Richtung der zu kühlenden Komponenten leiten.
Reicht die Temperatur der Umgebungsluft zum Kühlen der
Komponenten nicht aus, so kann der Luftkühler ferner einen Wärmetauscher
umfassen, um die Umgebungsluft abzukühlen, bevor diese
in Richtung der zu kühlenden Komponenten des Frequenzumrichters
geleitet wird.
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Insbesondere
bei verschmutzter, insbesondere verstaubter Umgebungsluft besteht
die Gefahr, dass die Funktion des Frequenzumrichters durch mithilfe
des Luftkühlers angesaugte Schmutzpartikel beeinträchtigt
werden kann. Schlimmstenfalls kann dies zu einem vollständigen
Ausfall des Frequenzumrichters führen.
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Um
diesem Problem zu begegnen, ist es bekannt, die mithilfe des Luftkühlers
angesaugte Umgebungsluft mithilfe eines Luftfilters zu filtern,
bevor diese zu den zu kühlenden Komponenten des Frequenzumrichters
geleitet wird, wie es beispiels weise in der
DE-U-20 2004 015 168 offenbart
ist. Bei derartigen Luftfiltern besteht jedoch ein Problem dahingehend, dass
die mithilfe des Luftfilters gefilterten Schmutzpartikel den Luftfilter
nach und nach verstopfen, so dass die Gefahr einer unzureichenden
Kühlung des Frequenzumrichters aufgrund des reduzierten
Kühlluftvolumenstroms entsteht. Entsprechend ist es erforderlich,
den Luftfilter in regelmäßigen Abständen zu
reinigen oder durch einen neuen Luftfilter zu ersetzen. Diese Lösung
ist jedoch sehr wartungsaufwändig, teuer und fehleranfällig,
da die Wartung vergessen werden kann.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen alternativen Frequenzumrichter mit einem Luftkühler zum
Kühlen des Frequenzumrichters zu schaffen, der die eingangs
beschriebene Problematik zumindest teilweise beseitigt.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung
einen Frequenzumrichter nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betreiben
eines Frequenzumrichters nach Anspruch 8. Die abhängigen Ansprüche
beziehen sich auf individuelle Ausgestaltungen der vorliegenden
Erfindung.
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Der
Frequenzumrichter gemäß der vorliegenden Erfindung
umfasst einen Luftkühler zum Kühlen des Frequenzumrichters
und einen Luftfilter zum Kühlen der Kühlluft.
Erfindungsgemäß ist ein Schwingungsaktuator vorgesehen,
wie beispielsweise eine Rütteleinrichtung oder dergleichen,
wobei der Schwingungsaktuator den Luftfilter derart in mechanische
Schwingungen versetzt, dass sich mithilfe des Luftfilters aus dem
Kühlluftvolumenstrom gefilterte Schmutzpartikel lösen,
so dass der Luftfilter automatisch gereinigt wird. Entsprechend
wird die Gefahr eines Verstopfens des Luftfilters und somit einer
unzureichenden Kühlung des Frequenzumrichters eliminiert
oder zumindest verringert. Die Ausfallwahrscheinlichkeit von Frequenzumrichtern
kann demnach erheblich herabgesetzt werden.
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Gemäß einer
einfachen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Frequenzumrichters fallen die Schmutzpartikel, die mithilfe des
Schwingungsaktuators von dem Luftfilter gelöst wurden,
der Schwerkraft folgend herab und werden von einem unterhalb des Luftfilters
vorgesehenen Sammelbehälter aufgenommen. Dieser Sammelbehälter
ist bevorzugt von außen zugänglich und entnehmbar
angeordnet, so dass er problemlos geleert werden kann.
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Gemäß einer
bevorzugten Variante der vorliegenden Erfindung umfasst der Frequenzumrichter eine
Steuerung, die derart ausgebildet ist, dass sie den Schwingungsaktuator
in vorbestimmten Zeitintervallen ein- und ausschaltet. Auf diese
Weise kann eine mit dem Schwingungsaktuator gegebenenfalls einhergehende
Geräuschbelastung verringert werden, während eine
Reinigung des Luftfilters weiterhin gewährleistet bleibt,
solange die vorbestimmten Zeitintervalle entsprechend gewählt
werden.
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Gemäß einer
weiteren Variante der vorliegenden Erfindung weist der Frequenzumrichter
zumindest einen Sensor auf, auf dessen Ausgangssignal basierend
ein Ein- und/oder Ausschalten des Schwingungsaktuators erfolgt.
Bei diesem Sensor handelt es sich bevorzugt um einen solchen Sensor, der
Parameter erfasst, die Rückschlüsse auf den Verstopfungsgrad
des Luftfilters zulassen.
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So
kann es sich bei dem zumindest einen Sensor z. B. um einen Temperatursensor
handeln, der die Betriebstemperatur von Komponenten des Frequenzumrichters
erfasst. Übersteigt die Betriebstemperatur des Frequenzumrichters
einen vordefinierten Grenzwert, so ist dies ein Anzeichen dafür, dass
nicht mehr ausreichend Kühlluft an die zu kühlenden
Komponenten des Frequenzumrichter gelangt. Entsprechend kann davon
ausgegangen werden, dass der Kühlluftvolumenstrom aufgrund
eines Verstopfens des Luftfilters zu stark herabgesetzt wurde. Um
diesem Missstand zu begegnen, kann dann automatisch der Schwingungsaktuator
eingeschaltet werden, um auf diese Weise den Luft filter zu reinigen,
so dass wieder ein zur Kühlung des Frequenzumrichter ausreichender
Kühlluftvolumenstrom durch diesen hindurchdringen kann.
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Zusätzlich
oder alternativ zu dem Temperatursensor kann der Frequenzumrichter
auch einen Durchflussmengensensor aufweisen, der zum Erfassen der
Größe des zum Frequenzumrichter gelangenden Kühlluftvolumenstroms
dient. Sinkt der Kühlluftvolumenstrom unter einen vordefinierten
Grenzwert, so ist dies wiederum ein Anzeichen dafür, dass der
Luftfilter zu stark von Schmutzpartikeln verstopft wurde. Entsprechend
kann der Schwingungsaktuator betätigt werden, um dieser
Problematik entgegen zu wirken.
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Ferner
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Betreiben
eines Frequenzumrichters mit einem Luftkühler zum Kühlen des
Frequenzumrichters und mit einem Luftfilter zum Filtern der Kühlluft,
wobei das Verfahren erfindungsgemäß den Schritt
aufweist, dass der Luftfilter zumindest temporär in mechanische
Schwingungen versetzt wird, um diesen zu reinigen.
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Gemäß einer
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird der Luftfilter in vorbestimmten Zeitintervallen in mechanische
Schwingung versetzt, wodurch in erster Linie eine mit den mechanischen
Schwingungen gegebenenfalls einhergehende Lärmbelästigung
verringert werden soll, wobei die Zeitintervalle natürlich
derart gewählt werden müssen, dass ein Verstopfen
des Luftfilters sicher verhindert wird.
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Gemäß einer
weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird der Luftfilter in Abhängigkeit von seinem Verstopfungsgrad
in mechanische Schwingung versetzt. So kann der Verstopfungsgrad
des Luftfilters beispielsweise anhand der Betriebstemperatur des
Frequenzumrichters ermittelt werden, wie es zuvor beschrieben wurde.
Natürlich ist es auch möglich, den Verstopfungsgrad
anhand der Größe des zum Frequenzumrichter gelangenden Kühlluftstroms
zu ermitteln.
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung anhand einer beispielhaften Ausführungsform
unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung genauer beschrieben.
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Die
Zeichnung zeigt eine schematische Ansicht eines Frequenzumrichter
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, der allgemein mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet
ist. Der Frequenzumrichter 10 umfasst ein Gehäuse 12,
in dem eine Frequenzumrichtereinheit 14, ein Luftkühler 16 mit einem
Gebläse 18, ein Luftfilter 20 und ein
Schwingungsaktuator 22 aufgenommen sind. Die Frequenzumrichtereinheit
dient dazu, aus einem Wechselstrom oder Drehstrom mit bestimmter
Frequenz eine in Amplitude und Frequenz veränderte Spannung
zu erzeugen, mit der ein nicht näher dargestellter Verbraucher
betrieben wird, wie beispielsweise ein Asynchronmotor oder dergleichen.
Entsprechend umfasst die Frequenzumrichtereinheit die für
einen Frequenzumrichter typischen Bauteile, wie beispielsweise Stromwandler,
Widerstände, Primärhalbleiter, Drosseln, DC-Kondensatoren,
Platinen und dergleichen.
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Der
Luftkühler 16 umfasst ein Gebläse 18, um
Umgebungsluft zur Erzeugung eines Kühlluftvolumenstromes
zum Kühlen der Komponenten der Frequenzumrichtereinheit 14 anzusaugen.
Ferner kann der Luftkühler 16 einen nicht dargestellten
Wärmetauscher umfassen, wenn die Temperatur der Umgebungsluft
zum Kühlen der Komponenten der Frequenzumrichtereinheit 14 nicht
ausreichend gering sein sollte.
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Vor
dem Luftkühler 16 ist ein Luftfilter 20 angeordnet,
der Schmutzpartikel aus der mithilfe des Gebläses 18 des
Luftkühlers 16 angesaugten Umgebungsluft filtert.
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Der
Schwingungsaktuator 22, bei dem es sich beispielsweise
um eine Rüttelvorrichtung oder dergleichen handeln kann,
ist derart ausgebildet und angeordnet, dass er den Luftfilter 20 derart
in mechanische Schwingung versetzen kann, dass sich die von diesem
gefilterten Schmutzpartikel von dem Luftfilter 20 lösen
und der Schwerkraft folgend herabfallen, wo sie von einem in der
Zeichnung gestrichelt dargestellten Sammelbehälter 24 aufgenommen werden,
der in dem Gehäuse 20 oder unterhalb von diesem
angeordnet sein kann. Der Sammelbehälter 24 ist
von außen zugänglich und entfernbar positioniert,
so dass er in einfacher Art und Weise entleert werden kann. An dieser
Stelle sei darauf hingewiesen, dass auf den Sammelbehälter 24 auch
verzichtet werden kann, insbesondere dann, wenn der Frequenzumrichter 10 außerhalb
von geschlossenen Räumen verwendet wird.
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Während
des Betriebs des in der Zeichnung dargestellten Frequenzumrichters 10 wird
ein Kühlluftvolumenstrom in Form von Umgebungsluft mithilfe
des Gebläses 18 des Luftkühlers 16 durch
den Luftfilter 20 in Richtung des Pfeils 26 angesaugt,
wobei in der angesaugten Umgebungsluft enthaltene Schmutzpartikel
von dem Luftfilter 20 gefiltert werden. Daraufhin gelangt
die von den Schmutzpartikel befreite Umgebungsluft in den Luftkühler 16,
wo sie gegebenenfalls mithilfe eines Wärmetauschers in
bekannter Art und Weise abgekühlt werden kann. Anschließend
wird der Kühlluftvolumenstrom in Richtung des Pfeils 28 zu
der Frequenzumrichtereinheit 14 geleitet, wo sie die zu
kühlenden Komponenten der Frequenzumrichtereinheit 14 kühlt.
Nach Durchströmen der Frequenzumrichtereinheit 14 wird
der Kühlluftvolumenstrom in Richtung des Pfeils 30 aus dem
Gehäuse 12 des Frequenzumrichters 10 abgelassen.
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Während
des Betriebs des Frequenzumrichters 10 wird der Luftfilter 20 nach
und nach durch die gefilterten Schmutzpartikel verstopft. Mit zunehmender
Verstopfung verringert sich der zur Frequenzumrichtereinheit 14 gelangende
Kühlluftvolumenstrom, da diesem ein größerer
Widerstand entgegengesetzt wird. Verstopft der Luftfilter 20 zu
stark, so kann der zu der Frequenzumrichtereinheit 14 gelangende Kühlluftvolumenstrom
eine ausreichende Kühlung der zu kühlenden Komponenten
nicht länger gewährleisten, so dass die Funktion
des Frequenzumrichters 10 beeinträchtigt werden
kann.
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Um
einem solchen Verstopfen des Luftfilters 20 entgegen zu
wirken, kann der Schwingungsaktuator 22 eingeschaltet und
konstant betrieben werden, so dass die gefilterten Schmutzpartikel
von dem Luftfilter 20 entfernt und anschließend
in dem Sammelbehälter 24 gesammelt werden. Auf
diese Weise kann die ordnungsgemäße Funktion des
Frequenzumrichters 10 aufrechterhalten werden.
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Alternativ
kann der Schwingungsaktuator 22 von einer Steuerung 32,
die wahlweise in dem Gehäuse 12 oder außerhalb
von diesem angeordnet sein kann, derart angesteuert werden, dass
der Schwingungsaktuator 22 in vorbestimmten Zeitintervallen
ein- und ausgeschaltet wird. Das regelmäßige Ausschalten
des Schwingungsaktuators 22 soll in erster Linie die Geräuschbelastung
mindern, die gegebenenfalls mit dem Betrieb des Schwingungsaktuators
einhergeht, wobei die Zeitintervalle natürlich derart gewählt
werden müssen, dass ein Verstopfen des Luftfilters 20 weiterhin
sicher verhindert wird.
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Alternativ
kann die Steuerung 32 den Schwingungsaktuator 22 auch
in Abhängigkeit vom Verstopfungsgrad des Luftfilters 20 ansteuern.
Mit anderen Worten schaltet die Steuerung 32 den Schwingungsaktuator 22 nur
dann ein, wenn ein vordefiniertes Verstopfungsmaß des Luftfilters 20 erreicht
ist.
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Ein
solches vom Verstopfungsmaß des Luftfilters 20 abhängiges
Ein- und Ausschalten des Schwingungsaktuators 22 kann beispielsweise
erfolgen, indem ein Temperatursensor 34 vorgesehen wird,
der die Betriebstemperatur des Frequenzumrichters 10 und
genauer gesagt von Komponenten der Frequenzumrichtereinheit 14 erfasst. Übersteigt die
von dem Temperatursensor 34 erfasste Betriebstemperatur
einen vordefinierten Grenzwert, so ist dies ein Anzeichen dafür,
dass nicht mehr ausreichend Kühlluft mithilfe des Gebläses 18 des
Luftkühlers 16 zur Frequenzumrichtereinheit 14 gefördert wird.
Aufgrund der Tatsache, dass nicht mehr ausreichend Kühlluft
vorhanden ist, kann darauf geschlossen werden, dass die Verstopfung
des Luftfilters 20 bereits fortgeschritten ist. Daraufhin
kann die Steuerung 32 den Schwingungsaktuator 22 einschalten, um
den Luftfilter 20 von Schmutzpartikeln zu befreien. Sobald
die Ausgangssignale des Temperatursensors 34 anzeigen,
dass der Kühlluftvolumenstrom wieder ausreichend groß ist,
um die Kühlung der zu kühlenden Komponenten der
Frequenzumrichtereinheit 14 zu gewährleisten,
kann der Schwingungsaktuator 22 von der Steuereinheit 22 wieder
ausgeschaltet werden.
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Alternativ
oder zusätzlich kann der Frequenzumrichter 10 auch
einen Durchflussmengensensor 36 aufweisen, der den zu der
Frequenzumrichtereinheit 14 gelangenden Kühlluftvolumenstrom
erfasst. Unterschreitet der von dem Durchflussmengensensor 36 erfasste
Kühlluftvolumenstrom einen vorbestimmten Grenzwert, so
ist dies wiederum ein Anzeichen dafür, dass der Luftfilter 20 über
ein vorbestimmtes Maß hinaus verstopft ist. Entsprechend schaltet
die Steuerung 32 den Schwingungsaktuator 22 ein,
um den Luftfilter 20 von Schmutzpartikeln zu befreien.
Sobald das Ausgangssignal des Durchflussmengensensors 36 einen
unkritischen Kühlluftvolumenstrom anzeigt, kann der Schwingungsaktuator 22 mithilfe
der Steuerung 32 wieder ausgeschaltet werden.
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Es
sollte klar sein, dass die zuvor beschriebene Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Frequenzumrichters nur als
Beispiel dient und in keiner Weise einschränkend ist. Vielmehr
sind Modifikationen und Änderungen möglich, ohne
den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, der durch
die beiliegenden Ansprüche definiert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 202004015168
U [0005]