DE102013223576B4 - Verfahren zur Kalibrierung einer Belüftungseinrichtung - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Kalibrierung einer Belüftungseinrichtung (12) für eine Fahrerkabine (10) eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einem Gebläse (18, 20) zur Erzeugung eines die Fahrerkabine (10) beaufschlagenden und gegenüber dem atmosphärischen Druck erhöhten Kabineninnendrucks, mit den Verfahrensschritten:
Bestimmen eines eine minimale Gebläsestufung repräsentierenden Drehzahlwerts des mindestens einen Gebläses (18, 20) und Anpassen des Drehzahlwerts dahingehend, dass das in der minimalen Gebläsestufung betriebene mindestens eine Gebläse (18, 20) einen definiert erhöhten Kabineninnendruck erzeugt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung einer Belüftungseinrichtung für eine Fahrerkabine eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einem Gebläse zur Erzeugung eines die Fahrerkabine beaufschlagenden und gegenüber dem atmosphärischen Druck erhöhten Kabineninnendrucks.
• Eine derartige Belüftungseinrichtung in Gestalt einer Luftverteileinrichtung für ein Fahrerhaus eines Traktors geht beispielsweise aus der EP 0 042 597 A2 hervor. Die Luftverteileinrichtung umfasst zwei Gebläse, wobei ein erstes Gebläse ein konstantes Fördervolumen aufweist und Frischluft von außen in das Fahrerhaus ansaugt, während ein zweites Gebläse eine veränderbare Drehzahl aufweist und zur Umwälzung der Innenluft dient. Der von dem ersten Gebläse ausgestoßene Frischluftstrom wird in einer Mischzone mit dem von dem zweiten Gebläse ausgestoßenen Innenluftstrom vermischt. Durch die Luftverteileinrichtung lässt sich unter allen Betriebsbedingungen ständig ein positiver Luftüberdruck im Fahrerhaus sicherstellen, sodass einem unerwünschten Eindringen staubiger Luft von außen entgegengewirkt wird.
• Des Weiteren ist in der DE 10 2009 003 300 A1 eine Belüftungseinrichtung für eine Fahrerkabine eines Kraftfahrzeugs offenbart, die ein Umluftgebläse zur Erzeugung eines die Fahrerkabine beaufschlagenden Umluftstroms umfasst. Dem Umluftstrom wird mittels eines Hilfsgebläses angesaugte Frischluft derart beigemischt, dass ein ermittelter Kabineninnendruck und/oder ein ermittelter Frischluftvolumenstrom einen jeweils vorgegebenen Mindestwert nicht unterschreitet.
• Die Europäische Norm EN 15695-1 unterteilt Fahrerkabinen von landwirtschaftlichen Arbeitsmaschinen beziehungsweise Nutzfahrzeugen in die Kategorien 1 bis 4 hinsichtlich der Effektivität der Kabine bei Schutz vor Schadstoffen in der Umgebung der Kabine. Während die Kategorie 1 der Norm EN 15695-1 keinen Schutz der Kabine vor gesundheitsgefährdenden Substanzen fordert, müssen Kabinen der Kategorie 2 der Norm EN 15695-1 Schutz vor festen Schwebstoffen wie zum Beispiel Staub bieten und hierzu einen Kabineninnendruck von mindestens 50Pa aufweisen. Aus Kostengründen sind Hersteller von landwirtschaftlichen Arbeitsmaschinen in Form von Traktoren bestrebt, bei Fahrerkabinen der Kategorie 2 der Norm EN 15695-1 auf einen Drucksensor innerhalb der Kabine zu verzichten, da ein solcher durch die Norm nicht vorgeschrieben wird. Bei Fahrerkabinen der Kategorien 3 oder 4 der Norm EN 15695-1 ist ein Drucksensor innerhalb der Kabine vorgeschrieben und der mindestens einzuhaltende Kabineninnendruck beträgt 20Pa.
• Aussagen, ob der Kabineninnendruck von 50Pa eingehalten wird, sind demnach mit einer Konfiguration ohne Drucksensor nicht unmittelbar möglich. Grundsätzlich wird ein gegenüber dem atmosphärischen Druck erhöhter Kabineninnendruck durch ein Gebläse für die Frischluftzufuhr oder ein Gebläse für einen Umluftstrom oder auch beide dieser Gebläse erzeugt, sofern denn die Fahrerkabine in einem Maße eine Dichtigkeit aufweist, dass der erhöhte Kabineninnendruck innerhalb der Kabine gehalten werden kann. Ob der erhöhte Kabineninnendruck von mindestens 50Pa laut Norm EN 15695-1 in der Kabine erzeugt und gehalten werden kann, hängt im Wesentlichen zum einen von der Drehzahl des oder der Gebläse in einer minimalen Gebläsestufung und zum anderen von dem Grad der Dichtigkeit der Fahrkabine ab. Sowohl die Drehzahl des oder der Gebläse in einer minimalen Gebläsestufung als auch der Grad der Dichtigkeit der Kabine sind konstruktiv beziehungsweise durch den Fertigungs- und Montageprozess der Kabine bedingt toleranzbehaftet. Während eine Kabinendichtigkeit unterhalb des Toleranzbereichs Nacharbeit an der Kabine, insbesondere den Dichtungen, bedeuteten kann, ist eine Kabinendichtigkeit oberhalb des Toleranzbereichs lediglich unter Effizienzgesichtspunkten zu beanstanden, da in diesem Fall das oder die Gebläse bei gegebener Drehzahl einen gegenüber den laut Norm EN 15695-1 geforderten 50Pa weiter erhöhten Kabineninnendruck erzeugt.
• Ausgehend hiervon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Kalibrierung einer Belüftungseinrichtung bereitzustellen, mit dem innerhalb eines bestehenden Toleranzbereichs der Kabinendichtigkeit ein normgerechter Kabineninnendruck eingestellt werden kann.
• Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Kalibrierung einer Belüftungseinrichtung für eine Fahrerkabine eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einem Gebläse zur Erzeugung eines die Fahrerkabine beaufschlagenden und gegenüber dem atmosphärischen Druck erhöhten Kabineninnendrucks, mit den Verfahrensschritten Bestimmen eines eine minimale Gebläsestufung repräsentierenden Drehzahlwerts des Hilfsgebläses und Anpassen des Drehzahlwerts dahingehend, dass das in der minimalen Gebläsestufung betriebene Gebläse einen gegenüber dem atmosphärischen Druck erhöhten Kabineninnendruck erzeugt.
• Bevorzugt wird das Kalibrierverfahren am Ende oder zumindest gegen Ende des Montageprozesses des Kraftfahrzeugs durchgeführt. Regelmäßig wird es so sein, dass es sich bei dem Gebläse zur Erzeugung eines erhöhten Kabineninnendrucks um ein sogenanntes Frischluftgebläse oder ein Umluftgebläse zur Erzeugung eines Umluftstroms in der Kabine handelt. Mittels des Frischluftgebläses wird dem Umluftstrom angesaugte Frischluft beigemischt. Zur Steuerung der Beimischung können beispielsweise bewegliche Luftklappen vorgesehen sein. Unter dem Begriff minimale Gebläsestufung soll ein Einschaltzustand des Gebläses verstanden werden, der verglichen mit anderen Einschaltzuständen die niedrigste Gebläsedrehzahl liefert. Hierbei kann es sich bei den verschiedenen Einschaltzuständen um einen kontinuierlichen Verlauf im Sinne einer stufenlosen Verstellung oder um diskrete Einschaltzustände im Sinne von diskreten Gebläsestufen handeln.
• Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird am Ende des Montageprozesses des Kraftfahrzeugs sichergestellt, dass die Gebläsedrehzahl in der minimalen Gebläsestufung auf einen Wert eingestellt ist, bei dem das Gebläse zumindest annähernd genau 50Pa Kabineninnendruck gegenüber dem atmosphärischen Druck in der Kabine erzeugt und beibehält. Somit wird einerseits die Anforderung für Fahrerkabinen der Kategorie 2 der Norm EN 15695-1 eingehalten aber andererseits der Kabineninnendruck auch nicht derart weit oberhalb des Kabineninnendrucks von 50Pa gegenüber dem atmosphärischen Druck gehalten, dass in der minimalen Gebläsestufung ein übermäßig hoher Stromverbrauch durch das Gebläse entsteht.
• Bevorzugt erfolgt das Verfahren zur Kalibrierung durch Anpassen des Drehzahlwerts nach Maßgabe eines Vergleichs zwischen einem gemessenen Kabineninnendruck und einem für den Kabineninnendruck vorgegebenen Sollwert. Hierdurch wird einmalig sichergestellt, dass der für den Kabineninnendruck vorgegebene Solldruck während der Kalibrierung als gemessener Kabineninnendruck vorliegt.
• Bevorzugt wird ein Drucksensor zur Bestimmung des Kabineninnendrucks eingesetzt. Hierdurch lässt sich der Druck einfach und genau bestimmen.
• Bevorzugt erfolgt ein Abspeichern des angepassten und den erhöhten Kabineninnendruck erzeugenden Drehzahlwerts des Gebläses. Hiermit ist sichergestellt, dass dieser angepasste Drehzahlwert der Ansteuerung der Belüftungseinrichtung zur Verfügung steht.
• Bevorzugt wird der angepasste Drehzahlwert in einem wiederbeschreibbaren Speicher abgespeichert. Hierdurch ist sichergestellt, dass das Kalibrierverfahren wiederholt durchgeführt werden kann. Dies kann beispielsweise im Wartungsfall erforderlich sein oder nach Reparaturen an der Kabine oder der Belüftungseinrichtung.
• Bevorzugt wird ein Anpassen des Drehzahlwerts unterbunden, wenn der gemessene Kabineninnendruck außerhalb eines für den Kabineninnendruck vorgegebenen Wertebereichs liegt. Hierdurch ist ein Kriterium gegeben, anhand dessen beurteilt werden kann, ob Nacharbeit beispielsweise an der Abdichtung der Kabine erforderlich ist.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kalibrierung einer Belüftungseinrichtung wird anhand der nachfolgenden Figuren erläutert. Hierin zeigen
• 1 eine Belüftungseinrichtung für eine Fahrerkabine eines Kraftfahrzeugs und
• 2 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Kalibrierung einer Belüftungseinrichtung.
• Die 1 zeigt eine Belüftungseinrichtung 12 für eine Fahrerkabine und eine Fahrerkabine 10 eines Kraftfahrzeugs. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich um ein nicht näher dargestelltes landwirtschaftliches Nutzfahrzeug, beispielsweise um einen Traktor, eine Erntemaschine, einen Feldhäcksler oder dergleichen handeln. Die Fahrerkabine 10 weist in einem Zustand, in dem Türen, Fenster und Lüftungsklappen oder dergleichen geschlossen sind, eine definierte Dichtigkeit gegenüber der Umgebung auf. Bei der Fahrerkabine kann es sich um eine Kabine der Kategorie 2 gemäß Norm EN 15695-1 handeln.
• Die zur Belüftung und Klimatisierung der Fahrerkabine 10 vorgesehene Belüftungseinrichtung 12 umfasst ein Klimatisierungsgehäuse 14, in dem eine Mischkammer 16 abgeteilt ist. Weiterhin sind in dem Klimatisierungsgehäuse 14 ein Gebläse bzw. Umluftgebläse 18, ein weiteres Gebläse bzw. Frischluftgebläse 20 und ein zu einer Klimatisierungseinrichtung 36 zugehöriger Verdampfer 38 und Heizungswärmetauscher 40 angeordnet. Das Umluftgebläse 18 ist bei der in 1 gezeigten Ausführungsform in der Mischkammer 16 angeordnet, die mit einer Lufteinlassöffnung 21 in Verbindung steht. Die Lufteinlassöffnung 21 kann wie im vorliegenden Fall im Bodenbereich der Fahrerkabine 10 ausgebildet sein.
• Zur Erzeugung eines die Fahrerkabine 10 beaufschlagenden Umluftstroms ist das Umluftgebläse 18 mit einem in die Fahrerkabine 10 mündenden Luftverteilersystem 24 mit in der Fahrerkabine 10 verteilt angeordneten Luftauslassöffnungen 22 verbunden. Das Frischluftgebläse 20, welches in Abgrenzung zum Umluftgebläse 18 als Hilfsgebläse bezeichnet werden kann, dient der Zufuhr von Frischluft, die über eine an der Außenseite der Fahrerkabine 10 angeordnete Lufteinlassöffnung 26 angesaugt und über einen Frischlufteinlass 28 der Mischkammer 16 dem Umluftstrom beigemischt wird.
• Zur Beeinflussung der geförderten Umluft- und Frischluftmengen kann die Drehzahl des Umluftgebläses 18 und des Frischluftgebläses 20 verändert werden. Außerdem kann mittels der Drehzahl des Frischluftgebläses 20 als auch mittels der Drehzahl des Umluftgebläses 18 ein gegenüber dem atmosphärischen Druck erhöhter Kabineninnendruck erzeugt werden. Das Umluftgebläse 18 und das Frischluftgebläse 20 weisen einen elektromotorischen Antrieb auf, mittels dessen sich ein auf einer Antriebsachse angebrachter Lüfterrotor in Drehung versetzen lässt. Zur Veränderung der Drehzahl des Lüfterrotors und damit der geförderten Luftmenge bzw. des Kabineninnendrucks lassen sich die elektromotorischen Antriebe des Umluftgebläses 18 und des Frischluftgebläses 20 über einen zwischengeschalteten Drehzahlregler 29 seitens einer Kontrolleinrichtung 30 ansteuern. Um einen unerwünschten Zutritt von Verunreinigungen in die Belüftungseinrichtung 12 zu vermeiden, ist dem Umluftgebläse 18 und dem Frischluftgebläse 20 ansaugseitig ein austauschbares Filterelement 32 bzw. 34 vorgeschaltet. Zusätzlich kann auch noch ein nicht dargestellter Staubzyklon zwecks Vorabscheidung von grobem Staub vorgesehen sein.
• Zur Temperierung des Umluftstroms sowie der über den Frischlufteinlass 28 zugeführten Frischluft kann der Mischkammer 16 ein Verdampfer 38 und ein Heizungswärmetauscher 40 einer Klimatisierungseinrichtung 36 nachgeordnet sein, so dass diese zwischen Mischkammer 16 und Luftverteilersystem 24 angeordnet sind. Der Verdampfer 38 ist Bestandteil eines nicht näher beschriebenen Kältemittelkreislaufs und der Heizungswärmetauscher 40 ist Bestandteil eines nicht näher beschriebenen Kühlmittelkreislaufs eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs. Ferner erlaubt eine in der Fahrerkabine 10 angeordnete Bedienelementanordnung 50 eine manuelle Vorgabe der Drehzahl des Umluftgebläses 18 bzw. des Frischluftgebläses 20 sowie die Einstellung der Temperatur des Umluftstroms durch geeignete Verstellung einer Umlenkklappe 46. Des Weiteren lässt sich über die Bedienelementanordnung 50 ein automatisierter Betrieb der Belüftungseinrichtung 12 auswählen bzw. auslösen.
• In Abhängigkeit des Auftretens bzw. des Zusammentreffens verschiedener Betriebsparameter kann ein Betriebszustand der Belüftungseinrichtung 12 auftreten, bei dem die Kontrolleinrichtung 30 das Umluftgebläse 18 und das Frischluftgebläse 20 über den Drehzahlregler 29 in der minimalen Gebläsestufung ansteuert. Unter diesen Umständen muss bei einer Kabine der Kategorie 2 gemäß Norm EN 15695-1 gewährleistet sein, dass sich in der in geschlossenem Zustand befindlichen Kabine ein Kabineninnendruck von 50Pa gegenüber dem atmosphärischen Druck einstellt.
• Bei einer verglichen mit 1 alternativen Ausführungsform einer Belüftungseinrichtung kann die Anordnung derart getroffen sein, dass das Umluftgebläse 18 zwar innerhalb des Klimatisierungsgehäuses 14 aber außerhalb der Mischkammer 16 vorgesehen ist. Die restliche Anordnung bleibt unverändert. Dies hat zur Folge, dass eine Anhebung des Kabineninnendrucks lediglich mittels des Frischluftgebläses 20 erfolgen kann.
• Bei fehlendem Drucksensor in der Fahrerkabine 10 kann mit dem in der 2 dargestellten Verfahren zur Kalibrierung der Belüftungseinrichtung 12 die durch die Kontrolleinrichtung 30 über den Drehzahlregler 29 anzusteuernde Drehzahl in der minimalen Gebläsestufung des Umluftgebläses 18 oder die über den Drehzahlregler 29 anzusteuernde Drehzahl in der minimalen Gebläsestufung des Frischluftgebläses 20 festgelegt werden, damit der durch die Norm EN 15695-1 vorgeschriebene Kabineninnendruck eingehalten wird.
• Die 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kalibrierverfahrens. Nach dem Starten des Kalibrierverfahrens in Schritt 100 wird in Schritt 102 die aktuell herrschende Drehzahl U_ist,1 eines der Gebläse 18, 20 in der minimalen Gebläsestufung bestimmt. Anschließend wird in Schritt 104 der aktuell herrschende Kabineninnendruck p_ist bestimmt und zwar mittels eines separaten Drucksensors, der nicht Bestandteil der Belüftungseinrichtung 12 ist. In Schritt 106 wird der ermittelte Kabineninnendruck mit einem für den Kabineninnendruck vorgegebenen Solldruck p_soll verglichen. Hierbei kann es sich bei dem Solldruck p_soll um die durch die Norm EN 15695-1 vorgeschriebenen 50Pa für Fahrerkabinen der Kategorie 2 handeln. Ergibt der Vergleich in Schritt 106, dass der Kabineninnendruck pist über dem Sollwert p_soll liegt, wird die in Schritt 102 bestimmte aktuelle Drehzahl des Gebläses 18, 20 in Schritt 108 in einem überschreibbaren Speicher, beispielsweise einem EPROM, abgelegt und das Kalibrierverfahren in Schritt 110 beendet.
• Ergibt der Vergleich in Schritt 106, dass der aktuelle Kabineninnendruck pist unter dem Sollwert p_soll liegt, erfolgt in Schritt 112 ein Vergleich des aktuellen Kabineninnendrucks p_ist mit einer oberen Druckgrenze p_min,o und mit einer unteren Druckgrenze p_min,u. Liegt der aktuelle Kabineninnendruck p_ist außerhalb des durch die beiden Druckgrenzen p_min,o, p_min,u aufgespannten Bereichs wird in Schritt 114 eine Fehlermeldung ausgegeben und das Kalibrierverfahren zunächst beendet. Nach eventuell erfolgter Nacharbeit im Bereich der Abdichtung der Fahrerkabine 10 oder des Gebläses 18, 20 kann das Kalibrierverfahren erneut durchlaufen werden.
• Liegt im Schritt 112 der aktuelle Kabineninnendruck pist innerhalb des durch die beiden Druckgrenzen p_min,o, p_min,u aufgespannten Bereichs und wie in Schritt 106 bereits festgestellt unterhalb des Sollwerts p_soll, wird in Schritt 116 die der minimalen Gebläsestufung zugeordnete Drehzahl angehoben und in Schritt 118 wird erneut die herrschende Drehzahl U_ist,2 bestimmt. In Schritt 120 wird die angehobene und in Schritt 118 bestimmte Drehzahl U_ist,2 mit einer Grenzdrehzahl U_grenz verglichen. Liegt die Drehzahl U-_ist,2 oberhalb der Grenzdrehzahl U_grenz wird mit Schritt 114 fortgefahren und eine Fehlermeldung ausgegeben. Liegt die Drehzahl U_ist,2 unterhalb der Grenzdrehzahl U_grenz, wird mit Schritt 104 fortgefahren und erneut der aktuell herrschende Kabineninnendruck pist bei der Drehzahl U_ist,2 bestimmt. Das Kalibrierverfahren wird solange wiederholt durchlaufen, bis in Schritt 106 die oben beschriebene Bedingung erfüllt ist und mit Schritt 108 fortgefahren wird. Dies setzt allerdings voraus, dass nicht beim erneuten Durchlaufen des Kalibrierverfahrens eine Bedingung für eine Fehlermeldung entsteht und Schritt 114 ausgeführt wird.
• Bezugszeichenliste

10

Fahrerkabine

12

Belüftungseinrichtung

14

Klimatisierungsgehäuse

16

Mischkammer

18

Umluftgebläse

20

Frischluftgebläse

21

Lufteinlassöffnung

22

Luftauslassöffnungen

24

Luftverteilersystem

26

Lufteinlassöffnung

28

Frischlufteinlass

30

Kontrolleinrichtung

32

Filterelement

34

Filterelement

36

Klimatisierungseinrichtung

38

Verdampfer

40

Heizungswärmetauscher

46

Umlenkklappe

50

Bedienelementanordnung

Claims (6)

1. Verfahren zur Kalibrierung einer Belüftungseinrichtung (12) für eine Fahrerkabine (10) eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einem Gebläse (18, 20) zur Erzeugung eines die Fahrerkabine (10) beaufschlagenden und gegenüber dem atmosphärischen Druck erhöhten Kabineninnendrucks, mit den Verfahrensschritten: Bestimmen eines eine minimale Gebläsestufung repräsentierenden Drehzahlwerts des mindestens einen Gebläses (18, 20) und Anpassen des Drehzahlwerts dahingehend, dass das in der minimalen Gebläsestufung betriebene mindestens eine Gebläse (18, 20) einen definiert erhöhten Kabineninnendruck erzeugt.
2. Verfahren zur Kalibrierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Anpassen des Drehzahlwerts nach Maßgabe eines Vergleichs zwischen einem gemessenen Kabineninnendruck und einem für den Kabineninnendruck vorgegebenen Sollwert.
3. Verfahren zur Kalibrierung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Drucksensor zur Bestimmung des Kabineninnendrucks.
4. Verfahren zur Kalibrierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Abspeichern des angepassten und den erhöhten Kabineninnendruck erzeugenden Drehzahlwerts des Gebläses (18, 20).
5. Verfahren zur Kalibrierung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der angepasste Drehzahlwert in einem wiederbeschreibbaren Speicher abgespeichert wird.
6. Verfahren zur Kalibrierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anpassen des Drehzahlwerts unterbunden wird, wenn der gemessene Kabineninnendruck außerhalb eines für den Kabineninnendruck vorgegebenen Wertebereichs liegt.

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