DE102015214019A1

DE102015214019A1 - Verfahren zur Druckmessung

Info

Publication number: DE102015214019A1
Application number: DE102015214019.9A
Authority: DE
Inventors: Christopher Zaum
Original assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Current assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date: 2015-07-24
Filing date: 2015-07-24
Publication date: 2017-02-23
Also published as: CN107850061B; WO2017016681A1; EP3325805A1; CN107850061A; EP3325805B1; PL3325805T3

Abstract

Verfahren zur Messung des Druckes, der durch einen elektromotorisch angetriebenen Verdichter erzeugt wird, vorzugsweise durch einen elektromotorisch über ein Schubkurbelgetriebe angetriebenen Hubkolbenverdichter (3), wobei die von der Veränderung des Druckes am Verdichterausgang abhängige Veränderung der Drehzahl des den Verdichter antreibenden Elektromotors (2) ermittelt und als druckproportionale Größe für den Betrieb des Verdichters einer Steuerungseinrichtung oder Kontrolleinheit (4) in Form einer Eingangsgröße bereitgestellt wird oder angezeigt wird.

Description

Verfahren zur Druckmessung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des Druckes, der durch einen elektromotorisch angetriebenen Verdichter erzeugt wird, vorzugsweise durch einen elektromotorisch über ein Schubkurbelgetriebe angetriebenen Hubkolbenverdichter. Weiterhin betrifft die Erfindung einen tragbaren Kleinkompressor mit einem von einem Elektromotor angetriebenen Verdichter, vorzugsweise Kleinkompressor in einer Pannenhilfevorrichtung zum Abdichten und Aufpumpen von Fahrzeugreifen, mit einer Steuerungseinrichtung bzw. einer Kontrolleinheit zur Steuerung der Pannenhilfevorrichtung.
Die genannten Verdichter werden z. B. mit oder als Teil von Vorrichtungen zum Abdichten und Aufpumpen aufblasbarer Gegenstände, insbesondere zum Abdichten und Aufpumpen von Kraftfahrzeugreifen benötigt. Solche Vorrichtungen werden „Pannenhilfevorrichtung“ oder „Pannensets“ genannt.
Diese tragbaren und leichten Vorrichtungen beinhalten die Kompressoreinheit als Druckgasquelle, weisen weiterhin einen Dichtmittelbehälter für ein in den aufblasbaren Gegenstand einfüllbares selbsttätiges Dichtmittel zum Abdichten der Reifenbeschädigung auf, eine Ventil- und Verteilereinheit für Dichtmittel und Druckgas und sind mit einer an die Druckgasquelle anschließbaren Einlassleitung und einer an den aufblasbaren Gegenstand anschließbaren Auslassleitung versehen.
Hierbei kann das Dichtmittel manuell vom Benutzer oder mithilfe des Luftkompressors appliziert werden. Die Prozedur zur Wiederherstellung der Mobilität mithilfe dieser Pannensets erfordert eine Anzahl von komplexen Tätigkeiten, die vom Benutzer des Pannensets manuell ausgeführt werden müssen. Hierzu zählen z.B. das Erkennen der Reifenpanne, die Applizierung des Dichtmittels, die Überwachung des Abdichtvorgangs mithilfe eines Manometers sowie eines Zeitnehmers, eine definierte Bewegung des Fahrzeuges zur Verteilung des Dichtmittels und die Beurteilung des Reparaturergebnisses
Die meisten Benutzer der beschriebenen Pannensets sind nicht auf eine Benutzung des entsprechenden Systems trainiert und es ist daher nicht auszuschließen, dass das System nicht wie vorgesehen bedient wird. Dadurch kann eine erfolgreiche Anwendung vereitelt und die Akzeptanz solcher Pannensets stark beeinträchtigt werden.
Aus diesem Grund muss die Bedienung dieser Systeme möglichst einfach und fehlersicher gestaltet werden. Dies erfolgt meist durch Verwendung von allgemeinverständlichen Piktogrammen, durch Sicherheitssperren sowie durch vom Benutzer zu applizierenden Warnaufklebern. Wie in der EP 2 196 305 A1 gezeigt, können hierzu auch elektronische Steuer- und Anzeigesysteme zum Einsatz kommen. Die EP 2 196 305 A1 offenbart hierzu ein Verfahren zum Betrieb eines mit einem Dichtmittel arbeitenden und einen Kompressor beinhaltenden Pannenhilfesystems, bei dem anhand eines Vergleiches einer Druckdifferenz mit einem vorgegebenen Schwellenwert das Zuschalten des Dichtmittelflusses automatisch erfolgen kann.
Gerade zum Betrieb solcher elektronischen Systeme ist eine elektronische Druckmessung am betriebenen Luftkompressor bzw. ein dem Druck proportionales elektrisches/elektronisches Signal erforderlich. Jedoch ist der Einsatz geeigneter elektronischer Drucksensoren im Vergleich zu üblicherweise verwendeten mechanischen Druckanzeigen mit einer signifikanten Kostensteigerung verbunden.
Drucksensoren sind auch regelmäßig an der Stelle des Verdichters angebracht, an dem der höchste Druck entsteht, nämlich am Verdichterausgang. Daher stellt besonders die typischerweise hohe Lufttemperatur am Verdichterausgang/Kompressorausgang besondere Anforderungen an den benötigten Drucksensor. Aufgrund der entsprechenden Anpassung der Drucksensoren an hohe Temperaturen entstehen natürlich auch erhöhte Produktionskosten, die wiederum dazu führen, dass elektronisch unterstützte Pannensets bisher wenig eingesetzt werden.
Für die Erfindung bestand daher die Aufgabe, ein kostengünstiges Verfahren bereitzustellen zur Druckmessung für ein elektronisch unterstütztes Pannenset und dabei gleichermaßen Gebrauchsdauer und Zuverlässigkeit eines entsprechend ausgerüsteten Kleinkompressors zu erhöhen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart.
Dabei wird die von der Veränderung des Druckes am Verdichterausgang abhängige Veränderung der Drehzahl des den Verdichter antreibenden Elektromotors ermittelt und als druckproportionale Größe bzw. Druckhöhe für den Betrieb des Verdichters bereitgestellt oder angezeigt. Die Drehzahlmessung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren benötigt somit keinen separaten Drucksensor. Insbesondere im Vergleich mit einem elektronischen Drucksensor ist der hier lediglich benötigte Drehzahlsensor kostengünstiger und aus produktionstechnischer Sicht einfacher zu integrieren. Insbesondere die zu erwartende thermische Belastung ist für einen Drehzahlsensor geringer.
Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Drehzahl des den Verdichter antreibenden Elektromotors über einen Drehzahlsensor an der Motorwelle oder den damit verbundenen drehenden Teilen des den Verdichter antreibenden Elektromotors ermittelt wird, vorzugsweise über einen berührungslos arbeitenden induktiven Sensor. Hierbei ist sichergestellt, dass die thermische Belastung möglichst gering ist. Außerdem kann der Sensor ohne weiteres montiert werden, ohne dass Konstruktionsänderungen an den übrigen Bauteilen nötig werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die Drehzahl des den Verdichter antreibenden Elektromotors aus dem zeitlichen, periodisch sich ändernden Stromverlauf des Elektromotors ermittelt wird. Damit ist es möglich, direkt in z.B. einer Steuerungseinheit anhand der Analyse des Stromverlaufs festzustellen, wie hoch die Drehzahl ist und aus dieser Drehzahl dann mit entsprechenden Korrelationen auf den Ausgangsdruck des Verdichters zu schließen. Mit einer solchen Ausbildung benötigt das Verfahren keine weiteren Sensoren, auch keine Drehzahlsensoren.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die von der Veränderung des Druckes am Verdichterausgang abhängige Veränderung der Drehzahl des den Verdichter antreibenden Elektromotors ermittelt und als druckproportionale Eingangsgröße einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung eines Kompressors zur Verfügung gestellt wird.
Besonders eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung bei einem tragbaren Kleinkompressor mit einem von einem Elektromotor angetriebenen Verdichter, vorzugsweise bei einem Kleinkompressor in einer Pannenhilfevorrichtung zum Abdichten und Aufpumpen von Fahrzeugreifen, mit einer Steuerungseinrichtung bzw. einer Kontrolleinheit zur Steuerung, z.B. der Pannenhilfevorrichtung. Dabei ist also eines der Eingangssignale der Steuerung, d.h. eine Eingangsgröße der Steuerung der vom Verdichter erzeugte und am Verdichterausgang anliegende Druck, der verfahrensgemäß über die Motordrehzahl ermittelt wird.
Vorteilhafterweise ist ein solcher Kleinkompressor so ausgebildet, dass er mindestens einen elektromotorisch über ein Schubkurbelgetriebe angetriebenen Hubkolbenverdichter aufweist, einen Drehzahlsensor an einem auf der Motorwelle angeordnetem Lüfterrad, eine das durch den Drehzahlsensor ermittelte Drehzahlsignal als Eingangsgröße aufnehmende Kontrolleinheit sowie eine mit der Steuerungseinrichtung kommunizierende Motor-Steuerungseinheit (Motor-Treiber) und /oder Benutzerschnittstelle.
Die Drehzahl eines typischen Kompressormotors kann in einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens auch aus dem zeitlichen Stromverlauf ermittelt werden. Hierzu werden die während eines Kolbenhubes oder eines Kommutatorumlaufes entstehenden charakteristischen Stromspitzen erfasst. Diese Strommessung/Erfassung wird von einer Kontrolleinheit durchgeführt und erfordert keinen separaten Drehzahlsensor.
Weiterhin kann die erfolgte Druckmessung über die Motordrehzahl vorteilhafterweise auch zur Maximaldruckbegrenzung durch eine Kontrolleinheit genutzt werden. Eine zusätzliche mechanische Druckbegrenzung ist dann nicht mehr erforderlich. Bei solch einer Verwendung, beispielsweise zur Maximaldruckbegrenzung eines Kleinkompressors in einer Pannenhilfevorrichtung, wird dann etwa abhängig von einem für unterschiedliche Reifentypen voreingestellten und für einen Maximaldruck repräsentative Schwellenwert für die Drehzahl des den Verdichter antreibenden Elektromotors der Kleinkompressor über seine Steuerungseinrichtung abgeschaltet.
Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
1 den schematisch den Aufbau eines Kleinkompressors in einer elektronisch unterstützten Pannenhilfevorrichtung,
2 typische Kurve zur Darstellung der Abhängigkeit der Motordrehzahl von Gegendruck am Kompressorausgang,
3 Stromverlauf und charakteristische Stromspitzen eines Elektromotors zum Antrieb eines Hubkolbenverdichters während eines Kolbenhubes bzw. der Kolbenhubperioden,
4 Stromverlauf und charakteristische Stromspitzen eines Elektromotors zum Antrieb eines Hubkolbenverdichters während eines Kommutatorumlaufs.
1 zeigt schematisch den Aufbau eines Kleinkompressors 1 in einer elektronisch unterstützten Pannenhilfevorrichtung mit einem von einem Elektromotor 2 angetriebenen Hubkolbenverdichter 3 zum Abdichten und Aufpumpen von hier nicht näher dargestellten Fahrzeugreifen. Vorgesehen ist hier außerdem eine Steuerungseinrichtung bzw. eine Kontrolleinheit (MCU = Motor Control Unit) 4 zur Steuerung der Pannenhilfevorrichtung bzw. des Kleinkompressors.
Die Steuerungseinrichtung 4 steuert über eine Motor-Steuerungseinheit / einen Motortreiber 5 (MD = Motor Drive) die Funktion des Luftkompressors/Kleinkompressors 1 je nach Anforderung des Benutzers über die Benutzerschnittstelle 6 (UI = User Interface), also z.B. über ein Schaltpult, eine Bedienpanel oder eine Applikation (App) auf einem Smartphone.
Zum Betrieb der Steuerungseinrichtung 4 ist eine elektronische „Druckmessung“ vorgesehen, die in der hier angewandten erfindungsgemäßen Ausführung des Verfahrens durch die Auswertung der Daten eines berührungslos induktiv arbeitenden Drehzahlsensors 7 am Lüfterrad auf der Motorwelle erfolgt. Die Verarbeitung der mithilfe des Drehzahlsensors ermittelten Drehzahlen und die über Algorithmen errechnete Korrelation zum Druck auf der Ausgangsseite des Hubkolbenverdichters erfolgt in der Steuerungseinrichtung 4.
Hierzu wird ausgenutzt, dass die Drehzahl des den Verdichter antreibenden Elektromotors 2 in einer linearen Abhängigkeit zu dem am Verdichterausgang anliegenden Druck/Gegendruck steht. Über eine vorab bestimmte lineare Umrechnungsfunktion oder Wertetabelle ist eine Berechnung des Gegendrucks mit einer für die Anwendung hinreichenden Genauigkeit möglich. Für verschiedene Betriebszustände (Spannung, Temperatur) müssen je nach geforderter Genauigkeit verschiedene Umrechnungsfunktionen eingesetzt werden. Eine typische Kurve zur Darstellung der Abhängigkeit der Motordrehzahl von Gegendruck am Verdichterausgang zeigt 2.
Die Drehzahl eines Verdichtermotors kann in einer anderen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aus dem zeitlichen Stromverlauf abgelesen werden, nämlich über die Vermessung bzw. Erfassung drehzahlcharakteristischer periodischer Stromspitzen des Elektromotors während eines Kolbenhubes bzw. der Kolbenhubperioden oder während eines Kommutatorumlaufs.
Hierzu zeigt die 3 die charakteristischen Stromspitzen eines Kolbenhubs, aus denen sich mithilfe eines weiteren Algorithmus die Drehzahl ermitteln lässt. Gleichermaßen ist dies möglich wenn die charakteristischen Stromspitzen eines Kommutatorumlaufs gemessen werden, wie dies die 4 zeigt. Auch hier kann mit Hilfe einer Umrechnung die Drehzahl ermittelt werden. Die Detektierung des zeitlichen Stromverlaufs wird durch entsprechende in der Steuerungseinrichtung 4 vorhandene elektronische Strommesseinrichtungen durchgeführt und dann in einen Drehzahlwert umgewandelt, der wiederum über Algorithmen eine Korrelation zum Druck auf der Ausgangsseite des Hubkolbenverdichters ergibt. Bei einer solchen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit kein separater Drehzahlsensor erforderlich.
Bezugszeichenliste

1: Kleinkompressor
2: Elektromotor
3: Hubkolbenverdichter
4: Kontroll- oder Steuerungseinrichtung / Kontrolleinheit
5: Motor-Steuerungseinheit / Motortreiber
6: Benutzerschnittstelle
7: Drehzahlsensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2196305 A1 [0006, 0006]

Claims

Verfahren zur Messung des Druckes, der durch einen elektromotorisch angetriebenen Verdichter erzeugt wird, vorzugsweise durch einen elektromotorisch über ein Schubkurbelgetriebe angetriebenen Hubkolbenverdichter (3), dadurch gekennzeichnet, dass die von der Veränderung des Druckes am Verdichterausgang abhängige Veränderung der Drehzahl des den Verdichter antreibenden Elektromotors (2) ermittelt und als druckproportionale Größe für den Betrieb des Verdichters einer Steuerungseinrichtung (4) in Form einer Eingangsgröße bereitgestellt wird oder angezeigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Drehzahl des den Verdichter antreibenden Elektromotors (2) über einen Drehzahlsensor (7) an der Motorwelle oder den damit verbundenen drehenden Teilen des den Verdichter (3) antreibenden Elektromotors ermittelt wird, vorzugsweise über einen berührungslos arbeitenden induktiven Sensor.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Drehzahl des den Verdichter antreibenden Elektromotors (2) aus dem zeitlichen, periodisch sich ändernden Stromverlauf des Elektromotors ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Drehzahl über die Erfassung drehzahlcharakteristischer periodischer Stromspitzen des Elektromotors während eines Kolbenhubes bzw. der Kolbenhubperioden ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die Drehzahl über die Erfassung drehzahlcharakteristischer periodischer Stromspitzen des Elektromotors während eines Kommutatorumlaufs bzw. der Kommutatorumlaufperioden ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die von der Veränderung des Druckes am Verdichterausgang abhängige Veränderung der Drehzahl des den Verdichter antreibenden Elektromotors ermittelt und als druckproportionale Eingangsgröße einer Steuerungseinrichtung (4) zur Steuerung des Verdichters (3) zur Verfügung gestellt wird.
Tragbarer Kleinkompressor (1) mit einem von einem Elektromotor (2) angetriebenen Verdichter (3), vorzugsweise Kleinkompressor in einer Pannenhilfevorrichtung zum Abdichten und Aufpumpen von Fahrzeugreifen, mit einer Steuerungseinrichtung (4) zur Steuerung des Kleinkompressors und/oder der Pannenhilfevorrichtung , wobei eines der Eingangssignale der Steuerungseinrichtung (4) der durch den Verdichter (3) erzeugte ausgangsseitige Druck ist, und zur Messung des Druckes ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 verwendet wird.
Kleinkompressor nach Anspruch 7, der mindestens einen elektromotorisch über ein Schubkurbelgetriebe angetriebenen Hubkolbenverdichter (3) aufweist, einen Drehzahlsensor (7) an einem auf der Motorwelle angeordnetem Lüfterrad, eine das durch den Drehzahlsensor (7) ermittelte Drehzahlsignal als Eingangsgröße aufnehmende Steuerungseinrichtung (4) sowie eine mit der Steuerungseinrichtung (4) kommunizierende Motor-Steuerungseinheit (5) und /oder eine Benutzerschnittstelle (6).
Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 6 zur Maximaldruckbegrenzung eines Kleinkompressors in einer Pannenhilfevorrichtung, wobei abhängig von einem für unterschiedliche Reifentypen voreingestellten und für einen Maximaldruck repräsentative Schwellenwert für die Drehzahl des den Verdichter antreibenden Elektromotors der Kleinkompressor über seine Steuerungseinrichtung abgeschaltet wird.