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Die Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung zur Steuerung eines Betriebsparameters eines Elektromotors eines Ventilators.
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Aus der
DE 102011118434 A1 ist das Problem bekannt, dass zur Ansteuerung herkömmlicher Lüfter drei elektrische Leitungen erforderlich sind, d. h., jeweils eine Steuerleitung sowie eine zweiadrige Versorgungsleitung für jeden Lüfter. Die Drehzahl oder ein Betriebsparameter des Lüfters wird dabei zum Beispiel über ein Potentiometer geregelt. Dies hat den Nachteil, dass bei einer niedrigen Drehzahl Energie zum Betreiben des Lüfters verschwendet wird. Darüber hinaus sind für Lüfter dieser Art drei Leitungen notwendig und darüber hinaus ein recht aufwendiger Aufbau mit zusätzlichen Reglern, was einerseits Stauraum beansprucht, zusätzliches Gewicht bedeutet und ferner Kosten verursacht.
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Die
DE 102011118434 A1 schlägt als Lösung ein Verfahren zum Ansteuern zumindest eines Betriebsparameters eines Lüfters vor, das digital, mittels eines seriellen Protokolls gesteuert wird, welches den oder die Betriebsparameter umfasst. Dazu wird eine Steuerungseinheit des Lüfters über das serielle Protokoll angesteuert, wobei das serielle Protokoll über eine Versorgungsleitung des Lüfters übertragen wird. In diesem Fall benötigt die Ansteuerung über ein serielles Protokoll lediglich zwei Versorgungsleitung des Lüfters. Auf eine weitere d. h. zusätzliche Steuerungsleitung kann verzichtet werden.
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Aus der
DE 102009056910 A1 ist eine Anordnung mit einem Elektromotor bekannt, welchem eine Motorsteuerung und eine Versorgungsleitung zugeordnet sind. Diese sind dazu ausgebildet, zum einen eine Stromversorgung der Motorsteuerung und des Elektromotors und zum anderen die Übertragung einer digitalen Signalfolge mittels Änderung des Potentials der Versorgungsleitung zu ermöglichen. Die Anordnung hat eine Signalfolge-Empfangsvorrichtung welche dazu ausgebildet ist, eine über die Versorgungsleitung übertragene Signalfolge auszuwerten und daraus mindestens einen Motorparameter für den Betrieb des Elektromotors zu ermitteln.
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In den zuvor genannten Ausführungen aus dem Stand der Technik werden für die Motorsteuerung spezifische, häufig mit dem Kontroller bestückte digitale Schaltungen verwendet, die entsprechend teuer sind und daher die gesamte Applikation verteuern.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, vorbesagte Nachteile zu verhindern und die Ansteuerung eines Motorparameters eines Ventilators zu vereinfachen um die ganze Motorsteuerung dadurch wirtschaftlicher und einfacher aufzubauen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Ein Grundgedanke der Erfindung liegt darin, eine kostengünstig realisierbare und vereinfachte Schaltung vorzusehen, die ausgebildet ist ein oder mehrere unterschiedliche analoge Steuersignals (S) in Form einer Spannungsmodifikation der Versorgungsspannung zu erzeugen, die an eine Steuersignal-Auswertungsvorrichtung ausgegeben wird, welche dazu ausgebildet ist, auf Basis des jeweils (je nach Schaltzustand) erhaltenen analogen Steuersignals einen Motorparameter für den Betrieb des Elektromotors zu ermitteln.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn dazu ein Schaltelement in der Modifikationsschaltung vorgesehen ist, welches mehrere unterschiedliche Schaltzustände aktivieren kann, um dadurch auf einfache Weise mittels analoger Steuersignalen (ohne die Notwendigkeit einer digitalen Steuerung und ohne die Notwendigkeit einer Signalleitung) unterschiedliche Steuerungsstufen für die Motorsteuerung über die Versorgungsleitung zu realisieren.
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Erfindungsgemäß ist hierzu ein Ventilator mit einem Elektromotor vorgesehen, welchem eine Versorgungsleitung und eine Motorsteuerung zugeordnet sind, wobei die Versorgungsleitung für die Stromversorgung der Motorsteuerung und des Elektromotors vorgesehen ist und ferner zur Übertragung eines analogen Steuersignal mittels einer Modifikationsschaltung eine Modifikation des Potentials auf der Versorgungsleitung erfolgt, wobei ferner eine Steuersignal-Auswertungsvorrichtung vorgesehen ist, welche dazu ausgebildet ist, auf Basis eines über die Versorgungsleitung übertragenen analogen Steuersignals einen Motorparameter für den Betrieb des Elektromotors zu ermitteln.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Motorsteuerung die Modifikationsschaltung umfasst.
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Weiter vorteilhaft ist es, wenn die Modifikationsschaltung derart ausgebildet ist, um das Potential auf der Versorgungsleitung für die Motorsteuerung für ein kurzes Zeitintervall Δt zu erhöhen, d.h. eine bestimmte Überspannung zu erzeugen oder das Potential um einen bestimmten Spannungswert abzusenken.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Modifikationsschaltung ein Schaltelement zur Herstellung mehrere Schaltzustände vorgesehen ist, welche unterschiedliche Steuerungsstufen für die Motorsteuerung darstellen, um dadurch unterschiedliche Schaltungszweige in der Schaltung gezielt zu aktivieren und/oder deaktivieren und hierzu eine erste Zehnerdiode in einem Schaltungszweig derart vorgesehen ist, dass beim Herstellen eines ersten Schaltzustandes mittels der Zehnerdiode (z. B. von einem geöffneten Schaltzustand in einen geschlossenen Zustand) eine Überspannung ΔU2 am Ausgang der Motorsteuerung für die Steuersignal-Auswertungsvorrichtung erzeugt wird und daraus ein Motorparameter zum Betrieb des Elektromotors ermittelt wird. Das modifizierte Spannungssignal wird der Motorelektronik zur Einstellung eines bestimmten Betriebszustandes übermittelt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Modifikationsschaltung eine zweite Zehnerdiode derart vorgesehen ist, dass beim Schalten des Schaltelements in einen vom ersten Schaltzustand unterschiedlichen zweiten Schaltzustand, bei dem ein Schaltungszweig mit der zweiten Zehnerdiode in der Schaltung aktiviert wird und dadurch in der Versorgungsleitung mittels der zweiten Zehnerdiode eine Überspannung ΔU1 am Ausgang der Motorsteuerung für die Steuersignal-Auswertungsvorrichtung erzeugt wird und daraus ein Motorparameter zum Betrieb des Elektromotors ermittelt wird. Es ist dabei vorgesehen, dass die Überspannung ΔU1 und ΔU2 unterschiedlich bemessen sind.
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Es ist weiter von Vorteil, wenn das Zeitintervall Δt in dem die Potentialmodifikation stattfindet sehr kurz ist und vorzugsweise zwischen 0,5 ms und 1,5 ms beträgt z. B. etwa 1 ms, so dass es für den Anwender unbemerkt bleibt.
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In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schaltelement ein Kippschalter oder ein Transistor ist.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein System aus mehreren Ventilatoren, wobei eine gemeinsame Motorsteuerung für die mehreren Ventilatoren vorgesehen ist.
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Ein ebenfalls weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Motorparameters eine Elektromotors eines Ventilators, wobei zum Steuern des Motorparameters ein analoges Steuersignal in Form einer Spannungsmodifikation der Versorgungsspannung von einer Modifikationsschaltung an eine Steuersignal-Auswertungsvorrichtung ausgegeben wird, welche dazu ausgebildet ist, auf Basis des analogen Steuersignals einen Motorparameter für den Betrieb des Elektromotors zu ermitteln.
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Bevorzugt ist dabei, dass mittels der Modifikationsschaltung spezifische unterschiedliche analoge Steuersignale mittels eines Schaltelements erzeugt werden können, um darauf basierend jeweils einen bestimmten Betriebsparameter für den Elektromotor bereitstellen zu können.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht der vorliegenden Erfindung mit einer Versorgungsspannungs-Modifikationsschaltung;
- 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Modifikationsschaltung gemäß der Idee der vorliegenden Erfindung mit drei dargestellten Schaltzuständen,
- 3 eine Darstellung der Spannungsverläufe mit der Modifikationsschaltung gemäß der Ausführung nach 2,
- 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Modifikationsschaltung gemäß der Idee der vorliegenden Erfindung,
- 5 eine Darstellung des Spannungsverlaufs mit der Modifikationsschaltung gemäß der Ausführung nach 4,
- 6 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Modifikationsschaltung gemäß der Idee der vorliegenden Erfindung und
- 7 eine Darstellung des Spannungsverlaufs mit der Modifikationsschaltung gemäß der Ausführung nach 6.
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Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die 1 bis 7 näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen oder Bezeichnungen auf gleiche strukturelle und/oder funktionale Merkmale hinweisen.
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In der 1 ist eine schematische Ansicht der vorliegenden Erfindung mit einer Versorgungsspannungs-Modifikationsschaltung 31 gezeigt. Diese ist in der Motorsteuerung 30 integriert, welche wiederum mit einer Stromversorgung über eine Versorgungsleitung 20 verbunden ist, die zu der Motorelektronik des Elektromotors 10 eines Ventilators 1 führt.
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Dem Elektromotor 10 sind demnach die Versorgungsleitung 20 und eine Motorsteuerung 30 zugeordnet, wobei die Versorgungsleitung 20 sowohl für die Stromversorgung der Motorsteuerung 30 und des Elektromotors 10 als auch Übertragung eines analogen Steuersignals S vorgesehen ist.
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Das analoge Steuersignal S wird mittels einer Modifikationsschaltung 31 erzeugt. Beispielhafte Modifikationsschaltungen 31 sind in den 2, 4 und 6 dargestellt, die nachfolgend noch näher erläutert werden. Mittels der Modifikationsschaltung 31 (Spannungsmodifikationsschaltung) erfolgt eine Modifikation des Potentials auf der Versorgungsleitung 20. Hierzu weisen die Modifikationsschaltungen 31 Schaltelemente auf, um das Potential auf der Versorgungsleitung 20 kurzfristig für die Motorsteuerung 30 und zwar für ein Zeitintervall Δt von etwa 1 ms auf eine bestimmte Überspannung anzuheben oder um einen bestimmten Spannungswert abzusenken. Beispielhaft ist dies rein schematisch ebenfalls in der 1 dargestellt, wobei Ub die Versorgungsspannung darstell und Üb' die für ein bestimmtes Zeitintervall angehobene Spannung.
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Zur Auswertung der modifizierten Steuersignale ist eine Steuersignal-Auswertungsvorrichtung vorgesehen, welche dazu ausgebildet ist, auf Basis eines über die Versorgungsleitung 20 übertragenen analogen Steuersignals S (Überspannung oder Unterspannung) einen Motorparameter für den Betrieb des Elektromotors 10 zu ermitteln.
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In der 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Modifikationsschaltung 31 gemäß der Idee der vorliegenden Erfindung mit drei dargestellten Schaltzuständen gezeigt. Dabei ist eine Spannungsversorgung 12V dargestellt, eine Diode D1, eine Spule L eine erste und zweite Zenerdiode ZD1 Und ZD2 und ein Kondensator C1 mit einem Ausgang, der die besagte Versorgungsspannung Ub dem Elektromotor des Ventilators 1 bereit stellt. Ferner besitzt die Modifikationsschaltung 31 ein Schaltelement 32, hier einen Kippschalter, der eine mittlere geöffnete Position (obere Ansicht) eine untere Position (100% in der mittleren Ansicht) und eine obere Position (50% in der unteren Ansicht) einnehmen kann, um die damit verbundenen unterschiedliche Steuerungsstufen für die Motorsteuerung über die entsprechenden Schaltungszweige und Zenerdioden ZD1 bzw. ZD2 zu aktivieren und/oder deaktivieren.
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In der oberen Abbildung ist die Steueranordnung im unterbrochenen d. h. ausgeschaltetem Zustand. Der Schalter 32 trennt den Ventilator 1 von der Stromversorgung.
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So bald der Kippschalter 32 in Position „100%“ umgestellt wird (mittlere Abbildung der 1), entstehet eine mit der Zehnerdiode ZD2 definierte Überspannung. Diese Überspannung könnte zum Beispiel 4 Volt über die maximale Betriebsspannung sein. In diesem Beispiel ist die maximale Betriebsspannung 16 Volt. Für die Steuerungsgröße 100% wurde die Spannungsamplitude von 20 Volt ausgewählt, wie dies in der 3 zu erkennen ist. Nach der Zeitdauer von etwa 1 ms liegt wieder die reguläre Versorgungsspannung von 12 Volt an.
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Beim Verstellen der Kippschalter in die Position „50%“ (untere Ansicht der 1) entsteht eine mit der Zehnerdiode ZD1 definierte Überspannung. Diese Überspannung kann zum Beispiel 2 Volt über die maximale Betriebsspannung von 16 V fest gelegt werden. Für diese Steuerungsgröße wurde die Spannung von 18 Volt ausgewählt.
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In der 3 findet sich eine Darstellung der zuvor beschriebenen Spannungsverläufe mit der Modifikationsschaltung gemäß der Ausführung nach 2 (einmal in der oberen Ansicht der 3 für die Überspannung von 4 V mit der Zenerdiode ZD2 und einmal in der unteren Ansicht der 3 für die Überspannung von 2 V mit der Zenerdiode ZD1).
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Die 4 zeigt ein zweites d. h. alternatives Ausführungsbeispiel einer Modifikationsschaltung 31. Diese Schaltung stellt eine erweiterte Schaltung dar, die es ermöglicht die Betriebsspannungsabweichungsbereich mit der Steuerinformation aufgeprägt zu formieren. Hier sind als zwei Schaltelemente 32 die Transistoren T1 und T2 vorgesehen. Ansonsten sind als elektonische Bauelemente die Dioden D1, D2, die Spule L1, die Widerstände R1 bis R6 und der Kondensator C2 dargestellt.
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In der 5 findet sich eine Darstellung des entsprechenden Spannungsverlaufs mit der Modifikationsschaltung gemäß der Ausführung nach 4. Im dargestellten Informationsbereich findet sich der geprägte Spannungssprung auf 20 Volt, der nach etwa 0,1 ms auf die Betriebsspannung von etwa 8,5 Volt zurückgeht.
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Die Schaltung nach der 6 zeigt eine Lösung zur Erzielung einer Unterspannung, wobei eine Variante für vier Steuerungsstufen und 6 parallel geschaltete Ventilatoren 1 gezeigt ist.
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In der 7 findet sich eine Darstellung des entsprechenden Spannungsverlaufs mit der Modifikationsschaltung gemäß der Ausführung nach 6. Im dargestellten Informationsbereich findet sich der geprägte Spannungsabfall (Unterspannung) auf ca. 8 Volt, wobei die Spannung nach etwa 3 ms auf die Betriebsspannung von etwa 12 Volt zurückkommt.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011118434 A1 [0002, 0003]
- DE 102009056910 A1 [0004]
