DE102019116871A1

DE102019116871A1 - Positionsbestimmungssystem und Verfahren zur Positionsbestimmung von Ventilatoren

Info

Publication number: DE102019116871A1
Application number: DE102019116871.6A
Authority: DE
Inventors: Markus Humm; Alexander Rau; Christian Antonius Knipp
Original assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Priority date: 2019-03-19
Filing date: 2019-06-24
Publication date: 2020-09-24
Anticipated expiration: 2039-06-25
Also published as: DE202019101545U1; DE102019116871B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung von einer Anzahl von Ventilatoren (V) zur Erzeugung eines Luftstroms in einen vorzugsweise geschlossenen Raum, die zu deren Positionsbestimmung einen Beschleunigungssensor besitzen, wobei die Ventilatoren (V) in Reihen (R, R,..., R) und Spalten (S, S, ..., S) angeordnet sind, wobei wenigstens die Position (i, j) eines Ventilators (V) bekannt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Positionsbestimmungssystem und ein Verfahren zur Positionsbestimmung von Ventilatoren.
Es ist erforderlich, die Position von Ventilatoren die im Reinraum innerhalb eines Netzwerks eingebaut sind, zu bestimmen, um diese zum Beispiel auf einem Raum-Plan darstellen zu können.
In Gebäuden kommen so gennannte Filter Fan Units oder auch FFU's oder FVE (Filter-Ventilator-Einheit) bezeichnete Module zum Einsatz. Ein solches Modul, bestehet typischerweise aus einem Ventilator und einem Filter, das die Luft von oben ansaugt und durch den Filter in den Raum einbläst. Ziel ist es, damit die Umluft permanent zu filtern. Auf der Austrittsseite wird der Luftstrom wahlweise turbulent und laminar geführt. Bei der laminaren Variante werden durch Luftleitbleche die Luftströme parallelisiert. Dadurch entsteht ein vertikaler Luftstrom von der FFU bis zum Boden des Raumes.
Filter Fan Units finden sich hauptsächlich in Deckensystemen von Rein- und Reinsträumen, wie sie in der Halbleiterproduktion, der Mikrosystemindustrie, der Pharma- oder der Lebensmittelbranche zu finden sind. In der Reinraumdecke wird typischerweise eine größere Anzahl von Filter Fan Units (FFU) aufgeteilt in Reihen und Spalten installiert. Jede FFU ist für einen bestimmten Abschnitt des Reinraumes zuständig. Jede FFU kann dabei einzeln über einen Zentralrechner gesteuert werden. Dieses Prinzip erlaubt es, für jeden von einer FFU versorgten Abschnitt des Reinraumes individuelle Sollwerte für Temperatur und Luftströmung (Drehzahl des Ventilators) vorzugeben. Eine FFU, die sich über einer wärmeerzeugenden Maschine befindet, wird zum Beispiel etwas stärker gekühlte Luft abgeben. Auf diese Weise werden im gesamten Reinraum ein gleichmäßiger Temperaturgradient und eine gleichmäßige Luftströmung erzeugt. Zugleich verringert sich der Energieaufwand. Hierzu werden allerdings die genauen Positionen der Ventilatoren im Netzwerk benötigt, um diese in einem Ventilatoren-Plan in einem Raum-Plan darzustellen, bei der Steuerung ansprechen zu können, im Fehlerfall die Position einfach bestimmen zu können und dadurch den Überwachsungs- und Wartungsaufwand zu reduzieren.
Es gibt im Stand der Technik bereits verschiedene Vorgehensweisen, um eine solche Positionsbestimmung und die Darstellung der ermittelten Positionen der Ventilatoren bzw. FFU's in einen Raum-Plan, insbesondere einem räumlichen Netzwerkplan, vorzunehmen oder dahin zu übertragen. Traditionell wird ein räumlicher Netzwerkplan mit Verkabelungsplan erstellt und werden die Ventilatoren bereits im digitalen Raum-Plan eingezeichnet und müssen dann in der angegebenen Reihenfolge montiert und angeschlossen werden, was vergleichsweise aufwändig ist, da bei der Montage immer sicherzustellen ist, dass der Ventilator mit einer vorgegebenen Netzwerkadresse an die korrekte Position montiert wird.
Alternativ ist im Stand der Technik vorgesehen die Position jedes Ventilators mittels GPS-Technik zu ermitteln und die GPS-Position an ein Schreiberegister im Ventilator zu übertragen. Hierzu muss allerdings die Steuerung so ausgebildet werden, dass diese die Netzwerkadressen und zu jeder Netzwerkadresse dessen Position aus dem Register auslesen kann, um die Position in einen Raum-Plan zu übertragen. Ferner ist in einem Reinraum ein GPS-Signal oft nicht verfügbar.
Denkbar ist es auch, eine auslesbare Adressierung in Form eines Adressaufklebers oder Barcodes in alphanumerischer Darstellung am Gerät vorzusehen. Nach dem Einbau eines jeweiligen Ventilators (bzw. FFU) wird der passende Aufkleber mit der angegebenen, vorbestimmten Position auf die Ventilatoren bzw. FFU geklebt und dann gescannt. Dies birgt insbesondere bei einer höheren Anzahl von Ventilatoren das Risiko, dass fehlerhafte Zuordnungen erfolgen und die Korrektur aufwändige Maßnahmen erfordert, um die fehlerhaften Zuordnungen zu detektieren.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, vorbesagte Nachteile zu überwinden und ein optimiertes und verbessertes Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Bestimmung der Position von Ventilatoren, insbesondere in einem Raum angeordneten Ventilatoren anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Positionsbestimmung von einer Anzahl von Ventilatoren V_n,_m zur Erzeugung eines Luftstroms in einen vorzugsweise geschlossenen Raum vorgeschlagen. Zur Positionsbestimmung besitzen die Ventilatoren V_n,m einen Beschleunigungssensor und sind vorzugsweise in Reihen und Spalten angeordnet. Die Position wenigstens eines Ventilators V_i,j ist dabei als Referenzposition bekannt. Ferner umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:

a) Antreiben des wenigstens einen Ventilators V_i,j, dessen Position bekannt ist, um dadurch eine gedämpfte Schwingung wenigstens der in jeweils einer Reihen- und Spaltenposition unmittelbar daneben angeordneten Ventilatoren V_n,m zu initiieren (unmittelbar daneben bedeutet in diesem Kontext, dass kein weiterer Ventilator zwischen dem betroffenen Ventilator und dem Ventilator dessen Position jeweils bekannt ist, räumlich dazwischen angeordnet ist);
b) Erfassen der gedämpften Schwingung der auf diese Weise durch eine mechanische Kopplung schwingenden Ventilatoren V_n,_m mit einem Erfassungs- und Steuergerät und Bestimmen der möglichen Nachbarschafts-Positionen dieser Ventilatoren V_n,_m auf Basis eines iterativen Ausschluss-Algorithmus,
c) wobei die Schritte a) und b) solange für die nach Schritt b) jeweils bestimmten Ventilatoren V_n,_m wiederholt werden bis alle Positionen der Ventilatoren V_n,_m bestimmt wurden.

Im Folgenden wird das prinzipielle Konzept der Erfindung beschrieben.
Die Ventilatoren sind beispielsweise in einer Zwischendecke eines Reinraums angeordnet. Mittels eines im Raum absolut positionsbekannten Ventilators wird durch den bewussten Eigenantrieb dieses Ventilators z. B. mittels eines EC-Motors an den unmittelbar benachbarten Ventilatoren, die den geringsten Abstand zu dem positionsbekannten Ventilator aufweisen, eine Schwingung erzeugt. Diese Schwingung tritt aufgrund einer einbaubedingten mechanischen Kopplung insbesondere zwischen den unmittelbar benachbarten Ventilaoren und dem bewusst im Eigenantrieb befindlichen Ventilator auf. Die dadurch induzierte gedämpfte Schwingung kann mittels des integrierten Erfassungsgeräts der Schwingung (z. B. MEMS-Beschelunigungssensor) detektiert werden. Der Ventilator, welcher den höchsten Peak der Schwingung detektiert, muss sich somit in direkter Nachbarschaft zu dem bereits bekannten Ventilator befinden. Hierfür sind die Ventilatoren rechteckig bzw. quadratisch angeordnet, sodass benachbarte Ventilatoren in einer Reihe angeordnet sind, wodurch sich die Ventilatoren in Reihen und Spalten einteilen lassen, die vorzugsweise rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Für die genaue Positionsbestimmung in einer quadratischen bzw. rechteckigen Anordnung mehrerer Ventilatoren müssen mindestens zwei bewusst angetriebene Ventilatoren mit genauer, unbekannter Position in unmittelbarer Nachbarschaft bzw. mit einem geringen Abstand benachbart zu dem Ventilator angeordnet sein. Hierbei ist es unerheblich ob die Position des zweiten, zur Positionsbestimmung benötigten Ventilators mit unbekannter Position bereits vorher bekannt war, oder erst durch das hier beschriebene Verfahren ermittelt wurde. Sobald ein „Schnittpunkt“ entsteht, also zwei positionsbekannte Ventilatoren einen gemeinsamen, in unmittelbarer Nachbarschaft fremdschwingenden Ventilator erregen, kann dadurch relativ zu den absolut positionsbekannten Ventilatoren, dessen Position bestimmt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass das Antreiben des positionsbekannten Ventilators V_i,j in Schritt a) mit einem vorbestimmten, vorzugsweise maximalen Ansteuergrad durchgeführt wird und die Position des Ventilators V_i,j auf die bekannte Position gesetzt wird. Auf diese Weise lässt sich ein ausreichend hoher Druckunterschied für den Fremdantrieb der benachbarten Ventilatoren realisieren.
Ferner ist eine Ausführung günstig, bei der das Messen der Schwingung in Schritt b) der durch die erzeugten gedämpfte Schwingung schwingenden Ventilatoren V_n,_m und das Übertragen der Daten an das Steuergerät mittels der Beschleunigungssensoren erfolgt. Dadurch, dass eine gedämpfte Schwingung der Ventilatoren V_n,_m registriert wird, können diese Ventilatoren als fremdschwingende Ventilatoren V_n,m identifiziert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Variante wird das Bestimmen derjenigen Positionen aller unmittelbar zum Ventilator V_i,j in einer Reihenposition und/oder Spaltenposition benachbarten, positionsunbekannten Ventilatoren V_n,_m in Schritt b) ausgehend von der Position des erregenden Ventilators V_i,j durchgeführt. Vorteilhaft daran ist, dass somit ausgehend von der bekannten Position des erregenden Ventilators V_i,j sämtliche unbekannten Positionen der anderen Ventilatoren V_n,_m entsprechend deren Position zu dem erregenden Ventilator V_i,j bestimmt werden und deshalb auch deren Position durch diese Verfahren bestimmt wird.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn der positionsbekannte Ventilator V_i,j nach Schritt b) mittels des Steuergeräts in den Leerlauf geschalten wird. Auf diese Weise wird der positionsbekannte Ventilator V_i,j für die folgenden Verfahrensschritte in einen Ruhezustand gesetzt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Antreiben eines von wenigstens zwei der in Schritt b) erfassten Ventilatoren V_n,_m mit einem vorbestimmten, vorzugsweise maximalen Ansteuergrad. Durch den Antrieb eines der in Schritt b) erfassten Ventilatoren V_n,m werden wiederum dessen benachbart Ventilatoren V_n,_m in eine Schwingung versetzt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird dazu in Schritt b) die Positionen der unmittelbar zum in Schritt b) angetrieben Ventilator V_n,_m benachbarten, positionsunbekannten Ventilatoren V_n+1,m; V_n,m+1 mit der Position des erregenden Ventilators V_n,_m markiert werden. Dabei deutet n+1 bzw. m+1 darauf hin, dass sich der Ventilator innerhalb einer Reihe bzw. Spalte eine Position weiter beabstandet von dem erregenden Ventilator V_n,_m ist. Die Markierung oder eine „Merken“-Funktion dient dabei zu kennzeichnen, dass der markierte Ventilator V_n+i,m; V_n,m+1 bereits einmal fremd in eine Schwingung versetzt wurde. Darüber hinaus wird durch die Markierung oder die „Merken“-Funktion festgelegt, durch welchen Ventilator V_n,m dieser Ventilator V_n+i,m; V_n,m+1 fremd in eine Schwingung versetzt wurde. Folglich kann bereits eine relative Position des Ventilators V_n+1,m; V_n,m+1 zu dem angetriebenen Ventilator V_n,_m bestimmt werden.
Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, dass in Schritt b) nach der Markierung der benachbarten, positionsunbekannten Ventilatoren V_n+i,m; V_n,m+1 der angetriebene Ventilator V_n,m in den Leerlauf geschalten wird und einer der anderen markierten Ventilatoren V_n+1,m; V_n,m+1 mit einem vorbestimmten, vorzugsweise maximalen Ansteuergrad angetrieben wird. Sukzessive werden die Verfahrensschritte für sämtliche Ventilatoren V_n,_m durchgeführt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass in Schritt b) die Schwingung der durch den Ventilator V_n+i,m; V_n,m+1 schwingenden benachbarten, positionsunbekannten Ventilatoren V_n+2,m; V_n,m+2 mittels der Beschleunigungssensoren bestimmt wird und die Daten an das Steuergerät übertragen werden. Dadurch, dass eine Drehzahl der Ventilatoren V_n+2,m; V_n,m+2 registriert wird, können diese Ventilatoren V_n+2,m; V_n,m+2 wiederum als fremd in Schwingung versetzte Ventilatoren identifiziert werden.
Ferner ist mit Vorteil vorgesehen, dass in Schritt b) die Positionen der benachbarten, positionsunbekannten Ventilatoren mit der Position V_n+2,m; V_n,m+2 des erregenden Ventilators V_n+1,m; V_n,m+1 markiert werden. Die Markierung dient dabei erneut zu kennzeichnen, dass der Markierte Ventilator V_n+2,m; V_n,m+2 bereits einmal fremd in Schwingung versetzt wurde. Darüber hinaus wird durch die Markierung festgelegt durch welchen Ventilator V_n+i,m; V_n,m+1 dieser Ventilator V_n+2,m; V_n,m+2 fremd in Schwingung versetzt wurde. Folglich kann bereits eine relative Position des Ventilators V_n+2,m; V_n,m+2 zu dem angetriebenen Ventilator V_n+i,m; V_n,m+1 bestimmt werden.
Vorzugsweise wird das Verfahren derart durchgeführt, dass, falls ein Ventilator V_n+1,m; V_n,m+1; V_n+2,m; V_n,m+2 bereits Markiert ist, die Position des Ventilators auf eine eindeutige, bestimmte Position gesetzt wird. Dadurch ergibt sich eine Schnittstelle, bei der beide Markierungen miteinander verrechnet werden. Weiter vorteilhaft ist es, wenn die Bestimmung der Position (n, m) des Ventilators (V_n+1,m; V_n,m+1) durch diesen Vergleich der Indizes n und m der bereits vorhandenen Markierung und der neu entstandenen Markeirung erfolgt. Der jeweils höhere Index stellt dabei den Index für die bestimmte Position dar.
Der jeweils höhere Wert des jeweiligen Index wird übernommen. Diese Kreuzposition ergibt die relativen Koordinaten welche mit den absoluten Werten (Abstand zwischen den einzelnen Ventilatoren) multipliziert werden kann.
Weiter vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei das Antreiben eines der markierten Ventilatoren V_n+1,m; V_n,m+1 so lange durchgeführt wird, bis sämtliche Ventilatoren V_n,m bestimmt sind. Folglich ist dann auch das komplette System der Ventilatoren V_n,m betreffend der Anordnung der Ventilatoren V_n,m zueinander positionsbestimmt.
Erfindungsgemäß ist ferner ein Verfahren zur Positionsbestimmung von einer Anzahl an Ventilatoren V_n,m zur Erzeugung eines Luftstroms in einen vorzugsweise geschlossenen Raum gemäß den vorherigen Ansprüchen vorgesehen, die zu deren Positionsbestimmung einen Beschleunigungssensor besitzen, wobei die Ventilatoren V_n,m in Reihen und Spalten angeordnet sind, wobei wenigstens die Position eines Ventilators V_i,j bekannt ist, wobei ein Steuergerät, das zur Ansteuerung und Ermittlung der Position der Ventilatoren V_n,_m ausgebildet ist, vorgesehen ist, wobei jeder der Ventilatoren V_n,m von einem in Reihe und Spalte benachbarten Ventilator V_n+i,m; V_n,m+1 indirekt in Schwingung versetzbar ist, mit den folgenden Schritten:

a. Antreiben des positionsbekannten Ventilators V_i,j mit einem vorbestimmten, vorzugsweise maximalen Ansteuergrad und Setzen der Position des Ventilators auf die bekannte Position,
b. Messen der gedämpften Schwingung der durch die mechanische Kopplung schwingenden Ventilatoren V_n,_m und Übertragen der Daten an das Steuergerät mittels der Beschleunigungssensoren,
c. Bestimmten derjenigen Positionen aller unmittelbar zum Ventilator V_i,j in einer Reihenposition und/oder Spaltenposition benachbarten, positionsunbekannten Ventilatoren V_n,m ausgehend von der Position des erregenden Ventilators V_i,j,
d. Schalten des positionsbekannten Ventilators V_i,j in den Leerlauf mittels des Steuergeräts,
e. Antreiben eines von wenigstens zwei der erfassten Ventilatoren V_n,m mit einem vorbestimmten, vorzugsweise maximalen Ansteuergrad,
f. Markieren der Positionen der unmittelbar zum in Schritt f) angetriebenen Ventilator V_n,_m benachbarten, positionsunbekannten Ventilatoren V_n+1,m; V_n,m+1 mit der Position des erregenden Ventilators V_n,m,
g. Schalten des angetriebenen Ventilators V_n,_m in den Leerlauf und Antreiben wenigstens des zweiten markierten Ventilatoren V_n,_m mit einem vorbestimmten, vorzugsweise maximalen Ansteuergrad,
h. Bestimmen der Drehzahl der durch den zweiten Ventilator (V_n,m) schwingenden benachbarten, positionsunbekannten Ventilatoren V_n+i,m; V_n,m+1 mittels der Beschelunigungssensoren und Übertragen der Daten an das Steuergerät,
i. Markieren der Positionen der unmittelbar zum in Schritt i) angetrieben Ventilator V_n,m benachbarten, positionsunbekannten Ventilatoren V_n+i,m; V_n,m+1 mit der Position des erregenden Ventilators V_n,m; V_n,m,
j. falls ein Ventilator V_n+1,m; V_n,m+1 in Schritt g) bzw. j) bereits markiert ist, Bestimmen und Setzen der Position des Ventilators V_n+i,m; V_n,m+1 auf eine eindeutige, bestimmte Position,
k. Antreiben eines der in Schritt g) bzw. j) markierten Ventilatoren und wiederholen der Schritte f) bis k), so lange bis sämtliche Ventilatoren bestimmt sind.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Position des Ventilators V_i,j auf den Wert „0,0“ gesetzt ist und wenn bei einem Ventilator V_n,_m die Positionen von zwei unmittelbar benachbarten Ventilatoren V_n+1,m; V_n,m+1 bekannt ist und die Position eines weiteren unmittelbar benachbarten Ventilators V_n+1,m; V_n,m+1 unbekannt ist und wenn eine Markierung der unbekannten Position den Wert „0,0“ aufweist, anschließend die Markierung ungleich „0,0“ um 1 inkrementiert wird. Auf diese Weise lässt sich die Position aller Ventilatoren V_n,m, die innerhalb der quadratischen Reihen- und Spaltenanordnung an den äußeren Randabschnitten angeordnet sind, bestimmen.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens werden in Schritt i), falls in Schritt f) und I) mehr als die unmittelbar benachbarten Ventilatoren (V_n+1,m; V_n,m+1) in Schwingung versetzt werden, nur die Ventilatoren (V_n+1,m; V_n,m+1) mit der höchsten gedämpften Schwingung betrachtet. Da aufgrund des Fremdantriebs Ventilatoren V_n+1,m; V_n,m+1, die weiter von dem angetriebenen Ventilator V_i,j beabstandet sind als die Ventilatoren V_n,_m eine geringere Drehzahl aufweisen, lassen sich auf diese Weise die Ventilatoren V_n,_m mit dem geringsten Abstand zu dem angetriebenen Ventilator V_i,j eindeutig bestimmen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Beschleunigungssensor zur Ermittlung der gedämpften Schwingung eines Ventilators V_n,_m ein MEMS-Beschleunigungssensor ist. Denkbar wäre es auch eine Back-EMF-Messung durchzuführen und anhand der induzierten Spannung einen wie zuvor beschriebenen Rückschluss auf die Position des Ventilators zu treffen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass für eine exakte Positionsbestimmung in den Schritten f) bis I) mindestens zwei Ventilatoren V_n,_m indirekt in Schwingung versetzt werden müssen.
Ferner ist eine Ausführung günstig, bei der die Ventilatoren zu deren Positionsbestimmung einen Schallwandler besitzen und ein durch den angetriebenen wenigstens einen Ventilator (V_i,j) erzeugter Schalldruck mittels des Schallwandlers erfasst wird. Auf diese Weise kann statt eines Beschelunigungssensors auch analog dazu das Verfahrenn durch den Einsatz eines vorzugsweise analogen Mikrofons auf jedem Ventilator umgesetzt werden. Hierbei wird zwischen den Ventilatoren nicht die mechanische kopplung zur Übertragung einer Schwingung eingesetzt, sondern durch die Anregung des Ventilators eine Frequenz erzeugt, welche besonders gut in der unmittelbaren Umgebung als Schalldruck durch einen Schallwandler im Ventilator detektiert werden kann.
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. Es zeigen:

1 bis 6 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Positionsbestimmungssystems mit einem angetrieben, positionsbekannten Ventilator und zwei in Schwingung vertzten Ventilatoren.

In 1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Positionsbestimmungssystems mit einem angetrieben, positionsbekannten Ventilator V_i,j und zwei in Schwingung versetzten Ventilatoren V_n,_m dargestellt. Zur Durchführung der automatischen Positionsbestimmung ist der Leerlauf der Ventilatoren V_n,_m durch das Steuergerät aktiviert. Zusätzlich sind die Ventilatoren V_n,_m in einer rechteckigen bzw. quadratischen Anordnung in Reihen und Spalten angeordnet, in welcher der Abstand zwischen zwei Ventilatoren maximal so groß ist, dass ein in Schwingung versetzen noch bewirkt wird. Die Positionsbestimmung wird ausgehend von einem Ventilator V_i,j gestartet, der sich an einem der vier Ecken der Anlage befindet. Die Position dieses Ventilator V_i,j ist bekannt. Ferner wird der Ventilator V_i,j mit einem maximalem Aussteuergrad angetrieben, sodass die Ventilatoren V_n,_m mit dem geringsten Abstand zu dem positionsbekannten Ventilator V_i,j, fremd in Schwingung versetzt werden.
2 zeigt eine vorläufige bestimmte Position für die fremd in Schwingung versetzten Ventilatoren V_n,m. Da sich zu diesem Zeitpunkt auch andere Ventilatoren V_n,m in der Umgebung befinden, die ebenfalls fremd in Schwingung verstzt werden, ist noch keine eindeutige Positionsbestimmung möglich. Der positionsbekannte Ventilator V_i,j befindet sich in einer Ecke der Anlage. Da es sich im ersten Schritt um ein unterbestimmtes System handelt, sprich ein positionsbekannter Ventilator V_i,j und zwei unbekannte Ventilatoren V_n,m, muss eine Annahme bezüglich der Ausbreitungsrichtung getroffen werden. Hierbei wird einem Ventilator V_n,_m der Index „1,0“ und dem anderen Ventilator V_n,_m der Index „10“ zugeordnet. Die Zuordnung erfolgt zufällig und beschreibt die Ausbreitung in n bzw. m Richtung, ähnlich eines kartesischen Koordinatensystems. Da ähnlich der Fehlerfortpflanzung diese Annahme über das gesamte Verfahren mitgezogen wird, muss am Ende womöglich eine Korrektur mittels dem Tausch der Indizes erfolgen, also „n,m“ zu „n,m“.
3 zeigt, dass in den weiteren Verfahrensschritten die neu ermittelten Ventilatoren V_n,m abwechselnd ebenfalls in den Eigenbetrieb versetzt werden. Dadurch werden erneut benachbarte Ventilatoren V_n+1,m; U_n,m+1 in Schwingung versetzt. Jedem in Schwingung versetzten Ventilator wird dabei erneut eine entsprechende Markierung zugeordnet, die den Ventilator V_n,m, definiert, der den Fremdschwingung verursacht hat.
Dadurch ergibt sich die in 4 dargestellte eine „Schnittstelle“. Zur Positionsbestimmung werden beide Markierungen übereinander gelegt und jeweils der höhere Wert des jeweiligen Index n,m wird übernommen.
In 5 ist ein erneuter Eigenantrieb der zuvor betriebenen Ventilatoren V_n,_m dargestellt. Mittels dieser erneuten Durchführung ist nun aufgrund des neu bekannten Ventilators V_n,_m eine eindeutige Bestimmbarkeit der Randventilatoren gewährleistet. Dabei ist eine Bedingung für einen Randventilator so definiert, dass zwei Positionen bekannt und eine unbekannt ist. Die notwendige Bedingung für einen Randventilator lautet jedoch, dass die unbekannte Position n,m eine „0,0“ Markierung besitzt. Sind beide Bedingungen erfüllt wird die Markierung, die ungleich „0,0“ ist, einfach inkrementiert. Der neue Index lautet dann in diesem Fall „0,2“ bzw. „2,0“.
Wie in 6 dargestellt, werden die vorstehenden Verfahrensschritte jeweils mit den vorherig ermittelten Ventilatoren V_n,_m wiederholt um sämtliche Positionen zu bestimmen.
Aus den Figuren geht auch eindeutig hervor, was unter dem Begriff unmittelbar benachbart zu verstehen ist. Dies ist jeweils ein Ventilator, der gegenüber dem benachbarten Ventilator im Reihenindex oder Spaltenindex um eine Position versetz angeordnet ist, somit gegenüber der Position n,m, sind es die Positionen n-1, m, n, m-1, n-1, m-1, n+1, m+1,
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.

Claims

Verfahren zur Positionsbestimmung von einer Anzahl von Ventilatoren (V_n,m) zur Erzeugung eines Luftstroms in einen vorzugsweise geschlossenen Raum, die zu deren Positionsbestimmung einen Beschleunigungssensor (3) besitzen, wobei die Ventilatoren (V_n,m) in Reihen (R₁, R₂,..., R_n) und Spalten (S₁, S₂, ..., S_m) angeordnet sind, wobei wenigstens die Position (i, j) eines Ventilators (V_i,j) bekannt ist, mit den folgenden Schritten: a) Antreiben des wenigstens einen Ventilators (V_i,j), dessen Position bekannt ist, um dadurch eine gedämpfte Schwingung wenigstens der in jeweils einer Reihen- und Spaltenposition daneben angeordneten Ventilatoren (V_n,m) zu initiieren; b) Erfassen der gedämpften Schwingung der auf diese Weise durch eine mechanische Kopplung schwingenden Ventilatoren (V_n,m) mit einem Erfassungs- und Steuergerät und Bestimmen der möglichen Nachbarschafts-Positionen dieser Ventilatoren auf Basis eines iterativen Ausschluss-Algorithmus, c) wobei die Schritte a) und b) solange für die nach Schritt b) jeweils bestimmten Ventilatoren (V_n,m) wiederholt werden bis alle Positionen (n,m) der Ventilatoren bestimmt wurden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Antreiben des positionsbekannten Ventilators (V_i,j) in Schritt a) mit einem vorbestimmten, vorzugsweise maximalen Ansteuergrad durchgeführt wird und die Position (i, j) des Ventilators (V_i,j) auf die bekannte Position (i, j) gesetzt wird.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Messen der Schwingung in Schritt b) der durch die erzeugten gedämpfte Schwingung schwingenden Ventilatoren (V_n,m) und das Übertragen der Daten an das Steuergerät mittels der Beschleunigungssensoren erfolgt.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Bestimmen derjenigen Positionen (n, m) aller unmittelbar zum Ventilator (V_i,j) in einer Reihenposition und/oder Spaltenposition benachbarten, positionsunbekannten Ventilatoren (V_n,m) in Schritt b) ausgehend von der Position des erregenden Ventilators (V_i,j) erfolgt.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der positionsbekannte Ventilator (V_i,j) nach Schritt b) mittels des Steuergeräts in den Leerlauf geschalten wird.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Antreiben eines von wenigstens zwei der in Schritt b) erfassten Ventilatoren (V_n,m) mit einem vorbestimmten, vorzugsweise maximalen Ansteuergrad erfolgt.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei in Schritt b) die Positionen (n+1, m; n, m+1) der unmittelbar zum in Schritt b) angetrieben Ventilator (V_n,m) benachbarten, positionsunbekannten Ventilatoren (V_n+1,m; V_n,m+1) mit der Position des erregenden Ventilators (V_n,m) markiert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei in Schritt b) nach der Markierung der benachbarten, positionsunbekannten Ventilatoren (V_n+1,m; V_n,m+1) der angetriebene Ventilator (V_n,m) in den Leerlauf geschalten wird und einer der anderen markierten Ventilatoren (V_n+1,m; V_n,m+1) mit einem vorbestimmten, vozugsweise maximalen Ansteuergrad angetrieben wird.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei in Schritt b) die Schwingung der durch den Ventilator (V_n+1,m; V_n,m+1) schwingenden benachbarten, positionsunbekannten Ventilatoren (V_n+2,m; V_n,m+2) mittels der Beschleunigungssensoren (3) bestimmt wird und die Daten an das Steuergerät übertragen werden.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei in Schritt b) die Positionen (n+2, m; n, m+2) der benachbarten, positionsunbekannten Ventilatoren mit der Position (V_n+2,m; V_n,m+2) des erregenden Ventilators (V_n+1,m; V_n,m+1) markiert werden.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei falls ein Ventilator (V_n+1,m; V_n,m+1; V_n+2,m; V_n,m+2) bereits Markiert ist die Position (n+1, m; n, m+1; n+2, m; n, m+2) des Ventilators auf eine eindeutige, bestimmte Position (i, j) gesetzt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei das Antreiben eines der markierten Ventilatoren (V_n+1,m; V_n,m+1) so lange durchgeführt wird, bis sämtliche Ventilatoren (V_n,m) bestimmt sind.
Verfahren zur Positionsbestimmung von einer Anzahl an Ventilatoren (V_n,m) zur Erzeugung eines Luftstroms in einen vorzugsweise geschlossenen Raum gemäß den vorherigen Ansprüchen, die zu deren Positionsbestimmung einen Beschleunigungssensor (3) besitzen, wobei die Ventilatoren (V_n,m) in Reihen (R₁, R₂,..., R_n) und Spalten (S₁, S₂, ..., S_m) angeordnet sind, wobei wenigstens die Position (i, j) eines Ventilators (V_i,j) bekannt ist, wobei ein Steuergerät, das zur Ansteuerung und Ermittlung der Position der Ventilatoren (V_n,m) ausgebildet ist, vorgesehen ist, wobei jeder der Ventilatoren (V_n,m) von einem in Reihe (R₁, R₂,..., R_n) und Spalte (S₁, S₂, ..., S_m) benachbarten Ventilator (V_n+1.m; V_n,m+1) indirekt in Schwingung versetzbar ist, mit den folgenden Schritten: a. Antreiben des positionsbekannten Ventilators (V_i,j) mit einem vorbestimmten, vorzugsweise maximalen Ansteuergrad und Setzen der Position (i, j) des Ventilators (V_i,j) auf die bekannte Position (i, j), b. Messen der gedämpften Schwingung der durch die mechanische Kopplung schwingenden Ventilatoren (V_n,m) und Übertragen der Daten an das Steuergerät mittels der Beschleunigungssensoren, c. Bestimmten derjenigen Positionen (n, m) aller unmittelbar zum Ventilator (V_i,j) in einer Reihenposition und/oder Spaltenposition benachbarten, positionsunbekannten Ventilatoren (V_n,m) ausgehend von der Position des erregenden Ventilators (V_i,j), d. Schalten des positionsbekannten Ventilators (V_i,j) in den Leerlauf mittels des Steuergeräts, e. Antreiben eines von wenigstens zwei der erfassten Ventilatoren (V_n,m) mit einem vorbestimmten, vorzugsweise maximalen Ansteuergrad, f. Markieren der Positionen (n+1, m; n, m+1) der unmittelbar zum in Schritt f) angetriebenen Ventilator (V_n,m) benachbarten, positionsunbekannten Ventilatoren (V_n+1,m; V_n,m+1) mit der Position des erregenden Ventilators (V_n,m), g. Schalten des angetriebenen Ventilators (V_n,m) in den Leerlauf und Antreiben wenigstens des zweiten markierten Ventilatoren (V_n,m) mit einem vorbestimmten, vorzugsweise maximalen Ansteuergrad, h. Bestimmen der Drehzahl der durch den zweiten Ventilator (V_n,m) schwingenden benachbarten, positionsunbekannten Ventilatoren (V_n+1,m; V_n,m+1) mittels der Beschleunigungssensoren und Übertragen der Daten an das Steuergerät, i. Markieren der Positionen (n+1, m; n, m+1) der unmittelbar zum in Schritt i) angetrieben Ventilator (V_n,m) benachbarten, positionsunbekannten Ventilatoren (V_n+1,m; V_n,m+1) mit der Position des erregenden Ventilators (V_n,m; V_n,m), j. falls ein Ventilator (V_n+1,m; V_n,m+1) in Schritt g) bzw. j) bereits markiert ist, Bestimmen und Setzen der Position (n, m) des Ventilators (V_n+1,m; V_n,m+1) auf eine eindeutige, bestimmte Position (n, m), k. Antreiben eines der in Schritt g) bzw. j) markierten Ventilatoren und wiederholen der Schritte f) bis k), so lange bis sämtliche Ventilatoren (V_n,m) bestimmt sind.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Bestimmung der Position (n, m) des Ventilators (V_n+1,m; V_n,m+1) in Schritt k) durch einen Vergleich der Indizes n und m der bereits vorhandenen Markierung und der neu entstandenen Markeirung erfolgt, wobei jeweils der höhere Index den Index für die bestimmte Position (n, m) darstellt.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Position (i,j) des Ventilators (V_i,j) auf den Wert „0,0“ gesetzt ist und wenn bei einem Ventilator (V_n,m) die Positionen (n+1, m; n,m+1) von zwei unmittelbar benachbarten Ventilatoren (V_n+1,m; V_n,m+1) bekannt ist und die Position (n+1, m; n,m+1) eines weiteren unmittelbar benachbarten Ventilators (V_n+1,m; V_n,m+1) unbekannt ist und wenn eine Markierung der unbekannten Position den Wert „0,0“ aufweist, anschließend die Markierung ungleich „0,0“ um 1 inkrementiert wird.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei, falls in Schritt f) und I) mehr als die unmittelbar benachbarten Ventilatoren (V_n+1,m; V_n,m+1) in Schwingung versetzt werden, in Schritt i) nur die Ventilatoren (V_n+1,m; V_n,m+1) mit der höchsten gedämpften Schwingung betrachtet werden.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Beschleunigungssensor zur Ermittlung der gedämpften Schwingung eines Ventilators (V_n,m) ein MEMS-Beschleunigungssensor ist.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei für eine exakte Positionsbestimmung in den Schritten f) bis I) mindestens zwei Ventilatoren (V_n,m) indirekt in Schwingung versetzt werden müssen.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Ventilatoren zu deren Positionsbestimmung statt oder ergänzend zu einem Beschleunigungssensor einen Schallwandler oder ein Mikrophon besitzen und ein durch den angetriebenen wenigstens einen Ventilator (V_I,J) erzeugter Schalldruck mittels des Schallwandlers erfasst wird.