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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb mindestens eines Ventilators.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein System zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
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Der Einsatz von Ventilatoren, beispielsweise in Luftwärmepumpen, unterliegt mehreren Lärmschutzverordnungen. So schreibt zum Beispiel die „Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm“ (TA Lärm) Immissionsrichtwerte für Wohn- und Mischgebiete in Form von zeitlich gemittelten Schalldruckpegel in dB(A) vor - ggf. weiterer Zuschläge für Ventilatorgeräusche etwa mit tonalen Komponenten. Für Tages- und Nachtzeiten gelten unterschiedliche Immissionsrichtwerte. Insbesondere nachts gilt es niedrige Grenzwerte einzuhalten. Diese liegen beispielsweise tagsüber in Wohngebieten bei 50 dB(A), nachts hingegen bei 35 dB(A).
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Neben der reinen Lautstärke können weitere Parameter dazu beitragen, ob ein Geräusch von einer Person als unangenehm angesehen wird. So können gemäß Produktklassifikation zwei Ventilatoren unterschiedlicher Hersteller in einem ähnlichen Betriebspunkt einen ähnlichen A-bewerteten Schalldruck-/Schallleistungspegel aufweisen und doch kann die subjektive Wahrnehmung beider Geräusche gänzlich verschieden sein.
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Daher besteht das Bedürfnis, Ventilatorengeräusche derart anzupassen, dass diese als angenehm bzw. als nicht-unangenehm empfunden werden, d.h. der akustische Wohlklang sollte möglichst hoch sein. Als Optimierungsziele im Entwicklungsprozess sollten daher unter anderem ein hoher Systemwirkungsgrad aber auch eine geringe Geräuschemission gesetzt werden, da hierdurch Wettbewerbsvorteile erzielt werden können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Ventilators derart auszugestalten und weiterzubilden, dass mit einfachen Mitteln ein geräuschoptimierter Betrieb ermöglicht wird. Des Weiteren soll ein System zur Durchführung eines solchen Verfahrens angegeben werden.
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Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Damit ist ein Verfahren zum Betrieb mindestens eines Ventilators angegeben, wobei der Ventilator vorzugsweise einen Elektromotor aufweist, wobei im Betrieb des Ventilators über mindestens einen Sensor mindestens ein Messwert erfasst wird, insbesondere ein Schalldruck und/oder eine Körperschallschwingung, wobei der mindestens eine Messwert als Parameter von einer Recheneinheit verwendet wird, um für mindestens ein definiertes Zeitintervall und/oder für mindestens einen definierten Betriebspunkt akustische und/oder psychoakustische Kennwerte zu bestimmen und wobei der Ventilator, vorzugsweise ausschließlich, in zulässigen Betriebspunkten betrieben wird, in welchen die akustischen und/oder psychoakustischen Kennwerte in einem definierten Bereich liegen.
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In Bezug auf das System wird die zugrundeliegende Aufgabe durch den nebengeordneten Anspruch 12 gelöst. Damit ist ein System zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 angegeben, mit mindestens einem, vorzugsweise einen Elektromotor aufweisenden, Ventilator, mindestens einem Sensor zur Erfassung eines Messwertes, insbesondere eines Schalldrucks und/oder einer Körperschallschwingung, und einer Recheneinheit zur Bestimmung akustischer und/oder psychoakustischer Kennwerte für mindestens ein definiertes Zeitintervall und/oder für mindestens einen definierten Betriebspunkt.
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In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst erkannt worden, dass die zugrundeliegende Aufgabe gelöst werden kann, indem akustische und/oder psychoakustische Kennwerte anhand von Messwerten bestimmt werden und der Betrieb des Ventilators bzw. der Ventilatoren unter Berücksichtigung dieser akustischen und/oder psychoakustischen Kennwerte erfolgt. Die Messwerte werden von Sensoren erfasst, wobei es sich dabei vorzugweise um einen Schalldruck, eine Körperschallschwingung oder einen anderen messbaren Umwelteinfluss handeln kann. Diese Messwerte werden von einer Recheneinheit als Parameter benutzt, um die eigentlichen akustischen und/oder psychoakustischen Kennwerte zu bestimmen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße System ist es möglich, dass geltende Immissionsschutzgesetze auf ideale Weise eingehalten werden. Dabei ist es denkbar, dass auch tageszeitabhängige Immissionsgrenzwerte eingehalten werden, indem beispielsweise ein Nachtbetriebsprofil (bei Abwesenheit von Personen möglichst effizienter Betrieb) und ein Tagesbetriebsprofil (bei Anwesenheit von Personen akustisch möglichst wohlklingen) für den Betrieb des Ventilators bzw. der Ventilatoren genutzt werden. In weiter erfindungsgemäßer Weise ist es somit möglich, vordefinierte, akustisch lästige Betriebspunkte auszublenden, die bei unterschiedlichen Applikationen auftreten können.
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Es wird darauf hingewiesen, dass Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens eine vorrichtungsgemäße Ausprägung aufweisen können. Diese Merkmale und die dadurch erzielten Vorteile können ausdrücklich Teil des erfindungsgemäßen Systems sein.
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In vorteilhafter Weise kann eine Ausblendung unzulässiger Betriebspunkte durch einen kürzeren und/oder längeren Betrieb in zulässigen Betriebspunkten kompensiert werden. Dadurch wird der Vorteil erzielt, dass ein Betrieb in einem akustisch und/oder psychoakustisch gewünschten Bereich ermöglicht wird und des Weiteren die notwendige Leistung von dem Ventilator bzw. den Ventilatoren erbracht wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es denkbar, das als akustischer und/oder psychoakustischer Kennwert eine Lautheit und/oder ein Lautstärkepegel und/oder ein Schalldruckpegel und/oder ein Schallleistungspegel und/oder ein spezifischer Frequenzanteil, beispielsweise ein Terzpegel, und/oder eine Tonhaltigkeit und/oder eine Rauigkeit und/oder eine Schärfe und/oder eine Schwankungsstärke und/oder eine psychoakustische Lästigkeit und/oder eine Tonheit und/oder eine Impulshaltigkeit bestimmt wird/werden. Diese Kennwerte haben den Vorteil, dass sie eine ermittelbare und vergleichbare Angabe über die subjektive, menschliche Wahrnehmung darstellen.
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In vorteilhafter Weise kann/können als Stellgröße zur Einstellung des Betriebspunktes des Ventilators eine Betriebsdauer und/oder eine Drehzahl und/oder ein Drehmoment und/oder eine Leistungsaufnahme und/oder ein Anstellwinkel und/oder ein Düsenquerschnitt und/oder eine Klappenstellung in einem Strömungskanal und/oder externe Hardware und/oder andere Ventilatoren zur Geräuschunterdrückung genutzt werden. Dabei ist erkannt worden, dass die voranstehenden Stellgrößen einen Einfluss auf zumindest eine der in Rede stehenden akustischen und/oder psychoakustischen Kennwerte haben, so diese Kennwerte gezielt beeinflusst werden können.
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In weiter vorteilhafter Weise kann auf Grundlage der ermittelten akustischen und/oder psychoakustischen Kennwerte eine Regelung definiert werden, so dass ein dieser Regelung unterliegender Betrieb des Ventilators erfolgt. Beispielsweise kann die Regelung durch einen Vergleich eines Istwertes eines akustischen und/oder psychoakustischen Kennwertes mit einem Sollwert eines akustischen und/oder psychoakustischen Kennwertes erfolgen. Somit ist es möglich, ein gewünschtes Betriebsprofil bzw. einen gewünschten Betriebspunkt einzuhalten, welche zum Beispiel einen möglichst hohen akustischen Wohlklang für Mensch und Umwelt aufweisen, etwa durch einen sehr leisen Betrieb oder einen Betrieb mit sehr geringen tonalen Komponenten. Beispielsweise können nach der Definition eines geeigneten Regelgesetzes die akustischen und/oder psychoakustischen Kennwerte für die Ansteuerung des Motors verwendet werden, etwa durch den direkten Vergleich des Istwerts mit einem Sollwert oder den direkten Vergleich des Istwerts mit einem Grenzwert. Diese können in einer Datenbank, z.B. nach einem Initialisierungshochlauf hinterlegt sein. Unter einem Initialisierungshochlauf wird allgemein verstanden, dass während der ersten (Wieder-)Inbetriebnahme eines oder mehrerer Ventilatoren das akustische und/oder psychoakustische Verhalten über die Gesamtheit aller oder ausgewählter Betriebspunkte protokolliert wird. Dabei können individuelle Applikationen eines oder mehrerer Ventilatoren berücksichtigt werden Durch eine Anpassung/Veränderung mindestens einer der Stellgrößen, beispielsweise der Drehzahl, des Drehmoments und/oder einer der anderen genannten Stellgrößen, könnte der akustische und/oder psychoakustische Kennwert entsprechend der Regelung angepasst werden.
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In besonders vorteilhafter Weise kann eine zentrale Regelung auf einem Elektromotor eines Ventilators realisiert sein. Eine solche Ausgestaltung eignet sich insbesondere, sofern lediglich ein einziger Ventilator angeordnet ist. Bei einer Mehrzahl von Ventilatoren hat diese Anordnung den Vorteil, dass auf einfache Weise jeder Ventilator unabhängig von den anderen Ventilatoren regelbar ist. Alternativ ist es denkbar, dass eine dezentrale Regelung, vorzugsweise für Elektromotoren mehrerer Ventilatoren, realisiert ist. Dadurch ist es möglich, die Ventilatoren als Einheit zu regeln, so dass kombinatorische Effekte genutzt werden können.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können mehrere Ventilatoren angeordnet sein. Dabei kann eine Lastverteilung vorgenommen werden, so dass die Ventilatoren insgesamt in einem zulässigen Betriebspunkt betrieben werden. Beispielsweise können anstatt zwei Ventilatoren unter Volllast zu betreiben, vier Ventilatoren bei halber Last betrieben werden. Durch eine solche Lastverteilung können die Ventilatoren in ihrer Gesamtheit Immissionsgrenzwerten und Immissionsrichtwerten entsprechen.
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Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn durch eine gezielte Anpassung einer akustischen und/oder psychoakustischen Kenngröße eine andere akustische und/oder psychoakustische Kenngröße zumindest reduziert wird. Beispielsweise kann durch Anheben eines Schallleistungspegels die Tonhaltigkeit reduziert werden. Alternativ oder zusätzlich kann durch mehrere leisere Ventilatoren der Schall eines weiteren, lauteren Ventilators abgedeckt werden. Des Weiteren kann alternativ oder zusätzlich bei dem Betrieb mehrerer Ventilatoren durch einzelne Ventilatoren gezielt ein Gegenschall aufgebracht werden, um einen störenden Schall zu verringern bzw. auszulöschen. Somit wird ein sog. Active Noise Cancelling realisiert.
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In vorteilhafter Weise kann als weiterer Parameter von der Recheneinheit berücksichtigt werden, ob eine Person im Umfeld des Ventilators anwesend ist. Sofern erkannt wird, dass keine Person anwesend ist, kann die Vorrichtung beispielsweise in einem lauteren Betriebspunkt betrieben werden.
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In weiter vorteilhafter Weise können die Messwerte genutzt werden, um Anomalien im Betrieb des Ventilators zu erfassen. Beispielsweise kann dadurch ein Lagerschaden, eine Verschmutzung, eine Unwucht, eine Materialermüdung, ein Fertigungsfehler, eine Resonanz, einen Strömungsabriss und/oder ein Düsenpfeifen erkannt werden. Dadurch wird der Vorteil erzielt, dass falls während des Betriebs eine Änderung im akustischen Verhalten auftritt (etwa durch Verschmutzungen, Beschädigungen, Materialermüdung, o.ä.), der Betriebsbereich des Ventilators entsprechend eingeschränkt werden kann. Dadurch kann ein regulärer Betrieb bis zur Behebung einer akustischen Anomalie gewährleistet werden.
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In besonders vorteilhafter Weise kann/können als Sensor ein Beschleunigungssensor und/oder ein Schalldrucksensor und/oder ein Softsensor/virtueller Sensor und/oder Sensoren zur Beschreibung des Betriebszustands und/oder der Betriebsumgebung und/oder der Stellgrößen verwendet werden.
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Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
- 1 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems an dem auch das erfindungsgemäße Verfahren erläutert wird,
- 2 in einer schematischen Darstellung ein Beispiel des zulässigen Bereichs einer Stellgröße,
- 3 in einer schematischen Darstellung ein Beispiel eines unzulässigen Bereichs einer Stellgröße, und
- 4 in einer schematischen Darstellung einen zulässigen Betriebsbereich.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems. Dieses weist zwei Ventilatoren 1, 1' auf, die vorzugsweise über nicht dargestellte Elektromotoren angetrieben werden. Des Weiteren sind zwei Sensoren 2, 2' sowie eine Recheneinheit 3 vorgesehen. Es wird darauf hingewiesen, dass das System auch lediglich einen einzelnen Ventilator und/oder einen einzelnen Sensor aufweisen kann.
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Über die Sensoren 2, 2' werden Messwerte, wie beispielsweise ein Schalldruck und/oder eine Körperschallschwingung erfasst. Diese Messwerte werden der Recheneinheit 3, beispielsweise einem Computer, übermittelt. Die Recheneinheit 3 verwendet die Messwerte als Parameter, um für mindestens ein definiertes Zeitintervall und/oder für mindestens einen Betriebspunkt akustische und/oder psychoakustische Kennwerte zu bestimmen, beispielsweise eine Lautheit, einen Schalldruckpegel, einen spezifischen Frequenzanteil etc.
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Unter Berücksichtigung dieser Informationen werden die Ventilatoren 1, 1' in zulässigen Betriebspunkten betrieben, in welchen die akustischen und/oder psychoakustischen Kennwerte in einem definierten Bereich liegen, so dass beispielsweise Grenzwerte eingehalten werden und/oder Personen die durch die Ventilatoren 1, 1' erzeugten Geräusche nicht als unangenehm empfinden.
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Des Weiteren ist es möglich, dass anhand der von den Sensoren 2, 2' erfassten Messsignale Anomalien im Betrieb der Ventilatoren 1, 1' erkannt werden.
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In besonders vorteilhafter Weise ist das System dazu ausgebildet, dass eine Regelung auf Grundlage der ermittelten akustischen und/oder psychoakustischen Kennwerte definiert werden kann. Somit kann eine Regelung der Ventilatoren 1, 1' durch einen Vergleich eines Istwertes eines psychoakustischen Kennwertes mit einem Sollwert eines akustischen und/oder psychoakustischen Kennwertes erfolgen. Auch könnte die Regelung durch einen Vergleich eines Istwertes eines akustischen und/oder psychoakustischen Kennwertes mit einem Grenzwert eines akustischen und/oder psychoakustischen Kennwertes erfolgen. Somit wird es ermöglicht, ein gewünschtes Betriebsprofil einzuhalten, indem eine oder mehrere Stellgrößen, beispielsweise die Motoransteuerung, bei Bedarf angepasst werden.
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2 zeigt eine Darstellung eines zulässigen Bereichs einer Stellgröße. Dabei ist der Schalldruckpegel Lp als akustischer und/oder psychoakustischer Kennwert aufgetragen. In dieser Darstellung wird von einem nahezu monoton steigenden Verlauf des Schalldruckpegels Lp bei einem linearen Anstieg der Stellgröße, beispielsweise der Motordrehzahl, ausgegangen. Der zulässige Bereich der Stellgröße wird durch einen unteren und einen oberen Schalldruckpegel Lp definiert.
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3 zeigt eine Darstellung eines unzulässigen Bereichs einer Stellgröße. Auch hier ist der Schalldruckpegel Lp als akustischer und/oder psychoakustischer Kennwert aufgetragen. In dieser Darstellung wird davon ausgegangen, dass kein funktionaler Zusammenhang des Schalldruckpegels Lp zu einem linearen Anstieg der Stellgröße existiert. Der zulässige Bereich der Stellgröße wird durch einen Grenzwert begrenzt.
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4 zeigt den zulässigen Betriebsbereich bzw. die zulässigen Betriebspunkte eines erfindungsgemäßen Systems bzw. eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Der zulässige Betriebsbereich wird durch einen Grenzwert beschränkt, der in dem dargestellten Fall für alle Drehzahlen konstant ist.
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Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Ansprüche verwiesen.
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Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.
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Bezugszeichenliste
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- 1,1'
- Ventilator
- 2, 2'
- Sensor
- 3
- Recheneinheit
