DE102021209753A1

DE102021209753A1 - Verfahren zur quantitativen Bestimmung aktueller betriebszustandsabhängiger Größen, insbesondere des aktuellen Fördervolumenstroms, eines Ventilators und Ventilator zur Anwendung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102021209753A1
Application number: DE102021209753.7A
Authority: DE
Inventors: Frieder Lörcher; Alexander Herold
Original assignee: Ziehl Abegg SE
Current assignee: Ziehl Abegg SE
Priority date: 2021-09-03
Filing date: 2021-09-03
Publication date: 2023-03-09
Also published as: EP4204692A1; WO2023030590A1; CN117916470A

Abstract

Ein Verfahren zur quantitativen Bestimmung des aktuellen Fördervolumenstroms oder einer anderen betriebspunktabhängigen Größe eines Ventilators, der ein motorangetriebenes Flügelrad umfasst, nutzt eine motorinterne Größe und eine motorexterne Größe, aus denen über einen Algorithmus der Fördervolumenstrom oder eine andere betriebspunktabhängige Größe unmittelbar oder mittelbar berechnet oder ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur quantitativen Bestimmung aktueller betriebszustandsabhängiger Größen, insbesondere des aktuellen Fördervolumenstroms, eines Ventilators, wobei der Ventilator zumindest ein motorangetriebenes Flügelrad umfasst. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Ventilator zur Anwendung des Verfahrens.
Der Ventilator ist nicht näher spezifiziert. Folglich kann es sich hier grundsätzlich um einen Ventilator jedweder Bauart handeln, nämlich um Radial-, Diagonal- oder Axialventilatoren.
Insbesondere zum Zweck der Regelung eines Ventilators besteht der Bedarf, den Volumenstrom im Betrieb des Ventilators fortlaufend zu ermitteln. Basierend auf der Kenntnis des aktuellen Fördervolumenstroms oder auch direkt können auch andere betriebszustandsabhängige Größen, wie beispielsweise die aktuelle Druckerhöhung, ermittelt werden. Die Kenntnis des aktuellen Fördervolumenstroms und/oder anderer betriebszustandsabhängiger Größen kann neben einer Regelung der Ventilatordrehzahl auf einen Vorgabevolumenstrom in vielfältiger Weise genutzt werden, beispielsweise bei der Überwachung der Ventilatorleistung oder des Zustandes einer lufttechnischen Anlage.
Ventilatorseitig lässt sich bei Kenntnis der Druckerhöhung die Druckreserve eines beispielsweise abrissanfälligen Ventilators überwachen. Es lässt sich feststellen, ob ein Ventilator in einem zulässigen Betriebsbereich betrieben wird, beispielsweise auch dahingehend, ob ein sogenannter Trommelläufer bei zu niedrigen Drücken arbeitet.
Weitere nützliche betriebszustandsabhängige Größen können beispielsweise sein: aktueller Fördermassenstrom, aktuelle Schallemissionen eines Ventilators, das aktuellen Antriebsmoments eines Ventilators der aktuelle Wirkungsgrades eines Ventilators oder ein aktueller vom Ventilator erzeugter Schub.
Weiter kann eine betriebszustandsabhängige Größe auch ein kombinierter Wert aus bereits aufgeführten Größen sein, beispielsweise eine Funktion aus Druckerhöhung und Fördervolumenstrom. Auf diese Weise können etwa Volumenstrom-Druckkennlinien abgebildet werden. Aus der Praxis ist es bekannt, den aktuellen Fördervolumenstrom oder Fördermassenstrom bei vorwärtsgekrümmten Radialventilatoren über das Wellenmoment zu bestimmen. Ansonsten erfolgt die Volumenstrombestimmung über Wirkdruckmessung oder mittels Flügelradanemometer. Dazu sei beispielhaft auf die WO 2018/036802 A1 verwiesen. Die aus der Praxis bekannten Messungen bzw. Ermittlungen des Luftvolumenstroms sind allerdings ungenau und in der Umsetzung aufwändig.
Insbesondere bei der Volumenstrombestimmung über einen Flügelradanemometer, das zuström- oder abströmseitig in der Nähe des Ventilatorlaufrades angeordnet ist, treten Ungenauigkeiten auf, zumal die Drehzahl des Flügelradanemometers neben dem Fördervolumenstrom noch von einem betriebszustandsabhängigen, inhomogenen und/oder drallbehafteten Strömungsbild über den Durchströmungsquerschnitt am Anemometerrad beeinflusst sein kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur quantitativen Bestimmung des aktuellen Fördervolumenstroms oder einer anderen aktuellen betriebszustandsabhängigen Größe eines Ventilators im Betrieb mit hoher Genauigkeit und vergleichsweise geringem konstruktiven/technischen Aufwand anzugeben, welches sich obendrein von wettbewerblichen Verfahren unterscheidet. Außerdem soll ein Ventilator zur Nutzung des Verfahrens angegeben werden.
Die voranstehende Aufgabe ist in Bezug auf das Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und in Bezug auf den Ventilator durch die Merkmale des nebengeordneten Patentanspruchs 11 gelöst. Danach werden eine motorinterne Größe und eine motorexterne Größe ermittelt, aus denen über einen Algorithmus der Fördervolumenstrom und/oder andere aktuelle betriebszustandsabhängige Größen unmittelbar oder mittelbar berechnet oder ermittelt wird.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass eine quantitative Bestimmung des aktuellen Fördervolumenstroms oder einer anderen aktuellen betriebszustandsabhängigen Größe unter Nutzung motorinterner und motorexterner Größen möglich ist, und dies mit hoher Genauigkeit und bei vergleichsweise niedrigem technischem Aufwand. Wesentlich ist die Kombination mindestens einer motorinternen Größe mit mindestens einer motorexternen Größe, die beide einfach zu erfassen sind. Durch Nutzung der beiden - unterschiedlichen - Größen lässt sich die Betriebszustandsabhängigkeit rein motorexterner Signale auflösen.
Als motorinterne Größe kann ein elektrischer Strom, beispielsweise ein Wicklungsstrom, oder ein Motorstrom oder aber auch eine Motorspannung dienen. Ebenso kann eine elektrische Leistung herangezogen werden. Diese Größen betreffend die Situation im Motor und/oder in dessen Steuerung.
Als motorexterne Größe kann der Messwert oder das Signal eines in unmittelbarer Nähe des Ventilators bzw. des Flügelrads angeordneten Sensors dienen. Bei dem Sensor kann es sich um ein Volumenstrommessrad handeln. Die relevante Größe wäre dann die Messraddrehzahl.
In vorteilhafter Weise ist das Volumenstrommessrad an einer zuströmseitigen oder abströmseitigen Struktur drehbar gelagert. Bei der Struktur kann es sich um ein Zuströmgitter oder um ein beliebiges Gehäuseteil handeln. Insoweit sind keine zusätzlichen baulichen Vorkehrungen zu treffen.
Bei dem Sensor kann es sich alternativ oder ergänzend um einen thermischen Sensor handeln, beispielsweise um ein Hitzdrahtanemometer, der sensitiv auf Strömungsgeschwindigkeiten reagiert.
Auch ist es denkbar, dass es sich bei dem Sensor um einen Differenzdrucksensor handelt, der eine Druckdifferenz zwischen zwei konkreten Punkten im Strömungsfeld des Ventilators detektiert.
Der zur Berechnung dienende Algorithmus kann in vorteilhafter Weise in der Motorsteuerung oder in einer externen Auswerteeinheit implementiert sein. Er umfasst regelmäßig einen Prozessor und einen Speicher. Die Sensorsignale können an den Prozessor per Leitung oder kontaktlos, per Funk oder ähnliches, übertragen werden.
In weiter vorteilhafter Weise hat der Ventilator bzw. der Motor des Ventilators, eine Schnittstelle, die zur Übergabe des ermittelten aktuellen Fördervolumenstroms und/oder einer anderen aktuellen, betriebszustandsabhängigen Größe an ein übergeordnetes System dient. Insoweit ist es von weiterem Vorteil, wenn an den Motor und/oder an die Auswerteeinheit ein Signal für einen Soll-Volumenstrom, einen Soll-Massenstrom oder einen Sollwert für eine andere betriebszustandsabhängige Größe übergeben wird, anhand dessen die Motordrehzahl derart regelbar ist, dass der mit dem Sensorsignal oder den Sensorsignalen ermittelte Fördervolumenstrom bzw. Fördermassenstrom bzw. die sonstige aktuelle betriebszustandsabhängige Größe möglichst genau dem Soll-Volumenstrom bzw. dem Soll-Massenstrom bzw. dem entsprechenden Sollwert entspricht.
Der erfindungsgemäße Ventilator dient insbesondere zur Regelung des aktuellen Fördervolumenstroms bzw. einer anderen betriebszustandsabhängigen Größe entsprechend den voranstehenden Ausführungen.
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 des erfindungsgemäßen Verfahrens oder eines dieses Verfahren nutzenden Ventilators 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 perspektivischen Ansicht und im Schnitt an einer Ebene durch die Rotationsachse des Laufrades gesehen eine Ausführungsform eines Ventilators, wobei die Bestimmung des aktuellen Fördervolumenstroms bzw. der aktuellen betriebszustandsabhängigen Größe unter Nutzung eines Flügelradanemometers durchgeführt wird,
2 ein Diagramm, in dem für einen Ventilator bei einer bestimmten Fördermitteldichte für vier verschiedene konstante Anemometerdrehzahlen und zusätzlich für zwei konstante Motordrehzahlen Kennlinien einer Druckerhöhung Δp jeweils als Funktion eines Fördervolumenstroms Qv dargestellt sind, und
3 ein Diagramm, in dem für einen Ventilator bei einer bestimmten Fördermitteldichte für vier verschiedene konstante Anemometerdrehzahlen und zusätzlich für fünf konstante Motorströme Kennlinien einer Druckerhöhung Δp jeweils als Funktion eines Fördervolumenstroms Qv dargestellt sind.

1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht und im Schnitt an einer Ebene durch die Rotationsachse des Laufrades 3 eine Ausführungsform eines Ventilators 1, wobei der aktuelle Fördervolumenstrom oder eine andere betriebspunktabhängige Größe mittels eines Volumenstrommessrades 2 präzise bestimmt wird. Das Volumenstrommessrad 2 ist im Wesentlichen aus einer Nabe 7 und darauf befestigten Flügeln 6 aufgebaut. Man erkennt in der Darstellung gut das Volumenstrommessrad 2 und seine Lagerung an einer zuströmseitigen Struktur, hier einem Einströmgitter 26. Am Zentralbereich 30 des Einströmgitters 26 ist über einen Aufnahmebereich 31 eine Achse 13 zur Lagerung des Volumenstrommessrades 2 angebracht.
Das Volumenstrommessrad 2 wird mittels Lagern an der Achse 13 gelagert, im Ausführungsbeispiel sind zwei nicht gezeigte Lager vorgesehen. Die Lager werden am Volumenstrommessrad 2 an dafür vorgesehenen Aufnahmen 20 innerhalb der Nabe 7 eingesetzt. Das Volumenstrommessrad 2 kann dadurch frei bezüglich des Einströmgitters 26 und unabhängig vom Rotor 11 des Motors 4, der das Laufrad 3 des Ventilators 1 antreibt, rotieren. Über die Messung der Drehzahl des Volumenstrommessrades 2 kann unter Hinzunahme anderer Sensorinformationen mit guter Genauigkeit auf den aktuellen Fördermittelvolumenstrom Qv oder eine andere betriebspunktabhängige Größe geschlossen werden.
Das Laufrad 3 des Ventilators 1 ist am Rotor 11 des Motors 4 mit einer Befestigungsvorrichtung 15 angebracht, welche als Blechronde ausgeführt ist, die in das Laufrad 3 eingegossen und auf den Rotor 11 aufgepresst ist. Die Messung und Auswertung der Drehzahl n_Ane des Volumenstrommessrades 2 bildet eine wichtige Basis zur Bestimmung des aktuellen Fördermittelvolumenstroms Qv oder der anderen aktuellen betriebspunktabhängigen Größe. Will man den Fördermittelvolumenstroms Qv oder eine andere betriebspunktabhängige Größe mit sehr hoher Genauigkeit bestimmen, wird außer der Drehzahl n_Ane eine weitere Sensorinformation benötigt, denn die Drehzahl n_Ane hängt neben dem Fördervolumenstrom Qv auch vom (inneren) Betriebszustand des Ventilators ab. Dieser kann beispielsweise bei konstantem Fördermittelvolumenstrom Qv in Form des Wertes der statischen Druckerhöhung, die der Ventilator in Förderrichtung aufbaut, variieren. Als solche weitere Sensorinformation wird im Sinne der Erfindung eine interne ggf. elektrische Größe im Motor oder in der Motorsteuerung verwendet.
Das Volumenstrommessrad kann allgemein zuström- oder abströmseitig, beispielsweise an einem Zuströmgitter oder in einem Gehäuse, eines Ventilators angebracht sein. Zur Bestimmung des aktuellen Fördermittelvolumenstroms Qv oder einer andere betriebspunktabhängige Größe kann anstatt der Drehzahl n_Ane des Flügelradanemometers, die eine motorexterne Größe ist, auch ein anderes motorexternes Sensorsignal verwendet werden. Ein erstes Beispiel für eine andere motorexterne Sensorgrößen ist das Signal eines oder mehrerer Hitzdrahtanemometer oder vergleichbarer thermischer Sensoren, die sensitiv auf die Strömungsgeschwindigkeit reagieren. Ein zweites Beispiel für eine andere motorexterne Sensorgröße ist das Signal eines Differenzdrucksensors, der einen Differenzdruck zwischen zwei geeigneten Punkten im Strömungsfeld des Ventilators misst, beispielsweise den Düsenwirkdruck als Differenz zwischen dem statischen Druck im Bereich des engsten durchströmten Querschnitts der Einlaufdüse eines Ventilators und einem Punkt weiter zuströmseitig der Einlaufdüse.
Der aktuelle Fördervolumenstrom Qv oder der aktuelle Wert einer anderen betriebspunktabhängigen Größe wird aus dem Sensorsignal der motorexternen Größe sowie einem zweiten Sensorsignal einer motorinternen elektrischen Größe, wie beispielsweise einem Motorstrom I_Mot ,einer Wicklungsspannung U_Mot oder einer elektrischen Leistung, mit einem geeigneten Algorithmus bestimmt. Vorteilhaft ist dieser Algorithmus direkt in der Motorsteuerung implementiert, er kann aber auch in einer externen Auswerteeinheit implementiert sein. Die Sensorsignale müssen natürlich jeweils an die entsprechenden Stellen übertragen werden.
Ein möglicher Algorithmus kann wie folgt aussehen:

1.) Bestimmung der motorexternen Sensorgröße EXT, im konkreten Beispiel der Drehzahl n_Ane des Flügelradanemometers (Volumenstrommessrades) 2
2.) Bestimmung der motorinternen, ggf. elektrischen, Größe INT, konkret beispielhaft dem Motorwicklungsstrom I_Mot
3.) Falls benötigt, Bestimmung oder Abschätzung der aktuellen Fördermitteldichte ρ, vorteilhaft mit Hilfe weiterer Sensorsignale (bspw. Temperatur und/oder Luftfeuchtigkeit)
4.) Errechnung des aktuellen Fördermittelvolumenstroms Qv (oder der anderen betriebspunktabhängigen Größe X) mit einer kalibrierten Näherungsfunktion Q_v = Q_v(EXT, INT, C) bzw. Q_V = Q_V(EXT, INT, C, p) (oder X = X (EXT, INT, C) bzw. X = X(EXT, INT, C, ρ) , wobei X symbolisch für die entsprechende betriebspunktabhängige Größe steht)

C ist ein Feld aus Kalibrierkoeffizienten, welches von der Art der motorexternen Sensorgröße EXT , der motorinternen Sensorgröße INT und der betriebspunktabhängigen Größe X abhängt, aber auch vom konkreten Ventilator, von den konkreten Sensoren und ggf. auch der konkreten Einbausituation. Allgemein sind die Kalibrierkoeffizienten C mittels eines Kalibrierversuchs auf einem Prüfstand, mit dem der aktuelle Fördermittelvolumenstrom Qv bzw. die aktuelle betriebspunktabhängige Größe X gemessen werden kann, zu bestimmen.
Konkret können aus der motorexternen Sensorgröße EXT und der motorinternen Sensorgröße INT eine geeignete Anzahl an Basisfunktionen gebildet werden, beispielhaft Monome, die dann den Vektor der Basisfunktionen B bilden. Ein beispielhafter monombasierter Basisfunktionenvektor ist B = (1, EXT, INT, EXT², EXT ▪ INT, INT², ... ). Es sind auch andere Arten von Basisfunktionen denkbar. Der aktuelle Fördermittelvolumenstrom Qv bzw. die aktuelle betriebspunktabhängige Größe X kann dann mit folgendem Skalarprodukt approximiert werden: Q_v = C · B bzw. $Q_{v} = \frac{1}{ρ} \bar{C} \cdot \bar{B}$
bzw. X = C · B bzw. X = C · B · f (ρ, T), wobei f (ρ, T) eine bestimmte Korrekturfunktion abhängig von aktueller Fördermitteldichte ρ und der aktuellen Fördermitteltemperatur T ist.
In einem Kalibrierversuch sind mit Hilfe des Prüfstandes für eine ausreichende Zahl an Messpunkten sowohl Qv (bzw. X) als auch mittels der Sensoren EXT und INT und somit der Basisfunktionenvektor B bekannt und es kann durch Invertierung, beispielsweise mit einem Least Squares Verfahren, das Feld der Kalibrierkoeffizienten C bestimmt werden.
Vorteilhaft weist der Motor 4 bzw. die Auswerteeinheit eine Schnittstelle zur Übergabe des aktuellen Fördervolumenstroms Qv bzw. der aktuellen betriebspunktabhängigen Größe X an ein übergeordnetes System auf. Weiter vorteilhaft kann dem Motor bzw. der Auswerteeinheit ein Signal für einen Soll-Volumenstrom oder einen Sollwert einer betriebspunktabhängigen Größe X übergeben werden, sodass die Motordrehzahl n_Mot automatisch derart geregelt wird, dass der mit den Sensorsignalen bestimmte Fördermittelvolumenstrom Qv bzw. die aktuelle betriebspunktabhängige Größe X dem Soll-Volumenstrom bzw. dem Sollwert von X möglichst gut entspricht.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass in 1 nicht alle Komponenten des Ventilators 1 dargestellt sind. Insbesondere ist eine Motorhalterung, die den Stator 11 des Motors 4 beispielsweise an die Düsenplatte 29 anbindet, der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt. Der Ventilator 1 kann zahlreiche weitere, nicht dargestellte Komponenten umfassen.
In 2 sind in ein Diagramm mit dem Fördervolumenstrom Qv auf der Abszisse und der statischen Druckerhöhung p_sF auf der Ordinate für einen beliebigen beispielhaften Ventilator zwei Kennlinien bei jeweils konstanter Motordrehzahl n_Mot sowie vier Kennlinien für jeweils konstante Drehzahl n_Ane eines ventilatornah angebrachten Flügelradanemometers dargestellt. Man erkennt, dass bei konstantem n_Ane der Fördervolumenstrom Qv nicht exakt konstant ist, was bedeutet, dass Qv ohne weitere Information nur ungenau bestimmt werden kann, insbesondere zu ungenau für viele konkrete Anwendungen wie beispielsweis die kontrollierte Wohnraumlüftung. Das liegt insbesondere daran, dass der Betriebszustand des Ventilatorlaufrades (bei konstantem Volumenstrom Qv) die Anemometerdrehzahl n_Ane durchaus signifikant beeinflusst, da das Anemometerrad aus Kompaktheitsgründen relativ nah am Laufrad angebracht ist. Es ist im Diagramm ersichtlich, dass eine mögliche komplementäre Information zur wesentlich genaueren Bestimmung des Fördervolumenstrom Qv in der Motordrehzahl n_Mot steckt. Beispielsweise könnte der Schnittpunkt der Kennlinien für konstante Motordrehzahl n_Mot und konstante Anemometerdrehzahl n_Ane bestimmt werden und am Schnittpunkt der Kurven ein genauer Wert für den aktuellen Fördervolumenstrom Qv abgelesen werden. Wesentlich ist die Aussage, dass die benötigte Information in der Kombination beider Sensorsignale steckt. Die genaue Art des Algorithmus zur Berechnung von Qv kann auf verschiedene Weisen ausgeführt sein, sobald nur beide Sensorsignale verarbeitet werden.
Allerdings ist die Bestimmung der Motordrehzahl n_Mot eher aufwändig, da beispielsweise ein Hall-Sensor nötig ist. Es wurde herausgefunden, dass anstatt der Drehzahl des Motors n_Mot auch eine deutlich einfacher sensorisch erfassbare motorinterne ggf. elektrische Größe INT verwendet werden kann.
In 3 sind in ein Diagramm mit dem Fördervolumenstrom Qv auf der Abszisse und der statischen Druckerhöhung p_sF auf der Ordinate für den beispielhaften Ventilator aus 2 fünf Kennlinien bei jeweils konstantem Motorwicklungsstrom I_Mot sowie vier Kennlinien für jeweils konstante Drehzahl n_Ane eines ventilatornah angebrachten Flügelradanemometers dargestellt. Man erkennt, dass bei konstantem n_Ane der Fördervolumenstrom Qv nicht exakt konstant ist, was bedeutet, dass Qv ohne weitere Information nur ungenau bestimmt werden kann. Dies ist für viele Anwendungen zu ungenau. Das liegt insbesondere daran, dass der Betriebszustand des Ventilatorlaufrades (bei konstantem Volumenstrom Qv) die Anemometerdrehzahl n_Ane durchaus signifikant beeinflusst, da das Anemometerrad aus Kompaktheitsgründen relativ nah am Laufrad angebracht ist.
Es ist im Diagramm ersichtlich, dass eine mögliche komplementäre Information zur wesentlich genaueren Bestimmung des Fördervolumenstrom Qv auch im Motorwicklungsstrom I_Mot steckt, der mit vergleichsweise wenig Aufwand sensorisch erfasst werden kann. Beispielsweise könnte dann der Schnittpunkt der Kennlinien für konstanten Motorwicklungsstrom I_Mot und konstante Anemometerdrehzahl n_Ane bestimmt werden und am Schnittpunkt der Kurven ein genauer Wert für den aktuellen Fördervolumenstrom Qv abgelesen werden. Wesentlich ist die Erkenntnis, dass die Information in der Komination beider Sensorsignalen steckt. Die genaue Art des Algorithmus zur Berechnung von Qv kann auf verschiedene Weisen ausgeführt sein, sobald nur beide Sensorsignale verarbeitet werden, und zwar die motorexterne (hier n_Ane) und die motorinterne (hier I_Mot).
Es sei erwähnt, dass zumindest je Ventilatorausführungsform eine Kalibrierung mit Messdaten auf einem Prüfstand nötig ist, um den Berechnungsalgorithmus quantitativ aufzustellen. Beispielsweise könnten so für den betreffenden Ventilator die Kennlinien für konstanten Motorwicklungsstrom I_Mot und für konstante Flügelradanemometerdrehzahl n_Ane bestimmt und auf der Motorsteuerung bzw. der Auswerteeinheit abgespeichert werden. Da auch andere Berechnungsalgorithmen möglich sind, ist dann konsequenterweise auch eine andere Kalibrierung nötig. Wesentlich ist, dass als Sensorgrößen/Eingabegrößen in den Algorithmus zur Bestimmung des aktuellen Fördervolumenstroms Qv bzw. des aktuellen Wertes einer anderen betriebspunktabhängigen Größe eine motorexterne Sensorgröße EXT, hier die Drehzahl n_Ane eines Flügelradanemometers, und eine motorinterne elektrische Größe INT, hier der Motorwicklungstrom I_Mot, verarbeitet werden.
Es ist auch denkbar, die Kalibrierungsparameter für eine bestimmte Anwendung oder Installationsbedingung zu erfassen, um in der betreffenden Anwendung eine noch höhere Genauigkeit bei der Bestimmung des aktuellen Fördervolumenstroms Qv bzw. des aktuellen Wertes einer anderen betriebspunktabhängigen Größe zu erreichen.
Im Sinne der Erfindung können als motorexterne Größen u.a. auch das Signal eines Hitzdrahtanemometers oder eines ähnlichen, thermischen Sensors verwendet werden, der sensitiv auf lokale Luftgeschwindigkeiten reagiert, oder das Signal eines Differenzdrucksensors, der die statische Druckdifferenz zwischen zwei bestimmten Punkten im Bereich des Ventilators misst. In beiden Fällen wird man typischerweise feststellen, dass das Sensorsignal neben dem aktuellen Fördervolumenstrom Qv auch noch von einem Betriebszustand des Ventilatorlaufrades abhängt, ausdrückbar beispielsweise durch den Wert der statische Druckerhöhung p_sF. Diese Betriebszustandsabhängigkeit kann durch Hinzunahme eines Sensorsignals, das eine motorinterne, ggf. elektrische, Größe repräsentiert, aufgelöst werden, wodurch eine wesentlich höhere Genauigkeit bei der Bestimmung des aktuellen Fördervolumenstroms Qv bzw. in Konsequenz auch des aktuellen Wertes einer anderen betriebspunktabhängigen Größe ermöglicht wird.
Wird als motorexternes Signal eine Druckdifferenz oder das Signal eines Hitzdrahtanemometers verwendet, ist als weitere Eingangsgröße zur Bestimmung des Fördervolumenstroms Qv noch die aktuelle Fördermitteldichte nötig. Sie kann als konstant abgeschätzt werden, oder aber vorteilhaft mit Hilfe weiterer Sensorsignale (beispielsweise die Temperatur und den Feuchtegehalt des Fördermittels betreffend) in Echtzeit bestimmt werden.
Andererseits kann mit Hilfe des Fördermittelvolumenstroms Qv mit Hilfe der Fördermitteldichte auf den Fördermittelmassenstrom geschlossen werden. Wird als motorexternes Signal eine Druckdifferenz oder das Signal eines Hitzdrahtanemometers verwendet kann sogar direkt und ohne die Kenntnis der Fördermitteldichte der Fördermittelmassenstrom bestimmt werden.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Ansprüche verwiesen.
Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das voranstehend beschriebene Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dient, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränkt.
Bezugszeichenliste

1: Ventilator
2: Volumenstrommessrad, Flügelradanemometer
3: Ventilatorlaufrad
4: Motor
5: Einströmdüse
6: Flügel eines Volumenstrommessrades
7: Nabe eines Volumenstrommessrades
8: Deckring eines Laufrades
9: Flügel eines Laufrades
10: Nabenring eines Laufrades
11: Rotor eines Motors
12: Stator eines Motors
13: Achse zur Lagerung des Volumenstrommessrades
15: Befestigungsvorrichtung des Laufrads auf dem Motor
20: Aufnahme im Volumenstrommessrad für Lager
26: Einströmgitter
29: Düsenplatte
30: Zentralbereich des Einströmgitters
31: Aufnahmebereich für Welle in Einströmgitter

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

WO 2018036802 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur quantitativen Bestimmung des aktuellen Fördervolumenstroms oder einer anderen betriebspunktabhängigen Größe eines Ventilators, der ein motorangetriebenes Flügelrad umfasst, wobei eine motorinterne Größe und eine motorexterne Größe ermittelt werden, aus denen über einen Algorithmus der Fördervolumenstrom oder die andere betriebspunktabhängige Größe unmittelbar oder mittelbar berechnet oder ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die motorinterne Größe ein elektrischer Strom, beispielsweise ein Wicklungsstrom oder ein Motorstrom oder eine Motorspannung oder eine elektrische Leistung, jeweils im Motor oder in dessen Steuerung, ist.
Verfahren nach, dadurch gekennzeichnet, dass die motorexterne Größe der Messwert oder das Signal eines in unmittelbarer Nähe des Ventilators bzw. des Flügelrads angeordneten Sensors ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein ein Volumenstrommessrad umfassender Anemometer und die Größe die Anemometerdrehzahl bzw. die Messraddrehzahl ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenstrommessrad an einer zuströmseitigen oder abströmseitigen Struktur, insbesondere an einem Zuströmgitter oder an einem Gehäuseteil, drehbar gelagert ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein thermischer Sensor, beispielsweise ein Hitzdrahtanemometer, ist, der sensitiv auf die Strömungsgeschwindigkeit reagiert.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Differenzdrucksensor ist, der eine Druckdifferenz zwischen zwei konkreten Punkten im Strömungsfeld des Ventilators detektiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Algorithmus in der Motorsteuerung oder in einer externen Auswerteeinheit, jeweils mit Prozessor und Speicher, implementiert ist, wobei die Sensorsignale an den Prozessor per Leitung oder kontaktlos übertragen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilator, insbesondere der Motor, eine Schnittstelle aufweist, die zur Übergabe des ermittelten aktuellen Fördervolumenstroms bzw. der ermittelten aktuellen betriebspunktabhängigen Größe an ein übergeordnetes System dient.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an den Motor und/oder an die Auswerteeinheit ein Signal für einen Soll-Volumenstrom oder ein Sollwert für eine betriebspunktabhängige Größe übergeben wird, anhand dessen die Motordrehzahl derart regelbar ist, dass der mit dem Sensorsignal oder den Sensorsignalen ermittelte Fördervolumenstrom bzw. die ermittelte betriebspunktabhängige Größe möglichst genau dem Soll-Volumenstrom bzw. dem Sollwert für die betriebspunktabhängige Größe entspricht.
Ventilator zur Anwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, insbesondere zur Regelung des aktuellen Fördervolumenstroms bzw. der aktuellen betriebspunktabhängigen Größe.