DE19504496C2 - Verfahren zur Überwachung der Strömung strömender Medien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Strömung strömender Medien, bei welchem ein Meßsignal eines von mindestens einem Heizelement und dem vorbeiströmenden Medium beeinflußten Temperaturmeßelements überwacht und beim Über- oder Unterschreiten eines Schaltpunktes durch das Meßsignal des Tempe­ raturmeßelements ein Ausgangssignal - "Strömungsstillstand" oder "Strömung vor­ handen" - erzeugt wird.

Strömungsmeßgeräte der in Rede stehenden Art sind seit langem und in vielen Aus­ führungsformen bekannt (vgl. deutsche Offenlegungsschrift 38 11 728). Bei diesen Strömungsmeßgeräten, im folgenden immer Strömungswächter genannt, arbeitet man im allgemeinen mit einer Differenztemperaturmessung. Ein erstes Temperaturmeßele­ ment mißt eine durch ein Heizelement und durch das strömende Medium bestimmte Temperatur, wobei sich diese Temperatur aus der Heizleistung des Heizelements und der strömungsabhängigen Wärmeabfuhr durch das strömende Medium ergibt. Weiter mißt ein zweites Temperaturmeßelement eine möglichst nicht von dem Heizelement, sondern nur von dem strömenden Medium beeinflußte Referenztemperatur. Für den Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Referenztemperaturmessung nicht zwingend notwendig. Sie kann beispielsweise entfallen, wenn die Temperatur des strömenden Mediums bekannt ist. Insbesondere sind auch Strömungswächter be­ kannt, die allgemein als "dynamisch" arbeitende Strömungswächter bezeichnet wer­ den. Bei diesen Strömungswächtern wird das Heizelement nur während periodisch wiederkehrender Zeitintervalle erhitzt. Die Überwachung der Strömung des strömen­ den Mediums erfolgt bei den dynamisch arbeitenden Strömungswächtern dadurch, daß der zeitliche Verlauf des Meßsignals des Temperaturmeßelements in den Zeiträu­ men ausgewertet wird, in welchen das Heizelement nicht betätigt ist.

Strömungswächter nach dem kalorimetrischen Prinzip werden aufgrund ihrer robu­ sten, zuverlässigen und problemlosen Eigenschaften in den verschiedensten Berei­ chen der Strömungsüberwachung eingesetzt. Ein bevorzugtes Einsatzgebiet dieser Strömungswächter ist z. B. der Einsatz in Werkzeugmaschinen, bei denen eine Schmier-/Kühlmittelüberwachung sicherzustellen ist. Bei diesen Anwendungsfällen unterscheidet man zwischen den Zuständen "Strömungsstillstand" und "Strömung vorhanden". Vorliegend interessiert insbesondere das jeweilige Übergangsverhalten beim Umschalten zwischen diesen beiden Zuständen. Das Verhalten des Ausgangssi­ gnals des Strömungswächters beim Umschalten ist nämlich, wie noch deutlich werden wird, für die Funktionssicherheit beispielsweise einer Werkzeugmaschine maßgebend.

Die Arbeitsgeschwindigkeiten von Werkzeugmaschinen sind zum Teil so groß, daß ein Fehlen des Schmier-/Kühlmittels von mehr als einer Sekunde oder von zwei Se­ kunden zu einer Zerstörung des Werkzeugs führen kann (Metallbrand). Dies bedeu­ tet, daß der Strömungswächter eine entsprechend kurze Reaktionszeit bei einem Strömungsausfall oder einem Strömungsrückgang aufweisen muß. Hierzu liegt bei den bekannten Strömungswächtern der Schaltpunkt bei eher niedrigen Temperatu­ ren. Eine entsprechende Lage dieses Schaltpunktes ist in Fig. 1 der Zeichnung darge­ stellt. Bei einer solchen Lage des Schaltpunktes, die auf eine kurze Reaktionszeit bei Strömungsausfall abgestellt ist, ist insbesondere problematisch, daß eine Überwa­ chung des tatsächlichen Strömungsstillstandes nicht möglich ist, da der Schaltpunkt nahe bei der vollen Nennströmung liegt. Bereits ein geringer Strömungsabfall um ca. 20% hat zur Folge, daß der Schaltpunkt unterschritten wird, was wiederum bedeutet, daß der Strömungswächter bereits bei einer Strömung von bis zu 80% der Nenn­ strömung ein Ausgangssignal "Strömungsstillstand" ausgibt.

Im übrigen besteht eine weitere Aufgabe des Strömungswächters beim Einsatz z. B. in Werkzeugmaschinen darin, die Strömung möglichst schnell zu erkennen. Die Bear­ beitung des eingespannten Werkstücks darf erst dann erfolgen, wenn der Strö­ mungswächter das Vorhandensein des Kühl-/Schmiermittels erkannt hat. Um hier wertvolle Bearbeitungszeit zu sparen, soll selbstverständlich auch diese Erkennung der Strömung möglichst schnell erfolgen. Aus dem Stand der Technik bekannt wird hierfür eine Lage des Schaltpunktes nahe bei dem Meßsignal bei tatsächlichem Strö­ mungsstillstand gewählt. Dies ist in Fig. 2 der Zeichnung dargestellt. Man erkennt nun unmittelbar, daß diese Einstellung auf eine kurze Reaktionszeit bei beginnender Strömung einer Überwachung der Nennströmung mit ebenfalls kurzer Reaktionszeit widerspricht, da die jeweils zu wählenden Schaltpunkte weit auseinanderliegen. Bei der zuletzt geschilderten Lage des Schaltpunktes nahe dem Strömungsstillstand führt bereits ein geringer Strömungsanstieg um ca. 20% dazu, daß der Schaltpunkt über­ schritten wird, d. h. der Strömungswächter meldet bereits eine Strömung von 20% der Nennströmung als "Strömung vorhanden".

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das in Rede stehende Verfahren so auszugestalten und weiterzubilden, daß es bei seinem Einsatz eine kurze Reaktions­ zeit sowohl bei der Überwachung der Nennströmung als auch bei der Überwachung des Strömungsstillstandes gewährleistet.

Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist nun dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall des Ausgangs­ signals "Strömungsstillstand" die Heizleistung gesenkt und/oder die Lage des Schalt­ punktes hin zu höheren Werten verändert wird und für den Fall des Ausgangssignals "Strömung vorhanden" die Heizleistung erhöht und/oder die Lage des Schaltpunktes hin zu niedrigeren Temperaturen verändert wird, jedoch jeweils nur in solchem Maße, daß sich dadurch das jeweilige Ausgangssignal nicht verändert. Somit ist beim Vor­ handensein einer Strömung im Bereich der Nennströmung gewährleistet, daß sich das Meßsignal in Folge der erhöhten Heizleistung und/oder der Lage des Schaltpunktes bei niedrigeren Werten in der Nähe des Schaltpunktes befindet. Bei Abfallen der Strömung wird in Folge der Erhöhung der Temperatur am Temperaturmeßelement so­ fort der Schaltpunkt überschritten und das Ausgangssignal "Strömungsstillstand" ausgegeben. Gleichzeitig mit der Ausgabe des Ausgangssignals "Strömungsstillstand" oder geeignet verzögert dazu wird die Heizleistung des Heizelements zurückgenom­ men und/oder die Lage des Schaltpunktes hin zu höheren Werten verändert, so daß sich das Meßsignal wiederum in der Nähe des Schaltpunktes befindet. Hierdurch wird wiederum gewährleistet, daß der Strömungsstillstand mit einer geringen Ansprechzeit überwacht wird. Die hier geschilderten Maßnahmen und Vorteile betreffen nicht nur die "statisch" arbeitenden Strömungswächter, sie sind auch auf die dynamisch arbei­ tenden Strömungswächter übertragbar.

Im folgenden wird die Erfindung anhand verschiedener, lediglich Ausführungsbei­ spiele darstellender Verwirklichungen nochmals erläutert; es zeigt

Fig. 3 Strömung, Strömungssignal, Heizleistung und Ausgangssignal eines er­ sten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Verwirklichung eines erfin­ dungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 5a)-d) Meßsignale, Strömung, Ausgangssignal des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens und Ausgangssignal eines bekann­ ten Verfahrens,

Fig. 6a)-c) die unterschiedlichen Anteile des Meßsignals des ersten erfindungsge­ mäßen Verfahrens, die Strömung und das Ausgangssignal des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 7 die Abhängigkeit des Meßsignals von der Geschwindigkeit der Strö­ mung und der Temperatur des Heizelementes,

Fig. 8 das Meßsignal in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Strömung und der Temperatur des Heizelements, und verschiedene Übergangsver­ läufe des Meßsignals beim Umschalten der Temperatur des Heizelemen­ tes gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens,

Fig. 9a)-d) Meßsignale, Strömung, Ausgangssignal eines zweiten Ausführungsbei­ spiels des erfindungsgemäßen Verfahrens und Ausgangssignal eines be­ kannten Verfahrens und

Fig. 10a)-d) Meßsignal, Strömung, Ausgangssignal eines dritten Ausführungsbei­ spiels des erfindungsgemäßen Verfahrens und Ausgangssignal gemäß ei­ nem bekannten Verfahren.

Fig. 3 zeigt für ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens den zeitlichen Verlauf des die Temperatur an einem von mindestens einem Heizelement und dem vorbeiströmenden Medium beeinflußten Temperaturmeßelement wieder­ spiegelnden Strömungssignals, der Heizleistung des Heizelementes und des den Strömungszustand des strömenden Mediums wiedergebenden Ausgangssignals in Abhängigkeit von einer zeitveränderlichen Strömung.

Im Bereich I findet keine Strömung statt, d. h. das Ausgangssignal "Strömungsstill­ stand" wird ausgegeben und die Heizleistung des Heizelementes befindet sich auf ei­ nem abgesenkten Niveau. Steigt nun die Strömung bis in den Bereich der Nennströ­ mung an, hier Bereich II, so wird mit einer kurzen Reaktionszeit das Ausgangssignal "Strömung vorhanden" ausgegeben, gleichzeitig die Heizleistung des Heizelementes erhöht und somit das Strömungssignal im Bereich des Schaltpunktes gehalten, wo­ durch, wie bereits erläutert, eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit gewährleistet ist. Nimmt nun die Strömung wieder ab und gelangt somit in den Bereich des Strömungs­ stillstandes, hier Bereich III, so erhält man mit einer kurzen Reaktionszeit das Aus­ gangssignal "Strömungsstillstand". Entsprechend wird nunmehr wieder die Heizlei­ stung des Heizelementes gesenkt.

In dem in Fig. 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht die Gefahr, daß das Verfahren aufgrund der Umschaltung der Heizleistung zu einer Schwingung des Ausgangssignal in Eigenresonanz führt. Eine erste Möglichkeit, dieses Problem zu umgehen, besteht darin, daß die Veränderung der Heizleistung des Heizelementes mit einer vorgegebenen Verzögerung nach der Änderung des Ausgangssignals erfolgt. Diese Möglichkeit ist in der Zeichnung nicht dargestellt.

In dem in Fig. 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel wird die Heizleistung des Heizelementes im Bereich IV stetig gesenkt, um zu verhindern, daß das Verfahren zu einer Schwingung des Ausgangssignals in Eigenresonanz führt. Die Veränderung der Heizleistung beim Übergang vom Zustand "Strömungsstillstand" zum Zustand "Strö­ mung vorhanden" kann hingegen unstetig erfolgen, da die thermische Trägheit hier ausreicht, um eine Eigenresonanz zu verhindern. Jedoch kann auch für diesen Fall eine stetige Erhöhung der Heizleistung, z. B. bei starken relativen Änderungen der Heizleistung und bei geringen Geschwindigkeiten der Strömungsänderung, die Ten­ denz zur Eigenresonanz reduzieren.

In Fig. 4 der Zeichnung ist eine Schaltung zur Verwirklichung des ersten Ausfüh­ rungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Bei der Schaltung 1 sind ein Temperaturmeßelement 2 und ein Heizelement 3 als gemeinsame Baueinheit 4 ausgeführt. Diese Baueinheit 4 ist über einen Meßausgang mit einer Signalauswerte- und Anzeigeeinheit 5 verbunden. An der Signalauswerte- und Anzeigeeinheit 5 liegt eine Versorgungsspannung UB an. Die Signalauswerte- und Anzeigeeinheit 5 ist di­ rekt mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 6 und über einen ersten Widerstand 7 mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstär­ kers 6 verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers 6 steuert einen parallel zu einem zweiten Widerstand 8 angeordneten Transistor 9, dessen Emitter mit dem Plus­ pol der Versorgungsspannung UB verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 9 und der zweite Widerstand 8 sind einerseits mit dem Heizelement 3, andererseits über einen Kondensator 10 mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstär­ kers 6 verbunden. Außerdem ist parallel zum ersten Widerstand 7 eine Diode 11 ge­ schaltet, die mit ihrer Anode mit dem Kondensator 10 verbunden ist.

Das in Fig. 3 dargestellte erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfah­ rens ist in Fig. 5 im Vergleich mit einem bekannten Verfahren in einer anderen Sicht­ weise dargestellt. In Fig. 5a) sind die Meßsignale unterschiedlicher Verfahren, bei in Fig. 5b) dargestellter wechselnder Strömung in Abhängigkeit von der Zeit darge­ stellt. Hier sei angemerkt, daß ein Meßsignal, wie es in Fig. 5a) dargestellt ist, sich von einem Strömungssignal, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, nur durch das Vorzeichen un­ terscheidet.

Zunächst soll betrachtet werden der in Fig. 5b) oben dargestellte Fall, bei dem sich die Strömung vom Strömungsstillstand zum Zeitpunkt t₁ auf die Nennströmung, Ge­ schwindigkeit der Strömung V = 1, erhöht. Für ein erstes bekanntes Verfahren ist in Fig. 5a) der entsprechende Meßsignalverlauf durch eine doppelstrichpunktierte Linie dargestellt. Man erkennt deutlich, daß der Schaltpunkt S von dieser doppelstrich­ punktierten Linie erst zu einem relativ späten Zeitpunkt t₄ unterschritten wird. Somit wird, wie in Fig. 5d) oben dargestellt, erst mit großer Zeitverzögerung ein Ausgangs­ signal "Strömung vorhanden" ausgegeben. Bei einem zweiten bekannten Verfahren, dessen Meßsignal durch die strichdoppelpunktierte Linie dargestellt ist, wird, wie auch bereits anhand von Fig. 1 erläutert, eine deutlich geringere Reaktionszeit erzielt. Betrachtet man nun weiter den in Fig. 5b) unten dargestellten Fall, bei dem die Strö­ mung zum Zeitpunkt t₁ von Nennströmung auf Strömungsstillstand, V = 0, absinkt, so beschreibt die in Fig. 5a) langgestrichelte Linie das Meßsignal des ersten bekann­ ten Verfahrens. Man erkennt hier, daß in diesem Fall das erste bekannte Verfahren eine kurze Reaktionszeit aufweist. Hingegen kann man an dem in Fig. 5a) sehr kurz gestrichelt dargestellten Meßsignal des zweiten bekannten Verfahrens ablesen, daß dieses erst mit deutlicher Verzögerung, zum Zeitpunkt t₅, ein Ausgangssignal "Strö­ mungsstillstand" liefert. Das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens liefert hingegen, wie anhand der durch die gestrichelte und die durchgezo­ gene Linie dargestellten Meßsignale in Fig. 5a) gezeigt, sowohl bei Strömungsan­ stieg als auch bei Strömungsabfall mit sehr kurzen Reaktionszeiten, zum Zeitpunkt t₂, ein entsprechendes Ausgangssignal, wie in Fig. 5c) oben und unten dargestellt. Die Reaktionszeit beim Strömungsabfall kann, wie anhand des in Fig. 5a) durch das strichpunktiert dargestellte Meßsignal gezeigt, durch eine Erhöhung der Heizleistung beim Ausgangssignal "Strömung vorhanden" weiter gesenkt werden. Eine solche Er­ höhung der Heizleistung ist unproblematisch, da es aufgrund der Absenkung der Heizleistung bei Unterschreiten des Schaltpunktes nicht zu einer Überhitzung des Heizelementes kommen kann.

Die Notwendigkeit, bei dem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens eine Veränderung der Heizleistung im wesentlichen stetig vorzunehmen, wird nun anhand von Fig. 6 weiter verdeutlicht. In Fig. 6 sind der besseren Anschaulich­ keit wegen lineare Signalverläufe angenommen.

In Fig. 6 zeigt die strichpunktierte Linie den Anteil des Meßsignals, der auftreten würde, wenn ab dem Zeitpunkt t_H nur die Heizleistung geändert würde und die Strömungsgeschwindigkeit konstant wäre. Dagegen zeigt die durchgezogene Linie den Anteil des Meßsignals, der auftreten würde, wenn die Heizleistung konstant bliebe und sich nur die Strömungsgeschwindigkeit zum Zeitpunkt t₁ ändern würde. Das tatsächliche Meßsignal setzt sich nun aus beiden Linien zusammen, da erfin­ dungsgemäß die Heizleistung geändert wird, wenn sich die Strömungsgeschwindig­ keit ändert. Das tatsächliche Meßsignal ist als sehr kurz gestrichelte Linie dargestellt. Der besseren Anschaulichkeit halber ist die strichpunktierte Linie an dem Schalt­ punkt S gespiegelt als gestrichelte Linie dargestellt. Die Differenz der Werte der durchgezogenen Linie und der gestrichelten Linie ergibt die resultierende, sehr kurz gestrichelte Linie, die im Interesse schnelle Reaktionszeiten möglichst nah am Schalt­ punkt S liegen sollte, d. h. der Abstand D zwischen dem als sehr kurz gestrichelte Li­ nie dargestellten tatsächlichen Meßsignal und dem Schaltpunkt S sollte möglichst minimal sein. Unterschreitet die sehr kurz gestrichelte Linie zum Zeitpunkt t₂ den Schaltpunkt S, so muß durch eine entsprechende zeitliche Steuerung, z. B. eine Ver­ zögerung der Heizleistungsänderung oder eine rampenförmige Heizleistungsände­ rung, vermieden werden, daß die sehr kurz gestrichelte Linie wieder den Schalt­ punkt S in entgegengesetzter Richtung überschreitet, so daß eine Schwingung des Ausgangssignals auftritt. Wie in Fig. 6a) bis c) dargestellt, kann ein solches uner­ wünschtes Schwingen des Ausgangssignals auch bei einer zeitlichen Verzögerung der Veränderung der Heizleistung oder einer rampenförmigen Veränderung der Heiz­ leistung dann auftreten, wenn die Strömung, wie in Fig. 6b) dargestellt, zeitweise einen Wert zwischen der Nennströmung und Strömungsstillstand annimmt.

Um die Umstände näher zu erläutern, die zu einer unerwünschten Schwingung des Ausgangssignals führen können, soll zunächst anhand von Fig. 7 die Abhängigkeit des Meßsignals von der Geschwindigkeit der Strömung und der Temperatur des Heizelementes betrachtet werden. In Fig. 7 ist die Abhängigkeit des Meßsignals von der Geschwindigkeit der Strömung für zwei Heizleistungen P = 1 und P = 0,5 darge­ stellt. Bei realen Strömungswächtern liegen diese Heizleistungen im Bereich von ca. 100 bis 1000 mW. Man erkennt in Fig. 7 deutlich, daß die Kurve des Meßsignals bei der höheren Heizleistung auf insgesamt höherem Niveau verläuft. Entscheidend für die Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit bei der Ausgabe des Ausgangssignals ist das höhere Niveau des Meßsignals bei der höheren Heizleistung und einer Strö­ mung in Höhe der Nennströmung. Dieses höhere Niveau setzt sich zusammen aus dem größeren Offsets U_Off1 bei der Heizleistung P = 1 gegenüber dem Offsets U_Off0,5 bei der Heizleistung P = 0,5 bei Strömungsgeschwindigkeiten oberhalb der sogenannten Grenzströmungsgeschwindigkeiten V_max einerseits und andererseits der Tatsache, daß die Grenzströmungsgeschwindigkeit bei niedrigerer Heizleistung P = 0,5, V_max0,5, nur knapp über der Geschwindigkeit der Nennströmung liegt, wäh­ rend die Grenzströmungsgeschwindigkeit bei höherer Heizleistung P = 1, V_max1, deutlich über der Geschwindigkeit der Nennströmung liegt.

In Fig. 8 sind nunmehr verschiedene Übergangsverläufe zwischen den beiden Meß­ signalverläufen für verschiedene Heizleistungen dargestellt. Die Übergangsverläufe beim Wechsel von P = 1 hin zu P = 0,5 sind in Fig. 8 sehr kurz gestrichelt dargestellt, während die Übergangsverläufe beim Wechsel von P = 0,5 hin zu P = 1 gestrichelt dargestellt sind. Die in Fig. 8 dargestellten Übergangsverläufe werden beeinflußt durch die Heizleistungssteuerung, durch die Änderungen der Strömungsgeschwin­ digkeit des strömenden Mediums, durch die Änderung von Wärmeübergangswider­ ständen zwischen strömendem Medium und Heizelement bzw. Temperaturmeßele­ ment und dadurch, daß der Heizleistungsnennwert nicht erreicht oder überschritten wird. Dies kann einerseits, wie in Fig. 6 dargestellt, zu einem Schwingen des Aus­ gangssignals führen, oder andererseits, wie bei einigen Übergangsverläufen in Fig. 8 dargestellt, dazu führen, daß das Ausgangssignal vor Erreichen eines stabilen Zustan­ des mehrfach hin- und hergeschaltet wird. Ein solches Schwingen oder zeitweises Hin- und Herschalten des Ausgangssignals kann dadurch vermieden werden, daß die Veränderung der Heizleistung abhängig von der Temperatur am Temperaturmeßele­ ment geregelt wird.

In Fig. 9, die im wesentlichen Fig. 5 entspricht, ist in Fig. 9a) mit der strichpunktierten Linie der Verlauf eines Meßsignals dargestellt, bei dem unterschiedliche Einflüsse zu einem unregelmäßigen Verlauf des Meßsignals führen. Bei dem in Fig. 9a) als strich­ punktierte Linie dargestellten Meßsignal ergeben sich somit unzulässig große Varia­ tionen des Abstands D des Meßsignals vom Schaltpunkt S. Diese Variationen lassen sich durch eine Regelung der Heizleistung, abhängig von der Temperatur am Tempe­ raturmeßelement, vermeiden.

Bei einer Regelung der Heizleistung abhängig von der Temperatur am Temperatur­ meßelement muß beachtet werden, daß die Veränderung der Heizleistung, abhängig vom Ausgangssignal, nur in einer Richtung erfolgt. Nur so kann gewährleistet wer­ den, daß der Schaltpunkt S wieder überschritten werden kann.

Die Regelung der Heizleistung, abhängig von der Temperatur am Temperaturmeßele­ ment, erfolgt besonders vorteilhaft dergestalt, daß die Veränderung der Heizleistung einen im wesentlichen gleichen Abstand D zwischen Schaltpunkt S und Meßsignal gewährleistet. So ist eine stets gleichbleibende kurze Reaktionszeit auf Änderungen der Strömung gewährleistet.

Um das Heizelement nicht zu überlasten und um die Temperaturerhöhung des strö­ menden Mediums durch das Heizelement nicht so weit abzusenken, daß eine Tempe­ raturänderung des strömenden Mediums als Änderung der Strömung erkannt wird, ist es sinnvoll, daß die Veränderung der Heizleistung innerhalb vorgegebener Grenzen erfolgt.

Wie stark die relative Änderung der Heizleistung des Heizelementes ist, ist davon ab­ hängig, wie groß die erwarteten relativen Strömungsdifferenzen sind. Dabei ist zu be­ achten, daß die relative Änderung der Heizleistung um so geringer wird, je geringer die erwarteten relativen Strömungsdifferenzen sind. Wird dieses nicht beachtet, so neigt der Strömungswächter wiederum zur Eigenresonanz, d. h. der Schaltausgang ändert seinen Zustand periodisch, ohne daß eine Änderung der Strömung vorliegt. Insbesondere bei Anwendungen von Strömungswächtern in Werkzeugmaschinen, al­ so bei Anwendungen, bei denen nur zwischen tatsächlichem Strömungsstillstand und maximaler Strömung unterschieden wird, hat sich ein Wert von 50% für die relative Änderung der Heizleistung als vorteilhaft erwiesen.

Alternativ oder kumulativ zur Veränderung der Heizleistung des Heizelements ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall des Aus­ gangssignal "Strömungsstillstand" die Lage des Schaltpunktes hin zu höheren Wer­ ten verändert wird (S_H) und für den Fall des Ausgangssignal "Strömung vorhanden" die Lage des Schaltpunktes hin zu niedrigeren Werten verändert wird (S_N). Dadurch wird im wesentlichen die gleiche Reduzierung der Reaktionsgeschwindigkeit des Ausgangssignals auf Veränderungen der Strömung des strömenden Mediums erreicht, wie bei der zuerst geschilderten Alternative, der Veränderung der Heizleistung.

Die alternative Verwirklichung der Veränderung der Lage des Schaltpunktes ist in Fig. 10 in einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dar­ gestellt. Fig. 10b) bis d) zeigen, wie in den Fig. 5 und 9, das Verhalten der Strömung, das Ausgangssignal des dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ver­ fahrens und das Ausgangssignal gemäß einem bekannten Verfahren. In der Fig. 10a) ist dargestellt, wie die Veränderung der Lage des Schaltpunktes S hin zu S_H bzw. S_N erfolgen kann, so daß eine deutliche Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit auf eine Veränderung der Strömung des strömenden Mediums gewährleistet ist.

Analog zu der ersten Alternative der Veränderung der Heizleistung ist die zweite Al­ ternative dadurch vorteilhaft ausgestaltet, daß die Veränderung der Lage des Schalt­ punktes S mit einer vorgegebenen Verzögerung nach der Änderung des Ausgangssi­ gnals erfolgt. Hierdurch ist gewährleistet, daß das Ausgangssignal nicht zum Schwin­ gen neigt.

Alternativ oder kumulativ zur Verzögerung der Veränderung der Lage des Schalt­ punktes ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Schaltpunktes stetig hin zu niedrigeren Werten bzw. stetig hin zu höheren Wer­ ten verändert wird. Auch durch diese Maßnahme, insbesondere die rampenförmige Änderung des Schaltpunktes, wird die Neigung des Ausgangssignals zu Schwingun­ gen vermindert.

Eine optimale Überwachung des Strömungszustands in Verbindung mit einer redu­ zierten Neigung des Ausgangssignals zu Schwingungen wird dadurch gewährleistet, daß die Veränderung der Lage des Schaltpunktes S abhängig von der Temperatur am Temperaturmeßelement geregelt wird. Um bei der Regelung der Lage des Schaltpunk­ tes S abhängig von der Temperatur am Temperaturmeßelement zu gewährleisten, daß der Schaltpunkt S bei einer Änderung der Strömung hin zu dem vom Ausgangssignal angezeigten Strömungswert wieder überschritten werden kann, ist das erfindungs­ gemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der Lage des Schaltpunktes S abhängig von dem Ausgangssignal nur in einer Richtung erfolgt. Diese Veränderung erfolgt vorzugsweise dadurch, daß sie einen im wesentlichen glei­ chen Abstand zwischen Schaltpunkt S und Meßsignal gewährleistet, so daß eine stets gleiche Reaktionszeit bei einer Änderung der Strömung des strömenden Mediums gewährleistet ist. Aus den gleichen Gründen wie bei der Veränderung der Heizlei­ stung ist es vorteilhaft, daß die Veränderung der Lage des Schaltpunktes S innerhalb vorgegebener Grenzen erfolgt.

Wie bereits angesprochen, ist es möglich und vorteilhaft, die Änderung der Heizlei­ stung des Heizelementes und die Änderung der Lage des Schaltpunktes S abhängig vom Ausgangssignal kumulativ zu verwirklichen. Vorteilhaft ist die kumulative Ver­ wirklichung insbesondere dann, wenn mit einer hohen Nennströmungsgeschwindig­ keit gearbeitet wird, für die normalerweise eine entsprechend höhere Heizleistung er­ forderlich ist. Bei einer kumulativen Verwirklichung der Heizleistungsumschaltung und der Veränderung der Lage des Schaltpunktes S ist es auch bei hohen Nennströ­ mungsgeschwindigkeiten möglich, übliche Heizleistungen zu wählen, so daß eine un­ erwünschte Erhöhung der Heizleistung vermieden werden kann und gleichzeitig der Abstand D zwischen dem Meßsignal und dem Schaltpunkt S nicht größer wird. Mit einem Strömungswächter, der kumulativ sowohl die Heizleistungsumschaltung als auch die Veränderung der Lage des Schaltpunktes S, abhängig vom Ausgangssignal, realisiert, ist es also möglich, einen weitaus größeren Bereich der Nennströmungsge­ schwindigkeiten des zu überwachenden strömenden Mediums abzudecken.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird weiter vorteilhaft dadurch ausgestaltet, daß bei einem einen vorgegebenen Wertebereich unter- oder überschreitenden Abstand zwi­ schen Meßsignal und Schaltpunkt S ein Störsignal - "unsicherer Bereich" - ausgege­ ben wird. Diese Ausgestaltung des Verfahrens ist sowohl bei statisch arbeitenden Strömungswächtern als auch bei dynamisch arbeitenden Strömungswächtern vorteil­ haft, da ein zu kleiner oder zu großer Wert für den Abstand D zwischen dem Meßsi­ gnal und dem Schaltpunkt S erkannt wird, der auf einem internen oder externen Fehler, z. B. einer ungeeigneten Heizleistungssteuerungskurve oder Abweichungen von den vorgegebenen zeitlichen Strömungsgeschwindigkeitsänderungen beruht, so daß man rechtzeitig Gegenmaßnahmen treffen kann, bevor ein falsches Ausgangssi­ gnal oder ein schwingendes Ausgangssignal ausgelöst wird. Solche Wertebereiche sind exemplarisch in Fig. 5a) dargestellt. In Fig. 5a) wird der obere Wertebereich "zulässiger" Meßsignale durch die Grenzschaltpunkte S_o und S_o' begrenzt, während der untere Wertebereich durch die Grenzschaltpunkte S_u und S_u' begrenzt wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung erfährt das erfindungsgemäße Verfahren da­ durch, daß ein eine vorgegebene Zeitdauer nicht überschreitendes Störsignal - "unsi­ cherer Bereich" - nicht ausgegeben wird. Hierdurch wird insbesondere bei dynamisch arbeitenden Strömungswächtern eine dauernde Ausgabe des Störsignals bei Über- oder Unterschreiten des Schaltpunktes vermieden.

Claims (17)

1. Verfahren zur Überwachung der Strömung strömender Medien, bei welchem ein Meßsignal eines von mindestens einem Heizelement und dem vorbeiströmenden Me­ dium beeinflußten Temperaturmeßelements überwacht und beim Über- oder Unter­ schreiten eines Schaltpunktes durch das Meßsignal des Temperaturmeßelements ein Ausgangssignal - "Strömungsstillstand" oder "Strömung vorhanden" - erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall des Ausgangssignals "Strömungsstill­ stand" die Heizleistung gesenkt und/oder die Lage des Schaltpunktes hin zu höheren Werten verändert wird und für den Fall des Ausgangssignals "Strömung vorhanden" die Heizleistung erhöht und/oder die Lage des Schaltpunktes hin zu niedrigeren Wer­ ten verändert wird, jedoch nur in einem solchen Maße, daß sich dadurch das jeweilige Ausgangssignal nicht ändert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der Heizleistung des Heizelementes mit einer vorgegebenen Verzögerung nach einer Än­ derung des Ausgangssignals erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung des Heizelementes stetig erhöht bzw. stetig gesenkt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung des Heizelementes rampenförmig verändert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der Heizleistung des Heizelementes abhängig von der Temperatur am Temperaturmeßelement geregelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der Heizleistung des Heizelementes abhängig vom Ausgangssignal nur in einer Richtung erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der Heizleistung des Heizelementes für einen im wesentlichen gleichbleibenden Ab­ stand zwischen Schaltpunkt und Meßsignal sorgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der Heizleistung des Heizelementes innerhalb vorgegebener Grenzen erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Änderung der Heizleistung des Heizelementes umso geringer wird, je geringer die erwarteten relativen Strömungsdifferenzen sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der Lage des Schaltpunktes mit einer vorgegebenen Verzögerung nach der Änderung des Ausgangssignals erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Schalt­ punktes stetig hin zu niedrigeren Werten bzw. stetig hin zu höheren Werten verän­ dert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verände­ rung der Lage des Schaltpunktes abhängig von der Temperatur am Temperaturmeß­ element geregelt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der Lage des Schaltpunktes abhängig vom Ausgangssignal nur in einer Richtung erfolgt.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verände­ rung der Lage des Schaltpunktes für einen im wesentlichen gleichbleibenden Ab­ stand zwischen Schaltpunkt und Meßsignal sorgt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der Lage des Schaltpunktes innerhalb vorgegebener Grenzen erfolgt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem einen vorgegebenen Wertebereich unter- oder überschreitenden Abstand zwi­ schen dem Meßsignal und dem Schaltpunkt ein Störsignal - "unsicherer Bereich" - ausgegeben wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein eine vorgegebene Zeitdauer nicht überschreitendes Störsignal - "unsicherer Bereich" - nicht ausgege­ ben wird.