DE3538737A1 - Verfahren und vorrichtung zur funktionsueberwachung eines einstellelementes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionsüberwachung eines einem Luftmengenstrom ausgesetzten und diesen regelnden Einstellele­ mentes, das eine Schließstellung oder eine unter der Wirkung des Luftmengenstroms variable Öffnungsstellung einnimmt.

Ein solches Verfahren gehört nicht zum Stande der Technik.

Bekannt hingegen sind Einstellelemente, deren momentane Position von einem Luftmengenstrom bestimmt wird und die dabei eine ent­ sprechende Durchtrittsöffnung für den Luftmengenstrom definieren, siehe beispielsweise die DE-PS 29 11 211 und die DE-OS 30 10 014. Mit derartigen Vorrichtungen kann die Be- und Entlüftung von Räumen geregelt werden. Insbesondere läßt sich mit ihnen eine vorgegebene Luftzahl einer Verbrennungseinrichtung bei Änderungen des Kamin­ zugs, gegebenenfalls in Abhängigkeit von der Wärmebelastung der Verbrennungseinrichtung konstant halten.

Da das Einstellelement geringen Differenzdruckschwankungen folgen muß, bedarf es einer entsprechend leichtgängigen Lagerung. Ein bisher ungelöstes Problem bestand darin, die Funktionsfähigkeit des Einstellelementes zu überwachen. Kommt es nämlich zu einem Ver­ klemmen, so kann das Einstellelement bei Inbetriebnahme seine Schließstellung nicht verlassen. Auch während des Betriebes ist unter Umständen die Gefahr eines Verklemmens gegeben. Sodann unterbleibt die Regelung des Luftmengenstroms. Die negativen Auswirkungen sind insbesondere bei Verbrennungseinrichtungen von schwerwiegender Bedeutung, da Abweichungen von der vorgegebenen Luftzahl die Verbrennung beeinträchtigen und gegebenenfalls zu erheblichen Schadstoffemissionen führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit für die Funktionsüberwachung des Einstellelements zu schaffen.

Hierzu ist das Verfahren nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Schließstellung des Einstellelements und dessen betriebs­ bedingte Bewegungen in der variablen Öffnungsstellung überwacht werden und daß ein Überwachungssignal erzeugt wird, wenn das Einstellelement die Schließstellung nicht verläßt bzw. in diese zurückkehrt und/oder in der variablen Öffnungsstellung keine betriebsbedingten Bewegungen ausführt.

Die Überwachung der Schließstellung stellt sicher, daß das Ein­ stellelement bei Inbetriebnahme tatsächlich in seine Öffnungs­ stellung wandert und daß während des Betriebes keine Unterbrechung des Luftmengenstroms eintreten kann. Als wesentliches weiteres Merkmal tritt die Überwachung der betriebsbedingten Bewegungen des Einstellelements in der variablen Öffnungsstellung hinzu. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das Einstellelement während des Betriebes geringfügige Schwingbewegungen ausführt. Sobald diese Bewegungen aufhören, ist die leichtgängige Lagerung des Einstellelementes nicht mehr ausreichend funktionsfähig. Erfindungsgemäß wird also das Überwachungssignal erzeugt, wenn das Einstellelement während des Betriebes seine Schließstellung ein­ nimmt oder in der variablen Öffnungsstellung keine Schwingbewe­ gungen ausführt.

Vorzugsweise wird die Überwachung der betriebsbedingten Bewegungen des Einstellelements in der variablen Öffnungsstellung begonnen, sobald das Einstellelement bei Inbetriebnahme die Schließstellung verlassen hat. Die beiden Überwachungsvorgänge sind also in zeit­ licher Reihenfolge einander derart zugeordnet, daß die Überwachung der Schwingbewegungen erst erfolgt, wenn gemeldet worden ist, daß sich das Einstellelement aus seiner Schließstellung gelöst hat.

Vorzugsweise wird das Überwachungssignal zeitverzögert erzeugt, um Fehlmeldungen bei momentanen, vorübergehenden Störungen zu vermei­ den.

Die Erfindung richtet sich ferner auf eine zur Durchführung des obigen Verfahrens bevorzugt geeignete Vorrichtung mit einem einem Luftmengenstrom ausgesetzten und diesen regelnden Einstellelement, das eine Schließstellung oder eine unter der Wirkung des Luftmen­ genstroms variable Öffnungsstellung einnimmt, wobei diese Vorrich­ tung gekennzeichnet ist durch mindestens einen Sensor zur Über­ wachung der Schließstellung des Einstellelements und dessen be­ triebsbedingter Bewegungen in der variablen Öffnungsstellung und durch eine ein Überwachungssignal in Abhängigkeit vom Zustand des Sensors erzeugende Schaltung.

Vorteilhafterweise ist der Sensor ein durch das Einstellelement verstellbares Potentiometer. In der Schließstellung des Einstell­ elements besitzt das Potentiometer eine definierte Ausgangs­ spannung. In der variablen Öffnungsstellung schwankt die Aus­ gangsspannung in Abhängigkeit von den Schwingbewegungen des Ein­ stellelements. Beide Zustände können von der zugeordneten Schaltung erfaßt und ggf. in das Überwachungssignal umgewandelt werden.

Die Erfindung bietet auch die Möglichkeit, die Überwachung des Einstellelements anders als mit einem Potentiometer durchzuführen. Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung nach der Erfindung hierzu gekennzeichnet durch eine den Bewegungsweg des Einstellelements überdeckende Induktionsspule mit zugeordnetem Permanentmagnet des Einstellelementes. Bei jeder Bewegung wird in der eisenlosen Spule ein Strom induziert. Letzteres unterbleibt, sobald sich das Ein­ stellelement verklemmt.

Je nach Konstruktion kann die Induktionsspule am Einstellelement befestigt sein, wobei der Permanentmagnet stationär angeordnet ist. Vorteilhafter ist der umgekehrte Fall, daß nämlich der Permanent­ magnet am Einstellelement angeordnet ist.

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal ist die Vorrichtung nach der Erfindung gekennzeichnet durch einen Endschalter, der in der Schließstellung des Einstellelementes durch letzteres betätigbar ist. Der andere Sensor dient in diesem Falle nur der Überwachung der Schwing- und Verstellbewegungen des Einstellelements. Dabei kann der Endschalter ein berührungsloser Schalter sein.

Nach einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung weist die Schaltung eine Umschaltstufe auf, die von der Überwachung der Schließstellung des Einstellelements auf die Überwachung dessen betriebsbedingter Bewegungen in der variablen Öffnungsstellung umschaltet, sobald das Einstellelement bei Inbetriebnahme die Schließstellung verlassen hat. Damit ist die zeitliche Folge der beiden Überwachungsvorgänge sichergestellt. Kehrt das Einstell­ element während des Betriebes in seine Schließstellung zurück, so kann das Überwachungssignal je nach Ausbildung der Schaltung über die Schließstellungsanzeige oder die Anzeige der Bewegungslosigkeit erzeugt werden.

In allen Fällen ist es vorteilhaft, daß die Schaltung ein der Erzeugung des Überwachungssignals vorgeschaltetes Zeitverzögerungs­ glied aufweist. Damit werden Fehlanzeigen vermieden, wie sie sonst bei momentanen Extremausschlägen des Einstellelements bis in die Schließstellung oder bei kurzfristiger Ruhestellung des Einstell­ elements ausgelöst würden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbei­ spiele im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher er­ läutert. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 einen schematischen Vertikalschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 einen entsprechenden Schnitt durch eine zweite Ausfüh­ rungsform;

Fig. 3 einen entsprechenden Schnitt durch eine dritte Ausfüh­ rungsform.

Nach Fig. 1 umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Gehäuse 1, welches im Betrieb von rechts nach links durchströmt wird. Inner­ halb des Gehäuses 1 ist ein Einstellelement 2 gelagert, welches je nach seiner Position eine Öffnung 3 mehr oder weniger versperrt und dadurch den Luftmengenstrom regelt. In Fig. 1 nimmt das Einstell­ element 2 eine Lage ein, in der die Öffnung 3 völlig geöffnet ist.

Innerhalb des Gehäuses 1 wird ferner eine Öffnung 4 gebildet, deren Durchtrittsquerschnitt unabhängig von der Lage des Einstellelemen­ tes 2 konstant bleibt. Nimmt beispielsweise der Sog auf der Abström­ seite, also links von der Öffnung 4, zu, so erhöht sich die an der Öffnung 4 anstehende Druckdifferenz, und zwar mit der Wirkung, daß das Einstellelement 2 den Durchtrittsquerschnitt der Öffnung 3 verkleinert.

Die Vorrichtung nach Fig. 1 verfügt über zwei Sensoren, nämlich über einen Endschalter 5 und ein Potentiometer 6. Wenn die Vor­ richtung außer Betrieb ist, so wirkt über eine beliebige Mechanik 7 eine Kraft auf das Einstellelement 2 ein, die letzteres in die Schließstellung verbringt. Dabei wird der berührungsfreie End­ schalter 5 von einem am Einstellelement 2 befestigten Magneten 8 betätigt.

Sollte sich das Einstellelement in der Schließstellung verklemmen, so wird dies bei Inbetriebnahme vom Endschalter 5 über eine zuge­ hörige Schaltung angezeigt. Hat hingegen das Einstellelement bei Inbetriebnahme seine Schließstellung verlassen, so geht die Funk­ tionsüberwachung auf das Potentiometer 6 über. Es wurde gefunden, daß während des Betriebes ständig geringfügige Druckdifferenz­ schwankungen auftreten. Dementsprechend führt das äußerst leicht­ gängig gelagerte Einstellelement 2 kleine Flatterbewegungen aus. Diese lassen am Potentiometer 6 Spannungsänderungen auftreten, welche von der Schaltung erfaßt werden. Bleiben sie aus, so zeigt die Schaltung ein Verklemmen des Einstellelementes 2 an.

Die Schaltung ist mit einer Umschaltstufe versehen, um von der Überwachung der Schließstellung auf die Überwachung der Flatter­ bewegungen des Einstellelementes 2 umschalten zu können. Sie besitzt ferner ein Zeitverzögerungsglied, um Fehlanzeigen zu vermeiden, wie sie sonst beispielsweise dann auftreten können, wenn das Einstellelement 2 während des Betriebes ganz kurzzeitig in seine Schließstellung zurückkehrt, ohne sich jedoch dort zu ver­ klemmen.

Auf eine zeichnerische Darstellung und detaillierte Beschreibung der Schaltung kann verzichtet werden, da der Fachmann bei Kenntnis der Funktion über beliebige gebräuchliche Möglichkeiten zur Reali­ sierung der Schaltung verfügt.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 kann der Endschalter 5 entfallen, sofern die der Schließlage des Einstellelementes 2 entsprechende Spannung des Potentiometers 6 von der Schaltung zusätzlich zu den Spannungsänderungen erfaßt wird.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 2 ist anstelle eines Potentiometers eine Induktionsspule 9 vorgesehen, die den Bewegungsweg des Ein­ stellelementes 2 überdeckt und mit einem Permanentmagneten 10 zusammenwirkt. Letzterer wird von dem Einstellelement 2 getragen, während die Induktionsspule 9 stationär angeordnet ist. Jede Bewegung, also auch jede Schwingbewegung des Einstellelementes 2 induziert in der Induktionsspule 9 einen Strom, der von der Schal­ tung erfaßt wird. Auch im vorliegenden Fall kann auf den Endschal­ ter 5 verzichtet werden, da die Schaltung jeden stromlosen Zustand der Induktionsspule 9 als Signal erfaßt.

Fig. 3 zeigt die Anwendung der Erfindung auf eine abgewandelte Vorrichtung, die den Luftmengenstrom nicht nur in Abhängigkeit von der an der Öffnung (4) erzeugten Druckdifferenz regelt, sondern zusätzlich in Abhängigkeit von einem Steuerimpuls, welcher aus dem einer Verbrennungseinrichtung zugeführten Brenngas abgeleitet wird. Dieser Steuerimpuls steht im Gleichgewicht mit derjenigen Kraft, welche durch die von der Öffnung (4) hervorgerufene Druckdifferenz am Einstellelement (2) erzeugt wird. Der aus dem Brenngas abgelei­ tete Steuerimpuls ist in Fig. 3 schematisch durch eine Membranein­ richtung (12) angedeutet.

Claims (10)

1. Verfahren zur Funktionsüberwachung eines einem Luftmengenstrom ausgesetzten und diesen regelnden Einstellelementes, das eine Schließstellung oder eine unter der Wirkung des Luftmengen­ stroms variable Öffnungsstellung einnimmt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schließstellung des Einstellelementes und dessen betriebsbedingte Bewegungen in der variablen Öffnungs­ stellung überwacht werden und daß ein Überwachungssignal erzeugt wird, wenn das Einstellelement die Schließstellung nicht verläßt bzw. in diese zurückkehrt und/oder in der variablen Öffnungsstellung keine betriebsbedingten Bewegungen ausführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachung der betriebsbedingten Bewegungen des Einstellele­ ments in der variablen Öffnungsstellung begonnen wird, sobald das Einstellelement bei Inbetriebnahme die Schließstellung verlassen hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Überwachungssignal zeitverzögert erzeugt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem einem Luftmengenstrom ausge­ setzten und diesen regelnden Einstellelement, das eine Schließstellung oder eine unter der Wirkung des Luftmengen­ stroms variable Öffnungsstellung einnimmt, gekennzeichnet durch mindestens einen Sensor (5; 6; 9, 10) zur Überwachung der Schließstellung des Einstellelements (2) und dessen betriebsbedingter Bewegungen in der variablen Öffnungsstellung und durch eine ein Überwachungssignal in Abhängigkeit vom Zustand des Sensors erzeugende Schaltung.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein durch das Einstellelement verstellbares Potentio­ meter (6) ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine den Bewegungsweg des Einstellelements überdeckende Induktionsspule (9) mit zugeordnetem Permanentmagnet (10).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (10) am Einstellelement (2) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch einen Endschalter (5), der in der Schließstellung des Einstellelements (2) durch letzteres betätigbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schaltung eine Umschaltstufe aufweist, die von der Überwachung der Schließstellung des Einstellelements (2) auf die Überwachung dessen betriebsbedingter Bewegungen in der variablen Öffnungsstellung umschaltet, sobald das Einstell­ element bei Inbetriebnahme die Schließstellung verlassen hat.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schaltung ein der Erzeugung des Überwachungs­ signals vorgeschaltetes Zeitverzögerungsglied aufweist.