DE3612140A1 - Verfahren zum belueften eines raums - Google Patents
Verfahren zum belueften eines raumsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Belüften eines
Raums, bei dem die Drehzahl eines Lüftermotors durch
einen Taktimpulsgenerator mit veränderlicher Taktfrequenz
und/oder Pulsbreite gesteuert wird.
Derartige Verfahren können z. B. zur Belüftung von
Innenräumen in Häusern verwendet werden, um eine
Überhitzung des Innenraums zu vermeiden, und sie weisen
gegenüber der analogen Steuerung der Drehzahl des
Lüftermotors z. B. über Vorwiderstände den Vorteil
geringer Verlustleistung auf.
Aus der DE-PS 23 20 531 ist ein derartiges Verfahren
bekannt, bei dem zur Geräuschminderung des Lüfters der
Lüftermotor durch einen Taktimpulsgenerator gesteuert
wird.
Das vorbekannte Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß
es keine Maßnahmen zum Schutz des Lüfters und der
Taktgeneratorschaltung gegen das Blockieren des Lüfters
aufweist, d. h. wird der Lüfter z. B. durch Gegenstände,
die Wartungspersonal zurückgelassen hat oder die der
Lüfter selbst angesogen hat und die die Drehung des
Lüfterrads behindern oder unmöglich machen, blockiert,
wird der Lüftermotor weiter durch den Taktimpulsgenerator
angesteuert. Dies kann zu Defekten des Lüftermotors, wie
z. B. dem Durchbrennen der Motorwicklung oder zur
Zerstörung oder Funktionsstörung des Taktimpulsgenerators
führen.
Die Erfindung hat die Aufgabe, bei derartigen Verfahren
einfach und kostengünstig im Falle des Blockierens des
Lüfters den Lüfter und den Taktimpulsgenerator gegen
Beschädigung zu schützen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in den
Taktimpulspausen die durch den Lüfter erzeugte GegenEMK
gemessen wird und daß der Taktimpulsgenerator
ausgeschaltet wird, wenn die GegenEMK einen vorgegebenen
Grenzwert unterschreitet.
Die Erfindung nutzt die Tatsache, daß bei Steuerungen
des Lüftermotors durch einen Taktimpulsgenerator in den
Impulspausen keine Steuerspannung an den Anschlüssen des
Lüftermotors anliegt. Dreht sich der Lüftermotor, so
erzeugt er eine GegenEMK, deren Größe häufig gegenüber
der Steuerspannung des Taktimpulsgenerators
vernachlässigbar, bei nicht anliegender Steuerspannung
in den Impulspausen jedoch einfach und kostengünstig
meßbar ist. Dabei ist die erzeugte GegenEMK auch ein Maß
für die Drehzahl des Lüftermotors. Unterschreitet nun
die GegenEMK einen vorgegebenen Grenzwert, so wird
angenommen, daß der Lüfter blockiert ist, und der
Taktimpulsgenerator wird erfindungsgemäß abgeschaltet.
Dadurch liegt am blockierten Lüftermotor keine
Steuerspannung mehr an, und sowohl der Lüftermotor als
auch der Taktgenerator sind zuverlassig gegen
Überlastung geschützt. Defekte und Funktionsstörungen
von Lüftermotor und Taktgenerator werden so sicher
vermieden.
Es ist besonders vorteilhaft, den Grenzwert vom
Impulspausenverhältnis der Taktimpulse abhängig zu
wählen, um nicht nur beim vollständigen Stillstand des
Lüfters, sondern auch beim erhöhten Drehwiderstand des
Lüfters den Taktimpulsgenerator auszuschalten. Das
Pulspausenverhältnis ist ein Maß für die mittlere, am
Lüftermotor anliegende Spannung und damit ein Maß für
die Drehzahl des Lüftermotors bei gegebenen elektrischen
und mechanischen Widerständen. Die vom Lüftermotor
erzeugte GegenEMK ist der Drehzahl im wesentlichen
proportional, so daß bei vorgegebenem
Pulspausenverhältnis eine vorgegebene GegenEMK in den
Lüftermotor erzeugt wird. Ist nun die gemessene GegenEMK
kleiner als der Grenzwert, der vom Pulspausenverhältnis
abhängig gewählt wird, so wird angenommen, daß die
Widerstände des Lüftermotors z. B. aufgrund der
Behinderung der Drehung des Lüfterrads größer geworden
sind, und der Taktgenerator wird ausgeschaltet.
Da beim Anlauf des Lüftermotors aus dem Stillstand der
Lüftermotor eine geringere Drehzahl aufweist und damit
eine geringere GegenEMK erzeugt als nach dem Anlauf des
Lüftermotors, ist es besonders vorteilhaft, die Messung
und/oder Auswertung der GegenEMK für einen vorgegebenen
Zeitraum nach dem Anlauf des Lüftermotors zu unterdrücken.
Sonst würde möglicherweise der Anlauf des Lüftermotors
zum Ausschalten des Taktimpulsgenerators führen.
In diesem Zusammenhang ist es auch vorteilhaft, den
Zeitraum vom Pulspausenverhältnis der Taktimpulse
abhängig zu wählen, um einen möglicherweise längeren
Zeitbedarf für das Anlaufen des Lüftermotors auf eine
höhere Drehzahl zu berücksichtigen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
des Erfindungsgegenstandes gehen aus den weiteren
Unteransprüchen hervor.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in
den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden
beschrieben:
Es zeigen
Fig. 1 grobschematisch eine Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 ein Diagramm, in dem der Verlauf der Steuerspannung
am Ausgang des Taktimpulsgenerators, abhängig von der Zeit,
dargestellt ist und
Fig. 3 ein Diagramm, in dem der Verlauf der
Klemmenspannung an den Anschlußklemmen des Lüftermotors
abhängig von der Zeit dargestellt ist.
In der Fig. 1 ist der Minuspol der elektrischen
Stromquelle (B), die als Batterie eines Kraftfahrzeugs
ausgebildet ist, mit der ersten Anschlußklemme eines
Lüftermotors (M) mit einem Taktimpulsgenerator (T) und
mit dem sollwertgeberseitigen Anschluß einer
Spannungsteilerschaltung, bestehend aus dem Sollwertgeber
(P) und einem Temperaturfühler (F) leitend verbunden. Der
Sollwertgeber (P) ist dabei als Einstellpotentiometer
ausgebildet. Der Temperaturfühler (F) ist als NTC-
Widerstand mit negativen Temperaturkoeffizienten
ausgebildet. Der temperaturfühlerseitige Anschluß der
Spannungsteilerschaltung, der Taktimpulsgenerator (T) und
eine Endstufe (E) sind über einen Schalter (S) mit dem
positiven Pol der Kfz-Batterie (B) verbindbar. Die
Endstufe (E) ist dabei vorzugsweise als elektronischer
Leistungsschalter ausgebildet, der abhängig von den
Steuerimpulsen des Taktimpulsgenerators (T) die leitende
Verbindung vom positiven Pol der Stromquelle (B) zur
zweiten Anschlußklemme des Lüftermotors (M) schaltet. Der
Schalter (S) kann als Zündanlaßschalter eines Kfz
ausgebildet sein, so daß mit dem Einschalten der Zündung
der Schalter (S) geschlossen wird. Der Endstufe (E)
werden von dem Taktimpulsgenerator (T) die Taktimpulse
über eine Taktimpulsleitung (I) zugeleitet. Die
Klemmspannung (K) an den Anschlußklemmen des Lüftermotors
wird zwischen der zweiten Anschlußklemme des Lüftermotors
(M) und der Endstufe (E) abgegriffen und über eine
Kontrolleitung (K) dem Taktimpulsgenerator (T) zugeleitet.
Weiterhin erhält der Taktimpulsgenerator (T) als
Eingangsgröße die Spannung am Mittelabgriff der
Spannungsteilerschaltung, die zwischen dem Sollwertgeber
(P) und dem Temperaturfühler (F) abgegriffen wird.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Teil der
Motortemperaturregelung eines Kfz. Weitere, zur
Durchführung der Motortemperaturregelung notwendige
Vorrichtungsteile, die in der Fig. 1 nicht dargestellt
sind, sind ein Lüfterrad, das auf der Motorwelle des
Lüftermotors (M) angeordnet und befestigt ist, ein
Wärmetauscher, dem der Lüfter, bestehend aus Lüftermotor
(M) und Lüfterrad, zugeordnet ist, und ein wassergekühlter
Verbrennungsmotor, der gemeinsam mit dem Kühlwasser-
Wärmetauscher einen geschlossenen Kühlkreislauf bildet.
Der Raum, der hier zu belüften ist bzw. dessen Temperatur
zu regeln ist, ist der luftdurchströmte Raum des
Wärmetauschers. Im Wärmetauscher wird vom Verbrennungsmotor
erzeugte Wärme, die durch das Kühlwasser des
Verbrennungsmotors transportiert wird, an die Luft, die
durch den luftdurchströmten Raum des Wärmetauschers
strömt, ausgetauscht.
Zur Regelung der Temperatur des Wärmetauschers und damit
der Temperatur des Motorkühlwassers und der
Verbrennungsmaschine ist es vorteilhaft, den
Temperaturfühler (F) im Strom des Motorkühlwassers
anzuordnen. Durch den Sollwertgeber (P) ist eine
Voreinstellung der Spannung am Mittelabgriff der
Spannungsteilerschaltung und damit der Steuerspannung,
die dem Taktimpulsgenerator zugeführt wird, möglich.
Im folgenden wird die Funktion der Vorrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der
Diagramme in Fig. 2 und Fig. 3 näher erläutert.
Mit dem Einschalten der Zündung und damit dem Schließen
des Zündanlaßschalters (S) wird die Vorrichtung
betriebsbereit geschaltet. Es sei angenommen, daß die
Temperatur des Kühlwassers des Verbrennungsmotors zum
Zeitpunkt des Einschaltens der Zündung einen wesentlich
geringeren Wert aufweist als zulässig. Dann weist auch
der Temperaturfühler (F) eine geringere Temperatur auf,
und sein elektrischer Widerstand ist entsprechend hoch.
Damit ist die Spannung am Mittelabgriff der
Spannungsteilerschaltung niedrig, so daß der
Taktimpulsgenerator (T) aus seiner Taktimpulsleitung (I)
keine Taktimpulse an die Endstufe (E) weiterleitet und
der elektronische Schalter der Endstufe (E) geöffnet
bleibt. Damit ist die zweite Anschlußklemme des
Lüftermotors nicht mit dem positiven Pol der Batterie (B)
verbunden, und der Lüftermotor (M) steht.
Nach dem Starten des Verbrennungsmotors erzeugt der
Verbrennungsmotor u. a. Wärme, die vom Kühlwasser im
Verbrennungsmotor aufgenommen wird und im Kühlkreislauf
gemeinsam mit dem Wärmetauscher verteilt wird. Dadurch
erhöht sich die Temperatur des Kühlwassers und die
Temperatur des Temperaturfühlers (F), so daß sein
elektrischer Widerstand sinkt. Die Spannung am
Mittelabgriff des Spannungsteilers wird damit größer in
Richtung auf die positive Versorgungsspannung der Batterie
(B) und überschreitet einen vorgegebenen Grenzwert, so daß
der Taktimpulsgenerator (T) über die Taktimpulsleitung (I)
Taktimpulse an die Endstufe (E) weiterleitet. Daraufhin
verbindet die Endstufe (E) im Rhythmus der Taktimpulse die
zweite Anschlußklemme des Lüftermotors (N) mit dem
positiven Pol der Batterie (B), so daß der Lüftermotor (M)
anläuft.
Nach dem Hochlaufen des Motors (M) aus dem Stillstand
erreicht der Lüftermotor (M) nach einem vorgegebenen
Zeitraum eine Drehzahl, die dem durch den
Taktimpulsgenerator (T) erzeugten Pulspausenverhältnis der
Taktimpulse entspricht. Ist diese Drehzahl erreicht, so
wird der Spannungsabfall über den Anschlußklemmen des
Lüftermotors (M) dem Taktimpulsgenerator (T) über die
Kontrolleitung (K) und die negative Versorgungsleitung der
Stromquelle (B) zugeführt, vom Taktimpulsgenerator gemessen
und ausgewertet. In der Fig. 3 ist die Spannung an den
Anschlußklemmen (UK) des Lüftermotors (M) gegen die Zeit
aufgetragen, wogegen in Fig. 2 die Steuerspannung (US)
der Taktimpulse, die dem Lüftermotor (M) zugeleitet wird,
gegen die Zeit aufgetragen ist. Die Frequenz der
Taktimpulse in Fig. 2 beträgt etwa 25 Hz und ist fest
gewählt, wogegen das Pulspausenverhältnis der Taktimpulse
abhängig von der Temperatur des Temperaturfühlers (F) bzw.
von der Spannung am Mittelabgriff des Spannungsteiles
gewählt ist. In der Fig. 2 ist beispielhaft ein
Pulspausenverhältnis von 1:1 dargestellt. Man erkennt,
daß sich die Taktimpulse (1) mit den Taktimpulspausen (2)
abwechseln. Dabei liegt während der Taktimpulse (1) die
Versorgungsspannung (UB) der Batterie (B) an den
Anschlußklemmen des Lüftermotors (M) an. In den
Taktimpulspausen (2) liegt keine Batteriespannung (UB) an
den Anschlußklemmen des Lüftermotors (M) an.
Die Klemmspannung (UK) an den Anschlußklemmen des
Lüftermotors (M) zeigt einen anderen zeitlichen Verlauf.
Zum Beispiel sind die Konturen der Taktimpulse bei
Betrachtung der Klemmspannung beim Taktimpuls (3) aufgrund
von Remanenzen des permanent magnetisierten Motors
verrundet. Vor allem aber wird als Klemmspannung in der
Taktimpulspause (4) nicht die Spannung 0 V gemessen, wie
dies bei Betrachtung der Taktimpulse in Fig. 2 der Fall
ist. Diese gemessene, von 0 V verschiedene Spannung ist
die durch den Elektromotor erzeugte GegenEMK, die im
wesentlichen auf der Bewegung der Motorwicklung in
Magnetfeldern, insbesondere permanent magnetisierter
Elektromotoren beruht.
Diese, in den Taktimpulspausen einfach zu messende GegenEMK
(4), wird nun erfindungsgemäß zur Erfassung der Drehung
des Lüftermotors ausgenutzt. Dabei ist die meßbare GegenEMK
(4) im wesentlichen der Drehzahl des Lüftermotors (M)
proportional, so daß nicht nur der Stillstand des
Lüftermotors erfaßbar ist, sondern auch der durch z. B.
größere mechanische Widerstände bewirkte schwere Lauf des
Lüftermotors. Zur Erfassung dieser Blockierzustände des
Lüftermotors (M) wird die gemessene GegenEMK mit einem
vorgegebenen Grenzwert (G) verglichen. Ist die gemessene
GegenEMK größer als der vorgegebene Grenzwert (G), so
wird angenommen, daß der Lauf des Lüftermotors (M) im
wesentlichen ungehindert erfolgt, und der
Taktimpulsgenerator (G) führt der Endstufe (E) weiterhin
über die Taktimpulsleitung (I) Taktimpulse zur Ansteuerung
des Lüftermotors (M) zu.
Liegt dagegen die gemessene GegenEMK unterhalb des
vorgegebenen Grenzwertes (G), so wird angenommen, daß der
Lauf des Lüftermotors (M) durch größere mechanische oder
auch elektrische Widerstände behindert ist, und der
Taktimpulsgenerator (T) unterbricht die Übermittlung von
Taktimpulsen über die Taktimpulsleitung (I) an die
Endstufe (E). Durch diese Maßnahme wird auf einfache und
kostengünstige Weise verhindert, daß auch bei Behinderung
des Lüftermotors (M) der Lüftermotor (M) weiterhin durch
den Taktimpulsgenerator (T) angesteuert wird. Damit wird
ein Durchbrennen der Wicklung des Lüftermotors (M) sicher
vermieden. Auch der Taktimpulsgenerator (T) und vor allem
die Endstufe (E) sind gegen Überlastung und folgende
Defekte oder Funktionsstörungen gesichert.
Weil die von dem Lüftermotor (M) erzeugte GegenEMK im
wesentlichen proportional der Drehzahl des Lüftermotors
(M) ist, ist es besonders vorteilhaft, den vorgewählten
Grenzwert (G) abhängig vom Pulspausenverhältnis der
Taktimpulse des Taktimpulsgenerators (T) zu wählen.
Die Messung der GegenEMK des Lüftermotors (M) direkt an
den Anschlußklemmen des Lüftermotors (M) hat den Vorteil,
daß die Spannungsverluste durch Übergangswiderstände,
z. B. von elektrischen Leitungen, gering sind und der
häufig recht geringe Wert der gemessenen GegenEMK nicht
durch derartige Übergangswiderstände weiter verringert
wird.
Bei der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens nach der Fig. 1 handelt es sich um eine
Motortemperaturregeleinrichtung der Art, daß die Drehzahl
des Lüftermotors (M) abhängig von der Kühlwassertemperatur
bzw. der Temperatur des Temperaturfühlers (F) verändert
wird. Es ist auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren
bei einfacheren Lüfteranordnungen, z. B. in Innenräumen
von Kraftfahrzeugen, anzuwenden, bei denen die Funktion
des Lüftermotors (M) von Hand gegebenenfalls mehrstufig
einschaltbar ist. Auch in diesen Fällen ist eine
Sicherung von Lüftermotor (M) und Taktimpulsgenerator (T)
wünschenswert und durch Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens gewährleistet.
Es ist weiterhin möglich, das erfindungsgemäße Verfahren
dahingehend zu erweitern, daß nach dem Erkennen eines
Überlastzustandes und nach dem Abschalten des
Taktimpulsgenerators (T) eine selbsttätige
Wiedereinschaltung des Taktimpulsgenerators (T)
vorgesehen ist, so daß z. B. nach einem weiteren
vorgegebenen Zeitraum der Taktimpulsgenerator (T) neu
gestartet wird, um den Lüftermotor (M) wieder in Drehung
zu versetzen.
Mit dem Auftreten eines Überlastzustands können
Signalmittel zur Anzeige des Überlastzustands oder
Schaltmittel z. B. zur Abschaltung des Verbrennungsmotors
betätigt werden.
Claims (9)
1. Verfahren zum Belüften eines Raums, bei dem die
Drehzahl eines Lüftermotors durch einen
Taktimpulsgenerator mit veränderlicher Taktfrequenz
und/oder Pulsbreite gesteuert wird, dadurch
gekennzeichnet, daß in den Taktimpulspausen (2) die
durch den Lüftermotor (M) erzeugte GegenEMK (4)
gemessen wird, und daß der Taktimpulsgenerator (T)
ausgeschaltet wird, wenn die GegenEMK (4) einen
vorgegebenen Grenzwert (G) unterschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die GegenEMK (4) an den Anschlußklemmen des
Lüftermotors (M) gemessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Grenzwert (G) von dem Impulspausenverhältnis der
Taktimpulse abhängig gewählt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
für einen vorgegebenen Zeitraum nach dem Anlauf des
Lüftermotors aus dem Stillstand die Messung und/oder
Auswertung der GegenEMK unterdrückt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Zeitraum vom Pulspausenverhältnis der Taktimpulse
abhängig gewählt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Taktfrequenz fest gewählt wird und insbesondere
etwa 25 Hz beträgt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Taktfrequenz und/oder die Pulsbreite abhängig von
der Raumtemperatur gewählt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Raum der Motorraum oder Innenraum eines
Kraftfahrzeugs ist.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Raum ein vom Motorkühlwasser durchflossener
Kühlraum eines Kfz-Verbrennermotors ist, der als Teil
eines insbesondere geschlossenen Kühlkreislaufs des
Verbrennungsmotors ausgebildet ist, daß der
Kühlkreislauf einen Wärmetauscher aufweist und daß der
Lüfter dem Wärmetauscher zugeordnet ist.
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