DE3612140A1 - Verfahren zum belueften eines raums - Google Patents

Verfahren zum belueften eines raums

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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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