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Hintergrund
der Erfindung
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Die Erfindung betrifft das Steuern
der Bewegung behandelter Luft in individuelle Zonen eines veränderlichen
Luftvolumensystems. Insbesondere betrifft die Erfindung die Steuerung
eines Gebläses, welches
die behandelte Luft durch die Leitungen eines veränderlichen
Luftvolumensystems bewegt.
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Das, Luftzuführgebläse innerhalb eines variablen
Luftvolumensystems, im Folgenden als "VAV-System" (variable air volume) bezeichnet, bewegt
behandelte Luft stromabwärts
in eine Zuleitung zu einzelnen Zonen, die von der behandelten Luft
erwärmt
oder abgekühlt
werden sollen. Um die Luft diesen Zonen zuzuleiten, muss das Zuführgebläse ausreichend
Druck in der Zuleitung erzeugen, um Reibungsverluste zu überwinden,
die bei der Bewegung der Luft zu den Zonenenden entstehen. Diese
Reibungsverluste schwanken abhängig
von dem Stand der Nachfrage nach behandelter Luft seitens der einzelnen
Zonen.
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Um zu garantieren, dass jederzeit
ausreichend Druck verfügbar
ist, wird typischerweise für das
Zuführgebläse eines
variablen Luftvolumensystems eine Maximalforderung für den Gebläse-Auslassdruck
eingerichtet. Dieser geforderte Gebläse-Auslassdruck wird dem Gebläse vorgegeben, welches
dann ausreichend Druck in der Zuleitung erzeugt, um den maximalen
individuellen Luftströmungsanforderungen
in den einzelnen Zonen zu entsprechen. Der so eingerichtete erforderliche
Gebläse-Auslassdruck
ist allgemein unter dem Begriff "Ruhedruck-Sollwert
für das
VAV-System" bekannt.
Dieser Ruhe druck-Sollwert lässt
sich beispielsweise dazu verwenden, die Drehzahl des Zuführgebläses zu steuern
oder zu regeln. Dementsprechend benötigt ein Regler für das Gebläse typischerweise
einen Gebläsemotor
mit variabler Drehzahl, um die Geschwindigkeit entweder hochzufahren
oder herunterzufahren und so den Ruhedruck-Sollwert zu erreichen.
Es versteht sich, dass andere Arten von Gebläsesteuerungen ebenfalls möglich sind,
um den geforderten Ruhedruck-Sollwert zu erreichen.
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Man sieht, dass das Zuführgebläse nicht
immer den Gebläse-Auslassdruck
erzeugen muss, der durch den oben erwähnten Ruhedruck-Sollwert definiert
wird. In diesem Zusammenhang gibt es zahlreiche Luftströmungs- oder
Lastbedingungen in den einzelnen Zonen, die keinen maximalen Luftstrom
erforderlich machen. In dieser Situation müssen die Drosselstellen innerhalb
des VAV-Systems den Luftstromdurchsatz zu den einzelnen Zonen modellieren. Dies
führt zu
einem erhöhten
Druckabfall in der Zuleitung des VAV-Systems, um diese modulierten
Luftstromgeschwindigkeiten zu erreichen. Andererseits verringern
Reibungsverluste innerhalb des VAV-Systems sich exponenziell, wenn
die einzelnen VAV-Drosselelemente die Menge des Luftstroms zu den
einzelnen Zonen drosseln. Diese durch Reibung und Drosselelement-Druckabfall
hervorgerufenen Verluste haben einen abträglichen Einfluss auf den Wirkungsgrad
des VAV-Systems. Man sieht also, dass in jedem anderen Zustand als
dem Volllast-Zustand des Systems das Gebläse überschüssigen Druck bereitstellt,
der durch Schließen
von Dämpfungselementen
verändert
werden muss, um den Luftstrom zu den einzelnen Zonen zu verringern.
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Die europäische Patentanmeldung 0 192 140
betrifft eine Klimaanlage, die in der Lage ist, die Temperatur in
mehreren Räumen
unabhängig
voneinander zu regulieren, indem von einem veränderlichen Luftmengen-Steuersystem
Gebrauch gemacht wird. Die Klimaanlage enthält eine Wärmelast-Messeinrichtung zum
Erfassen eines Temperaturzustands in jedem Raum mit Hilfe eines
Raumthermostats und zum Messen der Wärmelast in jedem Raum, basierend
auf dem Temperaturzustandssignal. Eine Einrichtung zum Bestimmen
einer Drossel-Steuergröße dient
zum Festlegen des Öffnungsgrads
des Dämpfungselements
in der Luftleitung auf der Grundlage des Messergebnisses der Wärmelast.
Eine Drosselelement-Steuereinrichtung steuert den Öffnungsgrad des
Drosselelements. Es ist eine Einrichtung vorgesehen, um die Betriebsbedingungen
basierend auf Signalen zu messen, die durch Erfassen des Drucks und
der Temperatur in der Luftleitung gewonnen werden, nachdem von der
Drosselelement-Steuereinrichtung die Drosselsteuerung vorgenommen
wurde. Die Anlage enthält
eine Einrichtung zum Festlegen der Drehzahl eines Luftgebläses und
zum Steuern des Gebläses.
Schließlich
gibt es eine Einrichtung zum Festlegen und Steuern der Kapazität des Kompressors.
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Das US-Patent 4 011 735 zeigt ein
automatisches Regelsystem für
Hochdruckgebläse-Anwendungen,
welches einen Saugbetrieb unter variablen Strümungsgeschwindigkeits-Anforderungen
zum Erreichen maximaler Betriebseffizienz vorsieht. Die Zuführ-Strömungsgeschwindigkeit
legt einen Sollwert für
einen Proportional-Rücksetz-Regler
fest, wobei dieser Regler ein Rückkopplungssignal
empfängt, welches
dem statischen Auslassdruck des Zuführgebläses entspricht, um ansprechend
darauf die Ausgangsleistung des Zuführgebläses einzustellen. Ein Rückführgebläse wird
entweder über
ein Steuerrelais proportional zur Steuerung des Zuführgebläses geregelt,
um eine fixe, vorab kalibrierte Beziehung zwischen den Strömungsdurchsätzen der
Zuführseite
und der Rückführseite
aufrechtzuerhalten, oder wird von einem weiteren Proportional-Rücksetzregler abhängig von
der Zuführ-Strömungsgeschwindigkeit geregelt,
um dessen Sollwert einzustellen, während die Rücklauf-Strömungsgeschwindigkeit diesem Regler
als Rückkopplungssignal
zugeführt
wird, um die Ausgangsleistung des Rückführgebläses einzustellen.
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Es ist ein Ziel der Erfindung, eine
Gebläsesteuerung
für ein
VAV-System zu schaffen, welches nicht in jedem Fall erfordert, dass
der Druck in der Auslassleitung auf einem künstlich hohen Ruhedruck-Sollwert
gehalten wird.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist
die Schaffung einer Gebläsesteuerung,
die den Gebläse-Auslassdruck
auf einem passenden Wert einjustiert, der durch eine beliebige Lastbedingung
des VAV-Systems vorgegeben ist.
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Offenbarung
der Erfindung
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Die obigen sowie weitere Ziele lassen
sich erreichen durch Schaffung einer Steuerung für ein VAV-System, welches periodisch
die Stellung jedes Drosselelements prüft, welches die Zufuhr behandelter
Luft aus einer Zuleitung zu einer betreffenden Zone reguliert, die
erwärmt
oder gekühlt
werden soll. Die durch Prüfen
sämtlicher
Drosselelemente gesammelte Information dient zum Berechnen eines Abstands
zu einem Sollwert für
den statischen Druck in der Zuleitung stromaufwärts von den Drosselelementen.
Die Berechnung des Abstands wird in Gang gesetzt, wenn sämtliche
Drosselelemente weniger geöffnet
sind als ein vorbestimmter Minimum-Betrag. Diese Berechnung führt dazu,
dass der derzeitige Abstand um einen vorbestimmten inkrementalen Wert
erhöht:
wird. Ist andererseits irgendein Drosselelement um mehr als einen
vorbestimmten Maximumbetrag offen, so wird eine andere Berechnung eines
neuen Abstandswerts ausgelöst.
Letztere Berechnung führt
dazu, dass der derzeitige Abstand um einen vorbestimmten Betrag
vermindert wird, der sich von dem vorbestimmten inkrementalen Betrag unterscheiden
kann, der bei der ersten Berechnung gegeben ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
werden die oben genannten Berechnungen in einer Systemsteuerung
durchgeführt,
die an die Zonen-Steuerungen der jeweiligen Drosselelemente angeschlossen
ist. Die Ergebnisse jeder derartigen Berechnung werden einem Gebläseregler
zugeführt,
der den laufenden Zuführleitungs-Ruhedruck-Sollwert
um den übermittelten
Abstandswert verstellt. Anschließend steuert der Gebläseregler
ein Gebläse,
welches Luft in die Zuleitung des VAV-Systems einbringt, derart, dass
dadurch der neu definierte Zuführleitungs-Ruhedruck-Sollwert
erreicht wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit
den begleitenden Zeichnungen. Es zeigen:
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1 ein
Gesamtdiagramm eines veränderlichen
Luftvolumensystems mit mehreren Drosselelementen, um einzelnen zu
erwärmenden
oder abzukühlenden
Zonen konditionierte Luft zuzuführen;
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2 ein
von einem Systemregler innerhalb des in 1 gezeigten variablen Luftvolumensystems
ausgeführtes
Verfahren, welches Drosselelement-Stellunginformation von den Zonensteuerungen
sammelt, die zu den Drosselelementen gehören und einen Ruhedruck-Abstandwert
berechnet; und
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3 ein
von einem Gebläseregler
innerhalb des VAV-Systems nach 1 ausgeführtes Verfahren,
welches das Zuführgebläse abhängig von Ruhedruck-Abstandswerten regelt,
die ihm seitens des Systemreglers übermittelt werden.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
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Bezugnehmend auf 1 wird von verschiedenen Zonen über eine
Rückleitung 10 zurückkommende
Luft in ein Gebläse 12 gezogen.
Das Gebläse 12 verteilt
die empfangene Luft über
ein Wärmetauscherelement 14,
welches die über
es hinweg streichende Luft erwärmt
oder abkühlt.
Man sieht, dass das Volumen der über
die Wärmetauscherspule
pro Zeiteinheit streichende Luft von der Drehzahl des Gebläses 12 abhängt. Dies
wiederum legt einen Ruheluftdruck stromabwärts des Gebläses 12 in
einer Zuleitung 16 fest. Dieser Ruhedruck oder statische Druck
innerhalb der Leitung 16 wird von einem Drucksensor 18 gemessen.
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Die Luft bewegt sich durch die Zuleitung 16 stromabwärts zu verschiedenen
Zweigleitungen, beispielsweise Zweigleitungen 20, 22 und 24.
Drosselelemente 26, 28 und 30 in diesen
Zweigleitungen steuern den Strom konditionierter Luft zu den einzelnen Zonen,
die zu den Zweigleitungen gehören.
Zonensteuerungen 32, 34 und 36 steuern
die Temperaturen in den jeweiligen Zonen, indem sie die Stellungen dieser
Drosselelemente mit Hilfe von Motoren 38, 40 und 42 modulieren.
Jedes Drosselelement sorgt für eine
Drosselung des Luftstroms und damit für eine Druckdifferenz an dem
Drosselelement. Man sieht, dass je des Drosselelement, welches im
Wesentlichen geschlossen ist, um den Luftstrom zu einer Zone stark
zu beschränken,
an den Drosselelementen 26, 28 und 30 einen
erheblichen Druckabfall hervorruft.
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Eine Systemsteuerung 44 empfängt Information über die
Drosselelement-Stellungen
von den einzelnen Zonensteuerungen 32, 34 und 36.
Wie weiter unten detailliert erläutert
werden wird, arbeitet die Systemsteuerung so, dass sie basierend
auf der von den einzelnen Zonensteuerungen empfangenen Drosselelementstellungs-Information
einen Ruhedruck-Abstandswert berechnet. Dieser Ruhedruck-Abstandswert
wird an eine Gebläsesteuerung 36 gegeben.
Wie weiter unten im Einzelnen erläutert wird, arbeitet die Gebläsesteuerung 46 so,
dass sie den Ruhedruck-Sollwert abhängig von dem von der Systemsteuerung 44 übermittelten
Ruhedruck-Abstandswert entweder nach oben oder nach unten verlagert.
Der so justierte Ruhedruck-Sollwert dient zum Steuern der Drehzahl
des Gebläses 12 über einen
eine veränderliche
Drehzahl aufweisenden Motor 48, damit der Ruhedruck oder
statische Druck in der Leitung 16 stromabwärts bezüglich des
Wärmetauscherelements 14 entweder
erhöht
oder vermindert wird. Der Ruhedruck wird in der Zuleitung 16 so
lange erhöht oder
vermindert, bis der von dem Drucksensor 18 gemessene Ruhedruck
dem steuernden oder regelnden Ruhedruck-Sollwert gleicht, der in
der Gebläsesteuerung 46 als
Ergebnis des Empfangs eines Ruhedruck-Abstandswerts von der Systemsteuerung 44 eingestellt
wurde.
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Anhand der 2 ist
das Verfahren zum Berechnen von Ruhedruck-Abstandswerten innerhalb der
Systemsteuerung 44 dargestellt. Man erkennt, dass die Systemsteuerung
vorzugsweise einen programmierbaren Rechner enthält, der das in 2 gezeigte
Verfahren ausführen
kann. Das Verfahren beginnt mit der Einrichtung einer Ruhedruck-Abstands-Variablen
von null im Schritt 50. Die Systemsteuerung geht weiter
zum Schritt 52, um den Status des Gebläses 12 von der Gebläsesteuerung 46 zu
lesen. Die Gebläsesteuerung 46 zeigt
den Status des Gebläses
dadurch an, dass sie signalisiert, ob der Gebläsemotor 48 das Gebläse 12 gerade
antreibt. Die Systemsteuerung 44 macht von dem gelesenen Gebläsestatus
dadurch Gebrauch, dass es im Schritt 54 erkennt, ob das
Gebläse 12 in
Betrieb ist. Für
den Fall, dass das Gebläse 12 nicht
in Betrieb ist, geht die Systemsteuerung entlang dem Weg "nein" zu einem Schritt 56,
um eine Verzögerung
von Δt einzulegen, bevor
erneut zum Schritt 50 gegangen wird. Falls das Gebläse 12 arbeitet,
geht die Systemsteuerung zu einem Schritt 58, um eine variable
Drossel-Stellung auf null zu setzen. Die Systemsteuerung geht dann
zum Schritt 60, um den Adressenindex "i" auf
eins zu setzen. Dann geht die Systemsteuerung zu einem Schritt 62 und
liest die Drosselstellung von der Zonensteuerung, die den Adressenindex "i" besitzt. Dies kann beispielsweise dadurch
geschehen, dass die dem laufenden Adressenindex entsprechende Adresse
in einer Adressen-Nachschlagetabelle nachgeschaut und anschließend die
betreffende Zonensteuerung mit der so gekennzeichneten Adresse adressiert
wird. Der Lesebefehl für
die speziell adressierte Zonensteuerung führt dazu, dass von der speziellen
Zonensteuerung an die Systemsteuerung 44 ein Drosselstellungswert
zurückgegeben
wird. Jede Drosselstellung wird vorzugsweise gelesen in Form eines
Bruchteils einer Drosselstellung, die einer vollständig geöffneten
Drossel entspricht. Mit anderen Worten: Wenn ein (Drosselelement
vollständig
geöffnet
ist, so dass es den Luftstrom in einer Zweigleitung keinen Widerstand
entgegensetzt, so beträgt
der Bruchteil der Drosselstellung 100%. Wenn hingegen das Drosselelement
geschlossen ist, so dass es den Luftstrom praktisch versperrt, so
beträgt
der Bruchteil der offenen Drosselstellung 0%. Es ist sehr wahrscheinlich,
dass jedes Drosselelement einen der Extremwerte einnimmt.
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Nun zum Schritt 64 kommend,
fragt die Systemsteuerung ab, ob die gemessene Drosselstellung aus
dem Schritt 62 größer ist
als der derzeitige Wert der variablen DROSSEL-STELLG. Es sei daran
erinnert, dass die variable DROS-SEL-STELLG.
am Anfang, d.h. im Schritt 58, auf null gesetzt wurde.
Die Systemsteuerung geht folglich zunächst zu einem Schritt 66 und
setzt die variable DÄMPFER-STELLG. mit
der gemessenen Dämpferstellung
aus der derzeit adressierten Zonensteuerung "i" gleich.
Der Prozessor geht von dem Schritt 66 zum Schritt 68 und
fragt, ob der Adressenindex "i" den Wert N hat.
Der Wert N entspricht hier der Gesamtanzahl von Zonensteuerungen
innerhalb des speziellen VAV-Systems, die bezüglich des Drosselstellungswerts
adressiert und abgefragt werden. Für den Fall, dass der Adressenindex "i" nicht gleich N ist, geht die Systemsteuerung zum
Schritt 70 und erhöht
den Adressenindex "i", bevor sie zu dem
Schritt 62 zurückkehrt,
in welchem die von dem derzeitigen Adressenindex gekennzeichnete
Stationensteuerung adressiert und danach der Drosselstellungswert
gelesen wird. Falls dieser Drosselstellungswert größer ist
als der derzeit gespeicherte Dosselstellungswert, DROSSEL-STELLG., geht
die Systemsteuerung weiter, um DROSSEL-STELLG. mit dem derzeit gelesenen
Drosselstellungswert gleichzusetzen, Schritt 66.
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Es sei außerdem darauf hingewiesen,
dass an irgendeiner Stelle des zeitlichen Ablaufs sämtliche Zonensteuerungen
gelesen wurden und die größte von
irgendeiner adressierten Zonensteuerung gelesene Drosselstellung
als der derzeitig Wert der variablen DROSSEL-STELLG. gespeichert
wurde. Die Systemsteuerung geht weiter zu einem Schritt 32 und frag
ab, ob der derzeitig Wert der variablen DROSSEL-STELLG. kleiner
ist als ein Minimum-Wert, der für
diese Varaible eingerichtet wurde. Man sieht, dass dieser Minimum-Wert
die kleinste Offenstellung von irgendeinem Drosselelement des VAV-Systems
definiert.
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Wie oben bereits erwähnt wurde,
werden die Werte der Drosselstellung, wie sie von der Systemsteuerung
gelesen werden, in gleicher Weise ausgedrückt als Bruchteile vollständig geöffneter
Drosselelemente. Wenn der im Schritt 72 eingerichtete Minimumwert
beispielsweise 50% einer vollständig
offenen Drosselstellung entspricht, so bewirkt jeder Wert der variablen
DROSSEL-STELLG.,
der kleiner als 50% ist, dass die Systemsteuerung veranlasst wird,
zu einem Schritt 74 zu gehen, in welchen ein Wert für den Ruhedruckabstand
berechnet wird. Dieser so berechnete Wert ist gleich dem derzeitigen
Wert des Ruhedruck-Abstands zuzüglich
eines inkrementellen Druckwerts, der als Δp1 bezeichnet
wird. Dieser Druckwert kann z. B. ein fixer Wert sein, welcher so gewählt wird,
dass er normalerweise eine relativ geringe Abnahme des Ruhedrucks
im normalen Bereich des Ruhedrucks bewegt, wie er wahrscheinlich in
dem speziellen VAV-System angetroffen wird. Alternativ kann dieser
Wert berechnet werden als eine Funktion der Differenz zwischen der
kleinstzulässigen
Drosselstellung, die in Schritt 72 angegeben ist, und der
aktuell gespeicherten Drosselstellung für DROSSEL-STELLG. Wenn z. B.
die kleinste zuläs sige
Drosselstellung und die aktuelle gespeicherte Drosselstellung als
Prozentsatz einer offenen Drossel ausgedrückt werden, so lautet die Berechnung: Δp1 = {(zulässige
Minimum-DROSSEL-STELLG.)/100}*{(Nenn-Ruhedruck-Sollwert)/2} Zurückkehrend
zu dem Schritt 72, geht das System weiter zu einem Schritt 76,
wenn der Wert der variablen DROSSEL-STELLG. nicht kleiner ist als
der Minimumwert, der für
sämtliche
Drosselelemente gefordert wird. Gemäß Schritt 76 fragt
die Systemsteuerung ab, ob der Wert der variablen DROSSEL-STELLG. größer ist
als ein gewisser Maximumwert für
sämtliche
Drosseln in dem VAV-System. Der Maximumwert für die Drosselstellung wird
vorzugsweise ausgedrückt
als Bruchteil der Offenstellung eines Drosselelements, da sämtliche
gelesenen Drosselstellungen des VAV-Systems vorzugsweise auf diese
Weise definiert sind. Angenommen, dass dieser Maximum-Bruchteilwert
90% einer vollständig
offenen Drosselposition entspricht, und weiterhin angenommen, dass
mindestens ein Drosselelement größer als
dieser vorgewählte
Bruchteil ist, so geht die Systemsteuerung weiter zum Schritt 78,
um einen neuen Wert für
den "Ruhedruck-Abstand" zu berechnen. Dieser
Ruhedruck-Abstand ist hier z. B. gleich dem laufenden Wert des Ruhedruck-Abstands
abzüglich
eines inkrementellen Betrags des Ruhedrucks, bezeichnet mit Δp2. Man beachte, dass Δp2 größer oder
kleiner als Δp1 sein kann, abhängig davon, wie viel Abwörts-Justierung
zu einem gegebenen Zeitpunkt vorgenommen werden soll. Dieser Druckwert
kann z. B. ein fixer Wert sein, der so gewählt wird, dass er normalerweise
eine relativ geringe Zunahme des Ruhedrucks in dem normalen Bereich
des Ruhedrucks hervorruft, der wahrscheinlich von dem speziellen
VAV-System erzeugt wird. Alternativ kann dieser Wert berechnet werden
als eine Funktion der Differenz zwischen der maximal zulässigen Drosselstellung,
wie sie im Schritt 76 angegeben ist, und der tatsächlich gespeicherten
Drosselstellung für
die variable DROSSEL-STELLG. Wenn z. B. die maximal zulässige Stellung
und der aktuell gespeichert Wert der Drosselstellung als Prozentsatz einer
offenen Drossel ausgedrückt
werden, so lautet die Berechnung: Δp1 =
{(DROSSEL-STELLG. – maximal
zulässig)/100}*{(Nenn-Ruhedruck-Sollwert)/2} Nunmehr
auf den Schritt 80 Bezug nehmend, sieht man, dass die Systemsteuerung
diesen Schritt unabhängig
davon implementiert, ob der Schritt 74, der Schritt 76 oder
der Schritt 78 zuvor ausgeführt wurde. Der laufende Wert
des variablen Ruhedruck-Abstands wird im Schritt 80 verglichen
mit dem für
diese Variable zulässigen
Maximumwert. Dieser Wert kann beispielsweise ein Prozentsatz des
Nenn-Ruhedruck-Sollwerts sein, beispielsweise 50 Prozent (50%).
Dieser Wert wird zu Beginn in die Systemsteuerung eingegeben, so
dass er für
die Verwendung durch die Systemsteuerung bei der Ausführung des
Schritts 80 zur Verfügung
steht.
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Falls der maximale zulässige Wert
für den Ruhedruck-Abstand überschritten
wurde, geht die Systemsteuerung zu einem Schritt 82 und
setzt den Wert des Ruhedruck-Abstands mit dem maximal zulässigen Abstandswert
gleich. Die Systemsteuerung verlässt
den Schritt 80 oder den Schritt 82 in Richtung
des Schritts 84. Im Schritt 84 fragt die Systemsteuerung
an, ob der Wert des "Ruhedruck-Abstands" kleiner als null
ist. Man sieht, dass der Ruhedruck-Abstand kleiner als null sein
kann, was ein Ergebnis der im Schritt 78 erfolgenden Berechnung
des Ruhedruck-Abstand ist. Falls der Ruhedruck-Abstand kleiner als
null ist, geht die Systemsteuerung zum Schritt 86 und setzt
die Variable für
den Ruhedruck-Abstand auf null. Diese Systemsteuerung geht dann
von entweder dem Schritt 84 oder dem Schritt 86 zu
einem Schritt 88, in welchem die Systemsteuerung den Wert "Ruhedruck-Abstand" an die Gebläsesteuerung 86 sendet.
Man erkennt, dass dieser Ruhedruck-Abstand ein Wert ist, der irgendwo
von null bis zu dem maximal zulässigen
Abstand schwankt. Außerdem
ist der Wert ein von dem voraus gehenden Ruhedruck-Abstand nach
oben hin justierter Wert für den
Fall, dass sämtliche
Drosselelemente eine Stellung kleiner als eine vorab definiert minimale
akzeptierbare Drossel-Offenstellung aufweist. Man sieht außerdem,
dass der Ruhedruck-Abstand ein nach unten zu justierender Wert sein
kann, falls mindestens eine Drosselstellung erkannt wird, die oberhalb der
maximal zulässigen
offenen Drosselstellung liegt. Der spezielle Wert des Ruhedruck-Abstands,
der auf diese Weise berechnet wurde, wird an die Gebläsesteuerung
gesendet, indem einfach die Gebläsesteuerung
adressiert und dann der Wert dieser Steuerung zugesandt wird. Die
Systemsteuerung geht von dem Schritt 88 zu einem Schritt 90,
wo eine Verzögerung von Δt eingelegt
wird. Die Systemsteuerung macht anschließend die Schleife zurück zum Schritt 52 und liest
von der Gebläsesteuerung 46 den
Status des Gebläses 12.
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Es sollte gesehen werden, dass die
Verzögerung Δt zwischen
aufeinander folgenden Messungen der Gebläsesteuerung 46 sowohl
im Schritt 56 als auch im Schritt 90 erfolgt.
Jeder dieser Schritte enthält
vorzugsweise die gleiche zeitliche Verzögerung. Diese Zeitverzögerung muss
ausreichen, damit die Gebläsesteuerung 46 auf
jeden möglichen
Ruhedruck-Abstand reagieren kann, der ihr im Schritt 88 übermittelt
wurde. Diese Minimum-Zeitverzögerung beträgt in einer
bevorzugten Ausführungsform
eine Minute.
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3 zeigt
das Verfahren, welches von der Gebläsesteuerung 46 ausführbar ist.
Man sieht, dass dieses Verfahren vorzugsweise mit Hilfe eines programmierten
Rechners innerhalb der Gebläsesteuerung
ausführbar
ist. Das Verfahren beginnt im Schritt 98, wo gewisse Werte
Variablen zugewiesen werden, die in diesem Verfahren verwendet werden.
Insbesondere wird eine Variable "SPO" auf null gesetzt. Wie
im Folgenden erläutert
werden wird, enthält
diese Variable jeglichen übermittelten
Ruhedruck-Abstand, der seitens der Systemsteuerung 44 übermittelt
wird. Eine weitere Variable ist definiert als "DSP SPT" und wird auf einen zugeordneten Wert
eingestellt. Der zugeordnete Wert für diese Variable ist vorzugsweise
der Ruhedruck stromabwärts
bezüglich des
Gebläses 12 innerhalb
der Zuleitung 16, der notwendig ist, um ein ausreichendes
Luftvolumen die Zuleitung hinab mit einem Durchsatz zu bewegen, welcher
garantiert, dass sämtliche
Zonen ihren individuellen Maximum-Luftstrom-Anforderungen entsprechen.
Es sollte gesehen werden, dass dieser Wert extern bezüglich des
Verfahrens nach 3A berechnet wird
und einfach an die Gebläsesteuerung 46 in
Form eines zugeordneten Werts für
die Variable DSP SPT gegeben wird. Diese Variable wird im Folgenden
als der Nenn-Ruhedruck-Sollwert bezeichnet.
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Die Gebläsesteuerung 46 geht
weiter zu einem Schritt 100, um einen "Lesetimer" auf einen speziellen, vorbestimmten
Wert einzustellen, wodurch der Timer anfängt, von diesem Wert ab erhöht zu werden.
Wie im Folgenden erläutert werden
wird, liefert der Lesetimer normalerweise eine zeitliche Anzeige
darüber,
wie viel Zeit nach dem vorhergehenden Messen des Ruhedruck-Abstandswerts
von der Systemsteuerung 44 verstrichen ist. Der spezielle Wert,
auf den dieser Lesetimer am Anfang im Zuge des Schritts 100 eingestellt
wird, ist die normale maximale Zeitspanne, die zwischen aufeinander
folgenden Messungen des Ruhedruck-Abstands verstreichen darf.
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Die Gebläsesteuerung geht vom Schritt 100 zu
einem Schritt 102 und fragt ab, ob ein Ruhedruck-Abstandswert
seitens der Systemsteuerung 44 empfangen wurde. Es wird
daran erinnert, dass die Systemsteuerung 44 periodisch
Werte des Ruhedruck-Abstands während
der Ausführung
des in 2 gezeigten Verfahrens übersendet.
Wenn diese Übermittlung
von der Gebläsesteuerung 46 empfangen wird,
wird sie im Verlauf der Ausführung
des Schritts 102 in einem Pufferspeicher festgehalten.
Angenommen, der Ruhedruck-Abstandswert sei von der Systemsteuerung
nicht empfangen worden, so geht die Gebläsesteuerung von dem Schritt 102 entlang
dem Weg "nein" zum Schritt 104 und
fragt ab, ob der Lesetimer größer oder
gleich dem für
diesen Timer zulässigen
Maxximalwert ist. Da der Lesetimer im Schritt 100 auf den
Maximalwert eingestellt wurde, geht die Gebläsesteuerung zu einem Schritt 106,
und eine den Ruhedruck-Sollwert steuernde Variable CSP SPT wird
auf DSP SPT gesetzt. Wie im Folgenden erläutert wird, ist die Variable
CSP SPT der aktuelle Ruhedruck-Sollwert, der zum Steuern des Gebläses 12 verwendet
wird. Die Gebläsesteuerung stellt
im Schritt 106 lediglich diesen steuernden Ruhedruck-Sollwert auf den
laufenden Wert des Nenn-Ruhedruck-Sollwert DSP SPT ein, der im Schritt 98 zugewiesen
wurde. Die Gebläsesteuerung geht
vom Schritt 106 zum Schritt 108 und hält den Lesetimer
an.
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Die Gebläsesteuerung geht vom Schritt 108 weiter
zum Schritt 110 und initialisiert einen Gebläsetimer
auf null. Dieser spezielle Timer definiert die zulässige Zeit,
während
der die Gebläsesteuerung 46 den
Gebläsemotor 48 und
damit das Gebläse 12 auf einen
speziellen eingerichteten Wert des steuernden Ruhedruck-Sollwerts
einregeln kann. Die Gebläsesteuerung
geht weiter zu einem Schritt 112 und fragt ab, ob dieser
Gebläsetimer
einen für
diesen speziellen Timer vorgesehenen maximalen zulässigen Wert überschritten
hat. Die ma ximale zulässige
Zeit für den
Gebläsetimer
ist vorzugsweise der gleiche Zeitwert Δt, der zwischen aufeinander
folgenden Berechnungen des Ruhedruck-Abstands liegen muss, welche von der
Systemsteuerung vorgenommen werden. Dies stellt normalerweise sicher,
dass jeder berechnete Ruhedruck-Abstand von der Gebläsesteuerung
empfangen und anschließend
beim Steuern des Gebläsemotors 48 verwendet
wird. So lange diese zulässige
maximale Zeit nicht überschritten
ist, geht die Gebläsesteuerung
weiter, um von dem Sensor 18 im Schritt 114 den
Ruhedruck zu lesen. Der so von dem Sensor 18 gemessene
Ruhedruck wird verglichen mit dem steuernden Ruhedruck-Sollwert
CSP SPT im Schritt 116. Insbesondere erfolgt ein Vergleich
dahingehend, ob der vom Sensor 18 gemessene Ruhedruck größer ist
als der Wert CSP SPT. Falls die Antwort "ja" lautet,
geht die Gebläsesteuerung weiter,
um die Gebläsemotordrehzahl
zu vermindern, die durch den eine veränderliche Drehzahl aufweisenden
Gebläsemotor 48 vorgegeben
wird, Schritt 118. Die inkrementelle Änderung der Soll-Gebläsemotordrehzahl
erzeugt vorzugsweise eine geringfügige Änderung der laufenden Gebläsemotordrehzahl. Diese
kleine inkrementale Änderung
sollte einen relativ feinen Steuergradienten für das Gebläse 12 bewirken, dabei
aber dennoch einen typischerweise auf Erfahrungswerten beruhenden
Steuer-Sollwert innerhalb einer vernünftigen Zeitspanne erreichen.
Die Gebläsesteuerung
implementiert dann eine kurze Verzögerung im Schritt 120,
die vorzugsweise nicht größer ist
als die Zeit, die der Gebläsemotor 12 benötigt, um
auf die vorgegebene Änderung
der Gebläsemotordrehzahl
anzusprechen. Man sieht, dass dies signifikant weniger ist als die
Zeitspanne Δt,
während der
die Gebläsesteuerung
die Gebläsemotordrehzahl mehrmals
nachjustieren muss, um für
den steuernden Ruhedruck-Sollwert einen gegebenen Wert zu erreichen.
Die Gebläsesteuerung
macht nach der Verzögerung
im Schritt 120 damit weiter, zu dem Schritt 112 zurückzukehren,
wo der Gebläsetimer
erneut darauf geprüft
wird, ob er die maximale zulässige
Zeit für
diesen speziellen Timer überschritten
hat. Wie oben bereits angemerkt, ist diese zulässige Zeithöhe dem Gebläsetimer etwa gleich der Zeitspanne zwischen
aufeinander folgenden Berechnungen des Ruhedruck-Abstands. Diese
maximale zulässige
Zeit beträgt
vorzugsweise eine Minute. Dies ermöglicht zahlreiche verschiedene
Iterationen durch die Schritte 114 bis 120, bevor
diese zulässige
maximale Zeitspanne verstrichen ist.
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Erneut auf den Schritt 116 Bezug
nehmend, geht die Gebläsesteuerung
zu einem Schritt 122 weiter, wenn der gemessene Ruhedruck
nicht größer ist als
der steuernde Ruhedruck-Sollwert, und es wird abgefragt, ob der
gemessene Ruhedruck kleiner als der Wert CSP SPT ist. Falls der
gemessene Ruhedruck kleiner als der steuernde Ruhedruck-Sollwert ist,
geht die Gebläsesteuerung
weiter zu einem Schritt 124 und erhöht die Drehzahl des eine veränderliche
Drehzahl aufweisenden Gebläsemotors 48 um
einen vorab definierten Betrag, bevor eine kurze Verzögerung im
Schritt 120 eingelegt wird. Man sieht also, dass die Gebläsedrehzahl
des Gebläses 12 entweder
verringert oder erhöht
wird, abhängig
davon, ob der gemessene Ruhedruck größer oder kleiner ist als der
steuernde Ruhedruck-Sollwert. Diese nach oben und nach unten erfolgende
Justierung des eine veränderliche
Drehzahl aufweisenden Gebläsemotors 48 wird
so lange fortgesetzt, bis der Gebläsetimer seine maximale zulässige Zeit überschritten
hat, oder der gemessene Ruhedruck gleich ist dem steuernden Ruhedruck-Sollwert.
In jedem Fall geht die Gebläsesteuerung
zurück
zum Schritt 102, in welchem erneut abgefragt wird, ob der
Ruhedruck-Abstandswert
von der Systemsteuerung 44 empfangen wurde.
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Wie bereits oben angemerkt, sollte
der Gebläsetimer
zu etwa der gleichen Zeit ablaufen, zu der die Systemsteuerung 44 das
Verfahren nach 2 ausgeführt und
einen Wert des Ruhedruck-Abstands an die Gebläsesteuerung 46 gesendet
hat. Dieser Ruhedruck-Abstandswert sollte von der Gebläsesteuerung
im Schritt 102 dadurch berücksichtigt werden, dass die
Gebläsesteuerung
aufgefordert wird, zu einem Schritt 126 zu gehen, in welchem
die Variable SPO gleichgesetzt wird mit dem von der Systemsteuerung 44 empfangenen
Ruhedruck-Abstandswert. Die Gebläsesteuerung
geht jetzt zu dem Schritt 128 und initialisiert einen Lesetimer.
Wie bereits oben angemerkt, definiert dieser Timer die Zeitspanne
zwischen aufeinander folgenden Ablesungen eines übermittelten Werts des Ruhedruck-Abstands von
der Systemsteuerung 44.
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Die Gebläsesteuerung geht nun zu einem Schritt 130,
in welchem ein Wert des steuernden Ruhedruck-Sollwerts berechnet
wird. Dabei wird CSP SPT auf den Wert DSP SPT abzüglich des
Werts von SPO gesetzt. Diese spezielle Formel soll nur dazu dienen,
den Nenn-Ruhedruck-Sollwert zu verringern durch den überrnittelten
Ruhedruck-Abstandswert, der von der Systemsteuerung 44 kommt.
Es wird jetzt im Schritt 132 ermittelt, ob der so berechnete
Wert für den
steuernden Ruhedruck-Sollwert kleiner als null ist. Man sieht, dass
dieser Wert auf Grund der Beschränkung
jedes berechneten Ruhedruck-Abstandswerts im Verfahren nach 2 auf einen maximalen zulässigen Wert
nicht kleiner als null sein sollte. Ungeachtet dieser beschränkenden
Aktion in dem von der Systemsteuerung ausgeführten Verfahren prüft die Gebläsesteuerung,
ob der steuernde Sollwert kleiner als null ist, was möglicherweise
zurückzuführen ist
auf einen Fehler entweder bei der Eingabe des maximalen zulässigen Abstandswert, der
von der Systemsteuerung im Schritt 80 verwendet wird, oder
der Übertragung
des Ruhedruck-Abstandswerts von der Systemsteuerung. Falls der steuernde
Sollwert als Ergebnis der Berechnung im Schritt 130 kleiner
als null ist, geht die Gebläsesteuerung
zu einem Schritt 134 weiter, und CSP SPT wird auf null
gesetzt. Erneut auf den Schritt 32 Bezug nehmend, geht
die Gebläsesteuerung
zu einem Schritt 136, falls der berechnete Wert des steuernden
Ruhedruck-Sollwerts gleich oder größer als null ist. Im Schritt 136 wird
abgefragt, ob der berechnete steuernde Ruhedruck-Sollwert aus dem
Schritt 130 größer ist
als der Nenn-Ruhedruck-Sollwert. Dies kann z. B. dann der Fall sein,
wenn die Übertragung
des Werts des Ruhedruck-Abstands von der Systemsteuerung in irgendeiner
Weise verzerrt wird, so dass ein negativer Abstand gebildet wird,
der beim Subtrahieren von dem Nenn-Ruhedruck-Sollwert im Schritt 130 zu
einem Wert führt,
der größer ist
als der Nenn-Ruhedruck-Sollwert. Wenn diese geschieht, geht die
Gebläsesteuerung
vom Schritt 136 zu einem Schritt 138 und stellt
den steuernden Ruhedruck-Sollwert auf den Wert des Nenn-Ruhedruck-Sollwerts
ein. Man sieht, dass die Gebläsesteuerung
von entweder dem Schritt 134, 136 oder 138 zum
Schritt 110 geht. Gemäß Schritt 110 wird
der Gebläsetimer
erneut initialisiert, bevor zum Schritt 112 weiter gegangen
wird, um abzufragen, ob der Gebläsetimer
den maximalen zulässigen
Wert zum Einregeln des Gebläsemotors
auf den speziellen Wert des steuernden Ruhedruck-Sollwerts überschritten
hat. Die Gebläsesteuerung
geht nun zum Schritt 114 und liest den Ruhedruck von dem
Sensor 18, bevor abgefragt wird, ob der gelesene Ruhedruck
entweder größer ist:
als der steuernde Ruhedruck-Sollwert, Schritt 116, oder
kleiner ist als der steuernde Ruhedruck-Sollwert, Schritt 122.
Falls der gemessene Ruhedruck größer ist
als der steuernde Ruhedruck-Sollwert, geht die Gebläsesteuerung
weiter, um die Drehzahl des eine veränderliche Drehzahl aufweisenden Gebläsemotors 48 zu
vermindern, Schritt 118. Falls der gelesene Ruhedruck kleiner
ist als der steuernde Ruhedruck-Sollwert, erhöht die Gebläsesteuerung die Gebläsemotordrehzahl
um einen vorbestimmten inkrementellen Wert. Man siehe, dass, wenn
die Drehzahl des eine veränderliche
Drehzahl aufweisenden Motors im Schritt 118 vermindert
wird, der resultierende Luftvolumendurchsatz, der von dem Gebläse 12 erzeugt
wird, abfällt
und dadurch eine Minderung des Ruhedrucks in der Leitung 16 bewirkt. Dies
sollte den gemessenen Ruhedruck in Richtung des steuernden Ruhedruck-Sollwerts
verringern.
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Bezugnehmend auf Schritt 122,
wird für
den Fall, dass der von dem Sensor 18 gemessene Ruhedruck
kleiner als der steuernde Ruhedruck-Sollwert ist, an den eine veränderliche
Drehzahl aufweisenden Gebläsemotor
ein Befehl gesendet, der die Drehzahl dieses Motors erhöht. Hieran
schließt
sich eine kurze Verzögerung 120 an,
die ausreichend groß sein
sollte, damit das Gebläse 12 einen
neuen Ruhedruck erzeugt, der im Schritt 114 von dem Ruhedruck-Sensor 18 gemessen
werden kann. Bleibt der gemessene Ruhedruck unterhalb des steuernden Ruhedruck-Sollwert,
so wird dies im Schritt 122 zur Kenntnis genommen, wodurch
die Gebläsesteuerung
aufgefordert wird, von Neuem die Drehzahl des Gebläses um den
gleichen inkrementellen Wert zu steigern. Man sieht, dass zu irgendeinem
Zeitpunkt die Gebläsesteuerung
die Drehzahl des eine variable Drehzahl aufweisenden Motors ausreichend
weit gesteigert hat, damit der gemessene Ruhedruck im Gleichgewicht
ist mit dem steuernden Ruhedruck-Sollwert. Zu diesem Zeitpunkt geht
die Gebläsesteuerung
vom Schritt 122 zurück
zum Schritt 102. Falls die Gebläsedrehzahl allerdings nicht
ausreichend erhöht
wird, damit der gemessene Ruhedruck dem steuernden Ruhedruck-Sollwert
innerhalb der für
den Gebläsetimer
zulässigen
Zeit gleicht, geht die Gebläsesteuerung
vom Schritt 112 zurück
zum Schritt 102. In jedem Fall fragt die Gebläsesteuerung nach
einem neuen übermittelten
Ruhedruck-Abstandswert
von der Systemsteuerung 44. Wie bereits angemerkt, wird
dieser spezielle Wert des Ruhedruck-Abstands dazu benutzt, im Schritt 130 einen neuen
steuernden Ruhedruck-Sollwert zu berechnen, bevor geprüft wird,
ob dieser Wert passend in einem Bereich liegt, der durch die Schritte 132 bis 138 definiert
wird. Die Gebläsesteuerung
geht von dieser Prüfung
weiter, um erneut in mit variabler Drehzahl arbeitenden Gebläsemotor 48 so
zu steuern, dass die Gebläsemotordrehzahl
erhöht
oder vermindert wird, wie dies bereits diskutiert wurde.
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Bezugnehmend auf den Schritt 102 sei
angemerkt, dass, wenn ein Ruhedruck-Abstandswert während des Zeitablaufs des Gebläsetimers
oder im Anschluss an das Erreichen des laufenden steuernden Ruhedruck-Sollwerts
nicht empfangen wurde, die Gebläsesteuerung
zum Schritt 104 weitergeht, um abzufragen, ob der Lesetimer
den Maximumwert erreicht. Solange dieser Maximumwert noch nicht überschritten
ist, geht die Gebläsesteuerung
zum Schritt 130 und führt
einfach erneut die Berechnung zum Steuern des Ruhedruck-Sollwerts
durch, wie es bereits oben erläutert
wurde. Allerdings sei angemerkt, dass, wenn ein Ruhedruck-Abstandswert nach
mehreren Iterationen des Einregelns des Gebläsemotors auf den laufenden
steuernden Ruhedruck-Sollwert nicht empfangen wurde, der Lesetimer den
ihm zugewiesenen Maximumwert übersteigt.
Zu diesem Zeitpunkt wird die Gebläsesteuerung zum Schritt 106 weitergehen
und den steuernden Ruhedruck-Sollwert gleichsetzen mit dem Nenn-Ruhedruck-Sollwert,
wie oben bereits diskutiert wurde.
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Man sieht, dass eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung dargelegt wurde. Abwandlungen und Modifikationen sind
also ohne Abweichung vom Schutzumfang der Erfindung möglich. Beispielsweise
können
die Systemsteuerung und die Gebläsesteuerung
in eine Steuereinheit integriert werden. Die Gebläsesteuerung 46 kann
außerdem etwas
anderes als einen eine veränderliche
Drehzahl aufweisenden Gebläsemotor 48 steuern,
um dadurch den Ruhedruck innerhalb der Zuleitung 16 einzustellen.
Beispielsweise kann die Gebläsesteuerung
Einlass-Leitschaufeln modulieren, die zu einem Gebläse konstanter
Drehzahl führen,
um dadurch den Luftvolumen-Strömungsdurchsatz
stromabwärts
von dem Gebläse 12 einzustellen.
Man sieht außerdem,
dass eine Kombination der Steuerung von Einlass-Leitschaufeln und
einer Gebläsemotor-Drehzahl
implementiert werden kann, um dadurch verschiedene Ruhedrücke stromabwärts des
Gebläses 12 einzustellen.
Der resultierende Ruhedruck wird dann von dem Sensor 18 gemessen
und mit einem regelnden Sollwert verglichen, wie er durch das Verfahren
eingestellt wird, das durch die Systemsteuerung 44 ausgeführt wird.