EP1582748A2 - Verfahren zum Überwachen eines Gebläses - Google Patents

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EP1582748A2
EP1582748A2 EP20050006349 EP05006349A EP1582748A2 EP 1582748 A2 EP1582748 A2 EP 1582748A2 EP 20050006349 EP20050006349 EP 20050006349 EP 05006349 A EP05006349 A EP 05006349A EP 1582748 A2 EP1582748 A2 EP 1582748A2
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EP
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speed
signal
blower
fan
monitoring
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EP20050006349
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Hubert Fassbender
Richard Grüneberg
Michael Klepka
Klaus Richter
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Vaillant GmbH
Original Assignee
Vaillant GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/001—Testing thereof; Determination or simulation of flow characteristics; Stall or surge detection, e.g. condition monitoring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/008—Stop safety or alarm devices, e.g. stop-and-go control; Disposition of check-valves

Definitions

  • the mechanical bearings of such a motor are subject to wear. With increasing Operating hours increase the bearing friction. After years, the friction can be so high is that the fan does not start anymore. As a result, the heater fails. However, increased bearing friction also causes the ratio of speed to Pulse width changes.
  • the invention is based on the object, a method for monitoring a fan to create, with the progressive wear early detected and preventive Measures are taken in good time.
  • the air temperature is detected and in the calculation considered, because differences in density influence the flow resistance of the Have airflow. Otherwise, could already change the air temperature cause the system to suspect wear. On the other hand, it can be omitted when the absolutely necessary deviation of the signal is sufficiently large.
  • the detection of the fan speed by means of a Hall sensor.
  • FIG. 1 shows a condensing boiler with a blower 2, between an intake 11 and a burner 1 is arranged.
  • the blower 2 has a DC motor 8 with Hall sensor 7 for speed detection.
  • the Hall sensor 7 is connected to a control unit 3, which has a data memory 31 connected.
  • a Fuel gas line 12 In the fuel gas line 12 is a gas fitting 4, which over an actuator 5 is connected to the control unit 3.
  • a display. 6 is connected.
  • a heat exchanger 10 Around the burner 1, next to which an ignition electrode 13 is positioned, around is a heat exchanger 10, which is connectable to a heating circuit, arranged. Furthermore, the heater has an exhaust pipe 9.
  • FIG. 2 shows schematically a fan 2 with intake 11, impeller 14 and DC motor 8, which is mounted on a fan motor bearings 5 and whose Speed is detected by means of a Hall sensor 7.
  • the control unit 3 gives the blower 2 a certain Speed and the gas valve 4 via the actuator 5 a predetermined Opening cross-section before.
  • the fuel gas-air mixture from an ignition electrode 13th ignited.
  • the hot exhaust gases flow through the heat exchanger 10 and are then passed through the exhaust pipe 9 into the environment.
  • the control unit 3 gives the blower 2 a certain speed. Consequently, the Motor 8 applied with a certain pulse width signal. Is that so adjusting Speed lower the target speed, the pulse width signal is increased until the speed the target speed corresponds. If the speed is greater than the setpoint speed, it will Pulse width signal reduced until the speed corresponds to the setpoint speed.
  • Fig. 3 shows a pulse width signal of 50% in the upper case and 75% in the lower case.
  • Pulse width signal corresponds to the pulse width of half the period. It turns in Dependence of the pulse width on different blower speeds. The relationship between pulse width in% and the fan speed is shown by way of example in FIG. 4. The larger the pulse width signal is, the higher the speed.
  • Line a shows the ratio at new condition, line b after a certain wear.
  • the actual speed signal is detected by means of the Hall sensor 7 and the control unit. 3 forwarded.
  • the slope of the curve is u.a. depending on the total resistance of the Heater as well as the specimen scattering and condition in particular the mechanical Bearing 5 of the fan motor 8.
  • a higher pulse width signal is equivalent to a higher electrical power consumption of the fan motor 8. Due to the individual Resistance of the heater including the individual exhaust pipe must be the measurement of the original condition on site in the house and not in the factory at the final inspection happen.
  • the mechanical bearings 5 of such a motor 8 are subject to wear. With increasing Operating hours, the bearing friction increases until after years, finally, the friction can be so high that the blower does not start anymore. The heater falls in one such case. However, increased bearing friction also causes the characteristic curve Speed continues to shift across pulse width, i. increases for a given speed the pulse width signal continues to increase. This causes the electrical Power consumption of the fan motor 8 increases. This circumstance makes this one use described method.
  • a Maintenance signal is generated, which then e.g. as a text message on the display 6 of the Control unit 3 or even on external display media is displayed.
  • the allowed Deviation from the pulse width signal mean is chosen so that the maintenance signal is generated before the blower wear is so high that the fan 2 is no longer starts.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Bei einem Verfahren zum Überwachen eines Gebläses eines Heizgerätes wird aus den Messwerten ein Kennwert für den Verschleiß generiert.

Description

Moderne Verbrennungssysteme arbeiten meist mit Gebläsen. Insbesondere werden im Heizungssektor Brennwertgeräte mit Gebläsen betrieben, da die Abgase derart weit abgekühlt werden, dass der thermische Auftrieb unzureichend ist. Bei gängigen Bauformen von Brennwertgeräten wird die benötigte Verbrennungsluft über einen Ansaugstutzen angesaugt und mit dem Brenngas, welches über eine Gasarmatur bereitgestellt wird, vermischt und einem Brenner zugeführt. Das Abgas wird anschließend an einen Wärmeaustauscher abgekühlt und über den Abgasweg aus dem Gerät gefördert.
In Abhängigkeit des Wärmbedarfs sind unterschiedliche Brenngasmengen erforderlich. Da die Brenngasmenge zumeist von der Gasarmatur an die Luftmenge angepasst wird, erfolgt eine Steuerung der Heizgeräteleistung meist über eine Vorgabe der Gebläsedrehzahl. Somit erfordert ein hoher Wärmebedarf hohe und ein niedriger Wärmebedarf niedrige Gebläsedrehzahlen. Das Verbrennungssystem kann auf verschiedene Leistungen eingestellt werden; dies wird als Leistungsmodulation bezeichnet.
Üblicherweise verwendet man dafür Gebläse mit einem elektronisch geregelten Gleichstrommotor. Dabei wird der Strom für den Motor von einer Regeleinheit mit einem Rechtecksignal mit einigen kHz gepulst. Das Pulsweitensignal eines jeden Pulses wird in % angegeben, wobei das Pulsweitensignal als Quotient zwischen der Dauer der Bestromung und der Gesamtzeit definiert ist.
Die mechanischen Lager eines solchen Motors unterliegen Verschleiß. Mit zunehmender Betriebsstundenzahl erhöht sich die Lagerreibung. Nach Jahren kann die Reibung so hoch ist sein, dass das Gebläse nicht mehr anläuft. Als Folge dessen fällt das Heizgerät aus. Erhöhte Lagerreibung führt jedoch auch dazu, dass das Verhältnis von Drehzahl zu Pulsweite sich verändert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung eines Gebläses zu schaffen, bei dem fortschreitender Verschleiß frühzeitig erkannt und präventive Maßnahmen rechtzeitig eingeleitet werden.
Dies wird gemäß Anspruch 1 dadurch gelöst, dass bei einer vorgegebenen Drehzahl mindestens einmal ein für die Belastung des Gebläses relevantes Signal erfasst und gespeichert wird und dieses mindestens eine Signal mit einem zu einem späteren Zeitpunkt bei gleicher Drehzahl erfassten für die Belastung des Gebläses relevanten Signal verglichen wird und bei signifikanter Veränderung das System erkennt, dass eine Wartung notwendig ist.
Dem ist gemäß Anspruch 2 gleichbedeutend, dass bei einem konstanten der Belastung des Gebläses relevanten Signals die Drehzahl erfasst wird.
In den abhängigen Ansprüchen 3 und 4 werden Möglichkeiten der Erfassung des für die Belastung des Gebläses relevanten Signals geschützt. Die elektrische Arbeit W(t) des Gebläses beträgt
Figure 00020001
Somit können einerseits Strom und Spannung aufgenommen werden. Bei elektronisch geregelten Gleichstromgebläsen wird eine vorgegebene Spannung und ein vorgegebener Strom gepulst auf das Gebläse gegeben.
Gemäß Anspruch 5 wird die Lufttemperatur mit erfasst und in der Berechnung berücksichtigt, da Dichteunterschiede einen Einfluss auf den Strömungswiderstand des Luftstroms haben. Ansonsten könnte bereits eine Veränderung der Lufttemperatur dazu führen, dass das System einen Verschleiß vermutet. Andererseits kann hierauf verzichtet werden, wenn die absolut notwendige Abweichung des Signals ausreichend groß ist.
Gemäß Anspruch 6 erfolgt die Erfassung der Gebläsedrehzahl mittels Hallsensor.
Gemäß Anspruch 7 sind mehrere Möglichkeiten der Ausgabe eines Warnhinweises im Zusammenhang mit der Erfindung unter Schutz gestellt.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen detailliert erläutert. Hierbei zeigen:
  • Fig. 1 ein Heizgerät mit den notwendigen Komponenten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • Fig. 2 ein Gebläse zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • Fig. 3 ein Pulsweitenmodulationssignal und
  • Fig. 4 den Zusammenhang zwischen Pulsweitenmodulationssignal und Gebläsedrehzahl
    • Figur 1 zeigt ein Brennwertgerät mit einem Gebläse 2, das zwischen einem Ansaugstutzen 11 und einem Brenner 1 angeordnet ist. Das Gebläse 2 verfügt über einen Gleichstrommotor 8 mit Hallsensor 7 zur Drehzahlerfassung. Der Hallsensor 7 ist mit einer Regeleinheit 3, welche über einen Datenspeicher 31 verfügt, verbunden. In den Ansaugstutzen 11 ragt eine Brenngasleitung 12. In der Brenngasleitung 12 befindet sich eine Gasarmatur 4, welche über ein Stellglied 5 mit der Regeleinheit 3 verbunden ist. An der Regeleinheit 3 ist ein Display 6 angeschlossen. Um den Brenner 1 herum, neben dem eine Zündelektrode 13 positioniert ist, herum ist ein Wärmeaustauscher 10, welcher mit einem Heizkreislauf verbindbar ist, angeordnet. Ferner verfügt das Heizgerät über eine Abgasleitung 9.
    Figur 2 zeigt schematisch ein Gebläse 2 mit Ansaugstutzen 11, Flügelrad 14 und Gleichstrommotor 8, welcher über eine Gebläsemotorlager 5 gelagert ist und dessen Drehzahl mittels eines Hallsensors 7 erfasst wird.
    Beim Betrieb des Heizgerätes gibt die Regeleinheit 3 dem Gebläse 2 eine bestimmte Drehzahl und der Gasarmatur 4 über das Stellglied 5 einen vorgegebenen Öffnungsquerschnitt vor. Brenngas und Luft vermischen sich im Ansaugstutzen 11, strömen durch das Gebläse 2 in den Brenner 1 und werden an der Oberfläche des Brenners 1 verbrannt. Zu Beginn wird das Brenngas-Luft-Gemisch von einer Zündelektrode 13 gezündet. Die heißen Abgase durchströmen den Wärmeaustauscher 10 und werden anschließend über die Abgasleitung 9 in die Umgebung geleitet.
    Die Regeleinheit 3 gibt dem Gebläse 2 eine bestimmte Drehzahl vor. Demzufolge wird der Motor 8 mit einem bestimmtem Pulsweitensignal beaufschlagt. Ist die sich so einstellende Drehzahl geringer der Solldrehzahl, so wird das Pulsweitensignal erhöht, bis die Drehzahl der Solldrehzahl entspricht. Ist die Drehzahl größer der Solldrehzahl, so wird das Pulsweitensignal reduziert, bis die Drehzahl der Solldrehzahl entspricht.
    Fig. 3 zeigt ein Pulsweitensignal von 50% im oberen Fall und 75 % im unteren Fall. Bei 50 % Pulsweitensignal entspricht die Pulsweite der halben Periodendauer. Es stellen sich in Abhängigkeit der Pulsweite unterschiedliche Gebläsedrehzahlen ein. Den Zusammenhang zwischen Pulsweite in % und der Gebläsedrehzahl zeigt beispielhaft die Fig. 4. Je größer das Pulsweitensignal ist, desto höher ist die Drehzahl. Linie a zeigt das Verhältnis beim neuen Zustand, Linie b nach einem bestimmten Verschleiß. Man erkennt, dass bei Verschleiß bei konstanter Pulsweite eine geringere Drehzahl erreicht wird, bzw. man für die gleiche Drehzahl ein höheres Pulsweitensignal benötigt.
    Das Drehzahl-Istsignal wird mit Hilfe des Hallsensors 7 erfasst und an die Regeleinheit 3 weitergeleitet. Die Steilheit der Kurve ist u.a. abhängig vom Gesamtwiderstand des Heizgerätes sowie der Exemplarstreuung und Zustand insbesondere der mechanischen Lager 5 des Gebläsemotors 8. Ein höheres Pulsweitensignal ist gleichbedeutend mit einer höheren elektrischen Leistungsaufnahme des Gebläsemotors 8. Aufgrund des individuellen Widerstandes des Heizgerätes inklusive der individuellen Abgasleitung muss die Messung des ursprünglichen Zustandes vor Ort im Haus und nicht im Werk bei der Endkontrolle geschehen.
    Die mechanischen Lager 5 eines solchen Motors 8 unterliegen Verschleiß. Mit zunehmender Betriebsstundenzahl erhöht sich die Lagerreibung bis nach Jahren schließlich die Reibung so hoch sein kann, dass das Gebläse nicht mehr anläuft. Das Heizgerät fällt in einem derartigen Fall aus. Erhöhte Lagerreibung führt jedoch auch dazu, dass sich die Kennlinie Drehzahl über Pulsweite immer weiter verschiebt, d.h. für eine vorgegebene Drehzahl steigt das Pulsweitensignal immer weiter an. Dies führt dazu, dass die elektrische Leistungsaufnahme des Gebläsemotors 8 steigt. Dieser Umstand macht sich das hier beschriebene Verfahren zu Nutze.
    Im Neuzustand des Gerätes bzw. des Gebläses 8 wird bei den ersten z.B. 100 Brennerzyklen der Pulsweitenwert ermittelt, der erforderlich ist, einen bestimmten Betriebszustand anzufahren. Dies könnte z.B. nach Abschalten des Brenners eine Spülphase mit Luft bei einer definierten Drehzahl sein. Aus den Pulsweitensignalen wird dann ein Mittelwert gebildet und in einem Speicher 31 der Regeleinheit 3 abgelegt. Bei den dann folgenden Brennerzyklen wird wiederum in der Spülphase das Pulsweitensignal gemessen, der für den Betriebszustand erforderlich ist, und mit dem abgelegten Mittelwert verglichen. Steigt mit zunehmendem mechanischem Verschleiß der Gebläsemotorlager 5 das für den gewünschten Betriebspunkt erforderliche Pulsweitensignal und damit die elektrische Leistungsaufnahme des Gebläsemotors 8, so liegt ein Indiz für Verschleiß vor.
    Überschreitet nun das erforderliche Pulsweitensignal einmal oder auch mehrmals eine vorgegebene Abweichung vom abgelegten Mittelwert, so wird von der Regeleinheit 3 ein Wartungssignal generiert, welches dann z.B. als Textmeldung auf dem Display 6 der Regeleinheit 3 oder aber auch auf externen Anzeigemedien angezeigt wird. Die zulässige Abweichung vom Pulsweitensignal-Mittelwert ist dabei so gewählt, dass das Wartungssignal generiert wird, bevor der Gebläseverschleiß so hoch ist, dass das Gebläse 2 nicht mehr anläuft.
    Als Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Gerätebetreiber vor Ausfall des Gebläses und somit seines Heizgerätes auf eine notwendige Reparatur hingewiesen. Der Fachhandwerker weiß schon wenn er von dem Gerät über Datenfernübertragung informiert wird, welches Ersatzteil er mitnehmen muss, bevor er die Anlage besucht und vermeidet somit Doppelfahrten. Da das Heizgerät in diesem Fall noch in Betrieb ist, kann der Reparaturtermin besser geplant werden, als wenn das Gerät schon ausgefallen wäre, was besonders an Wochenenden oder Feiertagen unangenehm ist.

    Claims (7)

    1. Verfahren zum Überwachen eines Gebläses (2) mit Drehzahlerfassung vorzugsweise eines Heizgerätes, dadurch gekennzeichnet, dass bei vorgegebener Drehzahl mindestens einmal ein für die Belastung des Gebläses (2) relevantes Signal erfasst und gespeichert wird, zu einem späteren Zeitpunkt bei identischer Drehzahl wieder das für die Belastung des Gebläses (2) relevante Signal erfasst wird, die Signalwerte verglichen werden ein und bei einer Abweichung der Signalwerte, welche auf einen signifikanten Anstieg der Belastung schließen lassen, ein Signal zur Einleitung einer Wartung ausgegeben wird.
    2. Verfahren zum Überwachen eines Gebläses (2) mit Drehzahlerfassung vorzugsweise eines Heizgerätes, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem vorgegebenen der Belastung des Gebläses (2) relevantes Signal mindestens einmal die Drehzahl des Gebläses (2) erfasst und gespeichert wird, zu einem späteren Zeitpunkt bei identischem der Belastung des Gebläses (2) relevantes Signal wieder die Drehzahl des Gebläses (2) erfasst wird, die Drehzahlen verglichen werden und bei einer signifikanten Reduzierung der Drehzahl ein Signal zur Einleitung einer Wartung ausgegeben wird.
    3. Verfahren zum Überwachen eines Gebläses (2) mit Drehzahlerfassung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das für die Belastung des Gebläses (2) relevantes Signal eine Pulsweitenerfassung enthält.
    4. Verfahren zum Überwachen eines Gebläses (2) mit Drehzahlerfassung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das für die Belastung relevantes Signal eine Strom- und / oder Spannungserfassung enthält.
    5. Verfahren zum Überwachen eines Gebläses (2) mit Drehzahlerfassung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Lufttemperatur erfasst und beim Vergleich berücksichtigt wird.
    6. Verfahren zum Überwachen eines Gebläses (2) mit Drehzahlerfassung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl mittels Hallsensor (7) erfasst wird.
    7. Verfahren zum Überwachen eines Gebläses (2) mit Drehzahlerfassung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal zur Einleitung einer Wartung in Form einer Anzeige am Gerät, eines Warntons und / oder über eine Datenverbindung vorzugsweise zu einem Fachinstallateur ausgegeben wird.
    EP20050006349 2004-03-30 2005-03-23 Verfahren zum Überwachen eines Gebläses Ceased EP1582748A3 (de)

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    DE102004015521 2004-03-30
    DE102004015521 2004-03-30
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