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Dokumentenidentifikation DE102004024141B4 01.06.2006
Titel Verfahren und Einrichtung zur Steuerung einer Klimatisierungseinrichtung
Anmelder Grams, Günter, 47447 Moers, DE;
Böckenholt, Wolfgang, 45701 Herten, DE;
Cool.in Gmbh & Co KG, 45701 Herten, DE
Erfinder Grams, Günther, 47447 Moers, DE;
Böckenholt, Wolfgang, 45701 Herten, DE
Vertreter Schmidt, K., Dipl.-Phys., Pat.-Ass., 47447 Moers
DE-Anmeldedatum 14.05.2004
DE-Aktenzeichen 102004024141
Offenlegungstag 08.12.2005
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 01.06.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.06.2006
IPC-Hauptklasse F24F 11/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B60H 1/32(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Steuerung einer Klimatisierungseinrichtung im Mobileinsatz, bei welcher in der Einschaltphase mindestens eine Einzelkomponente zu einer anderen zeitversetzt eingeschaltet wird, gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 7. Um hierbei ein an sich vorteilhaftes Verfahren und eine an sich vorteilhafte Einrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass bei gleichzeitiger Berücksichtigung der technischen Vorgaben der Klimatisierungseinrichtung auch der optimale Klimatisierungskomfort erreicht werden kann, ist erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass meteorologische Umgebungsparameter, wie Außentemperatur, Luftfeuchte und barometrischer Druck, und Betriebsparameter der Klimatisierungseinrichtung, wie Druck und Temperatur, in einer Kondensatorstufe der Klimatisierungseinrichtung mittels entsprechender Sensoren (12, 13, 14) erfasst und in die Berechnung des gesteuerten Zeitversatzes zwischen der Einschaltphase einer ersten und einer zweiten Kompressorstufe eingehen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Steuerung einer Klimatisierungseinrichtung im Mobileinsatz, bei welcher in der Einschaltphase mindestens eine Einzelkomponente zu einer anderen zeitversetzt eingeschaltet wird, gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 7.

Aus dem Stand der Technik, d.h. aus der DE 102 00 637 C1 ist ein solches Verfahren bzw eine solche Einrichtung bekannt. Dieses Verfahren bzw diese Einrichtung berücksichtigt bereits in vorteilhafter Weise, dass im Mobileinsatz die Komponenten einer ebenso mobilen Klimatisierungseinrichtung abhängig davon ob diese an Netzspannung oder an Akkumulatorspannung angeschlossen ist, nacheinander zeitversetzt zugeschaltet werden. Damit werden Anlaufströme klein gehalten und unnötig höhe Einschaltströme vermieden. Dies verhindert im temporär stationären Einsatz, wenn bspw ein solch ausgestattetes Wohnmobil abgestellt und an Netzspannung gelegt ist, dass hohe Einschaltströme die Sicherungen am Netzspannungsaggregat auslösen. Ebenso wird vermieden, dass wenn kein Netzanschluß verfügbar ist, der Akkumulator mit hohen Anlaufströmen belastet wird.

Aus der DE 102 41 587 B4 ist ein rechnergestütztes Betriebs-Leitsystem und Klimaeinrichtung für ein Fahrzeug bekannt, bei welchem auch die Betriebsdaten der Klimaeinrichtung über das Leitsystem übermittelt werden.

Die DE 201 01 505 U1 sowie die DE 198 31 317 betreffen mobile Wetterstationen, die Umgebungsdaten aufnehmen und auf einem Bildschirm darstellen.

Aus der EP 0 260 343 B1 ist ein Verfahren sowie eine Einrichtung bekannt, bei welcher die Klima- und Heizungssteuerung nach einem ermittelten Tagesaussentemperaturverlauf gesteuert werden.

Aus der DE 197 43 828 A1 ist ein Verfahren bekannt. Bei welchem in bekannter Weise eine differentielle Leistungsregelung bei Klimaanlagen vorgenommen wird.

Aus dem Gebrauchmuster DE 201 21 745 U1 ist eine Klimaanlage bekannt, bei welcher einzelne Komponenten auf einem gemeinsamen Tragrahmen untergebracht sind, um eine Art Baukastensystem aufzubauen.

Im praktischen Einsatz zeigt sich dies als sehr wirkungsvoll.

Dieses Verfahren ist jedoch stark auf die Schonung der Energieversorgung appliziert. Besonders im Mobileinsatz stehen jedoch eine Reihe anderer Anforderungen an. Diese betreffen die Einrichtung selbst sowie den letztendlich erreichten Komfort der Klimatisierung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, dass ein an sich vorteilhaftes Verfahren und eine an sich vorteilhafte Einrichtung der eingangs genannten Art dahingehend verbessert wird, dass bei gleichzeitiger Berücksichtigung der technischen Vorgaben der Klimatisierungseinrichtung auch der optimale Klimatisierungskomfort erreicht werden kann.

Die gestellte Aufgabe ist bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 6 angegeben.

Im Hinblick auf eine Klimatisierungseinrichtung der gattungsgemäßen Art ist die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 7 gelöst.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist in Anspruch 8 angegeben.

Kern der verfahrensgemäßen Erfindung ist, dass meteorologische Umgebungsparameter, wie Aussentemperatur, Luftfeuchte, barometrischer Druck und/oder Betriebsparameter der Klimatisierungseinrichtung, wie Druck und Temperatur in der Kondensatorstufe der Klimatisierungseinrichtung erfasst und derart mitberücksichtigt werden, dass sie bei der Berechnung des automatisch gesteuerten Zeitversatzes berücksichigt werden.

Hierbei werden nunmehr Sensorwerte in der schrittweisen zeitversetzten Zuschaltung der Einzelkomponenten mitberücksichtigt.

Dies erfolgt in vorteilhafter Ausgestaltung so, dass bei innerhalb der Kondensatorstufe festgestelltem erhöhten Druck und/oder erhöhter Temperatur der Zeitversatz mit der eine zweite Kompressorstufe zur ersten Kompressorstufe zugeschaltet wird, erhöht wird, bis der erhöhte Druck und/oder die erhöhte Temperatur in der Kondensatorstufe abgebaut ist. Das heisst, hier werden im Betrieb der Klimaeinrichtung die Betriebsparameter zum Schutz der Einrichtungskomponenten erheblich berücksichtigt. Da hierbei eine Klimaeinrichtung verwendet wird, die die Einzelschaltung der Komponenten einer Klimaeinrichtung bereits ermöglicht, wird durch die Einbeziehung der besagten Sensorwerte die Klimaeinrichtung nach erheblich merh nach den äußeren sowie inneren technischen Gegebenheiten geschaltet. Bei bekannten Klimaeinrichtungen würde eine Überhitzung einer Komponente zur Gesamtabschaltung führen. Im vorliegenden Fall hingegen kann dann vorrangig eine Gebläsekühlung zugeschaltet werden und sobald die Sensorwerte dies wieder zulassen schaltet sich die Klimaeinrichtung wieder nach dem aktuellen Kühlbedürfnis automatisch ein. Die Einschaltung erfolgt dabei jedoch wieder mit Zeitversatz eine Komponente nach der anderen.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass bei dem Vorliegen der Bedingungen nach Anspruch 2 und zeitgleichem Erfassen einer erhöhten Aussentemperatur und/oder erhöhter Luftfeuchte und/oder erhöhtem barometrischen Druck der Bedarf der Klimatisierung d.h. das Einschalten einer entsprechend erhöhten Kühlleistung innerhalb der Steuerung nachrangig zur Notwendigkeit des Abbaues der erhöhten Kondensatortemperatur und des erhöhten Kondensatordruckes behandelt wird.

Weiterhin ist vorteilhaft ausgestaltet, dass der Zeitversatz in der beschriebenen Weise automatisch gesteuert wird.

Auf diese Weise läuft eine komplexe Steuerung völlig selbsttätig ab.

Neben der reinen automatischen Steuerung ist es jedoch in einer Ausgestaltung auch möglich, dass über eine Anzeige und eine Eingabeschnittstelle der sensorisch ermittelte Zustand angezeigt wird, und abhängig von der Anzeige ein manueller Eingriff erfolgen kann, der sodann den besagten Zeitversatz beeinflusst.

Um die Parameter an die jeweiligen Bedürfnisse wie bspw Wüstenklima, oder Tropenklima, oder Hochgebirgsklima anpassen zu können und optimale Steuerparameter zur Verfügung zu haben, die diese Bedingungen berücksichtigen, ist weiterhin ausgestaltet, dass Steuerparametersätze, wie Temperaturen, Drücke, Feuchtewerte etc als Schwell- und Schaltwerte über Wechselspeichermedien aktualisierbar sind. Dies können Disketten oder CD-Rom, oder DVD-Laufwerke sein, oder aber auch weitere bekannte Datenträger.

Alternativ dazu können die Steuerparametersätze, wie Temperaturen, Drücke, Feuchte etc als Schwell- und Schaltwerte über ein Datennetzwerk wie bspw Internet einlesbar sein. Dies kann von nahezu jedem Ort möglich sein, wenn hierzu ein Mobilfunknetz zur Übertragung hinzugenommen wird.

Im Hinblick auf eine Klimatisierungseinrichtung besteht der Kern der Erfindung darin, dass über Aussensensoren meteorologische Umgebungsparameter, wie Aussentemperatur, Luftfeuchte und barometrischer Druck und/oder über klimatisierungseinrichtungsinterne Sensoren Betriebsparameter der Klimatisierungseinrichtung, wie Druck und Temperatur in der Kondensatorstufe der Klimatisierungseinrichtung erfassbar und innerhalb einer Auswerte- und Steuereinrichtung derart mitberücksichtigbar sind, dass sie in die Berechnung des automatisch gesteuerten Zeitversatzes eingehen.

Weiterhin ist hierzu vorteilhaft ausgestaltet, dass innerhalb der Steuer- und Auswerteeinrichtung die Sensorwerte so bewertet werden, dass die Berücksichtigung der Aussensensorwerte nachrangig zu der Berücksichtigung der Klimaeinrichtungssensorwerte behandelt werden mit entsprechendem Einfluß auf den Zeitversatz und dem Zeitpunkt einer gestuften Abschaltung oder gestuften Einschaltung der Anlage.

Alle übrigen Verfahrensmaßgaben sind gemäß der weiteren abhängigen Patentansprüche baulich zur Durchführung des Verfahrens ausgestaltet.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt in vereinfachter Weise ein Ausgestaltungsbeispiel der erfindungsgemäßen Klimatisierungseinrichtung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet. Ein zentrales Element der Einrichtung ist die Steuer- und Auswerteeinrichtung 1. Diese steuert die apparativen Komponenten der Klimatisierungseinrichtung, die aus einem sogenannten zweistufigen Twinkompressor 30, einem Verdampfer 40, einem Kondensator 50 sowie einem Lüfter 60 bestehen.

Da die einzelnen Komponenten in der beschriebenen Weise zeitversetzt nacheinander eingeschaltet werden um die Einschaltströme klein zu halten werden nunmehr auch Sensorwerte in der Steuerung des Zeitversatzes mit berücksichtigt.

Innerhalb der Steuer- und Auswerteeinheit laufen die Werte bzw Signale der Sensoren zusammen. Hierbei unterscheidet man zwischen einrichtungsinternen Sensoren, die an den Komponenten 30 bis 60 der Klimaeinrichtung angeordnet sind, und externen Sensoren die Umgebungsparameter, dh. meteorologische Werte in der beschriebenen Weise erfassen. Hierbei ist wesentlich, dass die meteorologischen Parameter nachrangig zu den internen Betriebsparametern berücksichtigt werden. Mit Berücksichtigung ist hier die Berechnung und Steuerung des Zeitversatzes gemeint die zwischen dem Zuschalten einer Klimaeinrichtungskomponente zur nächsten gewählt wird.

In der Zeichnung ist der Sensor zur Erfassung des Kompressordruckes mit 10 gekennzeichnet. Der Kompressortemperatursensor 11 liefert den aktuellen Temperaturwert im Kompressor selbst.

Der Aussentemperatursensor 12 liefert die gemessene Aussentemperatur. Über den Feuchtesensor 13 wird die wetterbedingte Luftfeuchte gemessen. Mit dem Drucksensor 14 wird der barometrische Druck ermittelt. Alle Sensorwerte finden Berücksichtigung innerhalb der Steuer- und Auswerteeinrichtung 1 in ganzheitlicher Betrachtung in der beschriebenen Weise. Hierbei wird im wesentlichen der Zeitversatz zwischen dem Zuschalten einer Klimaeinrichtungskomponente nach der anderen berechnet und optimiert.

Innerhalb einer Stellsignaleinrichtung 2 wird sodann ein Stellsignal zur Zeitversatzsteuerung als Funktion der Sensorwerte 10 bis 14 berechnet. Weiterhin wird über die Erfassung der elektrischen Energieversorgungsanschlüsse 3 für Netzanschluß und 4 für Batteriebetrieb ermittelt, welche Energieversorgung gerade aktiviert ist. Hierbei wird in dieses System die Berücksichtung und Erfassung des Energieversorgungsmodus wie in der DE 102 00 637 C1 mit hinzugenommen. Auch dieses Kriterium geht in die Berechnung des letztendlichen Zeitversatzes mit ein.

Die in der Stellsignaleinrichtung 2 ermittelten Steuerwerte werden in einer Ansteuereinrichtung 5 dann in jeweilige Steuersignale für die einzelnen Komponenten der Klimaeinrichtung umgesetzt und die entsprechenden Signale dann in der berechneten Reihenfolge und der ermittelten Leistung an den Twinkompressor 30, den Verdampfer 40 und den Kondensator 50 sowie an den Kühllüfter 60 gegeben.

Über eine Anzeigeeinrichtung 6 kann der aktuelle Betriebszustand auch angezeigt werden, und über die Eingabeschnittstelle 7 kann eine bspw angezeigte Betriebsempfehlung dann auch manuell eingegeben werden.

Auch in diesem Fall steht wieder der dauerhaft schonende Betrieb der Batterie sowie eine einschaltstromreduzierte Zuschaltung aller Komponenten der Klimaeinrichtung im Vordergrund. Nunmehr wird die Steueraufgabe allerdings um die zusätzliche Berücksichtigung der beschriebenen Parameter erweitert, was eine überaschende Steigerung der Effizienz der Klimaeinrichtung unter den gegebenen Betriebsbedingungen im Mobileinsatz zur Folge hat.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Steuerung einer Klimatisierungseinrichtung im Mobileinsatz, bei welcher in einer Einschaltphase mindestens eine Einzelkomponente zu einer anderen mit einem Zeitversatz eingeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass meteorologische Umgebungsparameter, wie Aussentemperatur, Luftfeuchte und barometrischer Druck und Betriebsparameter der Klimatisierungseinrichtung, wie Druck und Temperatur in einer Kondensatorstufe der Klimatisierungseinrichtung mittels entsprechender Sensoren (12, 13, 14) erfasst und in die Berechnung des gesteuerten Zeitversatzes zwischen der Einschaltphase einer ersten und einer zweiten Kompressorstufe eingehen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei innerhalb der Kondensatorstufe festgestelltem erhöhten Druck und/oder erhöhter Temperatur der Zeitversatz mit der eine zweite Kompressorstufe zur ersten Kompressorstufe zugeschaltet wird, erhöht wird, bis der erhöhte Druck bzw. die erhöhte Temperatur in der Kondensatorstufe abgebaut ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei zeitgleichem Erfassen einer erhöhten Aussentemperatur und/oder erhöhter Luftfeuchte und/oder erhöhtem barometrischen Druck der Bedarf der Klimatisierung d.h. das Einschalten einer entsprechend erhöhten Kühlleistung innerhalb der Steuerung nachrangig behandelt wird.
  4. Verfahren nach einem der Anprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Anzeige der sensorisch ermittelte Ist-Zustand angezeigt wird, und ein manueller Eingriff über eine Eingabeschnittstelle erfolgen kann, der den Zeitversatz beeinflusst.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Steuerparametersätze, wie Temperaturen, Drücke, Feuchtewerte als Schwell- und Schaltwerte über Wechselspeichermedien aktualisierbar sind.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Steuerparametersätze, wie Temperaturen, Drücke, Feuchte als Schwell- und Schaltwerte über ein Datennetzwerk wie bspw. Internet einlesbar sind.
  7. Klimatisierungseinrichtung im Mobileinsatz, bei welcher in einer Einschaltphase mindestens eine Einzelkomponente zu einer anderen mit einem Zeitversatz eingeschaltet wird, nach einem Verfahren gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass über Aussensensoren (12, 13, 14) meteorologische Umgebungsparameter, wie Aussentemperatur, Luftfeuchte und barometrischer Druck und über klimatisierungseinrichtungsinterne Sensoren (10, 11) Betriebsparameter der Klimatisierungseinrichtung, wie Druck und Temperatur in einer Kondensatorstufe (50) der Klimatisierungseinrichtung erfassbar und innerhalb einer Auswerte- und Steuereinrichtung (1) derart mitberücksichtigbar sind, dass sie in die Berechnung des gesteuerten Zeitversatzes zwischen der Einschaltphase einer ersten und einer zweiten Kompressorstufe eingehen.
  8. Klimatisierungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzeige (6) sowie eine Eingabeschnittstelle (7) vorgesehen sind, über welche auf der Basis der Sensorwerte technische Zustandsmeldungen angezeigt und über die Eingabeschnittstelle aktuell auf die Steuerung der Klimatisierungseinrichtung eingegriffen werden kann.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
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