DE102015214006A1

DE102015214006A1 - Verfahren zur Druckmessung

Info

Publication number: DE102015214006A1
Application number: DE102015214006.7A
Authority: DE
Inventors: Christopher Zaum
Original assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Current assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date: 2015-07-24
Filing date: 2015-07-24
Publication date: 2017-01-26
Also published as: EP3325804B1; PL3325804T3; CN114458573A; EP3325804A1; CN107923377A; WO2017016680A1

Abstract

Verfahren zur Messung des Druckes, der durch einen elektromotorisch angetriebenen Verdichter erzeugt wird, vorzugsweise durch einen elektromotorisch über ein Schubkurbelgetriebe angetriebenen Hubkolbenverdichter, wobei die von der Veränderung des Druckes am Verdichterausgang abhängige Veränderung des mittleren Motorstroms des den Verdichter antreibenden Elektromotors ermittelt und als druckproportionale Größe für den Betrieb des Verdichters einer Steuerungseinrichtung in Form einer Eingangsgröße bereitgestellt wird oder angezeigt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des Druckes, der durch einen elektromotorisch angetriebenen Verdichter erzeugt wird, vorzugsweise durch einen elektromotorisch über ein Schubkurbelgetriebe angetriebenen Hubkolbenverdichter. Weiterhin betrifft die Erfindung einen tragbaren Kleinkompressor mit einem von einem Elektromotor angetriebenen Verdichter, vorzugsweise Kleinkompressor in einer Pannenhilfevorrichtung zum Abdichten und Aufpumpen von Fahrzeugreifen, mit einer Steuerungseinrichtung bzw. einer Kontrolleinheit zur Steuerung der Pannenhilfevorrichtung.
Die genannten Verdichter werden z. B. mit oder als Teil von Vorrichtungen zum Abdichten und Aufpumpen aufblasbarer Gegenstände, insbesondere zum Abdichten und Aufpumpen von Kraftfahrzeugreifen benötigt. Solche Vorrichtungen werden „Pannenhilfevorrichtung“ oder „Pannensets“ genannt.
Diese tragbaren und leichten Vorrichtungen beinhalten die Kompressoreinheit als Druckgasquelle, weisen weiterhin einen Dichtmittelbehälter für ein in den aufblasbaren Gegenstand einfüllbares selbsttätiges Dichtmittel zum Abdichten der Reifenbeschädigung auf, eine Ventil- und Verteilereinheit für Dichtmittel und Druckgas und sind mit einer an die Druckgasquelle anschließbaren Einlassleitung und einer an den aufblasbaren Gegenstand anschließbaren Auslassleitung versehen.
Hierbei kann das Dichtmittel manuell vom Benutzer oder mithilfe des Luftkompressors appliziert werden. Die Prozedur zur Wiederherstellung der Mobilität mithilfe dieser Pannensets erfordert eine Anzahl von komplexen Tätigkeiten, die vom Benutzer des Pannensets manuell ausgeführt werden müssen. Hierzu zählen z.B. das Erkennen der Reifenpanne, die Applizierung des Dichtmittels, die Überwachung des Abdichtvorgangs mithilfe eines Manometers sowie eines Zeitnehmers, eine definierte Bewegung des Fahrzeuges zur Verteilung des Dichtmittels und die Beurteilung des Reparaturergebnisses
Die meisten Benutzer der beschriebenen Pannensets sind nicht auf eine Benutzung des entsprechenden Systems trainiert und es ist daher nicht auszuschließen, dass das System nicht wie vorgesehen bedient wird. Dadurch kann eine erfolgreiche Anwendung vereitelt und die Akzeptanz solcher Pannensets stark beeinträchtigt werden.
Aus diesem Grund muss die Bedienung dieser Systeme möglichst einfach und fehlersicher gestaltet werden. Dies erfolgt meist durch Verwendung von allgemeinverständlichen Piktogrammen, durch Sicherheitssperren sowie durch vom Benutzer zu applizierenden Warnaufklebern. Wie in der EP 2 196 305 A1 gezeigt, können hierzu auch elektronische Steuer- und Anzeigesysteme zum Einsatz kommen. Die EP 2 196 305 A1 offenbart hierzu ein Verfahren zum Betrieb eines mit einem Dichtmittel arbeitenden und einen Kompressor beinhaltenden Pannenhilfesystems, bei dem anhand eines Vergleiches einer Druckdifferenz mit einem vorgegebenen Schwellenwert das Zuschalten des Dichtmittelflusses automatisch erfolgen kann.
Gerade zum Betrieb solcher elektronischen Systeme ist eine elektronische Druckmessung am betriebenen Luftkompressor bzw. ein dem Druck proportionales elektrisches/elektronisches Signal erforderlich. Jedoch ist der Einsatz geeigneter elektronischer Drucksensoren im Vergleich zu üblicherweise verwendeten mechanischen Druckanzeigen mit einer signifikanten Kostensteigerung verbunden.
Drucksensoren sind auch regelmäßig an der Stelle des Verdichters angebracht, an dem der höchste Druck entsteht, nämlich am Verdichterausgang. Daher stellt besonders die typischerweise hohe Lufttemperatur am Verdichterausgang/Kompressorausgang besondere Anforderungen an den benötigten Drucksensor. Aufgrund der entsprechenden Anpassung der Drucksensoren an hohe Temperaturen entstehen natürlich auch erhöhte Produktionskosten, die wiederum dazu führen, dass elektronisch unterstützte Pannensets bisher wenig eingesetzt werden.
Für die Erfindung bestand daher die Aufgabe, ein kostengünstiges Verfahren bereitzustellen zur Druckmessung für ein elektronisch unterstütztes Pannenset und dabei gleichermaßen Gebrauchsdauer und Zuverlässigkeit eines entsprechend ausgerüsteten Kleinkompressors zu erhöhen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart.
Dabei wird die von der Veränderung des Druckes am Verdichterausgang abhängige Veränderung des mittleren Motorstroms des den Verdichter antreibenden Elektromotors ermittelt und als druckproportionale Größe für den Betrieb des Verdichters einer Steuerungseinrichtung in Form einer Eingangsgröße bereitgestellt oder mit Hilfe z. B. einer Benutzerschnittstelle angezeigt. Die Messung bzw. Ermittlung des mittleren Motorstroms nach dem erfindungsgemäßen Verfahren benötigt somit keinen separaten Drucksensor. Im Vergleich mit einem elektronischen Drucksensor ist dieses Verfahren kostengünstiger und aus produktionstechnischer Sicht viel einfacher zu integrieren. Insbesondere die thermische Belastung für einen Druckzahlsensor ist kein Kriterium mehr.
Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass der mittlere Motorstrom des den Verdichter antreibenden Elektromotors über einen Shunt-Widerstand an einer vorzugsweise elektronischen Motor-Steuerungseinheit (Motor-Treiber) des antreibenden Elektromotors ermittelt wird. Eine thermische Belastung spielt dabei gar keine Rolle und ein solcher Shunt-Widerstand kann ohne weiteres montiert werden, nämlich ohne dass Konstruktionsänderungen an den übrigen Bauteilen nötig werden. Der Shunt-Widerstand als „Stromsensor“ kann somit direkt in den Schaltkreis der Motor-Steuerungseinheit integriert werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die von der Veränderung des Druckes am Verdichterausgang abhängige Veränderung des mittleren Motorstroms des den Verdichter antreibenden Elektromotors ermittelt und als druckproportionale maßgebliche und wesentliche Eingangsgröße einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung des Verdichters oder einer einen Verdichter beinhaltenden Einrichtung zur Verfügung gestellt wird, ggf. als einzige Führungsgröße. Damit ist es möglich, direkt und abhängig von der Korrelation zwischen Motorstrom und Ausgangsdruck des Verdichters eine Steuerungseinrichtung zu betreiben, wobei keine weiteren Sensoren benötigt werden.
Dabei wird ausgenutzt, dass der mittlere Strom des den Verdichter antreibenden Elektromotors in einer quadratischen Abhängigkeit zu dem am Verdichterausgang anliegenden Gegendruck steht. Über eine vorab bestimmte quadratische Umrechnungsfunktion oder Wertetabelle ist eine Berechnung des Gegendrucks mit einer für die Anwendung hinreichenden Genauigkeit möglich. Für verschiedene Betriebszustände (Spannung, Temperatur) müssen je nach geforderter Genauigkeit verschiedene Umrechnungsfunktionen eingesetzt werden
Aufgrund seiner einfachen und kostengünstigen Bereitstellung der relevanten Eingangsgröße eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders zur Anwendung bei einem tragbaren Kleinkompressor mit einem von einem Elektromotor angetriebenen Verdichter, vorzugsweise bei einem Kleinkompressor in einer Pannenhilfevorrichtung zum Abdichten und Aufpumpen von Fahrzeugreifen, mit einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung des Kleinkompressors und/oder der Pannenhilfevorrichtung, wobei eines der Eingangssignale der Steuerung der durch den Verdichter erzeugte ausgangsseitige Druck ist, der verfahrensgemäß über den Motorstrom ermittelt wird.
Vorteilhafterweise ist ein solcher Kleinkompressor so ausgebildet, dass er einen elektromotorisch über ein Schubkurbelgetriebe angetriebenen Hubkolbenverdichter aufweist und dass die Steuerungseinrichtung mit einer Motor-Steuerungseinheit für den antreibenden Elektromotor und /oder einer Benutzerschnittstelle kommunizierend verbindbar ist, wobei ein zur Ermittlung des mittleren Motorstrom des Elektromotors geeigneter Shunt-Widerstand an der elektronischen Motor-Steuerungseinheit vorgesehen ist und der durch den Shunt-Widerstand ermittelte mittlere Motorstrom als Eingangsgröße von der Steuerungseinrichtung verarbeitbar ist. Bei einer solchen Erfassung des mittleren Motorstroms ist keinerlei Drucksensor erforderlich, wobei trotzdem und durch die Korrelation zwischen Druck am Verdichterausgang und Motorstrom der Druck die maßgebende Größe darstellt.
Weiterhin kann die erfolgte Druckmessung über den mittleren Motorstrom vorteilhafterweise auch zur Maximaldruckbegrenzung durch eine Kontrolleinheit genutzt werden. Eine zusätzliche mechanische Druckbegrenzung ist dann nicht mehr erforderlich. Bei solch einer Verwendung, beispielsweise zur Maximaldruckbegrenzung eines Kleinkompressors in einer Pannenhilfevorrichtung, wird dann etwa abhängig von einem für unterschiedliche Reifentypen voreingestellten und für einen Maximaldruck repräsentative Schwellenwert für den mittleren Motorstrom des den Verdichter antreibenden Elektromotors der Kleinkompressor über seine Steuerungseinrichtung abgeschaltet.
Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
1 den schematisch den Aufbau eines Kleinkompressors in einer elektronisch unterstützten Pannenhilfevorrichtung,
2 eine typische Kurve zur Darstellung der Abhängigkeit des mittleren Motorstroms von Gegendruck am Kompressorausgang,
1 zeigt schematisch den Aufbau eines Kleinkompressors 1 in einer elektronisch unterstützten Pannenhilfevorrichtung mit einem von einem Elektromotor 2 angetriebenen Hubkolbenverdichter 3 zum Abdichten und Aufpumpen von hier nicht näher dargestellten Fahrzeugreifen. Vorgesehen ist hier außerdem eine Steuerungseinrichtung 4 (MCU = Motor Control Unit) zur Steuerung der Pannenhilfevorrichtung bzw. des Kleinkompressors.
Die Steuerungseinrichtung 4 steuert über einen Motor-Steuerungseinheit 5 (MD = Motor Drive) die Funktion des Luftkompressors/Kleinkompressors 1, je nach Anforderung des Benutzers auch über die Benutzerschnittstelle 6 (UI = User Interface), also z.B. über ein Schaltpult, eine das Eingangssignal in eine Druckanzeige umwandelnde Einrichtung, ein Bedienpanel oder eine Applikation (App) auf einem Smartphone.
Zum Betrieb der Steuerungseinrichtung 4 ist eine elektronische „Druckmessung“ vorgesehen, die in der hier angewandten erfindungsgemäßen Ausführung des Verfahrens durch die Auswertung der Daten eines Stromsensors in Form eines im Schaltkreis der Motor-Steuerungseinheit 5 integrierten, hier nicht näher dargestellten Shunt-Widerstands erfolgt. Die Verarbeitung des mithilfe des Shunt-Widerstands ermittelten mittleren Motorstroms und die über Algorithmen errechnete Korrelation zum Druck auf der Ausgangsseite des Hubkolbenverdichters erfolgt in der Steuerungseinrichtung 4.
Hierzu wird ausgenutzt, dass der mittlere Strom des den Verdichter antreibenden Elektromotors in einer quadratischen Abhängigkeit zu dem am Verdichterausgang anliegenden Gegendruck steht. Über eine vorab bestimmte Umrechnungsfunktion oder über eine Wertetabelle ist eine Berechnung des Gegendrucks mit einer für die Anwendung hinreichenden Genauigkeit möglich.
Für verschiedene Betriebszustände (Spannung, Temperatur) müssen je nach geforderter Genauigkeit verschiedene Umrechnungsfunktionen eingesetzt werden. Eine typische Kurve zur Darstellung der Abhängigkeit des mittleren Motorstroms von Gegendruck am Verdichterausgang zeigt 2. Die dort dargestellten Messwerte entsprechen in guter Genauigkeit einer in der angenäherten eingefügten Kurve dargestellten quadratisch-funktionalen Abhängigkeit.
Bezugszeichenliste

1: Kleinkompressor
2: Elektromotor
3: Hubkolbenverdichter
4: Kontroll- oder Steuerungseinrichtung / Kontolleinheit
5: Motor-Steuerungseinheit / Motortreiber
6: Benutzerschnittstelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2196305 A1 [0006, 0006]

Claims

Verfahren zur Messung des Druckes, der durch einen elektromotorisch angetriebenen Verdichter erzeugt wird, vorzugsweise durch einen elektromotorisch über ein Schubkurbelgetriebe angetriebenen Hubkolbenverdichter (3), dadurch gekennzeichnet, dass die von der Veränderung des Druckes am Verdichterausgang abhängige Veränderung des mittleren Motorstroms des den Verdichter antreibenden Elektromotors (2) ermittelt und als druckproportionale Größe für den Betrieb des Verdichters einer Steuerungseinrichtung (4) in Form einer Eingangsgröße bereitgestellt wird oder angezeigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der mittlere Motorstrom des den Verdichter antreibenden Elektromotors (2) über einen Shunt-Widerstand an einer vorzugsweise elektronischen Motor-Steuerungseinheit (5) des antreibenden Elektromotors ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die von der Veränderung des Druckes am Verdichterausgang abhängige Veränderung des mittleren Motorstroms des den Verdichter antreibenden Elektromotors ermittelt und als druckproportionale Eingangsgröße einer Steuerungseinrichtung (4) zur Steuerung des Verdichters (3) zur Verfügung gestellt wird.
Tragbarer Kleinkompressor (1) mit einem von einem Elektromotor (2) angetriebenen Verdichter (3), vorzugsweise Kleinkompressor in einer Pannenhilfevorrichtung zum Abdichten und Aufpumpen von Fahrzeugreifen, mit einer Steuerungseinrichtung (4) zur Steuerung des Kleinkompressors und/oder der Pannenhilfevorrichtung, wobei eines der Eingangssignale der Steuerung der durch den Verdichter (3) erzeugte ausgangsseitige Druck ist, und zur Messung des Druckes ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 verwendet wird.
Kleinkompressor nach Anspruch 4, der mindestens einen elektromotorisch über ein Schubkurbelgetriebe angetriebenen Hubkolbenverdichter (3) aufweist und bei dem die Steuerungseinrichtung (4) mit einer Motor-Steuerungseinheit (5) für den antreibenden Elektromotor und /oder einer Benutzerschnittstelle (6) kommunizierend verbindbar ist, wobei ein zur Ermittlung des mittleren Motorstrom des Elektromotors geeigneter Shunt-Widerstand an der elektronischen Motor-Steuerungseinheit (5) vorgesehen ist und der durch den Shunt-Widerstand ermittelte mittlere Motorstrom als Eingangsgröße von der Steuerungseinrichtung (4) verarbeitbar ist.
Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3 zur Maximaldruckbegrenzung eines Kleinkompressors in einer Pannenhilfevorrichtung, wobei abhängig von einem für unterschiedliche Reifentypen voreingestellten und für einen Maximaldruck repräsentative Schwellenwert für den mittleren Motorstrom des den Verdichter antreibenden Elektromotors der Kleinkompressor über seine Steuerungseinrichtung abgeschaltet wird.