DE3921834A1

DE3921834A1 - Windpendelschalter

Info

Publication number: DE3921834A1
Application number: DE19893921834
Authority: DE
Inventors: Manfred Koderer
Original assignee: MAKO GES fur LUEFTUNGS KLIMA
Current assignee: MAKO GES fur LUEFTUNGS KLIMA
Priority date: 1989-07-03
Filing date: 1989-07-03
Publication date: 1991-01-10
Anticipated expiration: 2009-07-04
Also published as: DE3921834C2

Description

Übersicht
Abs.
Überschrift
1.0
Allgemeine Beschreibung
2.0	Notwendigkeit der Erfindung
3.0	Mängel bisheriger Konstruktionen
4.0	Logische Abwicklung
5.0	Praktische Vorgaben der Erfindung
6.0	Erfüllung der Vorgaben
7.0	Messungen im Windkanal
8.0	Elektrische Ausführung
9.0	Beispiel Windfahnenschalter
10.0	Beispiel Flügelradaneometer
11.0	Beispiel Hitzdrahtaneometer
12.0	Zusammenfassung
13.0	Fig. 1 Windpendelschalter
14.0	Fig. 2 Schaltbild
15.0	Fig. 3 Windfahnenschalter
16.0	Fig. 4 Flügelradaneometer
17.0	Fig. 5 Hitzdrahtaneometer
18.0	Quellenhinweise

mit * gekennzeichnete Stellen sind im Quellenverzeichnis aufgeführt

1.0 Allgemeine Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Erkennung von unterschiedlichen Windstärken, Konstruktion, Aufbau sowie Werkstoffe wurden so gewählt, daß hohe Betriebszeiten wartungsfrei erreicht werden.

2.0 Notwendigkeit der Erfindung

*1: Auf dem Markt werden unterschiedliche Systeme zur Winderkennung angeboten. Diese Winderkennungssysteme {Flügelradaneometer (siehe Seite Abs. 10.0), Windfahnenschalter (siehe Seite Abs. 9.0), usw.} werden im Freien an windzugänglicher Stelle montiert und sollen Antriebe wie Markisen, Dachflügel, Oberlichtfenster, usw., vor zu starken Windbeanspruchungen schützen.

Vor allen Dingen hat sich im Bereich der äußeren Beschattungen auf dem Markt der Windflügelaneometer durchgesetzt, wobei dieses Bauteil weit über die tatsächlichen Anforderungen nicht bei einer gewissen Windstärke schaltet, sondern über eine Drehwelle/Generator eine Spannung erzeugt, die proportional der Windstärke sein soll.

3.0 Mängel bisheriger Konstruktionen

*2: Der Windfahnenschalter oder das Flügelradaneometer stehen - im Freien montiert - unter ständigen Einflüssen der Witterung.

Versuche mit mechanisch passiven Sensoren wie Regenwächter haben starke Belastungen des Sensors aufgrund der Luftverschmutzungen gezeigt, die trotz vergoldeter Sensoroberfläche zu frühzeitigen Ausfällen der Bauteile führen.

Mechanisch aktiv arbeitende Sensoren wie Windwächter nach dem Flügelradaneometerprinzip sind daher noch extremer von äußeren Bedingungen abhängig.

4.0 Logische Abwicklung

Bei den bisher verwendeten Sensoren zur Windmessung bleibt neben dem kritischen Aufbau auch eine Überlegung von grundlegender Bedeutung im Hintergrund.

Um Systeme wie Beschattungen, Dachflügel und Oberlichter gegen übermäßige Windbelastung zu schützen, ist es nicht nötig die Windgeschwindigkeit zu messen, wie es zumindest bei Flügelradaneometersystemen realisiert wurde, sondern es ist nur erforderlich bei einer ganz bestimmten Windstärke einen elektrischen Kontakt zu betätigen.

Insofern werden von Flügelradaneometern Informationen (stetiges proportionales Ausgangssignal zur Windstärke) geliefert, die zumindest zum Schutz der Antriebe wie Markisen, Dachflügel und Oberlichter, überhaupt nicht benötigt werden.

5.0 Praktische Vorgaben der Erfindung

Somit wurde die Erfindung aus dieser Überlegung nach folgenden Vorgaben aufgebaut:

Gefordert sind:

- Mechanisch einfacher Aufbau
- Robuster Aufbau
- Kein Windmesser sondern ein Windschalter.
- Der Windschalter sollte nach praktischen Anforderungen einstellbar auf unterschiedliche Windstärken sein.
- Windrichtungsunabhängig.
- Material und Aufbau sicher gegen Kondensat.
- Elektronik - geschützt.

6.0 Erfüllung der Vorgaben Mechanisch einfacher Aufbau

In einem Rohr wird über eine Sehne ein Pendel abgehängt. Je nach Windstärke wird dieser Pendel ausgelenkt und berührt im Inneren des Rohres einen verstellbaren Schaltkranz.

Dieser Aufbau ist mechanisch einfach und minimiert die mechanischen Anteile des Sensors. Die Anfälligkeit gegenüber äußeren Bedingungen wird somit auf ein geringes Maß reduziert.

Robuster Aufbau

Als Gehäuse wurde hochwertiges V2-Material gewählt. Schaltteile wie Schaltsehne und Schaltkranz wurden zusätzlich vergoldet. Die Elektronik wurde im oberen Teil des Rohres in Harz eingegossen. Die Wandhalter wurden sehr stabil und einstellbar gewählt.

Durch die Wahl des Werkstoffes V2 werden Oxidationen des Baukörpers weitgehend ausgeschlossen. Der Meßpendel liegt in ganzer Länge im Freien, so daß Kondensationen aufgrund Temperaturgefälle ausgeschlossen sind.

Kein Windmesser sondern ein Windschalter

Vom Aufbau liegt somit ein Windschalter und kein Windmesser vor. Unnötige Informationen die kompliziert elektronisch verarbeitet werden müssen und ebenfalls zu Fehlerquellen führen können, treten nicht auf.

Der Windschalter sollte nach praktischen Anforderungen einstellbar auf unterschiedliche Windstärken sein.

Der Schaltkranz kann über ein Gewinde nach oben und unten verändert werden. Einstellung nach oben bedeutet, daß der Pendelwindschalter bei 10 m/s auslöst und Einstellung nach unten bedeutet, daß bereits bei 5 m/s ausgelöst wird.

Windrichtungsunabhängig

Der eigentliche Pendel wurde als Rundstab gefertigt.

Versuche mit Kugeln ergaben, daß hierdurch keinerlei Vorteile zu erkennen waren, jedoch der Nachteil der komplizierten mechanischen Befestigung der Kugel auftrat. Bereits mit einem Rundstab wurde erreicht, daß der Pendelwindschalter völlig windunabhängig arbeitete.

Material und Aufbau sicher gegen Kondensat

Der eigentliche Pendel ist vollkommen im Freien montiert. Kondensaterscheinungen durch Temperaturdifferenz wurden ausgeschlossen.

Elektronik geschützt

Die Elektronik wurde in Harz im oberen Teil des Rohres eingegossen. Die Bauteile der Elektronik wurden so bestimmt, daß mögliche Eigenerwärmungen gering gehalten wurden. Zusätzlich wurde die Grundplatte der Elektronik aus Kunststoff gefertigt, so daß auch von dieser Stelle Temperaturerwärmungen zum Bereich des Pendels ausgeschlossen wurden. Soweit dennoch Erwärmungen auftraten, wurden diese über den oberen Teil des Rohres abgeführt.

7.0 Messungen im Windkanal

Nachdem ein Prototyp des Windpendelschalters aufgebaut war, wurde in einem Windkanal, der in der Lage war Windgeschwindigkeiten von 1-10 m/s zu erzeugen, der Windpendelschalter praktisch nachgemessen.

Hierbei stellt sich heraus, daß die Schaltgeschwindigkeiten mit dem Schaltkranz sehr genau einstellbar waren.

Es wurde vor allem gemessen, wie sich der Windpendelschalter gegenüber periodisch auftretenden Windstärken verhält. Dazu wurde der Schaltkranz auf eine Auslösung von 10 m/s gestellt und mit einer Windgeschwindigkeit von 5 m/s versucht durch periodisches Ein- und Ausschalten des Luftkanales eine Auslösung herbeizuführen.

Nach diesem Meßverfahren wurde die Pendelform, die Pendelmasse und die Biegsamkeit der Pendelsehne bestimmt.

8.0 Elektrische Ausführung

Die Elektronik wurde so bestimmt, daß die Versorgung mit einer Schutzkleinspannung 24 V DC (Volt Gleichspannung) ausgelegt wurde um jegliche Gefahren gegen Berührungen von Menschen (auch Tieren z. B. Vögel) auszuschließen.

Weiterhin wurde intern eine Zeitverzögerung von:

t1 = 3 sec abfallverzögert
t2 = 10 min abfallverzögert

realisiert. Somit ist dieser Windpendelschalter in der Lage einen Kurzimpuls mit einer Abfallverzögerung von t1 = 3s zum Beispiel für Steuerungen zu liefern.

Auch ein 10 Minuten abfallverzögertes Signal wurde vorgesehen um zum Beispiel nach Erkennung einer Windstärke das Wiederausfahren von Markisen, Fensterflügeln und Oberlichtern zu verhindern.

Da die Elektronik vergossen wurde, sind diese Funktionen direkt über das Anschlußkabel zugänglich.

Siehe Fig. 2.

9.0 Windfahnenschalter

*3: Beispiel eines auf dem Markt angebotenen Windfahnenrelais.

Einsatzbereiche:
Erkennung von zu hohen/geringen Luftgeschwindigkeiten in Luftkanälen.
Stark richtungsorientiert. Für Luftgeschwindigkeitsmessungen aus unterschiedlichen Luftrichtungen nicht anwendbar.

Siehe Fig. 3.

10.0 Flügelradaneometer

*4: Einsatzbereiche:
Stetige Messung von Luftgeschwindigkeiten aus unterschiedlichen Richtungen.
Horizontal - richtungsneutral, jedoch stark anfällig gegen äußere Einflüsse wie: - Vereisung, Verschmutzung usw.
Wartungsunfreundlich, Meßabweichungen sind nur mit aufwendigen Methoden im Windkanal nachweisbar.

Siehe Fig. 4.

11.0 Beispiel Hitzdrahtaneometer

*2: Der Erfinder selbst hat ausführliche Untersuchungen mit Hitzdrahtaneometern unternommen, die eigentlich alle Vorgaben erfüllten. In der Praxis hat sich jedoch eine Ausfallquote von über 75% nach einem Jahr gezeigt. 18 Stück Hitzdrahtaneometer lagen im praktischen Versuch.

Dies liegt ausschließlich an der hohen Sensibilität des Sensors und der Elektronik, so daß ausgesagt werden konnte, daß mit den heute auf dem Markt befindlichen Sensoren aus Qualitäts- und Kostengründen die Problemstellung so nicht gelöst werden kann.

Große Probleme traten bei der Temperaturkompensierung des Bauteils auf. Herkömmliche auf dem Markt angebotene Hitzdrahtaneometer werden für den Bau von Meßgeräten verwendet und sind daher nur in einem geringen Spektrum temperaturkompensiert. Ein Einsatz im Freien kann nur mit speziellen Sensoren vorgenommen werden, die im Aufbau und Preis aufwendig sind.

Siehe Fig. 5.

13.0 Quellenhinweise

*1 Fachzeitschrift Glas und Rahmen Nr.: 14/88 Karl Hofmann Verlag Schorndorf
*2 Firma MAKO GmbH, Schriesheim
*3 Kälte Fischer, Schwetzingen
Katalog 16/83, Seite 287
*4 SOMFY, Tübingen
Aus Prospektmaterial

Auszüge aus diesen Quellen werden beigelegt.

Claims

1. Windpendelschalter, vorzugsweise zur Überwachung von Windbelastungen auf äußere Beschattungen, Dachfenster Oberlichtfenster, usw.,
dadurch gekennzeichnet, daß windrichtungs unabhängig mit einem Pendel oder Kugel die Windbewegung erfaßt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Schaltkranz der Schaltpunkt der Windgeschwindigkeit mit einem Schaltkranz stufenlos eingestellt werden kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Schaltelement geschützt im Freien montiert wird und somit Kondensatwasserbildung ausgeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über seitlich montierte Halter horizontale und vertikale Abgleichungen an dem Montageort möglich sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorrichtung eine elektrische Baugruppe eingebaut ist, mit welcher die Schaltinformationen verarbeitet werden können.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Baugruppe vergossen - und somit geschützt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gehäusewerkstoff V2-Material verwendet worden ist und die Vorrichtung gegen Korrosion schützt.