DC-Lüfter mit elektronisch kommutiertem Außenläufermotor sind bereits bekannt. Um die Drehzahl eines derartigen DC-Lüfters überwachen und steuern zu können, bedarf es einer speziellen Ausgestaltung des Lüfters. Da nicht alle Hersteller derartige Lüftertypen fertigen, sind derartige Lüftertypen am Markt sehr teuer. Weiterhin ist eine Anpassung der Ansteuer-und Überwachungsschnittstelle eines derartigen Lüfters an spe- zielle, am Einsatzort vorliegende Gegebenheiten nicht ohne größeren zusätzlichen Aufwand möglich.

Zur Drehzahlüberwachung und Steuerung bieten bestimmte Her- steller Speziallüfter an, deren Drehzahlsteuereingang und Überwachungsausgang vom Hersteller bei der Fertigung imple- mentiert werden. Nachteile einer derartigen Lösung bestehen im hohen Preis und einem festen, vom Anwender nur mit zusätz- lichem Aufwand veränderbaren Drehzahlsteuerbereich. Weiterhin besteht bei dieser Lösung die Überwachungsfunktion oft nur in der Ausgabe eines Blockiersignals oder der Ausgabe drehzahl- proportionaler Rechtecksignale. Ferner erfolgt bei derartigen Lüftern bei der Überwachung der Grenzdrehzahl keine Anpassung an den Drehzahlsollwert.

Weiterhin ist es bereits bekannt, eine Drehzahlbeeinflussung über die Lüfterspannung mit speziellen Ansteuerschaltkreisen durchzuführen. Derartige spezielle Ansteuerschaltkreise wer- den beispielsweise von der Firma Maxim unter den Bezeichnun- gen MAX 6650 und MAX 6651 angeboten. Es hat sich gezeigt, dass bei einer derartigen Lösung bei niedrigen Drehzahlen im Ansteuertransistor eine hohe Verlustleistung auftritt. Wei- terhin verringert sich bei dieser Lösung das Drehmoment pro-

portional mit der Drehzahl. Ferner sind die bekannten Ansteu- erschaltkreise nur bei Lüftertypen mit großem Eingangsspan- nungsbereich einsetzbar. Lüfterdrehzahlen, die kleiner sind als die halbe Nenndrehzahl, sind bei Verwendung der genannten Ansteuerschaltkreise nicht möglich.

Ferner ist es bereits bekannt, eine Drehzahlbeeinflussung mittels spezieller Ansteuerschaltkreise unter Verwendung ei- ner asynchronen Pulsbreitenmodulation zur Lüfterdrehzahl zu realisieren. Derartige Ansteuerschaltkreise werden von den Firmen Maxim unter der Bezeichnung MAX 1669, Micrel unter der Bezeichnung MIC 502 und TelCom unter den Bezeichnungen TX 642, TC 643, TC 646 und TC 649 angeboten. Bei diesen Ansteu- erschaltkreisen wird bei konstanter Periodendauer das Tast- verhältnis verändert, um die Drehzahl des Lüfters zu beein- flussen. Nachteile dieser Ansteuerschaltkreise bestehen dar- in, dass sie nicht für alle Lüftertypen einsetzbar sind. Wei- terhin kommt es bei Verwendung derartiger Ansteuerschaltkrei- se zu Drehzahlsprüngen innerhalb des Drehzahlstellbereiches.

Ferner ist keine Grenzdrehzahlüberwachung, sondern lediglich eine Blockierüberwachung möglich. Bei Lüfterdrehzahlen, die kleiner sind als die halbe Nenndrehzahl, kommt es zu einem unruhigen Lüfterlauf. In Störfällen bleibt das Drehmoment un- verändert, wenn nicht Regelmechanismen aktiv werden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Drehzahlregelung von DC-Lüftern anzugeben, die die vorstehend genannten Nachteile nicht aufweisen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 und eine Vorrichtung mit den im Anspruch 8 angegebenen Merk- malen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildun- gen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung ermöglicht eine Drehzahlüberwachung und-beein- flussung von DC-Lüftern mit elektronisch kommutiertem Außen-

läufermotor unabhängig vom Lüfterhersteller. Nachteile wie hohe Verlustleistung bei niedrigen Drehzahlen und ein Auftre- ten von Drehzahlsprüngen innerhalb des Drehzahlstellbereiches werden vermieden. Weiterhin sind Lüfterdrehzahlen, die klei- ner sind als die halbe Nenndrehzahl, möglich, ohne dass eine Beeinträchtigung des Lüfterlaufes auftritt.

Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich anhand deren beispielhafter Erläuterung mittels der FIGen. Es zeigt FIG 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß der Er- findung, FIG 2 Zeitdiagramme der Mess-Spannung Umeß gemäß FIG 1 und FIG 3 ein Diagramm, welches für verschiedene Lüftertypen den Verlauf der Drehzahl in Abhängigkeit von der Aus- schaltzeit zeigt.

Die FIG 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß der Erfindung. Diese Vorrichtung weist einen DC-Lüfter 1 mit einem elektronisch kommutierten Motor auf, der im Betrieb auf das Auftreten von Fehlern überwacht werden soll. Weiterhin soll der Motor gesteuert und bezüglich einer Drehzahl gere- gelt werden.

Der Lüfter mit dem Motor, dessen Polzahl pz beispielsweise gleich 4 ist, ist zwischen einen eine positive Versorgungs- gleichspannung V+ liefernden Versorgungsspannungsanschluss 2 und den Kollektor eines npn-Transistors 3 geschaltet. Der Emitter des Transistors 3 ist über den Messwiderstand 4, über welchen eine Messspannung Umeß abfällt, mit Masse 5 verbun- den. Dem Basisanschluss des Transistors 3 wird als Ansteuer- signal das Ausgangssignal eines Speichers 7 zugeführt.

Der masseferne Anschluss des Messwiderstandes 4 ist an einen Flankendetektor 6 angeschlossen. Dessen Ausgangssignal ist mit dem Setzeingang des Speichers 7 verbunden. Weiterhin wird das Ausgangssignal des Flankendetektors 6 als Ladesignal auch den Ladeeingängen eines Timers 10 und eines Registers 11 zu- geführt.

Der Timer 10 weist weiterhin einen Eingang für ein Taktsignal CLK, einen ersten, mit dem Register 11 verbundenen Ausgang sowie einen zweiten, mit dem Rücksetzeingang des Speichers 7 verbundenen Ausgang auf.

Das Ausgangssignal des Registers 11 ist an einen Summierer 12 geführt. Diesem wird als weiteres Eingangssignal ein im Steu- erwerk 9 erzeugtes Signal, das dem Ausschaltzeitintervall ASZ entspricht, zugeführt. Ein Ausgang des Summierers 12, an wel- chem ein Drehzahlistwertsignal DZTW vorliegt, ist mit einem Fehlerdetektor 13 verbunden. Weiterhin steht der Summierer 12 über eine Leitung in Verbindung mit dem Steuerwerk 9, um die- sem den ermittelten Drehzahlistwert DZIW zuzuführen.

Der Fehlerdetektor 13 erhält als weiteres Eingangssignal ein im Steuerwerk 9 ermitteltes, der Solldrehzahl SDZ entspre- chendes Signal zugeführt und stellt an seinem Ausgang ein Fehlersignal F zur Verfügung, welches dem Bus 15 zugeleitet wird.

Weiterhin weist die in der FIG 1 gezeigte Vorrichtung einen Temperaturfühler 8 auf, mittels welchem die Temperatur des zu kühlenden Betriebsmittels erfasst wird. Das Ausgangssignal 8I des Temperaturfühlers wird als Temperatur-Istwertsignal dem Steuerwerk 9 zugeführt. Weiteren Eingängen des Steuerwerks 9 werden über Eingabemittel 16 ein Nenndrehzahlsignal Nnenn, ein Sleepmode-Signal S1, ein Starttemperatursignal bS, ein Endtemperatursignal 8E und ein Signal pz zugeführt, welches Auskunft über die Polzahl des Lüftermotors gibt. Bei den Ein- gabemitteln 16 kann es sich um einen Speicher und/oder um ei-

ne Eingabetastatur und/oder um eine serielle Schnittstelle handeln.

Das Steuerwerk 9 berechnet neben dem bereits genannten Aus- schaltzeitintervall ASZ und der Solldrehzahl SDZ weiterhin auch ein Übertemperatursignal Ut und berechnet unter Verwen- dung des Drehzahlistwertes DZIW und der Polzahl pz des Motors die Ist-Drehzahl n des Motors. Das Übertemperatursignal Üt und die Ist-Drehzahl n werden dem Datenbus 15 zugeführt. Die Information über das Ausschaltzeitintervall ASZ wird auch an den Timer 10 geleitet.

Der Datenbus 15 ist mit einer Schnittstelle 14 verbunden, ü- ber welche von einer Zentrale Informationen über den Istzu- stand des Lüfters abgefragt werden können.

Die gezeigte Vorrichtung arbeitet wie folgt : Über den Ausgang des Speichers 7 wird die Basis des Transi- stors 3 mit Impulsen angesteuert, die der Einschaltzeit ent- sprechen. Dadurch wird die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 3 leitend, wodurch ein Stromfluss im Lüfter 1 er- möglicht wird, welcher ausgehend von der Gleichspannungsquel- le V+ über den Lüfter, die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 3 und den Messwiderstand 4 nach Masse verläuft.

Dabei fällt über dem Messwiderstand 4 eine Messspannung Umess ab, die auch Auskunft über den Lüfterstrom gibt. Die in der FIG 2 gezeigten Kurvenverläufe zeigen den grundsätzlichen Verlauf des Lüfterstromes. Dabei sind in der oberen Darstel- lung der Lüfterstrom beim Vorliegen der Nenn-Drehzahl und in der unteren Darstellung der Lüfterstrom bei einem Abweichen von der Nenn-Drehzahl veranschaulicht.

Bei dem Lüfter 1 handelt es sich-wie bereits oben erwähnt wurde-um einen DC-Lüfter mit elektronisch kommutiertem Mo- tor. Die Polzahl des Motors ist beispielsweise gleich 4, so dass während einer Umdrehung des Motors vier Kommutierungsim-

pulse erzeugt bzw. vier Kommutierungsschritte vollzogen wer- den.

Aus der unteren Darstellung ist ersichtlich, dass ein Kommu- tierungszeitintervall in ein Einschaltzeitintervall ESZ und ein Ausschaltzeitintervall ASZ unterteilt ist, wobei die Sum- me aus Einschaltzeitintervall und Ausschaltzeitintervall ei- ner Periodendauer T, d. h. einem Kommutierungsschritt, ent- spricht : T = ESZ + ASZ.

Die Dauer eines Kommutierungszeitintervalles ist in Abhängig- keit von der gemessenen Isttemperatur des zu kühlenden Be- triebsmittels und/oder von erfassten Störsignalen veränder- bar. Dabei wird die Dauer des Ausschaltzeitintervalles verän- dert. Erfasste Störgrößen des Lüfters sind beispielsweise auftretende Reibung und der Luftwiderstand, wobei diese Stör- größen über die Soll-Istwert-Differenz erfasst werden können.

Aus der unteren Darstellung von FIG 2 ergibt sich weiterhin, dass die Ausschaltzeitintervalle mit den Kommutierungsschrit- ten synchronisiert sind. Der Beginn eines Ausschaltzeitinter- valles schließt sich unmittelbar an eine abfallende Flanke des Lüfterstromes an.

Diese abfallenden Flanken werden mittels des Flankendetektors detektiert. Dabei entsteht am Ausgang des Flankendetektors 6 ein Impuls, der das Speicherelement setzt und dadurch eine Unterbrechung der Ansteuerung des Lüfters und damit des Lüf- terstromes für die Zeitdauer ASZ in die Wege leitet.

Gleichzeitig wird der Timerwert ESZ, der dem Einschaltzeitin- tervall entspricht, in das Register 11 übernommen und der Ti- mer 10 vom Steuerwerk 9 mit der Ausschaltzeit ASZ geladen.

Ist dies geschehen, dann erfolgt durch den Takt CLK ein Her- unterzählen des Timers 10 bis auf den Wert Null. Ist dieser

Wert erreicht, dann wird am Ausgang des Timers 10 ein Rück- setzsignal erzeugt und dem Rücksetzeingang des Speichers 7 zugeführt. Durch dessen Ausgangssignal wird der Transistor 3 wieder durchgeschaltet, wodurch der Lüftermotor bis zum Auf- treten der nächsten abfallenden Flanke des Lüfterstromsignals wieder mit Spannung versorgt wird. Dieser Vorgang wiederholt sich dann periodisch entsprechend der Lüfterstromimpulse.

Das Ausgangssignal des Registers 11, welches das Einschalt- zeitintervall ESZ charakterisiert, und das Ausgangssignal ASZ des Steuerwerkes 9, welches das Ausschaltzeitintervall cha- rakterisiert, werden dem Summierer 12 zugeführt und dort zur Ermittlung des Drehzahlistwertes addiert : DZIW = ESZ + ASZ.

Der ermittelte Drehzahlistwert DZIW wird dem Steuerwerk 9 zu- geführt. Dieses ermittelt dann unter Berücksichtigung der Polzahl des Lüftermotors die Ist-Drehzahl n des Motors gemäß folgender Beziehung : n = 60/(DZIW * pz).

Diese Ist-Drehzahl n wird vom Steuerwerk 9 dem Bus 15 zuge- führt und kann über diesen und die Schnittstelle 14 einer ex- ternen Zentrale zugeleitet werden.

Um eine Fehlerdetektion zu ermöglichen, berechnet das Steuer- werk 9 unter Berücksichtigung des vom Temperaturfühler 8 er- fassten Temperaturistwertes SI und eines vorgegebenen Tempe- raturbereiches einen Drehzahlsollwert SDZ. Dieser wird dem Fehlerdetektor 13 zugeführt, dem andererseits auch der im Summierer 12 ermittelte Drehzahlistwert DZIW zugeleitet wird.

Im Fehlerdetektor erfolgt eine Überprüfung, ob der Drehzahl- istwert DZIW in einem vom Drehzahlsollwert abgeleiteten Dreh- zahlsollintervall liegt oder nicht. Ist dies nicht der Fall, dann gibt der Fehlerdetektor 13 ein Fehlersignal F aus, wel-

ches an den Datenbus 15 geleitet und über die Schnittstelle 14 an die externe Zentrale übermittelt werden kann.

Das Steuerwerk 9 ermittelt, wie bereits oben ausgeführt wur- de, das Ausschaltzeitintervall ASZ, die Solldrehzahl SDZ und die Istdrehzahl n, wobei die Berechnung des Ausschaltzeit- intervalls und der Solldrehzahl in Abhängigkeit von dem mit- tels des Temperaturfühlers 8 erfassten Temperaturistwertes des Lüftermotors erfolgt. Als weitere Eingangssignale können dem Steuerwerk 9 unter Verwendung der Eingabemittel 16 in vorteilhafter Weise Informationen über die Nenndrehzahl Nnenn des Lüfters 1, Informationen bS und 8E über den Temperaturbe- reich, in welchem der Lüfterbetrieb erfolgen soll, Informa- tionen SI über die im Anwendungsfall gewünschte Verwendung oder Nichtberücksichtigung eines Sleepmodes, in welchem der Lüfter abgeschaltet wird, wenn eine weitere Kühlung nicht er- forderlich ist, und Informationen über die Polzahl pz des Lüfters zugeführt werden. Durch diese Eingabemöglichkeiten ist eine einfache Anpassung der Ansteuerung an eine Vielzahl von konkreten Anwendungsfällen möglich, beispielsweise eine Anpassung an verschiedene Lüftertypen, an verschiedene Tempe- raturbereiche, an Motoren unterschiedlicher Polzahl und Nenn- drehzahl.

Die Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen auf. So kann durch die Berücksichtigung der mittels eines Messfühlers er- fassten Temperatur eine temperaturabhängige Drehzahlbeein- flussung des Lüfters durchgeführt werden. Dies ermöglicht ei- ne Minimierung der Kühlgeräusche. Die Istdrehzahl des Lüfter- motors ist mit hoher Genauigkeit messbar, wobei die Perioden- dauer des Lüfterstromes ein Maß für die Istdrehzahl dar- stellt.

Da im Gegensatz zur Verwendung einer asynchronen PWM-Ansteue- rung die Periodendauer des Lüfterstromes nicht konstant ist, ergibt sich folgender Vorteil :

Wird der Lüfter durch eine Störgröße abgebremst, dann bleibt das Ausschaltzeitintervall ASZ unverändert, während sich das Einschaltzeitintervall ESZ vergrößert. Dadurch erhöht sich der Stromanteil pro Kommutierungsschritt. Dies bedeutet auch eine Erhöhung des Drehmoments. Folglich erzeugt jede Dreh- zahlverringerung ein höheres Drehmoment, so dass Störgrößen automatisch entgegengewirkt wird. Zusätzlich ist für Drehzah- len, die kleiner sind als die Nenndrehzahl, eine Drehzahlre- gelung einsetzbar.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass im Fehlerfall das Unterschreiten einer Grenzdrehzahl sehr genau feststellbar ist. Beim bekannten PWM-Verfahren verläuft die Frequenz asynchron zum Kommutatorstrom. Dies erlaubt keine genaue Drehzahlmessung. Bestenfalls kann eine Lüfterblockie- rung als Fehleraussage getroffen werden. Dieser Nachteil wird durch die Erfindung beseitigt.

Weiterhin gestattet das erfindungsgemäße Verfahren auch Dreh- zahlbeeinflussungen des Lüfters bei Drehzahlen, die kleiner als die halbe Nenndrehzahl sind, wobei ein kontinuierlicher Lüfterlauf sichergestellt ist. Innerhalb des Drehzahlstellbe- reiches treten keine Drehzahlsprünge auf.

Durch das genaue Erfassen der Istdrehzahl besteht die Mög- lichkeit, die Drehzahlfehlergrenze der Solldrehzahl anzupas- sen. Es entsteht eine variable Grenzdrehzahl entsprechend der Drehzahlvorgabe durch die Temperatur. Dadurch werden schwer- gängige Lüfter eher erkannt und in Form einer Fehlermeldung signalisiert.

Das beanspruchte Verfahren vereinigt die Vorteile einer kon- tinuierlichen Drehzahlbeeinflussung mit dem eines hohen Wir- kungsgrades im Stromverbrauch bei der Drehzahlstellung. Es ist keine zusätzliche Elektronik im Lüfter erforderlich. Die beschriebene externe Ansteuerelektronik ermöglicht einen ho- hen Grad an Flexibilität zur vorliegenden Schnittstelle.

Bei einem Ausführungsbeispiel für die Erfindung wurde eine Nenndrehzahl von 2800 U/min verwendet. Der Stellbereich liegt zwischen 30 % und 100 % der Nenndrehzahl bzw. zwischen 840 und 2800 U/min. Die Polzahl beträgt 4. Durch Anwendung der obigen Beziehung für den Drehzahlistwert DZIW ergibt sich, dass bei Vorliegen der Nenndrehzahl alle 5,357 ms eine Strom- impulsflanke auftritt und beim Vorliegen von 840 U/min alle 17,857 ms.

Die maximale Ausschaltzeit ergibt sich durch Differenzbildung aus diesen beiden Werten zu 12,5 ms. Eine Ausschaltzeit, die im Bereich zwischen 12,5 ms und 0 ms liegt, ermöglicht eine Drehzahlbeeinflussung zwischen 30 % und 100 % der Nenndreh- zahl.

Dieser Stellbereich wird durch das Steuerwerk dem festgeleg- ten Temperatursteuerbereich zugeordnet. Wird dieser Bereich im Betrieb überschritten, dann generiert das Steuerwerk 9 ein Übertemperatursignal Üt, welches über den Bus 15 gemeldet oder über eine Leuchtdiode angezeigt wird.

Die FIG 3 zeigt ein Diagramm, welches für verschiedene Lüf- tertypen den Verlauf der Drehzahl in Abhängigkeit von der Ausschaltzeit ASZ zeigt. Aus diesem Diagramm ist ersichtlich, dass bei hohen Drehzahlen kleine Ausschaltzeiten und bei niedrigen Drehzahlen große Ausschaltzeiten vorliegen.