Es. ist grundsätzlich bekannt, mit so genannten Ionisatoren Raum-oder Atemluft zur Verminderung von Schadstoffen zu behandeln. Schadstoffe bzw. Geruchsstoffe bilden meist komplexe und große Moleküle, die durch den Ionisator in kleinmolekulare Fragmente aufgespalten werden. Gleichzeitig bilden sich durch die Ionisation Radikale und hier insbesondere Sauerstoffradikale, die dann mit den aufgespaltenen Fragmenten oxidieren können. Der Ionisator basiert dabei auf einer kontrollierten Gasentladung, die zwischen zwei Elektroden und einem dazwischen liegenden Dielektrikum stattfindet. Die Gasentladung stellt eine Barriereentladung dar, wobei das Dielektrikum als dielektrische Barriere wirkt. Hierdurch werden zeitlich begrenzte Einzelentladungen erreicht, die vorzugsweise homogen über die gesamte Elektrodenfläche verteilt sind.

Charakteristisch für diese Barriereentladungen ist, dass der Übergang in eine thermische Bogenentladung durch die dielektrische Barriere verhindert wird. Die Entladung bricht ab, bevor die bei der Zündung entstehenden

hochenergetischen Elektronen (1-10 eV) durch Thermalisierung ihre Energie an das umgebene Gas abgeben.

Insbesondere für den Haushaltsbereich sind bereits verschiedene Anwendungen für ein derartiges Luftreinigungsgerät vorgeschlagen worden. Beispielsweise ist es aus DE 198 10 497 Al bekannt, ein derartiges Luftreinigungsgerät in einer Toilette zur Beseitigung von Gerüchen vorzusehen. Hierzu leiten geeignete Absaugvorrichtungen mit Luftführungen am oberen Spülrand des WC Beckens oder in einem Hohlkanal im Toilettensitz die belastete Luft zu dem Ionisator, um eine Verminderung der Geruchsbelästigung zu erreichen.

Ein Problem beim Betreiben des Ionisators ist die Ansteuerung des Ionisators mit einer bedarfsgerechten Ionisationsleistung. Wird der Ionisator mit zu wenig Ionisationsleistung beaufschlagt, erfolgt eine unbefriedigend niedrige Ionisation, während bei zu hoher Ionisation mitunter zu viel Ionen und Radikale freigesetzt werden, die beim Benutzer den Eindruck des Geruchs eines scharfen Ätz-bzw. Säuberungsmittels hinterlassen. In diesem Betriebszustand kommt es neben der Bildung von Ionen auch zur Produktion von Ozon, dessen Überproduktion ebenfalls unerwünscht ist.

Zur Lösung dieses Problems beschreibt WO 98/26482 eine Luftreinigungsvorrichtung mit einem Ionisator, dessen Versorgungsspannung über einen Gassensor gesteuert wird.

Bei dem Gassensor handelt es sich dabei um einen Metalloxid-Halbleiter-Sensor, dessen Widerstand mit zunehmender Konzentration bestimmter Gase (in der Regel oxidierbare Gase oder Dämpfe, beispielsweise Schwefelwasserstoff, Wasserstoff, Ammoniak, Äthanol oder Kohlenmonoxid) abnimmt. Die Widerstandsänderung ist somit

ein Maß für die Belastung der Luft mit bestimmten Schadstoffen. Gemäß WO 98/26482 wird die Ionisationsleistung, mit der der Ionisator beaufschlagt wird, sensorgesteuert mit zunehmender Schadstoffkonzentration bis zu einem Maximumwert gesteigert. Dies bedeutet also, dass bei einer von dem Gassensor gemessenen niedrigen Schadstoffkonzentration der Ionisator mit einer entsprechend niedrigen Ionisationsleistung beaufschlagt wird, während bei einer von dem Gassensor gemessenen hohen Schadstoffkonzentration der Ionisator auch mit einer entsprechend hohen Ionisationsleistung angesteuert wird. Zur Ergänzung dieser Sensorsteuerung beschreibt WO 98/26482 außerdem den Einsatz eines zusätzlichen Ionisationssensors und/oder Ozonsensors.

Da der Luftgütesensor bei der Sensorsteuerung voraussetzungsgemäß die Schadstoffkonzentration der zugeführten Luft misst und damit strömungstechnisch vor dem Ionisator angeordnet ist, dienen der zusätzliche Ionisationssenor und/oder Ozonsensor dazu, eine immer noch unerwünschte Ozonkonzentration in der gereinigten Luft festzustellen, um daraufhin gegebenenfalls die Ionisationsleistung entsprechen zu korrigieren.

Eine der WO 98/26482 entsprechende Sensorsteuerung ist auch in DE 43 34 956 AI beschrieben. In DE 43 34 956 AI ist ein Zinndioxid-Gassensor vorgeschlagen, der die oxidierbaren Raumluftbestandteile detektiert. Wenn dieser Gassensor eine größere Raumbelastung feststellt, dann wird der Ionisator auch mit einer höheren Ionisationsleistung angesteuert.

Zusätzlich wird der Einsatz eines Feuchtesensors und eines Strömungssensors vorgeschlagen, um die Ionisationsleistung auch dann zu erhöhen, wenn eine größere Luftmenge oder eine größere Luftfeuchte gemessen wird.

Ein Nachteil der bekannten Steuerungsverfahren aus WO 98/26482 und DE 43 34 956 A1 ist die Tatsache, dass die verwendeten Gassensoren einen begrenzten Messbereich und zusätzlich eine verhältnismäßig langsame Reaktionszeit haben. Der begrenzte Messbereich führt dazu, dass eine Sensorsteuerung der Ionisationsleistung in den Randbereichen des Messbereichs nicht möglich ist. Befindet sich die Schadstoffkonzentration beispielsweise unterhalb des niedrigsten Messwertes des Gassensors, so wird der Ionisator entweder abgeschaltet oder wird auf einem vorgegebenen Minimalwert der Ionisationsleistung weiter betrieben. Bei sich schnell ändernden Schadstoffkonzentrationen führt die langsame Reaktionszeit des Sensors außerdem dazu, dass die bedarfsgerechte Ansteuerung des Ionisators erst nach einer gewissen Verzögerung erfolgt. Diese Verzögerung ist beispielsweise bei der Beseitigung von Gerüchen in einer Toilette nachteilhaft, da gerade bei einer sprungförmigen Erhöhung der Geruchstoffe eine sofortige Beseitigung der Geruchstoffe durch den Ionisator erwünscht ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Luftreinigungsgerät zu schaffen, das eine bedarfsgerechte Luftreinigung auch dann ermöglicht, wenn sich Schadstoffkonzentrationen schnell ändern und/oder Extremwerte annehmen.

Diese Aufgabe wird durch ein Luftreinigungsgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Verminderung von Schadstoffen mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die Treiberstufe, der Ionisator und der Gassensor mit einem Regler in einem geschlossenen Regelkreis derart zusammenwirken, dass das Ausgangssignal des Gassensors

einem vorgegebenen Sollwert im Wesentlichen entspricht.

Während also nach dem Stand der Technik eine Sensorsteuerung vorgeschlagen wird, bei der die Sensorkennlinie in Abhängigkeit von der gemessenen Schadstoffkonzentration durchlaufen wird, beschreibt die Erfindung einen grundsätzlich anderen Weg. Gemäß der Erfindung wird der Gassensor lediglich in einem bestimmten Arbeitspunkt betrieben, der durch den Sollwert des Regelkreises vorgegeben ist. Der Gassensor liefert also als Ausgangssignal immer einen Wert, der im wesentlichen mit dem Sollwert übereinstimmt, während der Regler dafür verantwortlich ist, beim Ionisator gerade diejenige Ionisationsleistung einzustellen, die den Ausgang des Gassensors auf dem besagten Sollwert hält.

Um dieses Ziel zu erreichen, muss allerdings eine gewisse Rückkopplung zwischen dem Gassensor und dem Ionisator vorhanden sein. Die Notwendigkeit dieser Rückkopplung sowie der Zusammenhang zwischen der Rückkopplung und der Anordnung des Gassensors in Bezug auf die Luftströmung und in Bezug auf den Ionisator wurden allerdings im Stand der Technik bisher ebenfalls noch nicht erkannt. Die im Stand der Technik beschriebenen Anordnungen des Gassensors beziehen sich lediglich auf Anordnungen, die strömungstechnisch vor dem Ionisator liegen, so dass die erfindungsgemäße Regelkreiswirkung nicht eintreten kann.

Demgegenüber beruht die Erfindung weiterhin auf der Erkenntnis, dass der Gassensor in Bezug auf die Luftströmung und in Bezug auf den Ionisator derart angeordnet ist, dass bei offenem Regelkreis eine Änderung des Ausgangssignals des Gassensors aufgrund einer sprungförmigen Änderung der Schadstoffkonzentration in der durch die Luftströmung zugeführten Luft durch eine Änderung der Ionisationsenergie kompensierbar ist, so dass das

Ausgangssignal des Gassensors auf seinen Ursprungswert zurückführbar ist. Die Rückkopplung zwischen Ionisator und Gassensor muss durch die Anordnung des Gassensors in Bezug auf die Luftströmung und in Bezug auf den Ionisator also so herbeigeführt werden, dass sich am Gassensor die Wirkung des Ionisators und die Wirkung der in der Luftströmung enthaltenen Schadstoffkonzentrationen überlagern können.

Ein offener Regelkreis im Sinne der Erfindung liegt dann vor, wenn eine elektrische Rückkopplung zwischen dem Ausgangssignal des Gassensors und dem Regler unterbrochen ist.

Eine sprungförmige Änderung der Schadstoffkonzentration als Testfunktion für den offenen Regelkreis liegt im Sinne der Erfindung dann vor, wenn sich die Schadstoffkonzentration in der dem Ionisator durch die Luftströmung zugeführte Luft zu einem bestimmten Zeitpunkt von einem ersten konstanten Wert um eine bestimmte Sprunghöhe auf einen zweiten konstanten Wert ändert. Bei einer praktischen Versuchsanordnung bedeutet dies, dass eine gegebenenfalls vorgesehene Umluft der Luftströmung unterbrochen werden muss, damit die Schadstoffkonzentration in der dem Ionisator zugeführten Luftströmung voraussetzungsgemäß vor und nach der sprungförmigen Änderung der Schadstoffkonzentration konstant bleibt und nicht zusätzlich durch die vom Ionisator abgeführte Luftströmung beeinflusst wird.

Vorzugsweise werden bei der Sprungamplitude der sprungförmigen Änderung der Schadstoffkonzentration typische Änderungen der Schadstoffkonzentration zugrunde gelegt. Typische Änderungen der Schadstoffkonzentration in der Luftströmung können für den jeweiligen Anwendungsfall ermittelt werden, indem die zu erwartenden Änderungen der

Schadstoffkonzentration ihrer voraussichtlichen Häufigkeit nach in einem Histogramm aufgetragen werden. Als typisch können beispielsweise alle Fälle angenommen werden, die innerhalb +/-10 % eines Häufigkeitsmaximums liegen. Soll also beispielsweise in einem Raum das Luftreinigungsgerät den Geruch von auftretendem Zigarettenqualm vermindern, so wird als typische Änderung der Schadstoffkonzentration die zu erwartende Luftbelastung durch Zigarettenqualm gegenüber einer normalen Luftbelastung zugrunde gelegt.

Erfindungsgemäß muss nunmehr der Gassensor in Bezug auf die Luftströmung und in Bezug auf den Ionisator derart angeordnet sein, dass die besagte Änderung der Schadstoffkonzentration in der Luftströmung durch eine Änderung der Ionisationsenergie wieder kompensierbar ist, so dass das Ausgangssignal des Gassensors auf seinen Ursprungswert zurückführbar ist, der in dem Beispielsfall dem Ursprungswert der normalen Luftbelastung entspricht. Je größer also der zu erwartende Einfluss der Änderung der Schadstoffkonzentration ist, desto näher muss auch der Gassensor an dem Ionisator angeordnet sein. Sind dagegen nur kleine Änderungen der Schadstoffkonzentration zu erwarten, so sollte der Gassensor nicht zu nahe an den Ionisator angeordnet sein, da ansonsten das Ausgangssignal des Gassensors leicht in die Begrenzung kommen kann. In jedem Fall muss der Gassensor aber einen bestimmten Mindestabstand zum Ionisator einhalten, damit die Rückkopplung zwischen Ionisator und Gassensor nicht aus, um die auftretenden Änderungen der Schadstoffkonzentration zu kompensieren und damit das Ausgangssignal erfindungsgemäß im Bereich eines vorgegebenen Sollwertes zu halten.

Eine weitere Erkenntnis der Erfindung besteht darin, dass als Messglied der Regelschleife handelsübliche Gassensoren zur Messung von Schadstoffkonzentrationen verwendet werden können. Es hat sich gezeigt, dass auf diese Weise bereits

eine für den Menschen störende Überproduktion von Ozon durch den Ionisator vermieden werden kann, so dass die ansonsten hierfür verwendeten Ionisationssensoren oder Ozonsensoren nicht unbedingt benötigt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verminderung von Schadstoffen in der Luft wird mit dem erfindungsgemäßen Luftreinigungsgerät der Sollwert auf eine bestimmte Schadstoffkonzentration eingestellt, dem Ionisator schadstoffhaltige Luft zugeführt und Schadstoff verminderte Luft vom Ionisator abgeführt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die abgeführte Luft im Umluftbetrieb ganz oder teilweise dem Ionisator wieder zugeführt wird, um den Wirkungsgrad der Luftreinigung zu erhöhen.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Wirkungsweise des Luftreinigungsgerätes durch den Messbereich des Gassensors nicht grundsätzlich begrenzt ist. Da der Gassensor erfindungsgemäß in einem durch den Sollwert vorgegebenen Arbeitspunkt betrieben wird, können auch Änderungen der Schadstoffkonzentration durch das Luftreinigungsgerät behandelt werden, die über den Messbereich des Gassensors hinausgehen. Im Falle einer herkömmlichen Sensorsteuerung würde das Ausgangssignal des Gassensors demgegenüber in die Begrenzung laufen und würde damit auch die Ansteuerung des Ionisators bzw. der Treiberstufe begrenzen. Die Begrenzungen des Luftreinigungsgerätes sind demnach vom Prinzip her nur durch die Begrenzung der Ionisationsleistung bedingt. Durch entsprechende Maßnahmen kann allerdings die Ionisationsleistung zusätzlich gesteigert werden, wie beispielsweise durch das Zuschalten weiterer Ionisatoren und/oder Gebläse zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der Luftströmung. Dem erfindungsgemäßen Luftreinigungsgerät

eröffnet sich damit ein weites Feld möglicher Anwendungen vom Haushaltsbereich bis zur industriellen Reinigung großer Luftmengen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine entsprechende Auslegung des Reglers ein Einschwingverhalten des geschlossenen Regelkreises ermöglicht, dessen Einschwingzeit unter der Zeitkonstante des Gassensors liegt. Dies kann beispielsweise durch einen differenziellen Anteil im Regler erreicht werden, wodurch bereits bei kleinen Änderungen des Ausgangssignals des Gassensors große Stellgrößen an der Treiberstufe hervorgerufen werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Treiberstufe einen Hochspannungstransformator umfasst, an dessen Sekundärseite eine oszillierende Hochspannung erzeugbar ist. Die dem Ionisator zugeführte Ionisationsleistung ist vor allem durch den Scheitelwert der oszillierenden Hochspannung und/oder durch das Pulsen der oszillierenden Hochspannung beeinflussbar. Vorzugsweise umfasst die Treiberstufe eine Schaltung zur Pulsweitenmodulation, mit der der Hochspannungstransformator primärseitig ansteuerbar und der Scheitelwert und/oder das Pulsverhältnis der sekundärseitig oszillierenden Hochspannung einstellbar ist. Bei einer Reihenschaltung bestehend aus Hochspannungstransformator und Resonator, der eingangsseitig mit einer Gleichspannung gespeist wird, kann das pulsweitenmodulierte Signal gleichgerichtet und dem Eingang des Resonators zugeführt werden. Der Resonator liefert wiederum eine oszillierende Spannung an die Primärseite des Hochspannungstransformators, so dass der Scheitelwert an der Sekundärseite des Hochspannungstransformators damit proportional zum Pulsweitenverhältnis ist. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die an der

Sekundärseite abgegebene Hochspannung gepulst wird. Dies bedeutet, dass der Ionisator nur mit einer bestimmten Anzahl von Vollwellen beaufschlagt wird, bevor dann die oszillierende Hochspannung wieder unterbrochen wird. Die damit im Mittel zugeführte lonisationsleistung ist ebenfalls proportional zum Pulsweitenverhältnis. Das Pulsweitenverhältnis kann aus dem gleichen Pulsweitenmodulationssignal gewonnen werden, das am Eingang des Resonators anliegt, oder aber es wird für diesen Zweck ein weiteres Pulsweitenmodulationssignal erzeugt.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die sekundärseitig oszillierende Hochspannung mit einem Scheitelwert im Bereich von 1 kV bis 10 kV und mit einer Frequenz im Bereich von 10 kHz bis 50 kHz einstellbar ist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Ionisator aus einem Glasrohr, dessen Innenwandung mit einem Lochblech als erste Elektrode ausgekleidet ist und dessen Außenwandung mit einem Drahtgewebe als zweite Elektrode umgeben ist, wobei zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode die oszillierende Hochspannung der Treiberstufe anliegt. Um eine Entkeimung oder Reinigung des die Ionisationsröhre umströmenden Gases zu erreichen, wird der Hochspannungstransformator derart angesteuert, dass bei einer Gasentladung Radikale, vorzugsweise Sauerstoffradikale, erzeugt werden. Der Hochspannungstransformator wird dabei üblicherweise mit einer Wechselspannung im Bereich von'ca. 10'kHz bis 50 kHz, vorzugsweise im Bereich von 15 kHz bis 30 kHz, bei einem Scheitelwert von 1 bis 10 kV betrieben. Wird eine derartige Ionisationsröhre mit einem Gas umströmt, findet somit eine Gasentladung statt, die eine Ionisation des umströmenden Gases zur Folge hat. Die Gasentladung stellt eine

Barrierenentladung dar, die durch das als dielektrische Barriere wirkende Glasrohr stattfindet. Hierdurch werden zeitlich begrenzte Einzelentladungen erreicht, die homogen über die gesamte Elektrodenfläche verteilt sind.

Charakteristisch für diese Barrierenentladungen ist, dass der Übergang in eine thermische Bogenentladung durch die dielektrische Barriere verhindert wird. Die Entladung bricht ab, bevor die bei der Zündung entstehenden hochenergetischen Elektronen (1-10 eV) durch Thermalisierung ihre Energie an das umgebende Gas abgeben.

Alternativ ist selbstverständlich jede andere Form des Ionisators denkbar, wie beispielsweise eine plattenförmige Anordnung oder auch Kombinationen von Röhrenanordnung und plattenförmiger Anordnung.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist weiterhin vorgesehen, dass der Gassensor aus einem Metalloxidsensor besteht, dessen Widerstand sich bei Reaktionen mit Gasen verändert. Das Metalloxid ist dabei auf einem Substrat aufgebracht, das mit einem Heizelement auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten wird. Vorzugsweise wird dabei ein Gassensor verwendet, der keine Widerstandsänderung gegenüber sich ändernder Sauerstoffkonzentration in der Luft zeigt. Es hat sich gezeigt, dass mit derartigen Gassensoren eine besonders zuverlässige Regelung der Schadstoffkonzentration möglich ist. Das Metalloxid kann dabei beispielsweise aus Zinndioxid bestehen.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Lufteintrittsöffnung des Gassensors in Bezug auf die den Ionisator umströmende Luft einen Abstand von ca. 0,5 cm bis 5,0 cm, vorzugsweise ca. 1,0 cm bis 2,0 cm von der Oberfläche des Ionisators aufweist. Es hat sich gezeigt, dass bei diesen Abständen üblicherweise der

Aussteuerungsbereich des Gassensors mit dem Aussteuerungsbereich des Ionisators und dem Wertebereich üblicher Schadstoffkonzentrationen in Einklang gebracht werden kann.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Sollwert am Gerät manuell einstellbar ist. Der Bediener hat damit die Möglichkeit, bei normaler Schadstoffkonzentration der Luft eine für ihn angenehme Betriebsweise des Gerätes vorzugeben. Besonders vorzugsweise ist die Anordnung des Gassensors dabei derart gewählt, dass der vorgegebene Sollwert einem mittleren Bereich bezogen auf den gesamten Aussteuerungsbereich des Ausgangssignals des Gassensors entspricht. Da nämlich erfindungsgemäß der Regelkreis dafür sorgt, dass die von dem Gassensor gemessene Schadstoffkonzentration dem Sollwert im wesentlichen entspricht, wird der Gassensor damit in einem Bereich betrieben, der eine maximale Aussteuerbarkeit beim Einschwingungsvorgang des geschlossenen Regelkreises ermöglicht.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Luftströmung durch Konvektion erzeugt wird, die bei kleinen Hausgeräten beispielsweise von der Erwärmung zugeführten Luft an den elektrischen Bauteilen des Gerätes her rühren kann.

Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist ein Lüfter zur. Erzeugung der Luftströmung vorgesehen. Es wurde erkannt, dass die Luftströmung ebenfalls einen Einfluss auf die Arbeitsweise des Regelkreises haben kann. Befindet sich der Gassensor beispielsweise strömungsseitig vor dem Ionisator, so ist die Kopplung zwischen Ionisator und Gassensor bei gleichem Abstand des Gassensors zur Oberfläche des Ionisators geringer im Vergleich zu einer

Anordnung, bei der der Gassensor strömungsseitig hinter dem Ionisator angeordnet ist.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist deshalb vorgesehen, dass ein Zusatzregler die Strömungsgeschwindigkeit der Luftströmung zusätzlich derart regelt, dass das Ausgangssignal des Gassensors einem vorgegebenen Sollwert im Wesentlichen entspricht.

Insbesondere hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, dass der Zusatzregler zugeschaltet wird, sobald in dem Regelkreis bestehend aus Ionisator, Treiberstufe, Gassensor und Regler eine Begrenzung auftritt. Der Zusatzregler muss in diesem Fall derart wirken, dass die aufgetretene Begrenzung sinnvoll ausgeglichen werden kann.

Die Wirkungsweise des Regelkreises hängt selbstverständlich in hohem Maße davon ab, welcher Reglertyp eingesetzt wird.

Ist das Übertragungsverhalten der übrigen Regelkreisglieder, also des Ionisators, der Treiberstufe und des Gassensors, durch geeignete Identifikationsmethoden ermittelt worden, kann der Reglerentwurf grundsätzlich nach den zur Verfügung stehenden Methoden der Regelungstechnik erfolgen. Als klassische Regelkreisglieder bieten sich zunächst ein P-Regler, ein PI-Regler oder PID-Regler an.

Den einfachsten Fall stellt der P-Regler dar, der allerdings prinzipiell eine Regeldifferenz zwischen dem vorgegebenen Sollwert und der von dem Gassensor gemessenen Schadstoffkonzentration benötigt, um eine Stellgröße abgeben zu können. Wird der Verstärkungsfaktor des P- Reglers allerdings hoch genug gewählt, so kann die Regeldifferenz vernachlässigt werden. Ein hoher Verstärkungsfaktor des P-Reglers ist allerdings nur zulässig, soweit noch ein ausreichender Signal/Rausch- Abstand am Ausgangssignal des Gassensors vorliegt. Sollte der Signal/Rausch-Abstand am Ausgangssignal des Gassensors

für die Verwendung eines P-Reglers dagegen nicht mehr ausreichen, so bietet sich die Verwendung eines PI-Reglers an. Durch sein integratives Verhalten ist der PI-Regler in der Lage, eine bleibende Stellgröße auch bei einer verschwindenden Regeldifferenz zu liefern. Somit kann also bei Verwendung eines PI-Reglers grundsätzlich das Verschwinden der Regeldifferenz bei eingeschwungenem Regelkreis erreicht werden. Um das Einschwingverhalten des Regelreises zu beschleunigen, wird dem PI-Regler üblicherweise ein Differenzialglied hinzugefügt, wodurch ein PID-Regler entsteht. Das Differentialverhalten des PID- Reglers kann dazu führen, dass bei schnellen Änderungen der Schadstoffkonzentration oder des Sollwertes Begrenzungen in den Regelkreisgliedern auftauchen. In diesem Fall ist es von Vorteil, die oben erwähnte Zuschaltung eines Zusatzreglers für die Strömungsgeschwindigeit vorzusehen.

Kommt der Ionisator also mit seiner Ionisationsleistung an die obere Begrenzung, so kann der Zusatzregler stattdessen eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der Luftströmung vorsehen.

Neben den klassischen Reglertypen P-Regler, PI-Regler und PID-Regler können selbstverständlich auch andere Regler vorgesehen werden, wie beispielsweise ein regelbasierender Fuzzy-Regler oder ein Zustandsregler. Ein regelbasierter Fuzzy-Regler oder auch ein Zustandsregler bieten sich insbesondere dann an, wenn durch den Regler neben der gemessenen Schadstoffkonzentration weitere Messgrössen verarbeitet werden sollen. Grundsätzlich ist es nämlich denkbar, das Regelkreisverhalten durch zusätzliche Sensoren, wie beispielsweise einen Feuchtesensor und/oder einen Ionisationssensor und/oder einen Ozonsensor zu verbessern.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Kalibrierelement den Gassensor auf den Sollwert kalibriert, wenn dem Gassensor eine dem Sollwert entsprechende Schadstoffkonzentration zugeführt wird.

Vorzugsweise ist die dem Ionisator zugeführte Ionisatonsenergie während der Kalibrierung des Gassensors ausgeschaltet, um störende Rückwirkungen des Ionisators im Kalibrierbetrieb zu vermeiden. Alternativ dazu kann der Ionisator aber auch im Kalibrierbetrieb mit einer vorgegebenen Dauerionisationsleistung angesteuert werden, mit der der Ionisator zur ständigen Aufrechterhaltung eines angenehmen Raumklimas mindestens betrieben werden soll.

Durch die Kalibrierung des Gassensors können die herstellungsbedingten Toleranzen eines Gassensors ausgeglichen werden. Bei Verwendung der oben erwähnten Zinndioxid-Gassensoren wurde beobachtet, dass die.

Toleranzen sich im Wesentlichen in einer absoluten Verschiebung der Kennlinie auswirken, während die relative Änderung des Sensorsignals als Funktion der Gaskonzentration näherungsweise bei allen Gassensoren gleich bleibt. In diesem Fall kann das Kalibrierelement aus einem einfachen Addierer bestehen, der im Kalibrierbetrieb eine entsprechende Spannung auf die Ausgangsspannung des Gassensors aufaddiert. Hierbei ist es zusätzlich erforderlich, dass während des Kalibrierbetriebes dem Gassensor eine Schadstoffkonzentration zugeführt wird, die von dem Nutzer als"saubere Luft"vorausgesetzt wird. Ziel ist. es, in dem Kalibrierbetrieb durch das Kalibrierelement diejenige Zusatzspannung zu ermitteln, die erforderlich ist, um die Regelabweichung näherungsweise zu Null werden zu lassen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand verschiedener Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen : Fig. 1 : ein Blockschaltbild für das Übertragungsverhalten eines Gassensors mit einer Sprungfunktion als Eingang, Fig. lb : die Antwortfunktion am Ausgang 150 mit einer Sprungamplitude von 1, Fig. 1c : die Antwortfunktion am Ausgang 150 mit einer Sprungamplitude von 2,5, Fig. 2a : ein Blockschaltbild für das Übertragungsverhalten einer Sensorsteuerung mit einer Sprungfunktion als Eingang, Fig. 2b : die Antwortfunktion am Ausgang 250 mit einer Sprungamplitude von 1, Fig. 2c : die Antwortfunktion am Ausgang 250 mit einer Sprungamplitude von 2,5, Fig. 3a : ein Blockschaltbild für das Übertragungsverhalten eines offenen Regelkreises mit einer Sprungfunktion der Schadstoffkonzentration, Fig. 3b : die Antwortfunktion am Ausgang 350 mit einer Sprungamplitude 1, Fig. 4a : ein Blockschaltbild für das Übertragungsverhalten eines offenen Regelkreises mit einer Sprungfunktion der Ionisierungsleistung,

Fig. 4b : die Antwortfunktion am Ausgang 450 mit einer Sprungamplitude von 1, Fig. 4c : die Antwortfunktion am Ausgang 450 mit einer Sprungamplitude von-1, Fig. 5a : ein Blockschaltbild für den Signalfluss eines geschlossenen Regelkreises, Fig. 5b : ein Blockschaltbild für das Übertragungsverhalten eines geschlossenen Regelkreises mit einer Sprungfunktion der Schadstoffkonzentration, Fig. 5c : die Antwortfunktionen an den Ausgängen 550 und 551 mit einer Sprungamplitude von 1, Fig. 6a : ein Blockschaltbild für das Übertragungsverhalten eines geschlossenen Regelkreises mit einer Sprungfunktion des Sollwertes und einer darauf folgenden Sprungfunktion der Schadstoffkonzentration, Fig. 6b : die Antwortfunktionen an den Ausgängen 650 und 651 mit Sprungamplituden jeweils von 1, Fig. 7 : die Empfindlichkeitscharakteristik eines Zinndioxid-Gassensors, Fig. 8 : eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Luftreinigungsgerätes, Fig. 9 : ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Luftreinigungsgerätes gemäß Fig. 8 und

Fig. 10 : ein Flussdiagramm des Regel-Algorithmus des Reglers aus Fig. 9.

Fig. la zeigt ein Blockschaltbild für das Übertragungsverhalten eines Gassensors mit einer Sprungfunktion als Eingang. Als Modell für das Übertragungsverhalten eines Gassensors 110 wurde demnach die Reihenschaltung von 2 PT1-Gliedern 111,112 und einem Begrenzungsglied 113 angenommen. Als Eingangfunktion liegt eine sprungförmige Erhöhung der Schadstoffkonzentration 101 an, wobei die entsprechende Antwortfunktion am Ausgang 150 abgegriffen werden kann. Die folgenden Parameter wurden zugrunde gelegt : PT1-Glieder 111, 112 : Zeitkonstante = 10, 0s, Übertragungswert = 1, 0.

Begrenzung 113 : Obergrenze = 2,0, Untergrenze =- 2, 0.

Es wurde somit angenommen, dass das Ausgangssignal des Gassensors sich in einem Bereich von-2,0 Volt bis 2,0 Volt aussteuern lässt.

Fig. 1b zeigt die Antwortfunktion am Ausgang 150 mit einer Sprungamplitude von 1. Auf eine Sprungfunktion der Schadstoffkonzentration antwortet der Gassensor somit wie erwartet verzögert und nähert sich nach ca. 60 Sekunden exponentiel1 der Sprungamplitude von 1 an.

Fig. 1c zeigt die Antwortfunktion am Ausgang 150 mit einer Sprungamplitude von 2,5. Beim Erreichen des Wertes 2,0 wird die Begrenzung 113 wirksam, so dass die Antwortfunktion nach ca. 30 Sekunden beim Wert 2,0 konstant bleibt und sich der Sprungamplitude von 2,5 nicht weiter annähern kann.

Fig. 2a zeigt ein Blockschaltbild für das Übertragungsverhalten einer Sensorsteuerung mit einer Sprungfunktion als Eingang. Eine Sensorsteuerung nach dem Stand der Technik wie beispielsweise gemäß WO 98/26482 oder gemäß DE 43 34 956 AI besteht ihrem grundsätzlichen Aufbau nach aus einem Gassensor 210 mit einer nachfolgenden Treiberstufe 220. Der Gassensor 210 besteht wie in Fig. la aus 2 PT1-Gliedern 211, 212 und einer Begrenzung 213, wobei die Parameter ebenfalls denjenigen aus Fig. la entsprechen.

Als Modell für die Treiberstufe 220 wurde ein P-Glied 221 mit einer nachgeschalteten Begrenzung 222 zugrunde gelegt.

Als Parameter wurden angenommen : P-Glied 221 : Übertragungsbeiwert = 250,0 Begrenzer 222 : Obergrenze = 500 V, Untergrenze = -500, 0 V.

Dies bedeutet, dass gemäß Fig. 2a die Ausgangsspannung des Gassensors 210 von der Treiberstufe 220 mit dem Faktor 250 in eine Hochspannung umgesetzt wird, wobei allerdings zur Vereinfachung die in der Praxis auftretenden Offsets nicht berücksichtigt wurden. Übliche Ausgangspannungen eines in einem Spannungsteiler verschalteten Gassensors liegen beispielsweise im Bereich von 1 V bis 5 V und werden durch die Treiberstufe in eine Hochspannung von beispielsweise 1000 V bis 2000 V übersetzt. Für das Modell des Regelkreises sind diese Offsets allerdings nicht weiter von Bedeutung und können bei Bedarf jederzeit auf einfache Weise hinzugefügt werden.

Zur Untersuchung des Übertragungsverhaltens der Sensorsteuerung gemäß Fig. 2a wurde wiederum angenommen, dass am Eingang eine sprungförmige Erhöhung der

Schadstoffkonzentration 201 wirkt, die am Ausgang 250 der Treiberstufe 220 aufgenommen wird.

Fig. 2b zeigt die Antwortfunktion am Ausgang 250 mit einer Sprungamplitude von 1. Um die Sprungamplitude in Fig. 2b ebenfalls darstellen zu können, wurde diese allerdings um den Faktor 250 vergrößert. Wie erwartet, zeigt sich gemäß Fig. 2b die gleiche Antwortfunktion wie in Fig. Ib, nunmehr allerdings gestreckt um den Faktor 250 aufgrund der nachgeschalteten Treiberstufe 220.

Fig. 2c zeigt schließlich die Antwortfunktion am Ausgang 250 mit einer Sprungamplitude von 2,5, wobei aus Darstellungsgründen die Sprungamplitude wiederum um den Faktor 250 vergrößert wurde. Aufgrund der erhöhten Sprungamplitude von 2,5 werden die Begrenzungen 213 bzw.

222 wirksam, so dass nach ca. 30 Sekunden die Antwortfunktion gemäß Fig. 2c bei 500 V konstant bleibt.

Das dargestellte Übertragungsverhalten gemäß Fig, 2a, Fig.

2b und Fig. 2c entspricht im Wesentlichen den bekannten Sensorsteuerungen für Luftreinigungsgeräte mit Ionisatoren.

Im Gegensatz dazu schlägt die Erfindung den Aufbau eines geschlossenen Regelkreises vor, bei dem sich am Schadstoffsensor die Wirkungen der Schadstoffkonzentration und der Luftionisation seitens des Ionisators in geeigneter Weise überlagern und kompensieren. Ein Blockschaltbild für den Signalfluss eines in dieser Weise geschlossenen Regelkreises ist in Fig. 5a dargestellt und wird weiter unten erläutert. Um einzelne Komponenten des Regelkreises zu analysieren, ist gemäß Fig. 3a zunächst ein Blockschaltbild für das Übertragungsverhalten eines offenen Regelkreises mit einer Sprungfunktion der Schadstoffkonzentration dargestellt.

Seinem grundsätzlichen Aufbau nach besteht der offene Regelkreis gemäß Fig. 3a aus einem Regler 340, einer nachfolgenden Treiberstufe 320 sowie dem darauf folgenden Ionisator 330. Erfindungsgemäß sollen sich nunmehr am Eingang des Gassensors 310 die Wirkungen des Ionisators 330 und der in der Luftströmung enthaltenen Schadstoffe überlagern. Die Modellbildung dieses Umstandes erfolgt in dem Blockschaltbild gemäß Fig. 3a durch die Summationsstelle 303, auf die sowohl eine Sprungfunktion der Schadstoffkonzentration 301 sowie über die Übertragungsstrecke 332 der Ionisator 330 einwirkt. Die Parameter des Gassensors 310 sind mit den in Fig. la angegebenen Parametern identisch. Da gemäß Fig. 3a zunächst nur das Verhalten des Gassensors bei einer Sprungfunktion der Schadstoffkonzentration isoliert betrachtet werden soll, sind die Parameter der übrigen Regelkreisglieder zunächst noch nicht von Bedeutung und werden daher in den folgenden Figuren erst an geeigneter Stelle erläutert.

Fig. 3b zeigt die Antwortfunktion am Ausgang 350 mit einer Sprungamplitude 1. Da gemäß Fig. 3a ein offener Regelkreis vorausgesetzt wurde, resultiert die Antwortfunktion gemäß Fig. 3b ausschließlich von der sprungförmigen Änderung der Schadstoffkonzentration und entspricht damit der Antwortfunktion gemäß Fig. lb.

Fig. 4a zeigt ein Blockschaltbild für das Übertragungsverhalten eines offenen Regelkreises mit einer Sprungfunktion der Ionisationsleistung. Der offene Regelkreis besteht wie in Fig. 3a wiederum aus einem Regler 440, einer Treiberstufe 420, einem Ionisator 430 sowie einem Gassensor 410. An der Summationsstelle 403 wirkt in diesem Fall ausschließlich der Ionisator 430 ohne einen weiteren zusätzlichen Einfluss seitens der

Schadstoffkonzentration, die nunmehr in der dem Ionisator zugeführten Luftströmung konstant gehalten wird.

Um eine Sprungfunktion der Ionisationsleistung im Blockschaltbild gemäß Fig. 4a zu untersuchen, wurde zwischen dem Regler 440 und der Treiberstufe 420 die Summationsstelle 405 eingefügt, auf die die Sprungfunktion 404 einwirkt. Die Parameter der Blöcke 411,412, 413 des Gassensors 410 sind identisch mit den Parametern des Gassensors 110 gemäß Fig. la. Weiterhin sind die Parameter der Blöcke 421,422 der Treiberstufe 420 identisch mit den Parametern der Treiberstufe 220 gemäß Fig. 2a. Der Ionisator 430 wurde durch ein einfaches P-Glied 431 mit dem folgenden Parameter modelliert : P-Glied 431 : Übertragungsbeiwert =-0,004.

Der Ausgang des Ionisators wirkt über die Strecke 432 direkt auf die Summationsstelle 403 ohne. jegliche Verzögerung ein. Es wurde also hier angenommen, dass der Gassensor 410 in unmittelbarer Nähe zum Ionisator 430 angeordnet ist. Bei einem größeren Abstand zwischen Ionisator 430 und Gassensor 410 ist beispielsweise auf der Strecke 432 ein Totzeitglied einzufügen. Das Übertragungsverhalten des P-Glied des 431 entspricht damit einer Übersetzung der an dem Ausgang der Treiberstufe 420 anliegenden Änderung der Hochspannung in eine von dem Gassensor 410 zu messende Änderung der Schadstoffkonzentration.

Fig. 4b zeigt die Antwortfunktion am Ausgang 450 mit einer Sprungamplitude von 1. Eine Erhöhung der Eingangsspannung an der Treiberstufe 420 um 1 Volt resultiert damit in eine Erniedrigung der Ausgangsspannung des Gassensors von ebenfalls 1 Volt, wobei die Zeitfunktion sich hier wiederum

aus dem Übertragungsverhalten der beiden PT1-Glieder 412, 413 ergibt. Das gegenläufige Verhalten ist dadurch zu erklären, dass eine Erhöhung der Ionisationsleistung mit einer Verminderung von Schadstoffen in der Luftströmung einhergeht. Dementsprechend zeigt Fig. 4c die Antwortfunktion am Ausgang 450 mit einer Sprungamplitude von-l. Hier ist ebenfalls ein gegenläufiges Verhalten festzustellen, da eine Erniedrigung der Ionisationsleistung eine Erhöhung der Schadstoffkonzentration in der Luftströmung zur Folge hat.

Die Messungen am offenen Regelkreis gemäß Fig. 3a, Fig. 3b bzw. Fig. 4a, Fig. 4b, Fig. 4c zeigen auf, wie die erfindungsgemäße Anordnung des Gassensors in Bezug auf die Luftströmung und in Bezug auf den Ionisator auf einfache Weise festgestellt werden kann. Fig. 3b zeigt das Ausgangssignal des Gassensors bei offenem Regelkreis aufgrund einer Änderung der Schadstoffkonzentration in der Luftströmung. Aufgrund dieser Änderung steigt das Ausgangssignal am Gassensor von 0 V auf 1 V.

Erfindungsgemäß muss nun der Gassensor in Bezug auf die Luftströmung und in Bezug auf den Ionisator derart angeordnet sein, dass diese Änderung durch eine Änderung der Ionisationsenergie bei offenem Regelkreis kompensierbar ist, so dass das Ausgangssignal des Gassensors auf seinen Ursprungswert zurückführbar ist. Fig. 4b zeigt das Ausgangssignal des Gässensors bei offenem Regelkreis bei einer Änderung der Ionisationsenergie und gleichzeitig konstanter Schadstoffkonzentration in der dem Ionisator zugeführten Luftströmung. Das Ausgangssignal des Gassensors 450 ändert sich in diesem Fall von 0 V auf-1 V, wenn am Eingang der Treiberstufe die Spannung von 1 V erhöht wird.

Die in diesem Fall simulierte Anordnung des Gassensors in Bezug auf die Luftströmung und in Bezug auf den Ionisator

entspricht also genau dem gewünschten Effekt, dass die in Fig. 3b dargestellte Änderung des Ausgangsignals des Gassensors aufgrund einer entsprechenden Änderung der Ionisationsenergie gemäß Fig. 4b kompensierbar ist. In der Praxis können entsprechende Versuche zu Fig. 3a und Fig. 4a durchgeführt werden, um die besagte Kompensationswirkung am offenen Regelkreis zu verifizieren.

Im Folgenden wird nun das Verhalten des geschlossenen Regelkreises näher erläutert. Hierzu zeigt Fig. 5a zunächst ein Blockschaltbild für den prinzipiellen Signalfluss des geschlossenen Regelkreises. Der geschlossene Regelkreis besteht aus den oben bereits beschriebenen Regelkreisgliedern, also einem Gassensor 510, einem Regler 540, einer Treiberstufe 520 und einem Ionisator 530.

Die Treiberstufe 520 besteht wiederum aus einer Spannungsquelle 525, einem Pulsweitenmodulator 526, einem Resonator 527 sowie einem Hochspannungstransformator 528.

Eine von der Spannungsquelle 525 gelieferte Gleichspannung wird von dem Pulsweitenmodulator 526 in Impulse mit einem von dem Regler 540 vorgegebenen Pulsweitenverhältnis und einer von einem nicht weiter dargestellten Taktgenerator mit vorgegebener Taktrate umgewandelt. Bei Glättung dieser Pulse ergibt sich eine dem Pulsweitenverhältnis proportionale Gleichspannung, die einem Resonator 527 zugeführt wird. Der Resonator 527 ist mit dem nachfolgenden Hochspannungs-Transformator 528 so beschaltet, dass er zum einen bei Einspeisung einer Gleichspannung auf einer Arbeitsfrequenz im Bereich von ca. 25 kHz bis 35 kHz selbsttätig anschwingt und zum anderen eine sekundärseitig oszillierende Hochspannung liefert, deren Scheitelwert annähernd proportional zur Eingangsspannung des Resonators 527 bzw. zur eingestellten Pulsweite des Pulsweitenmodulators 526 ist. Die von dem

Hochspannungstransformator 528 gelieferte oszillierende Hochspannung mit Scheitelwerten im Bereich von beispielsweise 1,0 kV bis 2,0 kV wird an die beiden Elektroden des Ionisators 530 angelegt.

Der Ionisator 530 wird von der zu reinigenden Luft 500 umströmt, wobei strömungsseitig hinter der Ionisationsröhre 530 der Gassensor 510 angeordnet ist. Optional kann die Luftströmung im Fall des geschlossenen Regelkreises teilweise oder ganz durch Umluftbetrieb zurückgeführt werden. Der Gassensor 510 liefert sein Ausgangssignal zum Regler 540, der aufgrund des Sollwertes 547 einen Soll- Istwertvergleich durchführt und gemäß dem zugrunde liegenden Regelalgorithmus das Pulsweitenverhältnis des Pulsweitenmodulators 526 einstellt.

Fig. 5b zeigt ein Blockschaltbild für das Übertragungsverhalten eines geschlossenen Regelkreises mit einer Sprungfunktion der Schadstoffkonzentration. Der geschlossene Regelkreis gemäß Fig. 5b geht aus dem offenen Regelkreis gemäß Fig. 3a dadurch'hervor, dass das Ausgangssignal 550 des Gassensors über den Zweig 514 zu dem Regler 540 zurückgeführt ist. Die Blöcke des Gassensors 510, der Treiberstufe 520 sowie des Ionisators 530 mit den zugehörigen Parametern sind dabei identisch zu den angegebenen Parametern des Gassensors 310 gemäß Fig. 3a bzw. der Treiberstufe 420 und den Ionisators 430 gemäß Fig.

4a, so dass diesbezüglich auf die Beschreibung gemäß Fig.

3a und gemäß Fig. 4a verwiesen werden kann.

Der Aufbau des Reglers 540 wird nunmehr im Einzelnen beschrieben. Der Sollwert 547 wird im Regler auf die Subtraktionsstelle 546 geführt. Die hierdurch ermittelte Regeldifferenz gelangt über das P-Glied 541 zu dem darauf folgenden PID-Regler. Der PID-Regler besteht wiederum aus

einem P-Glied 542, einem DT1-Glied 543 und einem I-Glied 544, deren Ausgänge mit der Summationsstelle 545 zu dem Ausgang 551 zusammengefasst werden. Der Ausgang 551 liefert die Stellgröße, die als Eingang für die Treiberstufe 520 dient. Die Parameter des Reglers 540 wurden wie folgt festgelegt : Sollwert 547 : Sollwert = 0 P-Glied 541 : Übertragungsbeiwert =-1 P-Glied 542 : Übertragungsbeiwert = 2 DT1-Glied 543 : Übertragungsbeiwert = 8, Zeitkonstant = 2 s I-Regler 544 : Übertragungsbeiwert = 0,2 1/Sekunde, entsprechend einer Integrationskonstante von 5 s.

Das geschlossene Regelkreisverhalten wird nun untersucht anhand der Sprungfunktion 501, die einer sprungförmigen Änderung der Schadstoffkonzentration in der Luftströmung entspricht. Hierbei werden die Zeitsignale am Ausgang des Gassensors 550 und am Ausgang des Reglers 551 dargestellt.

Fig. 5c zeigt die Antwortfunktionen an den Ausgängen 550 und 551 mit einer Sprungamplitude von 1.

Anhand des Ausgangssignals des Gassensors 550 wird deutlich, dass trotz einer sprunghaften Änderung der Schadstoffkonzentration der Regelkreis in der Lage ist, das Ausgangssignal 550 wieder auf den Sollwert 547 zurückzuführen. Nach einer Erhöhung des Ausgangssignals auf ca. 0,25 erreicht das Ausgangssignal nach ca. 40 Sekunden

wieder seinen ursprünglichen Wert und nähert sich dann mit einem kleinen Überschwinger innerhalb weiterer 40 Sekunden dem Sollwert wieder an. Die Ausgangsgröße 551 des Reglers 540 sorgt dagegen dafür, dass die Treiberstufe 520 mit einem ausreichenden Eingangswert beaufschlagt wird, damit an der Summationsstelle 503 die aufgetretene Änderung der Schadstoffkonzentration kompensiert werden kann. Nach ca.

25 Sekunden hat die Stellgröße 551 ihren maximalen Wert erreicht und nähert sich von da an dem Endwert 1, 0, ^ was einer Eingangsspannung von 1,0 V am Eingang der Treiberstufe 520 entspricht. Aus Fig. 5c ist zu entnehmen, dass das Einschwingverhalten des geschlossenen Regelkreises im wesentlichen von dem Zeitverhalten des Gassensors 510 bestimmt wird, soweit auf der Strecke 532 zwischen Ionisator 530 und Gassensor 510 keine zusätzlichen Verzögerungen auftreten. Die Zeitkonstante des Gassensors lässt sich dabei mit einer Anordnung ermitteln, wie diese in Fig. la gezeigt ist. Die Zeitkonstante der aufgenommenen Sprungfunktion 150 entspricht dabei näherungsweise derjenigen Zeit, in der die Sprungfunktion 150 den Wert (1 - 1/e) erreicht hat, wenn angenommen wird, dass das gesamte Übertragungsverhalten des Gassensors näherungsweise durch ein einzelnes PT1-Glied angenähert wird.

Sollte dagegen die Strecke 532 zwischen Ionisator 530 und Gassensor 510 eine Verzögerung aufweisen (beispielsweise aufgrund der Strömungsgeschwindigkeit der Luftströmung, wenn der Gassensor von dem Ionisator entfernt angeordnet ist), so kann für diese Verzögerungszeit eine Nebenbedingung aufgestellt werden, um das Einschwingverhalten des geschlossenen Regelkreises nicht unnötig zu verlangsamen. Als Nebenbedingung kann demnach formuliert werden, dass die Verzögerungszeit des Ausgangssignals des Gassensors bei offenem Regelkreis und bei konstanter Schadstoffkonzentration auf eine Änderung

der Ionisationsenergie unterhalb der oben definierten Zeitkonstante des Gassensors liegen sollte. Im vorliegenden Fall lässt sich die Zeitkonstante des Gassensors 510 aus der Zeitfunktion gemäß Fig. lb zu ca. 20 Sekunden bestimmen. Zur zeitlichen Optimierung des Einschwingverhaltens des geschlossenen Regelkreises sollte damit der Gassensor in Bezug auf die Luftströmung und in Bezug auf den Ionisator die zusätzliche Nebenbedingung erfüllen, dass die Verzögerungszeit der Strecke 532 ebenfalls unter 20 Sekunden liegt. In der Regel ist diese Nebenbedingung leicht zu erfüllen, indem der Gassensor entsprechend dicht an dem Ionisator angeordnet wird.

Fig. 6a zeigt ein Blockschaltbild für das Übertragungsverhalten eines geschlossenen Regelkreises mit einer Sprungfunktion des Sollwertes und einer darauf folgenden Sprungfunktion der Schadstoffkonzentration. Das Blockschaltbild gemäß Fig. 6a unterscheidet sich von dem Blockschaltbild gemäß Fig. 5b lediglich dadurch, dass als Sollwert nunmehr eine Sprungfunktion 648 anliegt und dass die sprungförmige Änderung der Schadstoffkonzentration 601 erst nach einer gewissen Totzeit 602 erfolgt. Als Parameter für die Totzeit wurden 100 s angenommen. Ansonsten entspricht das Blockschaltbild gemäß Fig. 6a dem Blockschaltbild gemäß Fig. 5b, so dass hinsichtlich der übrigen Komponenten auf die dortige Beschreibung verwiesen werden kann.

Der geschlossene Regelkreis gemäß Fig. 6a wird also zunächst. mit einer Änderung des Sollwertes 648 beaufschlagt und wird nach Ablauf der Totzeit 602 zusätzlich mit einer Änderung der Schadstoffkonzentration 601 beaufschlagt. In Fig. 6b sind die entsprechenden Antwortfunktionen an den Ausgängen 650 und 651 dargestellt. Die gestrichelte Linie am Wert 2 zeigt zusätzlich die Begrenzung an, die der

Begrenzung der Treiberstufe 620 unter Berücksichtigung des Übertragungsbeiwertes des P-Gliedes 621 entspricht.

Die sprungförmige Erhöhung des Sollwertes 648 bewirkt zunächst aufgrund des Differenzialanteils 643 des Reglers 640 eine hohe Stellgröße 651. Nach 60 Sekunden ist der Regelkreis sodann auf den neuen Sollwert eingeschwungen, so dass am Ausgang 650 des Gassensors nunmehr das Ausgangssignal mit dem Wert-1,0 anliegt. Nach 100 Sekunden erfolgt sodann eine zusätzliche Aufschaltung der sprungförmigen Änderung der Schadstoffkonzentration, woraufhin die Stellgröße 651 erneut ansteigt, um diesmal das Ausgangssignal 650 des Gassensors auf dem Wert-1 zu halten. Aufschlussreich ist hier die Interpretation der Bereiche 623 und 624. Aufgrund der Begrenzung 622 der Treiberstufe 620 können nämlich die Regelgrößen oberhalb des Wertes 2,0 bzw. unterhalb des Wertes-2, 0 nicht an den Ionisator 630 weitergegeben werden. Wie bereits oben erwähnt, ist es daher sinnvoll, in diesen Bereichen zusätzliche Maßnahmen vorzusehen, um eine höhere Ionisationsleistung bereitzustellen, beispielsweise durch Zuschalten eines zusätzlichen Gebläses und/oder durch Zuschalten weiterer Ionisatoren.

Fig. 7 zeigt die Empfindlichkeitscharakteristik eines Zinndioxid-Gassensors. Aufgetragen ist die auf Luft bezogene relative Widerstandsänderung des Zinndioxid- Elements in Abhängigkeit der Schadstoffkonzentration verschiedener Schadstoffe. Wie die Linie 701 zeigt, ist der Zinndioxid-Gassensor unempfindlich gegenüber Luft bzw.

Sauerstoff. Für H2S, Wasserstoff, Ammoniak, Äthanol und CO bestehen dagegen ausgeprägte Empfindlichkeiten bei steigender Schadstoffkonzentration. Für den Haushaltsbereich hat sich herausgestellt, dass eine stabile Regelung insbesondere dann erreicht werden kann, wenn die

Regelung auf die Empfindlichkeitskurve 702 von CO eingestellt wird.

Fig. 8 zeigt eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Luftreinigungsgerätes. Das Luftreinigungsgerät 801 ist als Tischgerät mit einem Sockel 802 und einer Abdeckung 803 ausgeführt. Auf dem Sockel ist als Ionisator eine Ionisationsröhre 804 befestigt, die in der oben beschriebenen Weise aufgebaut ist. Ebenfalls auf dem Sockel befestigt ist ein Gassensor 805, der erfindungsgemäß in Bezug auf den Ionisator 804 derart angeordnet ist, dass bei offenem Regelkreis eine Änderung des Ausgangssignals des Gassensors aufgrund einer sprungförmigen Änderung der Schadstoffkonzentration in der durch die Luftströmung zugeführten Luft durch eine Änderung der Ionisationsenergie kompensierbar ist. Die Luftströmung tritt dabei durch die in der Abdeckung 803 eingelassenen Luftschlitze 806 in das Gehäuse ein und wieder aus. Zur Unterstützung der Luftströmung kann zusätzlich auf dem Sockel 802 oder auch außerhalb des Gerätes ein geeigneter Ventilator vorgesehen sein. Am Rand des Sockels sind zur Bedienung des Gerätes eine LED-Anzeige 807, ein Bedienpotentiometer 808 sowie zur Stromversorgung eine elektrische Zuleitung 809 vorgesehen.

Die Funktion des Luftreinigungsgerätes 801 wird anhand von Fig. 9 erläutert, die ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Luftreinigungsgerätes gemäß Fig. 8 zeigt.

Zunächst wird der Kalibrierbetrieb beschrieben, in dem der Gassensor auf eine vorgegebene Schadstoffkonzentration kalibriert wird. Diese Kalibrierung ist in der Regel erforderlich, da handelsübliche Gassensoren verschiedene Kennlinien aufweisen und somit ein unterschiedliches Regelkreisverhalten hervorrufen würden. Bei der Verwendung von Zinndioxid-Gassensoren wurde allerdings beobachtet,

dass die relative Änderung des Ausgangssignals des Gassensors bei sich ändernder Gaskonzentration näherungsweise konstant ist und dass lediglich eine absolute Verschiebung des Ausgangssignals bei gegebener Gaskonzentration zwischen verschiedenen Gassensoren zu beobachten ist. Zusätzlich kann die Tatsache ausgenutzt werden, dass bei der erfindungsgemäßen Regelung der Sensor ohnehin nur in einem kleinen Arbeitsbereich betrieben wird, so dass um diesen Arbeitsbereich herum die Sensorkennlinie linearisiert werden kann, wenn der Arbeitspunkt einmal kalibriert worden ist.

Für den Kalibrierbetrieb wird der Umschalter 901 zunächst in die Stellung 1 gebracht, so dass die Ionisationsröhre 904 nicht mit Ionisationsleistung beaufschlagt wird. Statt dessen wird die Regelabweichung dem Kalibrierelement 912 zugeführt. Sodann wird in die Luftströmung 906 eine konstante Schadstoffkonzentration eingebracht, die in Abhängigkeit von dem jeweiligen Anwendungsfall"sauberer Luft"und damit dem gewünschten Sollwert entspricht. An dem Gerät wird das Bedienpotentiometer 808 in die gewünschte Sollwertstellung gebracht, so dass an der Vergleichsstelle 909 der dadurch eingestellte Sollwert 908 anliegt. Bei noch nicht erfolgter Kalibrierung wird sodann eine Regelabweichung 910 am Ausgang des Vergleichselements zu beobachten sein. Zur Kalibrierung sind nun zusätzlich das Addierelement 911 und das Kalibrierelement 912 vorgesehen.

Das Kalibrierelement 912 erhält als Eingang vom Umschalter 901 die Regelabweichung 910 und erhöht oder verringert daraufhin die Ausgangsspannung 913 derart, dass die Regelabweichung 910 zu Null wird. Der auf diese Weise ermittelte Spannungswert 913 kann beispielsweise in einem Speicher abgelegt werden, um auch nach einem Stromausfall noch zur Verfügung zu stehen. Diese Art von Kalibrierung kann gegebenenfalls mehrfach wiederholt werden, wobei auch

sich ändernde Schadstoffkonzentrationen 906 berücksichtigt werden können.

Es erfolgt nun die Beschreibung des laufenden Betriebes, wozu der Umschalter 901 in die Stellung 2 umgelegt wird, so dass der Regler 902 die Regelabweichung 910 als Eingangsgröße erhält. Die Treiberstufe 903 versorgt in Abhängigkeit von dem Ausgang des Reglers 902 die Ionisationsröhre 904 mit Ionisationsleistung. Der Regelalgorithmus des Reglers 902 entspricht dabei einem Integrationsregler, dessen Funktion durch das Flussdiagramm gemäß Fig. 10 dargestellt ist. Zunächst sei angenommen, dass der Regler am Ausgang eine vorab abgespeicherte Initialisierungsgröße liefert, die einer geringen Ionisationsleistung entspricht. Soweit die Schadstoffkonzentration 906 dem vorab eingestellten Sollwert entspricht, bleibt die Regelabweichung 910 unverändert auf Null, so dass der Regler keine Aktion durchführt. Erhöht sich nun die Schadstoffkonzentration 906, so wird diese Erhöhung der Schadstoffkonzentration von dem Gassensor 905 erfasst, was eine Vergrößerung der Regeldifferenz 910 zur Folge hat. In Abhängigkeit des Regelalgorithmus erhöht daraufhin der Regler 902 die Stellgröße 914, so dass über die Treiberstufe 903 die Ionisationsröhre 904 mit einer größeren Ionisationsleistung beaufschlagt wird. Dieser Vorgang dauert so lange an, bis erfindungsgemäß durch die erhöhte Ionisationsleistung das Ausgangssignal des Gassensors 905 wieder auf seinen Ursprungswert zurückgeführt wird und somit die Regeldifferenz 910 wieder zu Null wird. Die entsprechende . Funktionsweise ergibt sich, wenn nun umgekehrt die Schadstoffkonzentration 906 wieder verringert wird.

Die Anzeige 907 dient dem Nutzer zur Kontrolle der Stellgröße 914. Große Stellgrößen deuten auf eine große

Ionisationsleistung und damit auf eine stark schadstoffbelastete Luft hin, während niedrige Stellgrößen den während des Kalibrierbetriebes vorgegebenen Schadstoffbelastungen entsprechen. Bei dem Luftreinigungsgerät gemäß Fig. 8 ist die Anzeige 907 durch eine LED-Anzeige 807 realisiert worden. Hierbei ist es zweckmäßig, den momentanen Wertebereich der Stellgröße 914 an den Anzeigebereich der LED-Anzeige 807 adaptiv anzupassen. Dies kann dadurch geschehen, dass in einem vorgegebenen Zeitfenster der Wertebereich zwischen der kleinsten und der größten Stellgröße erfasst wird und dazwischen die Werte der Stellgröße auf die LED-Anzeige 807 linear oder entsprechend skaliert (also z. B. logarithmisch) aufgeteilt werden.

Der Regelalgorithmus wird im Einzelnen anhand Fig. 10 erläutert, die ein Flussdiagramm des Regelalgorithmus des Reglers aus Fig. 9 zeigt. Im Schritt 1001 erfolgt zunächst der Vergleich zwischen dem'Sollwert und dem gelieferten Messwert des Gassensors, der gegebenenfalls wie oben erläutert durch einen Kalibrierwert korrigiert wurde. In den Schritten 1002 und 1003 wird sodann zunächst geprüft, ob eine positive bzw. eine negative Regeldifferenz vorliegt. Ist dies der Fall, wird in dem Schritt 1004 bzw.

1005 ein Wartetimer gestartet, der zur Unterdrückung von Störgrößen dient. In dem Schritt 1006 bzw. 1007 wird sodann geprüft, ob die Regeldifferenz noch vorhanden ist. Ist dies der Fall, erfolgt ein Anheben bzw. ein Verringern der Stellgröße 914.