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Dokumentenidentifikation DE102006046283A1 21.06.2007
Titel Überwachungseinrichtung bzw. Überwachungsverfahren für eine Antriebseinrichtung
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Schwesig, Günter, 91054 Erlangen, DE
DE-Anmeldedatum 29.09.2006
DE-Aktenzeichen 102006046283
Offenlegungstag 21.06.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.06.2007
IPC-Hauptklasse G05B 23/02(2006.01)A, F, I, 20060929, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Überwachungsverfahren für eine Antriebseinrichtung (1) auf ein fehlerhaftes Gebersignal (5) eines ersten Gebers (3) der Antriebseinrichtung (1) bzw. eine hierfür geeignete Überwachungseinrichtung. Obgleich Geber (3) zuverlässig arbeiten, können Geberfehler auftreten, durch welche bei Nichterkennung große Schäden verursacht werden können. Mittels der Überwachung des Gebers lässt sich die Sicherheit der Antriebseinrichtung erhöhen. Gemäß der Erfindung wird das Gebersignal (5) des ersten Gebers (3) mit einem Gebersignal eines zweiten Gebers (7) derart verglichen, dass der erste Geber (3) überwacht wird. Die Überwachungseinrichtung (23) ist dabei insbesondere für einen Geber vorgesehen, welcher eine Geberscheibe aufweist.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Überwachungsverfahren für eine Antriebseinrichtung bzw. eine entsprechend ausgestaltete Überwachungseinrichtung für eine solche Einrichtung, um Fehler eines Gebers der Antriebseinrichtung zu erkennen. Dieser Fehler kann insbesondere im Stillstand der Antriebseinrichtung wie auch während einer Verfahrbewegung der Antriebseinrichtung auftreten. Es gibt Maschinenteile, z.B. ein Schrägbrett bei einer Drehmaschine oder ein Aufzugskorb bei einem normalen Förderzeug, die mittels üblicher elektrischer Antriebseinrichtungen angetrieben werden und bei denen der Zustand "hängende Last" auftreten kann. Die elektrische Antriebseinrichtung weist dabei zumindest eine elektrische Maschine auf, welche motorisch wie insbesondere auch generatorisch betreibbar ist. Im Zustand der "hängenden Last" ist vom Antrieb, also von der elektrischen Maschine, ein Mindestmoment aufzubringen, um der Schwerkraft, welche die Last nach unten zieht, entgegen zu wirken. Hierfür weist der Antrieb beispielsweise einen Stromrichter zur Speisung der elektrischen Maschine auf. Die elektrische Maschine kann jedoch als Antriebseinrichtung auch direkt an eine Versorgungsspannung angeschlossen werden.

Bei einem Ausfall oder einem sonstigen Fehler der elektrischen Antriebseinrichtung kann diese das erforderliche Moment nicht aufbringen. Wenn keine weiteren Maßnahmen ergriffen würden, könnte beispielsweise ein Auftriebskorb herunterfallen und gegebenenfalls Personen und Gegenstände gefährden.

Zum Schutz vor derartigen Gefährdungen sind Sicherheitseinrichtungen bekannt, z.B. luftbare Bremsen, die im Fehlerfall und bei Netzausfall eingreifen und die hängende Last in einen sicheren Zustand überführen. Zur Erkennung derartiger Fehler können z.B. mehrkanalige, redundante Sicherheitssysteme und Komponenten eingesetzt werden, die das Auslösen einer oder mehrerer Sicherheitseinrichtungen herbeiführen. Derartige Sicherheitseinrichtungen sind nicht nur vorteilhaft im Stand der Antriebseinrichtung genutzt, sondern auch in deren Betrieb.

Das Herbeiführen des Überführens in den sicheren Zustand kann natürlich nur dann erfolgen, wenn ein aufgetretener Fehler auch erkannt wird. Abhängig von der Ausführung und dem Anwendungsfall muss der Fehler dabei entsprechend schnell erkannt werden. Die Ausführung betrifft dabei insbesondere die Mechanik einer Maschine, wobei hierbei beispielsweise Übersetzungsverhältnisse von Getrieben mit einwirken können. Es existieren Fehler, die nicht unmittelbar erkannt werden können bzw. zu deren Erkennung aufwändige Zusatzmaßnahmen erforderlich wären. Beispiele derartiger Fehler sind:

  • • ein Bruch der Geberwelle, d.h. der drehfesten Verbindung zwischen Antriebseinrichtung und einer Gebereinrichtung (Geber), welche eine Istlage oder eine Ist-Drehzahl der Antriebseinrichtung erfasst,
  • • Fehlfunktionen im Gebersystem selbst, die scheinbar ordnungsgemäße Signale bewirken.

Derartige Fehler können bei einer einkanaligen Gebereinrichtung nicht erkannt werden. Beispielsweise können in einem Fehlerfall Gebersignale einen statischen Zustand einnehmen, d.h. die Signale des Gebers sind zwar korrekt, folgen jedoch einer Bewegung der Antriebseinrichtung, da beispielsweise ein Fehler im Gebersystem oder ein Fehler in einer Kupplungseinrichtung zwischen dem Geber und der Antriebseinrichtung vorliegt. Der Bruch einer Geberwelle bedeutet beispielsweise, dass ein Kraftschluss zwischen einer Motorwelle und einer Geberwelle verloren geht. Neben dieser Möglichkeit eines Geberwellenbruchs gibt es jedoch auch noch weitere, wie den Verlust des Kraftschlusses zwischen der Geberwelle und einer Codescheibe des Gebers. Die Codescheibe des Gebers dient der Generierung von Gebersignalen und wird häufig auch als Geberscheibe bezeichnet.

Als Geber sind beispielsweise Lagegeber, Geschwindigkeitsgeber oder auch Beschleunigungsgeber bekannt. Zur Lage-, Positions-, Geschwindigkeits-, Drehzahlerfassung können Geber eingesetzt werden, welche zwei um 90° versetzte sinusförmige oder rechteckförmige Signale generieren. Aus diesen Signalen kann die Lage bzw. die Drehzahl ermittelt werden. Werden diese Gebersignale statisch oder bricht die Geberwelle und steht die Antriebseinrichtung, d.h. der elektrische Motor im aktiven Stillstand (Moment wird gegen Gewichtskraft aufgebracht, Drehzahl ist Null), so frieren die Gebersignale (Gebergrößen) unbemerkt ein. Lage- und Drehzahlregler würden sich dann in einem "open loop"-Betrieb befinden. Damit wäre insbesondere ein Regelkreis für eine Lage-, Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsregelung geöffnet, so dass kein geregelter Betrieb mehr durchführbar ist. Die Antriebseinrichtung befindet sich dann in einem labilen Zustand. Kleinste Störmomente könnten dann beispielsweise bei einem Hebezeug zu einem Absturz einer Last führen.

Während des Betriebs einer Maschine wird eine dieser zugeordnete Antriebseinrichtung beispielsweise immer wieder von einer Position in eine andere verfahren. Dabei können die angenommenen Fehler durch Beobachten bestimmter Regelgrößen erkannt werden. Da dies sehr aufwändig ist und das Risiko des Geberwellenbruchs bzw. des Statisch-werdens der Gebersignale als zumeist sehr gering eingeschätzt wird, unterbleiben oftmals derartige zusätzliche Maßnahmen zur Überwachung.

Zur Erfüllung bestimmter Sicherheitsnormen ist das qualitative Schätzen von Ausfallrisiken jedoch nicht mehr ausreichend. Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Überwachungsverfahren bzw. eine Überwachungseinrichtung für eine Antriebseinrichtung anzugeben, mittels derer eine erhöhte Sicherheit erzielbar ist, wobei insbesondere auf eine einfache Realisierung dieser Maßnahmen zu achten ist. Da die Wahrscheinlichkeit eines Geberwellenbruchs und das Statischwerden der Gebersignale kaum zu berechnen ist und aus Gründen des Aufwandes vermieden werden sollte, dass der Geber selbst in eine Quantifizierung aufgenommen werden muss, besteht die Notwendigkeit, auch diese sehr unwahrscheinlichen Fehlerquelle erkennen zu können. Beispielsweise wird durch die neue Sicherheitsnorm IEC 61508 bei der Sicherheitsbetrachtung auch eine qualifizierte Ausfall-Wahrscheinlichkeitsberechnung verlangt, welche die quantitative Beurteilung der Fehlerwahrscheinlichkeit nötig macht.

Die Aufgabe der Erfindung wird zunächst mittels eines Überwachungsverfahrens für eine Antriebseinrichtung zur Erkennung eines fehlerhaften Gebersignals mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Eine weitere Lösung der Aufgabe gelingt mittels einer Überwachungseinrichtung für eine Antriebseinrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 7. Die abhängigen Ansprüche 2 bis 6 bzw. 8 bis 13 betreffen vorteilhafte erfinderische Weiterbildungen der Erfindung.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst mittels eines Überwachungsverfahrens für eine Antriebseinrichtung auf ein fehlerhaftes Gebersignal eines ersten Gebers der Antriebseinrichtung, wobei das Gebersignal des ersten Gebers mit einem Gebersignal eines zweiten Gebers verglichen wird und derart der erste Geber überwacht wird. Es erfolgt also eine Erkennung eines fehlerhaften Gebersignals, wobei der Fehler vom Geber oder z.B. auch von einem fehlerhaften Geberkabel herrührt.

Die Antriebseinrichtung weist insbesondere eine elektrische Maschine wie einen Motor auf, wobei die elektrische Maschine eine Antriebswelle aufweist, mit welcher ein erster Geber mechanisch gekoppelt ist. Zur Überwachung des ersten Gebers ist ein zweiter Geber vorgesehen. Beide Geber generieren Gebersignale, welche mit einer Bewegung der Wellen der elektrischen Maschine korrespondieren. Zur Überwachung des ersten Gebers wird nun das Gebersignal des zweiten Gebers, welcher derart angebracht ist, dass eine Überwachung der Bewegung der elektrischen Maschine durchführbar ist, mit dem Gebersignal des ersten Gebers verglichen. Stimmen die durch die Gebersignale generierbaren Geschwindigkeiten bzw. Lagepositionen oder auch Beschleunigungswerte überein, so liegt kein Geberfehler vor. Ergibt sich eine Abweichung der beiden Gebersignale, so wird dies festgestellt. Die Feststellung erfolgt beispielsweise durch Subtraktion der Gebersignale voneinander und durch Vergleich des Subtraktionswertes mit einem Schwellwert. Wird der Schwellwert überschritten, kommt es zur Auslösung eines Fehlersignals, welches vorteilhafterweise an eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Antriebseinrichtung weitergeleitet wird.

In einer Ausgestaltung weisen der erste und der zweite Geber unterschiedliche Genauigkeiten bezüglich des zu messenden Signals auf, wobei der erste Geber eine höhere Präzision als der zweite Geber aufweist.

Vorteilhafterweise wird das Überwachungsverfahren nur dann ausgeführt, wenn durch eine der Antriebseinrichtung zugeordnete Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung die Steuerung und/oder Regelung der Antriebseinrichtung freigegeben ist. Ein hierfür geeignetes Signal ist z.B. das Signal zur Freigabe der Zündimpulse eines Stromrichtergeräts. Dadurch, dass die Überwachung von einem oder mehreren anderen Signalen abhängig gemacht wird, lassen sich fehlerhafte, nicht korrekte Fehlermeldungen bezüglich der Überwachung des ersten Gebers vermeiden, da diese Überwachung mittels des zweiten Gebers nur dann durchgeführt wird, wenn die Antriebseinrichtung in einem Zustand ist, der zur Überwachung vorgesehen ist.

Vorteilhafterweise kann das Überwachungsverfahren auch derart ausgebildet werden, dass zur Überwachung zwei Gebersignale verwendet werden, welche voneinander unterschiedliche Genauigkeiten aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise der erste Geber, welcher eine hohe Genauigkeit zur Generierung eines Lage-, Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungswertes aufweist, von einem zweiten einfacheren, preisgünstigeren überwachbar ist, wobei dieser Geber nur die Plausibilität des Gebersignals des ersten Gebers prüft. Somit ergibt sich eine Kostenersparnis für eine Überwachungseinrichtung zur Durchführung des beschriebenen Überwachungsverfahrens.

Als Geber können sowohl Lagegeber und/oder Drehzahlregler und/oder Beschleunigungsgeber verwendet werden. Diese Geber unterscheiden sich insbesondere durch das aufgenommene Signal, welches allerdings aufgrund der mathematischen Zusammenhänge auch rechnerisch ermittelt werden kann.

In einer weiteren Ausgestaltung des Überwachungsverfahrens werden das Gebersignal des ersten Gebers und das Gebersignal des zweiten Gebers in einer gemeinsamen Signalverarbeitungseinrichtung 13 verarbeitet. Diese Signalverarbeitungseinrichtung 13 ist beispielsweise bereits in einem vorhandenen Geber ausgeführt, wobei somit lediglich das Signal des weiteren Gebers dieser Signalverarbeitungseinrichtung 13 zuzuführen ist. Auch hierdurch lassen sich Kosteneinsparungen erzielen.

In einer weiteren Ausgestaltung erfolgt die Überwachung durch einen Vergleich der Gebersignale des ersten und des zweiten Gebers nicht in einer separaten Signalverarbeitungseinrichtung, welche dem Geber zuzuordnen ist, sondern in der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung, welche insbesondere zur Steuerung und/oder Regelung der Antriebseinrichtung dient.

Das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren ist auch derart ausbildbar, dass der erste Geber mittels einer Kupplung mit einer Motorwelle mechanisch gekuppelt ist, wobei der erste Geber mittels des zweiten Gebers überwacht wird, wobei insbesondere das Gebersignal des ersten Gebers eine höhere Genauigkeit aufweist, als das Gebersignal des zweiten Gebers. Insbesondere bei einem derartigen mechanischen Aufbaut, bei dem der erste Geber mit zur Regelung der elektrischen Maschine benötigt wird, ist die Überwachung des korrekten Gebersignals von Bedeutung, da es bei Wellenbrüchen und Kupplungsfehlern sonst zu unkontrollierten Systemzuständen der elektrischen Maschine kommen kann.

Die Erfindung betrifft neben dem Verfahren zur Überwachung der Antriebseinrichtung bezüglich der Gebersignale auch eine Überwachungseinrichtung. Die Überwachungseinrichtung für eine Antriebseinrichtung betrifft die Überwachung einer Bewegung der Antriebseinrichtung, wobei die Überwachungseinrichtung einen ersten Geber aufweist, der insbesondere eine Geberscheibe aufweist, und einen zweiten Geber, der wiederum zur Überwachung des ersten Gebers vorgesehen ist. Diese Konstellation der Überwachung des ersten Gebers durch den zweiten Geber ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn zwischen dem ersten und dem zweiten Geber eine Kupplungseinrichtung angeordnet ist, welche eine weitere Fehlerquelle darstellt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Überwachungseinrichtung weist der erste Geber eine Geberscheibe auf, wobei die Geberscheibe mit einer Geberwelle z.B. eine formschlüssige Verbindung eingeht. Durch die Ausbildung der formschlüssigen Verbindung sind Fehler aufgrund von gelösten Verbindungen zwischen Geberscheibe und Geberwelle, welche beispielsweise nur mittels einer Klebeverbindung hergestellt ist, reduzierbar.

Vorteilhaft ist es weiterhin, eine Überwachungseinrichtung derart auszugestalten, dass der erste Geber mittels einer Kupplung mit einer Motorwelle mechanisch gekoppelt ist, wobei die Kupplung eine Antriebsseite und eine Abtriebsseite aufweist, wobei der erste Geber der Abtriebsseite und der zweite Geber der Antriebsseite der Kupplung zugeordnet ist. Beim abtriebsseitig angeordneten Geber handelt es sich in der Regel um einen Geber mit einer hohen Genauigkeit gegenüber dem Geber, welcher auf der Antriebsseite der Kupplung angeordnet ist. Gemäß der Erfindung kann es jedoch auch zu einer Ausführung kommen, bei welcher der Geber mit der höheren Genauigkeit auf der Antriebsseite der Kupplung angeordnet ist und der Geber mit der geringeren Genauigkeit auf der Abtriebsseite der Kupplung. Beide Geber können auch gleiche Genauigkeit bezüglich des zu messenden Signals aufweisen. Vorteilhaft sind beide Geber in einem Gehäuse integriert, wobei das Gehäuse z.B. auch die Kupplung umfasst.

Zur Reduzierung der Ausfallwahrscheinlichkeit der Überwachungseinrichtung ist es weiterhin vorteilhaft, dass die Antriebsseite der Kupplung mit einer Motorwelle ein formschlüssige Verbindung eingeht. Diese formschlüssige Verbindung ist beispielsweise mittels einer Nut-Feder-Kombination realisierbar.

Die Überwachungseinrichtung weist ferner beispielsweise eine datentechnische Verbindung zur Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung der Antriebseinrichtung auf. Damit können Daten, z.B. ein Fehlersignal bzw. Gebersignale des ersten und zweiten Gebers zur Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung übertragen werden. Aufgrund der übertragenen Daten bzw. der in der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung ausgewerteten Daten kann dann die Steuerung oder Regelung auf ein Fehlersignal bzw. auf einen aufgetretenen Fehler reagieren. Reaktionsmöglichkeiten sind beispielsweise die Aktivierung einer Bremse oder auch das Sperren von Zündimpulsen eines Stromrichters, welcher zur Speisung der elektrischen Maschine der Antriebseinrichtung vorgesehen ist.

Vorteilhaft ist es beispielsweise auch, dass der erste und der zweite Geber in einem gemeinsamen Gehäuse positioniert sind. Dadurch reduziert sich die Fehlerwahrscheinlichkeit und eine Kapselung der Geber ist weniger aufwändig zur realisieren.

Die beschriebene Überwachungseinrichtung ist zur Durchführung der oben beschriebenen Überwachungsverfahren der Antriebseinrichtung bezüglich der Signale eines Gebers vorsehbar.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung:

1 eine Überwachungseinrichtung, welche zwei Geber aufweist,

2 einen Signalfluss bei einem Überwachungsverfahren zur Überwachung eines fehlerhaften Gebersignals einer Antriebseinrichtung und

3 ein Anwendungsbeispiel für eine Antriebseinrichtung.

Die Darstellung gemäß 1 zeigt eine Antriebseinrichtung 1. Die Antriebseinrichtung 1 weist eine elektrische Maschine auf, von welcher gemäß 1 lediglich das Lagerschild 31 (bedienseitiges Lagerschild einer elektrischen Maschine), ein Lager 24, welches ein Motorlager darstellt und eine Motorwelle 21 dargestellt sind. Des Weiteren zeigt die Darstellung gemäß 1 einen ersten Geber 3 und einen zweiten Geber 7. Der erste Geber 3 weist eine Geberwelle 6, eine Geberscheibe 4 (Codescheibe) und eine Signalverarbeitungseinrichtung 13 auf. Die Signalverarbeitungseinrichtung 13 ist zur Verarbeitung der Signale vorgesehen, welche mittels der Codescheibe (Geberscheibe) 4 generierbar sind. Die Geberscheibe 4 ist auf die Geberwelle 6 gesetzt, wobei die Geberwelle 6 mit einer Kupplung 15 mechanisch verbunden ist. Die mechanische Verbindung ist beispielsweise ein Pass- bzw. ein Presssitz. Die Geberscheibe 4 ist vorteilhafterweise mittels einer nicht dargestellten formschlüssigen Verbindung mit der Geberwelle 6 mechanisch gekoppelt. Die Kupplung 15 weist eine Antriebsseite 17 und eine Abtriebsseite 19 auf. Die Antriebsseite 17 und die Antriebsseite 19 sind mittels eines elastischen Verbindungsteils 18 miteinander mechanisch gekoppelt. Die Antriebsseite 17 ist dasjenige Kupplungsteil, welches eine motorseitige mechanische Verbindung mit der Motorwelle 21 eingeht. Eine derartige mechanische Verbindung ist beispielsweise mittels einer Nut-Feder-Verbindung realisierbar. Gemäß der Ausbildung nach 1 kann die Nut 25 und die Feder 27 der Nut-Feder-Verbindung in die Motorwelle 21 integriert sein. Die Abtriebsseite 19 der Kupplung 15 betrifft das geberseitige Kupplungsteil. Dieses geberseitige Kupplungsteil ist mechanisch mit der Geberwelle 6 verbunden. Mittels des ersten Gebers 3 lässt sich nunmehr eine Drehbewegung bzw. eine Position des Abtriebsteils 19 der Kupplung 15 erfassen. Mittels des zweiten Gebers 7 lässt sich eine Bewegung des motorseitigen Kupplungsteils, also der Antriebsseite 17 der Kupplung 15 erfassen. Dies geht beispielsweise kostengünstig mittels eines magnetischen Sensors, welcher Klauen einer Klauenkupplung detektiert. Vorteilhaft ist der zweite Geber 7 datentechnisch mit dem ersten Geber 3 verbunden. In einer Signalverarbeitungseinrichtung 13 lässt sich dann das Gebersignal des ersten Gebers 3 zum Gebersignal des zweiten Gebers 7 auswerten. Ein Auswertesignal kann dann beispielsweise mittels eines Datenkabels 33, welches eine datentechnische Verbindung zu einer Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 11 ermöglicht, übermittelt werden. In einer weiteren Ausgestaltung erfolgt der Vergleich der Signale des ersten und zweiten Gebers in der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung selbst, wobei eine datentechnische Verbindung direkt oder indirekt zu dieser Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung besteht. Diese Variante ist in der 1 jedoch nicht explizit dargestellt.

Mittels einer dargestellten Überwachungseinrichtung für eine Antriebseinrichtung 1 lässt sich die im Stand der Technik bestehende Überwachungslücke der Antriebseinrichtung und damit eine verbesserte Fehlerüberwachung realisieren. Dies ist unabhängig davon, ob als Kupplung eine elastische Kupplung (z.B. Klauenkupplung) oder eine starre Kupplung mit der Motorwelle realisiert ist.

Die Geberscheibe (Codescheibe) wird nach dem Stand der Technik meist mit einer Geberwelle verklebt. Erfindungsgemäß wird die Geberscheibe 4 in einer Ausführung jedoch formschlüssig mit der Geberwelle 6 verbunden. Da so beispielsweise ein erfolgter Kraftschluss zwischen der Geberwelle und der Geberscheibe über eine Klemmeinrichtung, eine Presspassung oder dergleichen zusätzlich verbessert werden kann. Ein Beispiel für eine formschlüssige Verbindung ist eine Nut-Feder-Verbindung.

Es können vorteilhaft drei Stellen bezüglich ihres Fehlerverhaltens verbessert werden. Dies ist zum einen die Verbindung zwischen der Antriebsseite der Kupplung 15 und der Motorwelle und zum anderen die gegenüberliegende Abtriebsseite der Kupplung, also die Verbindung zwischen dem ersten Geber 3 und der Kupplung 15, wie auch drittens die Verbindung der Geberscheibe in Bezug auf die Geberwelle. Derartige Verbindungen können vorteilhaft formschlüssig ausgebildet werden. Die Verwendung formschlüssiger Verbindungen in diesen Bereichen ist unabhängig von der Verwendung eines ersten und eines zweiten Gebers. Dies bedeutet, dass ein Vorteil der Erfindung auch darin liegt, nur einen Geber zu verwenden, welcher allerdings zumindest eine der folgenden Verbindungsarten aufweist:

  • – eine formschlüssige Verbindung zwischen der Geberwelle und der Geberscheibe,
  • – eine formschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Geber und der Abtriebsseite der Kupplung, bzw.
  • – eine formschlüssige Verbindung zwischen der Antriebsseite der Kupplung und der Motorwelle.

Gemäß der Darstellung nach 1 ist lediglich eine formschlüssige Verbindung der Motorwelle 21 mit der Antriebsseite 17 der Kupplung 15 vorgesehen. Zusätzlich werden Klauen 53 des antriebsseitigen Kupplungsteils mit einem einfachen magnetischen Sensor, im vorliegenden Beispiel dem zweiten Geber 7, abgetastet. Es entstehen damit zusätzliche Positionssignale. Zu der Position, an der diese Signale erzeugt werden, gibt es bezüglich der Position, die im ersten Geber 3 erzeugt wird, eine Erwartungshaltung. Wird die Erwartungshaltung nicht erfüllt, so liegt ein Fehler in Form von z.B. einem Geberwellenbruch oder einem statisch gewordenen Gebersignal vor. Das Überprüfen der Erfüllung der Erwartungshaltung kann entweder in der Elektronik des ersten Gebers, also in der Signalverarbeitungseinrichtung 13 oder in der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 11 erfolgen. Die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 11 ist beispielsweise für eine Drehzahl- oder Lageregelung der elektrischen Maschine vorgesehen. Die Überprüfung der Gebersignale ist auch in bewegtem Zustand möglich. Je nach Ausführung der Anordnung wird spätestens nach einer Umdrehung ein Fehler aufgedeckt.

Es ist vorteilhaft, als zweiten Geber 7 lediglich einen einfachen zusätzlichen Sensor zu verwenden, da somit sowohl dem Überwachungserfordernis wie auch der Forderung nach einem einfachen Aufbau Rechnung getragen werden kann. Dieser zweite Geber 7 ist vorteilhafterweise derart ausgestaltbar, dass durch diesen lediglich ein Signal pro Umdrehung bereitgestellt werden muss. Eine Erkennung der Drehrichtung ist nicht in jedem Fall erforderlich. Prinzipiell reicht ein Flankenwechsel für eine Fehleraufdeckung auf.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vom zweiten Geber ein mechanisches Teil abgetastet, welches bereits vorhanden ist. Dies ist z.B. bei einer Kupplung, welche Klauen aufweist, der Fall. Die Klauen sind vorteilhaft formschlüssig mit der Motorwelle verbunden bzw. die Motorwelle weist eine Kontur auf, welche mittels des zweiten Gebers 7 erkannt und abgetastet werden kann. Bei einer Abtastung der Motorwelle durch den zweiten Geber 7 ist eine formschlüssige Verbindung zwischen der Antriebsseite 17 der Kupplung 15 und der Motorwelle 21 nicht notwendig, da eben die Motorwelle 21 selbst durch den zweiten Geber 7 abgetastet wird. Diese Ausführungsform ist in der 1 nicht dargestellt, doch kann diese Ausführungsform leicht nachvollzogen werden, da eine entsprechende Kontur in der Motorwelle einfach durch Riefen oder Nuten realisierbar ist.

In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform ist der zweite Geber 7 in die elektrische Maschine selbst integriert. Dies bedeutet, dass der zweite Geber 7 sich nicht innerhalb des Gebergehäuses 8 wie dargestellt befindet, und somit abtriebsseitig bezüglich des Lagerschildes 31 subsummiert ist, sondern dass der zweite Geber 7 sich innerhalb des Gehäuses der elektrischen Maschine befindet, wobei ein Teil des Gehäuses der elektrischen Maschine durch das Lagerschild 31 ausgebildet ist.

Gemäß der Erfindung kann als Geber ein kapazitiv, induktiv, optisch, magnetisch, etc. arbeitender Geber verwendet werden. An welcher Position der zweite Geber 7 in oder an der elektrischen Maschine auch angebracht ist, es ist darauf zu achten, dass die Anbringung an einem Teil der elektrischen Maschine erfolgt, welche eine sichere mechanische Verbindung mit der Motorwelle 21 aufweist.

Die Darstellung gemäß 2 zeigt einen Signalfluss der von dem ersten Geber 3 bzw. dem zweiten Geber 7 erzeugten Fehlersignale 5 und 9. Das vom ersten Geber 3 erzeugte Gebersignal 5 wird in einer Signalverarbeitungseinrichtung 13 mit dem vom zweiten Geber 7 erzeugten Gebersignal 9 verglichen. Überschreitet ein Differenzwert der Signale beispielsweise einen bestimmten Schwellwert, so kann ein Fehlersignal 35 an eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 11 weitergeleitet werden. Der Vergleich ist vorteilhafterweise auch innerhalb der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 11 selbst durchführbar, so dass die Gebersignale 5 und 9 direkt an die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 11 übertragen werden. Dies ist jedoch in 2 nicht dargestellt. Abhängig von der Generierung eines Fehlersignals 35 ist beispielsweise das Einlegen einer Bremse oder einer Impulssperre bei einem Stromrichter durchführbar.

Die Darstellung gemäß 3 zeigt einen Anwendungsfall für eine Antriebsvorrichtung, welche eine Überwachungseinrichtung 23 aufweist. Die Darstellung gemäß 3 zeigt eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 11, welche zur Steuerung oder Regelung einer elektrischen Maschine 41 herangezogen wird. Die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 11 ist einem Leistungsteil 51 zugeordnet. Mittels des Leistungsteils 51 lässt sich ein Gleichspannungs-Zwischenkreis anbinden, wobei die Speisung der elektrischen Maschine 41 mittels eines dreiphasigen Drehstrom-Anschlusses 37 erfolgt. Die elektrische Maschine 41 ist zur Bewegung eines Gewichtes 57 vorgesehen, wobei das Gewicht 47 über ein Seil 45 an einer Seiltrommel 43 hängt. Die Seiltrommel 43 ist über eine Antriebswelle 49 mit der elektrischen Maschine 41 verbunden. Die Drehung der elektrischen Maschine 41 wird sowohl über den zweiten Geber 7 wie auch über den ersten Geber 3 überwacht. Die Überwachung ist insbesondere deswegen notwendig, da der erste Geber 3 über eine Kupplung 15 mit der elektrischen Maschine 41 verbunden ist. Sowohl der erste Geber 3 wie auch der zweite Geber 7 sind über ein Datenkabel 33, 34 mit der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 11 verbunden, wobei innerhalb der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 11 eine Signalverarbeitungseinrichtung 13 integriert ist, mittels derer der erste Geber 3 durch den zweiten Geber 7 überwacht werden kann.

In einer Ausführungsform, in welcher gemäß 1 der erste Geber 3 und der zweite Geber 7 innerhalb eines gemeinsamen Gebergehäuses 8 integriert sind, ergibt sich der Vorteil, dass ein zweiter Geber nicht zusätzlich montiert werden muss, so dass dadurch Fehlerquellen reduziert werden. Außerdem ist es nach einer derartigen Ausführungsform nicht notwendig, dass von einem Anwender des Überwachungsverfahrens bzw. der Überwachungseinrichtung rotatorische oder lineare Mittel zur Abtastung für den zweiten Geber zur Verfügung gestellt werden müssen. Ein weiterer Vorteil der Integration innerhalb eines Gebergehäuses besteht darin, dass in einfacher Weise eine hohe Schutzart realisierbar ist, bzw. dass nicht auch eine zusätzliche Verbindungstechnik vorzuhalten ist.


Anspruch[de]
Überwachungsverfahren für eine Antriebseinrichtung (1) auf ein fehlerhaftes Gebersignal (5) eines ersten Gebers (3) der Antriebseinrichtung (1), wobei das Gebersignal (5) des ersten Gebers (3) mit einem Gebersignal eines zweiten Gebers (7) verglichen wird und derart der erste Geber (3) überwacht wird. Überwachungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungsverfahren nur dann ausgeführt wird, wenn durch eine der Antriebseinrichtung (1) zugeordnete Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (11) die Steuerung und/oder Regelung der Antriebseinrichtung (1) freigegeben ist. Überwachungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung zwei Gebersignale (5, 9) verwendet werden, welche eine voneinander unterschiedliche Genauigkeit aufweisen. Überwachungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als ein Geber (3, 7) ein Lagegeber und/oder ein Drehzahlgeber und/oder ein Beschleunigungsgeber verwendet wird. Überwachungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebersignal (5) des ersten Gebers (3) und das Gebersignal (9) des zweiten Gebers (7) in einer gemeinsamen Signalverarbeitungseinrichtung (13) verarbeitet werden. Überwachungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Geber (3) mittels einer Kupplung (15) mit einer Motorwelle (21) mechanisch gekuppelt ist, wobei der erste Geber (3) mittels des zweiten Gebers (7) überwacht wird, wobei insbesondere das Gebersignal (5) des ersten Gebers (3) eine höhere Genauigkeit aufweist als das Gebersignal (9) des zweiten Gebers (7). Überwachungseinrichtung (23) für eine Antriebseinrichtung (1), wobei die Überwachungseinrichtung (23) zur Überwachung einer Bewegung der Antriebseinrichtung (1) vorgesehen ist, wobei die Überwachungseinrichtung (23):

– einen ersten Geber (3) aufweist, wobei der erste Geber (3) insbesondere eine Geberscheibe (4) aufweist und

– einen zweiten Geber (7) aufweist, wobei der zweite Geber (7) zur Überwachung des ersten Gebers (3) vorgesehen ist.
Überwachungseinrichtung (23) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Geberscheibe (4) mit einer Geberwelle (6) eine formschlüssige Verbindung aufweist. Überwachungseinrichtung (23) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Geber (3) mittels einer Kupplung (15) mit einer Motorwelle (21) mechanisch gekuppelt ist, wobei die Kupplung (15) eine Antriebsseite (17) und eine Abtriebsseite (19) aufweist, wobei der erste Geber (3) der Abtriebsseite (19) der Kupplung (15) zugeordnet ist und der zweite Geber (7) der Antriebsseite (17) der Kupplung (15). Überwachungseinrichtung (23) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsseite (17) der Kupplung (15) mit einer Motorwelle (21) eine formschlüssige Verbindung aufweist. Überwachungseinrichtung (23) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (23) datentechnisch mit einer Steuerung- und/oder Regelungseinrichtung (11) verbunden ist. Überwachungseinrichtung (23) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Geber (3) und der zweite Geber (7) ein gemeinsames Gebergehäuse (8) aufweisen. Überwachungseinrichtung (23) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (23) zur Durchführung des Überwachungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 vorgesehen ist.






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