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Die
Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsvorrichtung umfassend
einen umrichtergespeisten Elektromotor, eine Steuereinrichtung mit
einem Mikroprozessor, die ein Motorsteuermodul aufweist, welches
mit einem Leistungsmodul zur Einstellung gewünschter elektrischer Parameter
für den Elektromotor
zusammenwirkt, eine Verbindungsleitung, die einen Ausgang der Steuereinrichtung
mit dem Elektromotor verbindet, wobei eine Selbstdiagnoseeinrichtung
vorgesehen ist, die einen an dem Elektromotor angeordneten Körperschallsensor
und ein Auswertemodul für
dessen Signale aufweist.
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Elektrische
Antriebsvorrichtungen erfreuen sich als wartungsarme und leistungsfähige Antriebe einer
steigenden Beliebtheit. Dank moderner Halbleiterkomponenten können voll-regelbare
Antriebe auch für
hohe Leistungsklassen verwendet werden. Die Vorzüge des Elektromotors hinsichtlich
einfachem Aufbau, Zuverlässigkeit,
Wartungsfreiheit und Steuerbarkeit erschließen ihm damit immer weitere Anwendungsfelder.
Um die Zuverlässigkeit
von elektrischen Antriebsvorrichtungen weiter zu erhöhen und
um Wartungsintervalle zu verlängern,
wird in jüngerer
Zeit Körperschallanalytik
bei Elektromotoren angewendet. Mittels geeigneter Sensoren wird
durch die Bewegung, in der Regel ist es eine Rotation, des Elektromotors
erzeugter Körperschall
erfasst, und mittels einer geeigneten Auswerteeinrichtung auf das Vorkommen
abnormaler, auf einen Defekt hindeutender Signalbestandteile bewertet.
Damit kann eine Diagnose der Antriebsvorrichtung erfolgen.
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Üblicherweise
werden die Auswerteeinrichtungen in Mikroprozessortechnik ausgeführt. Zur Auswertung
werden meist charakteristische Größen wie ein quadratischer Mittelwert,
RMS etc. berech net oder auch Fourieranalyse durchgeführt. Weiterhin kann
eine fortgeschrittene Signalverarbeitung vorgesehen sein, die aus
dem vielfältigen,
vom Körperschallsensor
aufgenommenen Signalgemisch die für die Beobachtung des Zustands
des Elektromotors relevanten Anteile herausfiltert und bewertet.
Auch wenn dank dem hohen Stand der Mikroprozessortechnik und der
Signalverarbeitung auch aus gestörten
Signalen, die unter erschwerten Bedingungen von dem Körperschallsensor
gemessen werden, noch annehmbare Ergebnisse erzielt werden können, so
hat es sich doch gezeigt, dass eine günstige Anordnung des Körperschallsensors
möglichst
nahe an entscheidenden Teilen des Elektromotors eine Verbesserung
der Signalqualität
bewirken kann. Besonders geeignete Stellen sind aber häufig schwer zugänglich und
erfordern eine mitunter weitgehende Demontage des Elektromotors.
In der Praxis sind die Körperschallsensoren
daher häufig
außen
an dem Elektromotor oder der durch ihn angetriebenen Vorrichtung
angeordnet. Das ist zwar weniger aufwendig, jedoch ist die Signalqualität häufig unbefriedigend.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu verringern.
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Die
erfindungsgemäße Lösung liegt
in einer Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Erfindungsgemäß ist bei
einer elektrischen Antriebsvorrichtung umfassend einen Elektromotor,
eine Steuereinrichtung mit einem Mikroprozessor, die ein Motorsteuermodul aufweist,
das mit einem Leistungsmodul zur Einstellung gewünschter elektrischer Parameter
für den Elektromotor
zusammenwirkt, eine Verbindungsleitung, die einen Ausgang der Steuereinrichtung
mit dem Elektromotor verbindet, und eine Selbstdiagnoseeinrichtung,
die einen an dem Elektromotor angeordneten Körperschallsensor und ein Auswertemodul für dessen
Signale aufweist, vorgesehen, dass das Auswertemodul in die Steuereinrichtung
integriert und so ausgebildet ist, dass der Mikroprozessor des Steuermoduls
die Signale des Körperschallsensors auswertet.
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Der
Begriff Steuereinrichtung wird im weiteren Sinne unabhängig davon
gebraucht, ob eine Rückführung vorhanden
ist. Er umfasst sowohl Steuerungen wie auch Regelungen. Dementsprechend wird
nachfolgend unter Steuern ein Steuern oder Regeln verstanden.
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Unter
Umrichter wird eine aus Motorsteuermodul und Leistungsmodul bestehende
Einrichtung zur Versorgung des Elektromotors mit in der Regel mehrphasigem
Wechselstrom aus einer elektrischen Energiequelle (meist einem Stromnetz)
verstanden. Der Begriff umfasst sowohl ungeregelte Umrichter (Frequenzumrichter)
wie auch geregelte Umrichter (Servoumrichter).
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Unter
Mikroprozessor wird eine zur Abarbeitung eines Programms ausgebildete
arithmetisch-logische Recheneinheit verstanden. Der Begriff umfasst
neben üblichen
Mikroprozessoren insbesondere auch Mikrocontroller, Digitale Signalprozessoren DSP,
field programmable gate arrays FPGA sowie application specific integrated
circuit ASIC.
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Die
Erfindung fußt
auf dem Gedanken, dass bei heutigen umrichtergespeisten elektrischen
Antriebsvorrichtungen die Steuereinrichtung regelmäßig einen
leistungsfähigen
Mikroprozessor aufweist, um das Leistungsmodul gemäß den Vorgaben
auch bei hohen Drehzahlen anzusteuern und so für einen präzisen Betrieb der Antriebsvorrichtung
zu sorgen. Die Erfindung hat erkannt, dass dieser ohnehin vorhandene
Mikroprozessor auch für
die Auswertung der Signale des Körperschallsensors
herangezogen werden kann. Die Erfindung sieht daher vor, die Ressource "Mikroprozessor" der Steuereinrichtung
auch für
das Auswertemodul zu verwenden. Ein gesonderter Mikroprozessor für das Auswertemodul
ist damit überflüssig. Der
zusätzliche
Aufwand für
die Herstellung, Programmierung sowie Einbindung eines weiteren
Mikroprozessors in die elektrische Antriebsvorrichtung verringert
sich dadurch. Außerdem
bietet die erfindungsgemäße Integration
Vorteile in Bezug auf den Raumbedarf. Ein gesonderter Mikroprozessor würde zusätzlichen
Raum benötigen,
also ein größeres oder
zusätzliches
Ge häuse
erfordern. Da erfindungsgemäß ein zweiter
Mikroprozessor vermieden werden kann, entfällt auch die durch seine Verlustleistung
bewirkte Abwärme.
Die thermische Belastung verringert sich dadurch. Eine Analyse von
Körperschallsignalen
wird damit für
elektrische Antriebsvorrichtungen ermöglicht, ohne dass wesentliche
zusätzliche
Kosten entstehen, und ohne dass zusätzliche Anforderungen an Bauraum
oder Wärmeableitung
gestellt werden. Dies ermöglicht
den Einsatz der Körperschallanalytik
auch in kostensensitiven Bereichen und für kleine Antriebsvorrichtungen
wie Servoantriebe, bei denen es auf eine geringe Baugröße besonders
ankommt. Die Integration der Auswertung in denselben Mikroprozessor,
der auch die Steuerung des Leistungsmoduls der Antriebsvorrichtung
vornimmt, ermöglicht
außerdem
die Einbeziehung von Ergebnissen der Körperschallauswertung in die Steuerung
des Elektromotors, und umgekehrt. Dadurch können sich zusätzliche
synergistische Effekte ergeben.
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Zweckmäßigerweise
ist eine Ausgabeeinrichtung für
die ausgewerteten Körperschallsignale vorgesehen.
Damit kann dem Benutzer angezeigt werden, zu welchem Ergebnis die
Auswertung der Körperschallsignale
geführt
hat. Der Benutzer ist damit über
den technischen Zustand der Antriebsvorrichtung stets informiert.
Weiter kann die Ausgabeeinrichtung mit Vorteil dazu genutzt werden,
Signale an eine übergeordnete
Leiteinrichtung, wie eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS),
zu übermitteln.
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Vorzugsweise
weist die Steuereinrichtung zusätzlich
ein Evaluierungsmodul auf, das zum Bewerten der von dem Auswertemodul
ausgegebenen Körperschallsignale
ausgebildet ist. Das Evaluierungsmodul ermöglicht eine Klassifikation
dahingehend, ob der Betrieb der elektrischen Antriebsvorrichtung
noch in vollem Umfang möglich
ist, ob bereits Funktionseinschränkungen
erfolgen sollen oder ob der Betrieb aus Sicherheitsgründen ganz
eingestellt werden soll. Weiter kann eine Selbstdiagnose durchgeführt werden,
um Informationen über
eine mögliche
Fehlerursache zu erhalten. Zweckmäßigerweise ist also das Evaluierungsmodul
mit Musterverläufen
für typisch
auftretende Fehlersituationen in einem Spei cher versehen, die zur
Grundlage eines Vergleichs mittels einer Klassifikationseinrichtung
genommen werden. In entsprechender Weise können auch Grenzwerte vorgegeben
sein.
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Der
Körperschallsensor
kann grundsätzlich wie
bisher an dem Elektromotor oder an der durch ihn angetriebenen Maschine
angeordnet sein. Durch die integrale Einbeziehung seiner Auswertung
in die Steuereinrichtung ist es aber ermöglicht, den Körperschallsensor
an anderer Stelle unterzubringen. Es hat sich gezeigt, dass eine
günstige
Anordnung innerhalb einer Klemmenbox des Elektromotors gegeben ist.
Die Klemmenbox ist in der Regel direkt am Motor montiert, so dass
der in der Klemmenbox angeordnete Körperschallsensor funktional
mit dem Elektromotor zu einer Einheit verschmilzt. Weiter ist der
Körperschallsensor
in der Klemmenbox geschützt
angeordnet, so dass Defekte auf Grund von Verschmutzungen und/oder
Beschädigungen
nicht oder nur in verringertem Maß auftreten.
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Zweckmäßigerweise
sind Verknüpfungsmittel
vorgesehen, die zum Übermitteln
von Messgrößen und/oder
Zustandsgrößen des
Umrichteransteuermoduls an das Auswertemodul ausgebildet sind. Damit
können
Größen und
Parameter wie die Motorströme
und die Motordrehzahl, die zu Zwecken der eigentlichen Motorsteuerung
im Motorsteuermodul ohnehin vorhanden sind, an das Auswertemodul übermittelt
werden. Dieses ist damit in die Lage versetzt, diese Parameter bei
der Auswertung der Signale des Körperschallsensors
zusätzlich
zu berücksichtigen.
So kann bspw. mit zusätzlicher
Berücksichtigung
der Statorströme
des Elektromotors unterschieden werden, ob gewisse Geräusche nur
unter Last des Elektromotors, oder eher im Leerlauf oder gar Schiebebetrieb
auftreten. Die Verknüpfungsmittel können mit
Vorteil eine Zeitfensterung aufweisen. Damit wird erreicht, dass
eine Auswertung des Signals des Körperschallsensors auf die Zeitabschnitte beschränkt ist,
in denen der Motor läuft.
Das ist besonders dann von Vorteil, wenn mittelwertbildende Filter
(bspw. Moving-Average-Filter) eingesetzt werden, um eine Verfälschung
des Mittelwerts durch Stillstandzeiten zu vermeiden. Weiter können auf
diese weise Störungen
auf Grund von Querkopplungen zwischen dem Betrieb des Motors einerseits
und der Messung der Körperschallsignale
andererseits leicht erkannt und ausgefiltert werden. Zu diesem Zweck sind
vorteilhafterweise Gleichtaktunterdrückungsmittel vorgesehen. Sie
bewirken, dass durch das Ansteuern des Elektromotors hervorgerufene
Störungen
des Körperschallsignals
verringert werden. Damit ergibt sich eine weitere Verbesserung der
Signalqualität
des Körperschallsensors,
und damit letztlich auch ein besseres Auswertungsergebnis.
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Die
Integration des Auswertemoduls in den ohnehin vorhandenen Mikroprozessor
der Steuereinrichtung hat weiter den Vorteil, dass ebenfalls die Verkabelung
integriert ausgeführt
sein kann. Unter integriert wird hierbei verstanden, dass die den
Körperschallsensor
mit dem Auswertemodul verbindende Signalleitung in die den Motorstrom
führende
Verbindungsleitung integriert ist. Unter Signalleitung wird hierbei
nicht nur die das eigentliche Messsignal führende Leitung verstanden,
sondern auch für
den Betrieb des Körperschallsensors
eventuell erforderliche Speiseleitungen. Die Verbindungsleitung
ist ohnehin erforderlich, so dass für die Verkabelung des Körperschallsensors
ein kaum nennenswerter zusätzlicher Aufwand
anfällt.
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Die
erfindungsgemäße kostensparende
Integration des Auswertemoduls in den Mikroprozessor der Steuereinrichtung
ermöglicht
es, ohne nennenswerten Zusatzaufwand die elektrischen Antriebsvorrichtungen
serienmäßig mit
der Körperschallanalytik zu
versehen. Eine aufwendige Nachrüstung
entfällt damit.
Die serienmäßige Ausrüstung hat
weiter den Vorteil, dass der Körperschallsensor
bereits bei der Herstellung des Elektromotors montiert werden kann. Es
ist damit ermöglicht,
ihn an Stellen anzuordnen, die im Rahmen einer Nachrüstung nicht
oder nur mit unvertretbar hohem Aufwand zu erreichen wären. Die
Bestimmung der Montageposition des Körperschallsensors kann damit
allein nach der Güte
der zu erwartenden Messsignale erfolgen, ohne dass Rücksicht
auf Zugänglichkeit
im Rahmen einer Nachrüstung
genommen zu werden braucht. Der Körperschallsensor kann an inneren
Elementen des Elektromotors ohne Schwierigkeiten angeordnet werden. Bevorzugt
ist eine Anordnung des Körperschallsensors
an Lagerstellen. Ein weiter bevorzugter Montageort ist an einer
kraftabgebenden Welle des Elektromotors, Besonders bevorzugt ist
es, den Körperschallsensor
mit der Welle mitdrehend anzuordnen, und einen Übertrager zur Signalübermittlung
an das Auswertemodul vorzusehen. Es hat sich gezeigt, dass Defekte
meistens an drehenden Komponenten des Elektromotors auftreten. Mittels Übertrager
können
die Signale des Körperschallsensors
von der drehenden Welle vom stationären Teil übermittelt werden. Der Weg
zu der Anordnung des Körperschallsensors
an der Welle wird durch die Erfindung erst geebnet, da sich dieser
Ort für
eine nachträgliche Ausrüstung in
den meisten Fällen
verbietet. Der Grund dafür
liegt gar nicht mal unbedingt in der schwierigen Zugänglichkeit
der Welle, sondern darin, dass bei einer nachträglichen Ausrüstung Unwuchtprobleme
zu befürchten
wären,
die sich erfahrungsgemäß nur schwer
zuverlässig
in den Griff bekommen lassen. Da dank der Erfindung die elektrischen Antriebsvorrichtungen
mit wenig Aufwand serienmäßig mit
der Körperschallanalytik
versehen werden können,
kann die Anbringung des Sensors bereits konstruktiv berücksichtigt
sein, so dass sich keine Unwuchtprobleme wie bei einer nachträglichen
Anordnung ergeben. Die Berücksichtigung
der Anbringung des Körperschallsensors
bereits bei der Konstruktion erleichtert es außerdem, den Körperschallsensor
so anzuordnen, dass er durch die beim Drehen der Welle auftretende
Fliehkraft nicht negativ beeinflusst wird. Eine Überlastung des Körperschallsensors
bei schnell drehender Welle wird damit vermieden. Dazu ist der Körperschallsensor
vorzugsweise so angeordnet, dass seine Messrichtung koaxial zur
Welle ausgerichtet ist.
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Der
Elektromotor braucht nicht unbedingt als ein Rotationsmotor ausgeführt zu sein.
Es kann sich ebenso um einen Linearmotor handeln, insbesondere in
einer Ausführung
für oszillierende
Bewegung.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, in
der ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
dargestellt ist. Es zeigen:
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1 eine
schematische Übersichtsdarstellung
eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung;
und
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2 eine
Detailvergrößerung eines
Bereichs des Elektromotors mit Beispielen für eine Anordnung von Körperschallsensoren.
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Eine
erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung umfasst
als Hauptbaugruppen einen Elektromotor 9 und eine Steuereinrichtung 2.
Der Elektromotor 9 ist an ein Stromnetz 70 zur
Energieversorgung angeschlossen. Die Steuereinrichtung 2 ist über eine
Datenleitung 21, bspw. ein Feldbus, mit einer Leiteinrichtung 1 verbunden.
Die Leiteinrichtung 1 ist bspw. eine speicherprogrammierbare
Steuerung (SPS) mit Terminal zur Dateneingabe und -ausgabe mit Visualisierung.
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Die
Steuereinrichtung 2 weist zwei Hauptkomponenten auf. Das
eine ist das Motorsteuermodul 5 zur Ansteuerung des Elektromotors 9 mittels
eines Leistungsmoduls 7. Das andere ist eine Selbstdiagnoseeinrichtung,
die im Wesentlichen aus einem Auswertemodul 4 für Signale
eines Körperschallsensors 6 besteht.
Das Auswertemodul 4 sowie das Motorsteuermodul 5 sind
nicht unabhängig
voneinander in der Steuereinrichtung 2 ausgeführt, sondern
nutzen gemeinsam einen Mikroprozessor 3. Der Mikroprozessor 3 ist
ein an sich aus dem Stand der Technik bekannter Mikroprozessor zur
digitalen Signalverarbeitung. Er wirkt mit einem Schreib-/Lesespeicher (RAM)
sowie einem Nur-Lesespeicher (ROM), die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind,
zusammen. Weiter ist der Mikroprozessor 3 verbunden mit
einer Ein-/Ausgabeeinrichtung 22 und Vorverstärkerfilter 48 sowie
mit optionalen Analog-/Digitalwandlern 55, 57.
Der Aufbau des Mikroprozessors ist an sich bekannt und braucht daher nicht
näher be schrieben
zu werden. Die genannten Komponenten, mit denen der Mikroprozessor
zusammenwirkt, können
gesondert oder ganz oder teilweise gemeinsam mit dem Mikroprozessor
auf einem Chip ausgeführt
sein. Nachfolgend wird die Funktion im Zusammenhang mit dem Motorsteuermodul 5 sowie
dem Auswertemodul 4 erläutert.
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Der
Elektromotor 9 wird über
einen Umrichter gemäß einstellbarer
Parameter angesteuert, wie sie insbesondere von der Leiteinrichtung 1 übermittelt
werden. Der Umrichter ist gebildet durch das Motorsteuermodul 5 als
Kontrolleinheit und ein Leistungsmodul 7 als Leistungseinheit.
Bei dem Elektromotor 9 handelt es sich um einen Servoantrieb,
der dank des Umrichteransteuermoduls 5 und dem Leistungsmodul 7 hinsichtlich
Drehzahl, Drehmoment und Drehrichtung voll steuerbar ist. An das
Motorsteuermodul 5 sind Vorgabeparameter bspw. für Motordrehzahl
und -richtung von der Leiteinrichtung angelegt. Das Motorsteuermodul 5 berechnet
daraus anhand an sich bekannter Verfahren, insbesondere der feldorientierten
Regelung, Ansteuersignale für das
Leistungsmodul 7. Das Leistungsmodul 7 ist vorzugsweise
als ein pulsbreitenmodulierter Wechselrichter mit abschaltbaren
aktiven Schaltern (z. B. GTO oder IGBT) ausgeführt. In dem Ausführungsbeispiel
ist das Leistungsmodul 7 ein standardmäßiger Wechselrichter mit Gleichstrom-Zwischenkreis
(ein Zwischenkreis ist aber nicht zwingend erforderlich). Gemäß der von
dem Motorsteuermodul 5 über
die Steuerleitung 27 übermittelten
Signale wandelt das Leistungsmodul 7 die über das
Stromnetz 70 zugeführte
elektrische Leistung in Drehstrom mit variabler Frequenz und Amplitude
um. Dieser Drehstrom wird über
einen Klemmenkasten 98 an Statorwicklungen des Elektromotors 9 angelegt.
Der über
die Verbindungsleitungen 8 und den Klemmenkasten 98 an
ein Elektromotor 9 angelegte Drehstrom fließt durch
die Statorwicklungen und bewirkt damit in dem Elektromotor 9 ein
magnetisches Drehfeld. Auf Grund elektromagnetischer Kopplung wird
damit ein Drehmoment auf den Rotor ausgeübt. Der Rotor und damit die
Motorwelle 90, auf der der Rotor angeordnet ist, werden
in eine Drehbewegung versetzt.
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Zur
Verbesserung des Steuerverhaltens sind Strommesseinrichtungen 58 an
den drei Phasen der Verbindungsleitung 8 angeordnet. Sie
sind an den Analog-/Digitalwandler 57 angeschlossen. Damit werden
an das Motorsteuermodul 5 Messwerte für die tatsächlich fließenden Statorströme des Elektromotors 9 angelegt.
Mit der so bewirkten Rückkopplung
kann eine verfeinerte Steuerung bzw. Regelung des Leistungsmoduls 7 erfolgen.
Zweckmäßigerweise
ist an dem Elektromotor 9 ein Drehgeber 56 angeordnet.
Er bestimmt die Winkelposition der Rotorwelle 90. Seine
Signale sind an einen zweiten Analog-/Digitalwandler 55 angelegt.
Mit der Auswertung der Signale des Drehgebers 56 kann eine
weitere Verbesserung der Steuerung erreicht werden. Insbesondere
ermöglicht
dies ein genaues Anfahren bestimmter Positionen, und damit den Einsatz
des Elektromotors 9 als Servoantrieb.
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Der
Körperschallsensor 6 ist
an dem Elektromotor 9 angeordnet. Diese Anordnung ist günstig für eine gute
Signalqualität,
aber es soll nicht ausgeschlossen sein, dass der Körperschallsensor
an der angetriebenen Einheit angeordnet ist. Er ist über eine Signalleitung 64 mit
dem Vorverstärkerfilter 48 verbunden.
Dieser ist dazu ausgebildet, die vom Körperschallsensor 6 gemessenen
Signale zu verstärken und
unerwünschte
Komponenten auszufiltern. Über die
Signalleitung ist mittels nicht dargestellter Versorgungsleitungen
eine ggf. erforderliche Betriebsspannung an den Körperschallsensor 6 angelegt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
erfolgt die Versorgung über
eine Phantomspeisung; die Anzahl zusätzlicher Leitungen ist damit
minimiert. Das verstärkte
und gefilterte Signal ist an das Auswertemodul 4 angelegt.
Das Auswertemodul ist dazu ausgebildet, mittels an sich bekannter
Verfahren Signale des Körperschallsensors 6 auszuwerten.
Die somit ausgewerteten Signale werden über eine Ausgabeeinrichtung 44 an
die Ein-/Ausgabeeinheit 22 der Steuereinrichtung 2 zur
Anzeige an der Leiteinrichtung 1 angelegt. Weiter umfasst
das Auswertemodul 4 ein Evaluierungsmodul 42.
Es ist dazu ausgebildet, anhand voreinstellbarer Kriterien eine
Klassifikation der von dem Körperschallsensor 6 gemessenen
Signale vorzunehmen. Damit ist eine Erkennung ermöglicht,
ob die gemessenen Signale einen störungsfreien oder einen störungsbehafteten
Betrieb des Elektromotors 9 darstellen. Die Klassifikation
kann anhand verschiedener vorgebbarer Fehlermuster erfolgen. So
können
unterschiedliche Fehlermuster für Defekte
eines der Hauptlager, Anstreifungen des Rotors an den Stator, Beschädigungen
des Gehäuses oder
seiner Befestigung, Vibrationen etc. vorgesehen sein. Das Evaluierungsmodul
ist dazu ausgebildet, je nach dem erkannten Muster ein bestimmtes
Ausgangssignal an die Ausgabeeinrichtung 44 zu übermitteln.
Weiter kann es dazu ausgebildet sein, einen sofortigen Stop des
Betriebs des Elektromotors 9 zu bewirken.
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Ferner
ist ein Verknüpfungsmodul 45 vorgesehen,
das sowohl mit dem Auswertemodul 4 wie auch dem Motorsteuermodul 5 verbunden
ist. Es ist dazu ausgebildet, einen Datenaustausch zwischen den
beiden Modulen zu bewirken. So kann bspw. vorgesehen sein, dass
beim Erkennen eines kritischen Fehlers durch das Evaluierungsmodul 46 ein
Notstopsignal an das Motorsteuermodul 5 übermittelt
wird. Dieses stoppt unverzüglich
den Betrieb des Elektromotors 9, um weitere Schäden zu verhindern.
Aber auch in umgekehrter Richtung kann ein Datenfluss vorgesehen
sein. So kann insbesondere das Auswertemodul 4 mit Signalen
bezüglich
der Drehzahl, des Statorstroms, des Drehmoments sowie der Beschleunigung
des Elektromotors 9 versorgt werden. Anhand dieser Daten
kann die Auswertung des gemessenen Körperschallsignals weiter verfeinert
werden. So kann z. B. festgestellt werden, ob Abhängigkeiten
zu bestimmten Zuständen
bestehen. Signale des Körperschallsensors 6,
die beim Beschleunigen des Motors unter Last auftreten, können damit
von solchen unterschieden werden, die bei dem Leerlaufbetrieb oder
im Bremsbetrieb des Motors entstehen. Die Qualität der Auswertung durch das
Auswertemodul 46 kann damit deutlich gesteigert werden.
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Der
Körperschallsensor 6 kann
an dem Elektromotor auf verschiedene Weise angeordnet sein. In 2 sind
beispielhaft zwei verschiedene Möglichkeiten
dargestellt. In der Figur unten ist eine gehäusefeste Anordnung des Körperschallsensors 6 und
in der Figur oben ist eine alternative mitdrehende Anordnung des
Kör perschallsensors 6' an der Rotorwelle 90 dargestellt.
Bevor auf weitere Details hierzu eingegangen wird, sei kurz der
Aufbau des Elektromotors 9 in diesem interessierenden Bereich
erläutert. Während in 1 eine
Vorderansicht des Elektromotors 9 dargestellt ist, ist
in 2 eine Teilansicht des hinteren Bereichs im Schnitt
dargestellt. In der Figur in der Mitte ist ein gehäusefester
Lagerbock 93 dargestellt, in den ein hinteres Rotorlager 95 eingepresst ist.
Das Rotorlager 95 ist als herkömmliches Kugelwälzlager
ausgeführt.
Hinter dem Lagerbock 93 (in 2 rechts
davon) ist ein hinterer Lagerschild 94 vorgesehen, der
die Gehäuserückwand des
Elektromotors 9 bildet. Über das Wälzlager 95 ist der
Rotor 91 mittels seiner Welle 90 drehbar gelagert.
Der Rotor 91 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als
ein Permanentmagnet-Rotor ausgeführt.
Er weist mehrere über
seinen Umfang verteilte Permanentmagneten 92, 92' auf, die mit
wechselnder Polarität eingesetzt
sind. Sie bewirken in einem von den (nicht dargestellten) Statorwicklungen
erzeugten Magnetfeld die Ausbildung eines auf den Rotor 91 wirkenden Drehmoments
und bewirken damit eine Drehung der Rotorwelle 90, die
an der vorderen Stirnseite des Gehäuses (siehe 1)
als kraftabgebende Welle herausgeführt ist.
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In
dem unteren Bereich des Lagerbocks 93 ist an einem vorbereiteten
Ansatz eine Aufnahme für den
Körperschallsensor 6 vorgesehen.
Die Aufnahme ist vorzugsweise als Gewindesackbohrung ausgeführt. In
diese ist der Körperschallsensor 6 mit
einem vorderen Kopfstück 60 eingeschraubt.
Das Kopfstück 60 weist
eine Vorzugsmessrichtung auf, in der seine Empfindlichkeit am größten ist.
Es ist so orientiert, dass die Vorzugsmessrichtung in Axialrichtung
der Rotorwelle 90 weist. An seinem Mittelteil weist der
Sensor 6 einen als Anschlag fungierenden Kragen 61 auf,
der an seiner Außenseite
zur Erleichterung der Montage/Demontage mit einem Sechskant versehen
ist. In seinem hinteren Bereich weist der Körperschallsensor 6 einen
Messwertaufnehmer 62 auf, der die von dem Kopfstück 60 aufgenommenen
Schwingungen in elektrische Signale umwandelt. Die elektrischen
Signale werden über
eine Anschlussleitung 64 an den Vorstärkungsfilter 48 (siehe 1) weitergeführt. Mit
dieser lagernahen Anordnung kann der Körperschallsensor Defekte insbesondere
im Bereich des Lagers 95 gut erfassen. Durch seine gehäusefeste
Anordnung kann er außerdem schädliche Vibrationen
des Gehäuses
des Elektromotors 9 gut erfassen.
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Eine
alternative Anordnung des Körperschallsensors 6' sieht vor,
ihn an dem rückwärtigen Ende
der Rotorwelle 90 anzuordnen. Dazu ist an ihrer rückseitigen
Stirnfläche
eine Gewindesackbohrung angeordnet. In diese ist der Körperschallsensor 6' mit seinem
Kopfstück 60' eingeschraubt.
Als Anschlag und zur Erleichterung der Montage/Demontage ist ebenfalls
ein Kragen 61' vorgesehen.
Der im hinteren Bereich angeordnete Messaufnehmer 62' ist zusätzlich an
seinem hinteren Ende mit einem Teil eines optoelektronischen Übertragers 63' versehen. Der Übertrager
umfasst eine Sendeeinrichtung, der als an der Rückseite des Messaufnehmers 62' angeordneter
Richtstrahler ausgeführt
ist. Für
die Energieversorgung sind (nicht dargestellte) mitdrehende Induktionsspulen
vorgesehen. Damit kann bei drehender Rotorwelle 90 aus
dem Streufluss elektrische Energie gewonnen werden. In der Flucht
der Rotorwelle 90 ist dem Richtstrahler zugewandt an der
inneren Seite des Lagerschilds 94 eine Empfangseinrichtung des Übertragers 63' angeordnet.
Sie ist ausgeführt als
ein Demodulator mit integrierter Verstärkungsschaltung. An die Vestärkungsschaltung
ist eine Anschlussleitung 64' angeschlossen, über die
die Signale an den Vorverstärkungsfilter 48 übertragen
werden. Die Funktionsweise der Übertragungseinrichtung 63' beruht auf
einer frequenzmodulierten Übertragung.
Die von dem Körperschallsensor 6' aufgenommenen
Schwingungssignale werden mittels einer geeigneten Trägerfrequenzmodulierung
durch einen nicht dargestellten Modulator als Schaltimpulse auf
den Richtstrahler der Übertragungseinrichtung 63' gegeben. Die
von dem Richtstrahler entsprechend abgestrahlten Funksignale werden
von dem Demodulator der Empfangseinrichtung aufgenommen, durch die
Verstärkerschaltung
verstärkt
und demoduliert, und dann als Signal im Basisband über die Verbindungsleitung 64' zum Auswertemodul 4 übermittelt.