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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb mit einer elektrischen Maschine mit einer Anzahl von Sensoren und mit einem Stromrichter zur Speisung der elektrischen Maschine.
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Eine elektrische Maschine ist insbesondere ein Elektromotor oder ein Generator. Sie kann eine Asynchron- oder Synchronmaschine sein.
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Aus der europäischen Patentanmeldung
EP 0 841 574 A2 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Echtzeitdiagnose und zur Echtzeitüberwachung eines elektrischen Motors bekannt. Es ist im Motor eine Diagnosevorrichtung integriert. Sie umfasst eine Anzahl von Sensoren, eine Verarbeitungseinheit, einen Speicher und eine Ausgabeschnittstelle zur Ausgabe von Alarmen, von Warnungen, von ermittelten Betriebsparametern und dergleichen. Die Ausgabeschnittstelle ist über eine Kommunikationsverbindung mit einem Überwachungscomputer verbunden. In einer dortigen Ausführungsform kann der Überwachungscomputer über eine kommerzielle Kommunikationsverbindung mit einem Pagingsystem verbunden sein, so dass in einem anormalen Betriebsfall des Motors ein Operator informiert werden kann.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 100 18 866 A1 ist ein Pumpenaggregat mit einer Pumpe und mit einem diese antreibenden Elektromotor sowie eine digitale Motorsteuerung bekannt. Die Motorsteuerung ist über einen Bus mit einer digitalen Kommunikationseinheit verbunden, welche eine mit auf Internetprotokollen basierenden Schnittstelle aufweist, so dass das Pumpenaggregat über ein digitales Netzwerk, ein Intranet oder das Internet steuerbar ist. Zudem ist mindestens ein Sensor vorgesehen, dessen Ausgangssignal mittels der Kommunikationseinheit abfragbar ist. Die Offenlegungsschrift offenbart zudem eine Kommunikationseinheit, die einen Webserver beinhaltet. Innerhalb des Webservers ist eine Web-Homepage abgelegt sowie eine WAP-Homepage.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10049506 A1 offenbart eine integrierte Motorüberwachung, bei welcher ein Betriebszustand eines Elektromotors überwacht wird. In einem Speicherelement werden Informationen, die den Betriebszustand des Motors kennzeichnen, gespeichert. Ein Überwachungssystem umfasst ein elektronisches Modul mit einer elektronischen Schaltung zum Empfangen von Sensorsignalen, die mehrere Betriebsparameter des Motors kennzeichnen. Die Sensorsignale werden von mehreren Sensoren erzeugt, die an dem Motor angebracht sind. Ein Zustandsüberwachungssystem verwendet Signale von diesen Sensoren, um den Betriebszustand des Motors zu bestimmen. Ein Prozessor kann abhängig von dem durch die Sensordaten gekennzeichneten Motorzustand die Sensordaten in einem SRAM und zu gegebenen Zeiten in einem Flashspeicher für ein späteres Herunterladen speichern.
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Häufig weisen elektrische Maschinen Sensoren auf, die zur Überwachung und/oder zur Steuerung der elektrischen Maschine benötigt werden. Bei den Sensoren kann es sich um Temperatursensoren, Schwingungssensoren, Wicklungsbruchsensoren, Drehgeber oder dergleichen handeln. Die Sensoren sind vorzugsweise an überwachungsbedürftigen Stellen in der elektrischen Maschine angebracht, wie z.B. im Wickelkopf oder im Bereich der Motorlager.
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Die elektrische Maschine kann zur messtechnischen Aufbereitung der erfassten Sensorsignale eine Sensorelektronik aufweisen. Sie kann in einem Maschinengehäuse oder vorzugsweise in einem Klemmenkasten der elektrischen Maschine untergebracht sein. Sie kann auch eine Schnittstelle, wie z.B. eine RS232-Schnittstelle, zum Auslesen der von der Sensorelektronik erfassten Messwerte aufweisen.
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Nachteilig daran ist, dass ein spezielles Ausleseprogramm, wie z.B. ein Monitorprogramm, auf einem Personal Computer (PC) oder auf einem Computer zum Auslesen der Messwerte aus der Sensorelektronik benötigt wird.
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Elektrische Antriebe können aus einem Stromrichter und aus einer elektrischen Maschine bestehen. An einem Stromrichter können auch mehrere elektrische Maschinen angeschlossen sein. Auch ist es möglich, dass mehrere Stromrichter eine elektrische Maschine speisen. Der Stromrichter kann z.B. ein Umrichter, ein Wechselrichter oder ein Gleichrichter sein.
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Der Stromrichter weist üblicherweise eine Steuereinheit zur Ansteuerung eines Leistungsteils mit einem oder mehreren Stromrichtermodulen auf. Ein Stromrichtermodul umfasst typischerweise elektronische Schaltmittel, wie z.B. Leistungstransistoren, zur Erzeugung eines Drehfeldes für die elektrische Maschine.
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Die Steuereinheit kann auch ein eigenständiges Gerät sein, welches mit einem oder mehreren Stromrichtermodulen verbunden ist. Zudem ist die Steuereinheit zur Überwachung und/oder Steuerung der elektrischen Maschine mit den eingangs beschriebenen Sensoren der elektrischen Maschine verbunden.
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Der Stromrichter kann mit der elektrischen Maschine über ein Leistungsanschlusskabel sowie über ein Sensorkabel zum Anschluss der Sensoren verbunden sein. Zum Anschluss weist die elektrische Maschine üblicherweise einen Klemmenkasten auf. Dort können die jeweiligen Leitungsenden des Motoranschlusskabels bzw. des Sensorkabels auf entsprechenden Klemmen aufgelegt werden. Das Leistungsanschlusskabel sowie das Sensorkabel können auch in einem gemeinsamen Anschlusskabel zusammengefasst sein.
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Die Steuereinheit kann mehrere Signalanschlüsse zum Anschließen der Sensoren sowie eine nachgeschaltete Messerfassungseinheit aufweisen. Die Steuereinheit des Stromrichters kann eine oder mehrere Datenschnittstellen zur Kommunikation mit einer übergeordneten Leitstelle eines Fertigungs- oder Automatisierungssystems oder einer Anlage aufweisen. Die Datenschnittstelle kann z.B. eine Profibus- oder CAN-Bus-Datenschnittstelle sein.
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Die Datenschnittstelle kann auch eine TCP/IP-Datenschnittstelle zur Übertragung von Daten über das Internet bzw. über ein firmenseitiges Intranet sein. In diesem Falle basieren die zu übertragenden Daten vorzugsweise auf einem standardisierten HyperText Transfer Protocol (HTTP). Das HyperText Transfer Protocol ist ein Protokoll insbesondere zur Übertragung von Daten über ein Netzwerk. Es wird hauptsächlich dazu verwendet, um Webseiten und andere Daten mittels eines Webbrowsers aus dem Datennetz des „World Wide Web“ (WWW) zu laden.
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Weist eine Steuereinheit eine oder mehrere TCP/IP-Datenschnittstellen auf, so können über diese Diagnosedaten oder Messdaten der Sensoren der elektrischen Maschine ausgelesen werden. An die Datenschnittstelle kann z.B. ein PC oder ein Notebook als Ausleseeinrichtung angeschlossen werden. Zum Anschluss weist eine TCP/IP-Datenschnittstelle typischerweise eine LAN-Buchse (Local Area Network), wie z.B. ein RJ45-Buchse, auf.
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Die zuvor beschriebenen TCP/IP-Schnittstellen können Bestandteil einer Webserver-Einheit sein, welche auf Anfrage Webseiten zur Verfügung stellen kann. Ein Webserver ist im engeren Sinne eine Softwareapplikation zur Ausführung eines Server-Dienstes, der Informationen über das HTTP-Protokoll zur Verfügung stellt.
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Die Webseiten können im Fall eines elektrischen Antriebs bzw. einer elektrischen Maschine maschinenspezifische Messwerte oder Statusinformationen enthalten. Die Webserver-Einheit ist dazu datentechnisch mit einer Messeinheit der Steuereinheit verbunden. Ein Servicefachmann kann dann im Rahmen einer Diagnose auf entsprechende Webseiten der Steuereinheit mittels eines Standard-Webbrowsers zugreifen. Ein Standard-Webbrowser ist z.B. der Internet Explorer von der Fa. Microsoft. Der Aufruf einer Webseite kann z.B. durch Eingabe einer sogenannten URL-Adresse (Uniform Resource Locator) oder eines Links erfolgen, welche bzw. welcher auf die gewünschte Webseite verweist.
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Nachteilig bei den zuvor beschriebenen Antrieben ist es, dass bei Ausfall der Steuereinheit kein datentechnischer Zugriff auf die Sensoren in der elektrischen Maschine möglich ist.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen elektrischen Antrieb anzugeben, welcher auf einfache Weise ein Auslesen der maschinenseitigen Sensordaten erlaubt, wobei bei Ausfall der Steuereinheit ein datentechnischer Zugriff auf die Sensoren in der elektrischen Maschine möglich ist.
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Die Aufgabe wird gelöst mit einem elektrischen Antrieb, welcher eine elektrische Maschine mit einer Anzahl von Sensoren und mit einer in der elektrischen Maschine integrierten Messerfassungseinheit für von den Sensoren erfasste Sensorsignale, und einen Stromrichter zur Speisung der elektrischen Maschine aufweist, wobei die Messerfassungseinheit eine erste Webserver-Einheit mit einer ersten Datenschnittstelle sowie mit einer zweiten Datenschnittstelle aufweist, über welche jeweils mit den Sensorsignalen korrespondierende Sensordaten aus der Messerfassungseinheit auslesbar sind, wobei der Stromrichter zum Überwachen und/oder zum Steuern der angeschlossenen elektrischen Maschine eine Steuereinheit aufweist, welche eine zweite Webserver-Einheit mit einer dritten Datenschnittstelle umfasst, wobei die dritte Datenschnittstelle zum Auslesen der Sensordaten mit der ersten Datenschnittstelle verbunden ist, und wobei bei Ausfall der Steuereinheit eine Ausleseeinrichtung zur Diagnose der elektrischen Maschine über die zweite Datenschnittstelle mit der Messerfassungseinheit verbunden werden kann.
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Im Folgenden wird für den Begriff „Messerfassungseinheit“ synonym der Begriff „Erfassungseinheit“ verwendet.
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Der besondere Vorteil ist, dass die gesamte Sensorik der elektrischen Maschine datentechnisch auf einfache Weise in die Steuereinheit des Stromrichters bzw. des Antriebs eingebunden werden kann. Hierzu greift der Webserver der Steuereinheit auf eine oder mehrere referenzierbare Webseiten der Webserver-Einheit in der elektrischen Maschine zu.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass bei Ausfall der Steuereinheit des Antriebs weiterhin ein datentechnischer Zugriff auf die Sensoren in der elektrischen Maschine möglich ist. In diesem Fall kann eine Ausleseeinrichtung, wie z.B. der PC oder der Notebook, mit der Erfassungseinheit in der elektrischen Maschine datentechnisch verbunden werden.
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Damit ist der Vorteil verbunden, dass mittels eines Standard-Webbrowsers maschinenseitige Sensormessdaten direkt aus der elektrischen Maschine ausgelesen werden können. Der Webbrowser ist üblicherweise Bestandteil einer Standardsoftware auf einem PC oder einem Computer.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass bereits Webbrowser für eine Vielzahl von Computer-Betriebssystemen, wie z.B. von Windows, Linux, Unix oder Mac OS, verfügbar sind.
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Die Webserver-Einheit umfasst typischerweise einen Webdienst bzw. einen Webserver als Softwareapplikation, welche auf einem Mikroprozessor oder auf einem Mikrocontroller ausgeführt wird. Zum Anschluss eines PCs oder Computers weist die Webserver-Einheit z.B. eine LAN-Buchse auf Basis eines IEEE 802.3-Standards auf. Alternativ kann die Webserver-Einheit eine USB-Buchse (Universal Serial Bus) oder eine Firewire-Buchse auf Basis eines IEEE 1394-Standards aufweisen. Es sind auch andere Anschlüsse in Form von Buchsen oder Steckern möglich.
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Eine derartige Webserver-Einheit ist beispielsweise von der Fa. LANTRONIX (www.lantronix.com) unter der Typbezeichnung XPort als Baueinheit erhältlich. Es handelt sich dabei um eine hochintegrierte Baueinheit, welche in etwa den Abmessungen zweier LAN-Buchsen entspricht. In diese Baueinheit sind eine LAN-Buchse sowie ein Mikrocontroller zur Ausführung des Webservers integriert. Zudem weist die Webserver-Einheit einen elektronischen Speicher zur Speicherung der Webseiten auf. Die Webseiten können über die LAN-Buchse von einem Webbrowser hochgeladen werden.
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Darüber hinaus weist die Webserver-Einheit eine programmierbare SPI-Schnittstelle (Serial Port Interface) zum Anschluss an eine prozessorgestützte Einheit auf, wie z.B. an einen Mikrocontroller oder an einen Mikroprozessor. Über die SPI-Schnittstelle kann die Webserver-Einheit die von der Erfassungseinheit erfassten Sensordaten einlesen und weiterverarbeiten. Vorzugsweise wird die SPI-Schnittstelle mit drei Ein-/Ausgabepins oder sogenannten SPI-Ports eines Mikrocontrollers oder Mikroprozessors verbunden. Der Hard- und Softwareaufwand für die serielle Schnittstelle ist minimal.
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Auf Basis einer derartigen Webserver-Einheit ist eine äußerst kompakte Erfassungseinheit zur Erfassung der von den Sensoren in der elektrischen Maschine stammenden Sensorsignale möglich. Die Erfassungseinheit kann an nahezu beliebiger Stelle in der elektrischen Maschine angebracht werden, wie z.B. in Freiräumen im Bereich des Wickelkopfes oder des Lagerschildes.
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Die Erfassungseinheit weist vorzugsweise eine Buchsen- oder Klemmleiste zum Anschluss der Leitungsenden der Sensoren auf. Die Leitungsenden der Sensoren können alternativ einen vorkonfektionierten Stecker oder eine vorkonfektionierte Buchse aufweisen, welcher bzw. welche in ein jeweiliges Gegenstück auf der Erfassungseinheit eingesteckt werden kann.
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Die Erfassungseinheit ist vorzugsweise eine bestückte Leiterplatte, auf welcher insbesondere die Webserver-Einheit, ein Mikrocontroller, Bauelemente zur Sensorsignalerfassung sowie eine Stromversorgung angeordnet sind. Es können auch mehrere Bauelemente oder alle Bauelemente der Erfassungseinheit in einem einzigen elektronischen Bauelement integriert sein. Des Weiteren können Buchsen oder Klemmen zum Anschluss der Sensoren vorhanden sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Sensordaten durch Aufruf zumindest einer Webseite der Webserver-Einheit auslesbar. Der Aufruf erfolgt in vorteilhafter Weise durch einen Standard-Webbrowser, welcher auf einem PC oder auf einem Computer installiert ist. Der Aufruf einer Webseite kann z.B. durch Eingabe einer URL-Adresse oder durch Anklicken eines entsprechenden Links innerhalb der dargestellten Webseite erfolgen.
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Die Webserver-Einheit kann auch eine oder mehrere dynamische Webseiten bereitstellen, welche erst bei Anfrage durch den Webbrowser generiert werden. Der Webbrowser startet im Anschluss eine Applikation, welche es ermöglicht, aktuelle Messdaten der Sensoren über die SPI-Datenschnittstelle aus der Erfassungseinheit auszulesen. Eine nachfolgend generierte dynamische Webseite weist in vorteilhafter Weise die aktuellen Messwerte der Sensoren auf.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform weist die Erfassungseinheit einen Datenspeicher zur Speicherung einer zeitlichen Folge von Sensordaten auf. Dadurch können in vorteilhafter Weise auch Sensordaten, die früher erfasst worden sind, aus gelesen werden. Auf Basis der Sensordaten ist eine vereinfachte Fehleranalyse z.B. bei einem Ausfall der elektrischen Maschine möglich.
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Die Sensordaten können z.B. in einer zeitlichen Ordnung im Sinne einer Historie gespeichert werden. Der Datenspeicher kann auch als Umlaufspeicher betrieben werden, welcher nach einer vorgebbaren Speicherumlaufzeit wieder überschrieben wird. Die Speicherumlaufzeit kann auch für jeden Sensortyp individuell gewählt werden.
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Im Besonderen weist die zumindest eine Datenschnittstelle der Webserver-Einheit ein Datentransportprotokoll auf Basis eines TCP/IP-Standards auf. Das TCP/IP-Datentransportprotokoll kann sowohl von der LAN-Schnittstelle als auch von der USB- oder Firewire-Datenschnittstelle unterstützt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die elektrische Maschine einen Leistungsanschluss auf, der als Klemmenkasten ausgebildet ist. Der Klemmenkasten dient insbesondere zum Anschließen von elektrischen Leitungen, die hohe Ströme führen. Erfindungsgemäß ist die Erfassungseinheit im Klemmenkasten untergebracht.
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Der Vorteil ist, dass die Erfassungseinheit bei einem technischen Defekt auf einfache Weise ausgetauscht werden kann.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass die Erfassungseinheit im Klemmenkasten vor Umwelteinflüssen wie Staub und Feuchtigkeit geschützt ist. Bei der Unterbringung der Erfassungseinheit ist ein vorgeschriebener Mindestspannungsabstand zu spannungsführenden Klemmen im Klemmenkasten einzuhalten.
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Einer weiteren Ausführungsform zufolge ist zumindest eine der Datenschnittstellen als vorkonfektionierter Anschluss zum Anschließen einer Ausleseeinrichtung ausgebildet. Die Ausleseeinrichtung ist z.B. ein PC oder Computer. Sie kann auch ein Steuerrechner oder eine Steuereinheit, z.B. für einen Stromrichter, sein. Der Anschluss kann eine LAN-Buchse, wie z.B. eine RJ-45-Buchse, sein. In die LAN-Buchse kann zum Auslesen der Erfassungseinheit ein entsprechendes LAN-Kabel mit einem entsprechenden LAN-Stecker eingesteckt werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann zumindest eine der Datenschnittstellen als USB- oder Firewire-Buchse ausgebildet sein.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist zumindest ein vorkonfektionierter Anschluss im oder am Klemmenkasten angebracht.
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Dadurch ist der Anschluss leicht zugänglich. Vorzugsweise schließt der Anschluss, wie z.B. die LAN-, USB- oder Firewire-Buchse, bündig mit einer Außenseite des Klemmenkastens ab. Für die Anschlussbuchse kann auch eine Abdeckung gegen Schmutz und Feuchtigkeit vorgesehen sein.
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Alternativ oder zusätzlich kann zumindest eine der Datenschnittstellen der Webserver-Einheit eine Funkdatenschnittstelle sein.
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Damit ist der Vorteil verbunden, dass zum Auslesen der Webserver-Einheit kein Datenübertragungskabel benötigt wird. Ein Auslesen der Daten ist möglich, wenn sich eine Ausleseeinrichtung mit einer geeigneten Funkdatenschnittstelle in der Nähe der elektrischen Maschine befindet.
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Vorzugsweise ist die Funkdatenschnittstelle eine WLAN-Funkdatenschnittstelle (Wireless Local Area Network) auf Basis eines IEEE 802.11-Standards. Das Datentransportprotokoll der Funkdatenschnittstelle basiert auf dem TCP/IP-Standard.
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Die Funkdatenschnittstelle kann alternativ auch eine Bluetooth-Funkdatenschnittstelle auf Basis eines IEEE 802.15.1-Standards sein. Andere Funkdatenschnittstellen können z.B. auf einem GSM-, UMTS- oder DECT-Standard basieren.
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Im Besonderen ist die Funkdatenschnittstelle gemäß einer weiteren Ausführungsform im oder am Klemmenkasten angebracht.
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Der Klemmenkasten ist vorzugsweise aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem für Funkwellen durchlässigen Kunststoff, gefertigt. Die Funkdatenschnittstelle ist weiterhin derart im Klemmenkasten bzw. auf der Erfassungseinheit angeordnet, dass eine bevorzugte Funkabstrahlung weg von der elektrischen Maschine möglich ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Erfassungseinheit ein elektrischer Energiespeicher zur elektrischen Pufferung der Erfassungseinheit zugeordnet. Der Energiespeicher kann z.B. eine Batterie oder ein Akkumulator sein.
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Damit ist der Vorteil verbunden, dass die Erfassungseinheit inklusive der Webserver-Einheit bei Ausfall einer externen Stromversorgung der Erfassungseinheit weiterbetrieben werden kann. Die Erfassungseinheit kann im ordnungsgemäßen Betrieb z.B. über ein externes Netzteil mit Strom versorgt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Erfassungseinheit über zumindest eine der Datenschnittstellen mit einer Stromversorgung zur Energieversorgung der Erfassungseinheit verbindbar.
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Damit kann auf eine separate Stromversorgung, wie z.B. auf das Netzteil, verzichtet werden.
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Im Falle einer LAN-Buchse ist es vorteilhaft, wenn zwei der acht Buchsenkontakte, die nicht für die Datenübertragung verwendet werden, zur Stromversorgung herangezogen werden. Die Einspeisung des Versorgungsstromes erfolgt dann vorzugsweise über die Ausleseeinrichtung.
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Im Falle einer USB- oder Firewire-Buchse ist bereits die Übertragung eines Versorgungsstromes vorgesehen. Die Einspeisung des Versorgungsstromes erfolgt seitens der Ausleseein richtung über die korrespondierende USB- oder Firewire-Anschlussbuchse.
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Bei den Sensoren handelt es sich insbesondere um einen Temperatursensor, einen Schwingungssensor und/oder einen Drehgeber. Der Sensor kann auch ein Wicklungsbruchsensor oder ein Bremsüberwachungssensor sein.
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Im Besonderen ist die elektrische Maschine ein Elektromotor. Die elektrische Maschine kann alternativ oder entsprechend ihrer Betriebsart auch ein Generator sein.
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In einer besonderen Ausführungsform weist die Steuereinheit des Stromrichters eine elektrische Stromversorgung auf. Die Stromversorgung ist mit der Erfassungseinheit der elektrischen Maschine über je eine der stromrichter- und maschinenseitigen Datenschnittstellen verbunden.
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Der Vorteil ist, dass keine separate Stromversorgung für die Erfassungseinheit sowie für die Webserver-Einheit benötigt wird.
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Weitere vorteilhafte Ausführungen und bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen derselben werden im Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen
- 1 einen elektrischen Antrieb mit einem Stromrichter, einer elektrischen Maschine und einer Ausleseeinrichtung zum Auslesen von Sensordaten nach dem Stand der Technik,
- 2 eine elektrische Maschine eines erfindungsgemäßen Antriebs in einer schematischen Darstellung,
- 3 beispielhaft den Aufbau des erfindungsgemäßen Antriebs in einer schematischen Darstellung und
- 4 den Antrieb gemäß 3 mit der elektrischen Maschine im Detail.
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1 zeigt einen elektrischen Antrieb 1 mit einem Stromrichter 2, mindestens einer elektrischen Maschine 3 und einer Ausleseeinrichtung 4 zum Auslesen von Sensordaten SD nach dem firmeninternen Stand der Technik.
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Bei den Sensordaten SD handelt es sich um aufbreitete Sensorsignale SIG, die von Sensoren 9 stammen und die zu Überwachungs- und/oder Steuerungszwecken in der elektrischen Maschine 3 untergebracht sind. Bei den Sensoren 9 kann es sich um Temperatursensoren z.B. zur Überwachung der Lagertemperatur oder Wicklungstemperatur handeln. Die Sensoren 9 können auch Schwingungssensoren, Drehgeber, Wicklungsbruchsensoren und dergleichen sein.
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Der Stromrichter 2 kann z.B. ein Umrichter, Gleichrichter oder Wechselrichter sein. Er weist beispielhaft eine Steuereinheit 6 insbesondere zur Überwachung und Steuerung eines Leistungsteils 7 sowie der daran angeschlossenen elektrischen Maschine 3 auf. Das Leistungsteil 7 kann z.B. ein Pulswechselrichter sein.
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Die Steuereinheit 6 weist beispielhaft eine stromrichterseitige Webserver-Einheit 5 auf, welche über eine interne Datenverbindung mit der Steuereinheit 6 des Stromrichters 2 verbunden ist. Die Steuereinheit 6 ist typischerweise eine prozessorgestützte Datenverarbeitungseinheit. Im Beispiel der 1 weist die Webserver-Einheit 5 eine Datenschnittstelle mit einer Anschlussbuchse 51 auf. Über die Datenschnittstelle können die Sensordaten SD z.B. zur Diagnose der elektrischen Maschine 3 ausgelesen werden.
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Die stromrichterseitige Webserver-Einheit 5 weist üblicherweise eine prozessorgestützte Einheit zur Ausführung eines Serverdienstes eines Webservers auf. Der Webserver stellt ausgewählte Webseiten bei Anfrage durch einen Webbrowser be reit. In diesem Fall kann die Steuereinheit 6 die erfassten Sensorsignale SIG in Form von HTTP-Dateien aufbereiten und diese dem Webserver zur Verfügung stellen.
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Die Ausleseeinrichtung 4 ist z.B. ein mobiles Notebook. Sie kann über ein Schnittstellenkabel 8 mit der stromrichterseitige Webserver-Einheit 5 zur Übertragung der Sensordaten SD verbunden werden. Die Datenübertragung zwischen der Ausleseeinrichtung 4 und der Webserver-Einheit 5 bzw. der Steuereinheit 6 kann z.B. auf einem TCP/IP-Datentransportprotokoll basieren. Der Webbrowser ist üblicherweise Bestandteil der Standardsoftware der Ausleseeinrichtung 4.
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Des Weiteren ist die Steuereinheit 6 zur Messwerterfassung über ein Sensorkabel 10 mit den jeweiligen Sensoren 9 in der elektrischen Maschine 3 verbunden. Das Sensorkabel 10 weist üblicherweise eine Vielzahl von Signalleitungen auf. Die jeweiligen Enden der Signalleitungen sind im Beispiel der 1 auf einer Klemmleiste 62 der Steuereinheit 6 und auf nicht weiter dargestellte Klemmen eines maschinenseitigen Klemmenkastens 11 aufgelegt. Der Klemmenkasten 11 ist üblicherweise an einer Außenseite eines Maschinengehäuses 12 der elektrischen Maschine 3 angebracht. Von dort sind die Signalleitungen zu den jeweiligen Sensoren 9 weiter verschaltet.
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Im Klemmenkasten 11 ist typischerweise ein Motorkabel 13 aufgelegt, welches einige Motorleitungen zur Speisung der elektrischen Maschine 3 aufweist. Die Motorleitungen sind mit entsprechenden Leistungsausgängen des Leistungsteils 7 des Stromrichters 2 verbunden.
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Wie 1 weiterhin zeigt, ist die Steuereinheit 6 über eine weitere Datenschnittstelle 61 der Steuereinheit 6 mit einem nicht weiter gezeigten Steuerrechner SR verbunden. Der Steuerrechner SR kann z.B. eine Anlagensteuerung oder ein Prozessrechner sein, welcher den Antrieb im Verbund mit weiteren Anlagenkomponenten steuert.
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2 zeigt eine elektrische Maschine 3 eines erfindungsgemäßen Antriebs in einer schematischen Darstellung. In der elektrischen Maschine 3 ist eine Anzahl von Sensoren 9 sowie eine Erfassungseinheit 15 für von den Sensoren 9 erfasste Sensorsignale SIG untergebracht.
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Die elektrische Maschine 3 ist im Beispiel der vorliegenden 2 ein Elektromotor. Sie kann alternativ ein Generator sein. Sie kann weiterhin eine Synchron- oder Asynchronmaschine sein. Im Falle eines Elektromotors kann es sich um einen rotierenden Elektromotor oder um einen Linearmotor handeln.
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Die Sensoren 9 sind im Wesentlichen die gleichen wie bei dem Beispiel des Stands der Technik gemäß 1. Die Erfassungseinheit 15 weist vorzugsweise eine Klemmleiste 17 auf, in welcher die jeweiligen Sensorleitungen der Sensoren 9 aufgelegt oder eingesteckt werden können.
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Erfindungsgemäß erfasst die Erfassungseinheit 15 die Sensorsignale SIG und setzt diese in Sensordaten SD um, die mit den Sensorsignalen SIG korrespondieren. Die Erfassungseinheit 15 kann z.B. die Sensorsignale SIG digitalisieren, verstärken oder filtern. Darüber hinaus kann die Erfassungseinheit 15 einen Datenspeicher zur Speicherung einer zeitlichen Folge der Sensordaten SD aufweisen. Dadurch ist ein datentechnischer Zugriff auf frühere Sensordaten SD möglich.
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Die Erfassungseinheit 15 weist zudem eine Webserver-Einheit 16 mit beispielhaft zwei Datenschnittstellen 17 auf. Sie kann auch nur eine Datenschnittstelle oder mehr als zwei Datenschnittstellen aufweisen.
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Der Webserver ist im Wesentlichen eine Softwareapplikation, welche auf einer Prozessoreinheit der Webserver-Einheit 16, wie z.B. einem Mikrocontroller, ausgeführt wird. Der Webserver bzw. die Webdienste können alternativ auch auf einem Prozessor oder auf einem Mikrocontroller der Erfassungseinrich tung 15 ausgeführt werden. Alternativ kann die Webserver-Einheit 16 ein integriertes elektronisches Bauelement sein, wie z.B. der integrierte Baustein XPort der Fa. LANTRONIX, welches Mittel zur Durchführung des Server-Dienstes aufweist.
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Die Datenschnittstelle unterstützt vorzugsweise ein Datentransportprotokoll auf Basis eines TCP/IP-Standards. Die Sensordaten SD können über die Datenschnittstelle durch Aufruf zumindest einer Webseite der Webserver-Einheit 16 ausgelesen werden. Die Webseiten basieren vorzugsweise auf einem HTTP-Standard. Dadurch können die Sensordaten SD, wie z.B. im Rahmen einer Diagnose, unabhängig von einer Steuereinheit 6 eines Stromrichters 2 oder von einem anderen übergeordneten Steuerrechner SR ausgelesen werden.
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Zum Auslesen der Sensordaten SD wird z.B. die Ausleseeinrichtung 4 oder die Steuereinheit 6 des Stromrichters 2 mit der elektrischen Maschine 3 bzw. mit der Erfassungseinheit 15 verbunden. Der Aufruf einer oder mehrerer Webseiten mit den gewünschten Sensordaten SD kann z.B. mittels eines Webbrowsers erfolgen, welcher die empfangenen Webseiten auf einer Anzeige darstellt. Die Webseiten können auch von einer Überwachungs- und Steuerungsapplikation der Steuereinheit 6 geladen und hinsichtlich relevanter Sensordaten SD für die Überwachung und Regelung der elektrischen Maschine 3 ausgewertet werden.
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3 zeigt beispielhaft den Aufbau des erfindungsgemäßen Antriebs 1 in einer schematischen Darstellung.
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Der Antrieb 1 weist einen Stromrichter 2 sowie eine elektrische Maschine 3 auf. Der Stromrichter 2 weist eine Steuereinheit 6 zum Überwachen und/oder zum Steuern der angeschlossenen elektrischen Maschine 3 auf. Die Steuereinheit 6 kann auch dazu ausgebildet sein, mehrere elektrische Maschinen 3 zu überwachen und/oder zu steuern.
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Die Steuereinheit 6 umfasst eine steuereinheitseitige bzw. stromrichterseitige Webserver-Einheit 5 mit beispielhaft einer Datenschnittstelle. Die Datenschnittstelle ist über ein Datenkabel 18 mit der Datenschnittstelle der elektrischen Maschine 3 verbunden. Über diese können die von der elektrischen Maschine 3 stammenden Sensordaten SD von der Webserver-Einheit 5 eingelesen werden.
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Im rechten Teil der 3 ist eine Ausleseeinrichtung 4 in Form eines Notebooks dargestellt. Zum Auslesen der Sensordaten SD, wie z.B. zur Diagnose der elektrischen Maschine, sind die Ausleseeinrichtung 4 und die elektrische Maschine 3 bzw. die Erfassungseinheit 15 über ein Schnittstellenkabel 8 verbunden.
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Im Beispiel der 3 weist die Steuereinheit 6 eine weitere Datenschnittstelle 61 auf. Sie dient zur Datenübertragung zwischen der Steuereinheit 6 und einem übergeordnetem Steuerrechner SR. Alternativ oder zusätzlich kann die weitere Datenschnittstelle eine Datenschnittstelle der Webserver-Einheit 5 sein.
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4 zeigt den Antrieb 1 gemäß 3 mit der elektrischen Maschine 3 im Detail.
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Die gezeigte elektrische Maschine 3 weist zum Anschließen der elektrischen Maschine 3 einen als Klemmenkasten 11 ausgebildeten Leistungsanschluss auf. Das Motoranschlusskabel 18 verbindet ein Leistungsteil 7 des Stromrichters 2 mit dem Klemmkasten 11 der elektrischen Maschine 3. Das Motoranschlusskabel 18 weist typischerweise einige Motorleitungen auf, die auf entsprechende Leistungsklemmen in Klemmenkasten 11 aufgelegt werden.
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Im Klemmenkasten 11 ist weiterhin die Erfassungseinheit 15 untergebracht. Die Erfassungseinheit 15 kann eine bestückte Leiterplatte sein. Vorzugsweise ist die Erfassungseinheit 15 zum Schutz vor Berührungen und vor Schmutz gekapselt ausge führt. Zum erleichterten Anschließen der Sensorleitungen ist es vorteilhaft, wenn die Erfassungseinheit 15 entsprechende Klemm- oder Buchsenleisten aufweist.
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Im Beispiel der 4 weist die Erfassungseinheit 15 zwei Datenschnittstellen auf, die als vorkonfektionierter Anschluss zum Anschließen einer Ausleseeinrichtung 4, 6 ausgebildet sind. Vorzugsweise ist der vorkonfektionierte Anschluss eine LAN-, USB- oder Firewire-Buchse 21, 23. Mit dem Bezugszeichen 20, 22 ist der jeweilige Stecker des Datenkabels 18 bzw. des Schnittstellenkabels 8 zur Verbindung der elektrischen Maschine 3 mit dem Stromrichter 2 bzw. mit der Ausleseeinrichtung 4 bezeichnet.
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Die Datenschnittstelle der Webserver-Einheit 16 der Erfassungseinheit 15 kann alternativ oder zusätzlich eine Funkdatenschnittstelle sein. In diesem Fall kann auf eine kabelgebundene Anschlussmöglichkeit verzichtet werden. Eine Übertragung der Sensordaten SD ist dann möglich, wenn sich eine Ausleseeinrichtung 4, wie z.B. ein Notebook, mit einer geeigneten Funkdatenschnittstelle in Reichweite der elektrischen Maschine 3 befindet. Vorzugsweise basiert die Funkdatenschnittstelle auf einem WLAN-Standard.
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Die Funkdatenschnittstelle kann auch im oder am Klemmenkasten 11 angebracht sein. Vorzugsweise ist eine Sende-/Empfangsantenne der Funkdatenschnittstelle derart ausgerichtet, dass eine Funkabstrahlrichtung weg von der elektrischen Maschine 3 möglich ist. Dadurch werden störende Einflüsse durch die überwiegend metallischen Komponenten der elektrischen Maschine 3 stark reduziert.
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Die Erfassungseinheit 15 kann zur elektrischen Pufferung der Erfassungseinheit 15 sowie der Webserver-Einheit 16 einen elektrischen Energiespeicher, wie z.B. ein Akkumulator oder eine Batterie aufweisen. Dadurch ist eine unterbrechungsfreie Stromversorgung für den Fall gewährleistet, dass eine externe Stromversorgung der Erfassungseinheit 15 ausfallen sollte.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Erfassungseinheit 15 über zumindest eine ihrer Datenschnittstellen mit einer Stromversorgung zur Energieversorgung der Erfassungseinheit 15 verbunden wird.
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Ist die Datenschnittstelle ein LAN-Schnittstelle mit einer entsprechend ausgeführten 8-poligen LAN-Buchse, so können z.B. zwei der acht Buchsenkontakte, die nicht für die Datenübertragung verwendet werden, zur Stromversorgung herangezogen werden. Die Einspeisung des Versorgungsstromes erfolgt dann über die Ausleseeinrichtung 4, 6. Beispielsweise kann die stromrichterseitige Datenschnittstelle der Steuereinheit 6 ein internes Netzteil zur Bereitstellung des Versorgungsstromes aufweisen. Die Stromversorgungsleitungen des Netzteils sind mit korrespondierenden freien Buchsenkontakten der Anschlussbuchse 26 der Webserver-Einheit 17 der Steuereinheit 6 zu verbinden.
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Im Falle einer USB- oder Firewire-Buchse als Anschlussbuchse der Datenschnittstellen ist bereits die Übertragung eines Versorgungsstromes vorgesehen. Die Einspeisung des Versorgungsstromes erfolgt seitens der Ausleseeinrichtung über die korrespondierende USB- bzw. Firewire-Anschlussbuchse.
