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Die
Erfindung betrifft eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung,
wobei die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung einen Motor im
regulären
Betrieb des Motors steuert und/oder regelt.
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Bei
Motoren, insbesondere bei elektrischen Motoren müssen die Motorwelle und/oder
Anbauteile der Motorwelle, die z.B. in Form von Riemenscheiben,
Schneidewerkzeugen, Schleifscheiben und/oder in Form eines Rotors
des Motors vorliegen können,
ausgewuchtet werden. Hierzu ist es notwendig die Unwucht der Motorwelle
und/oder der Anbauteile zu ermitteln, d.h. es muss die Lage der
Unwucht und die Amplitude der Unwucht ermittelt werden.
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Ist
der Winkel der Unwucht und die Amplitude der Unwucht bekannt, so
können
anschließend mit
Hilfe geeigneter Maßnahmen
wie z.B. einem gezielten Anbringen von Gegengewichten an der Motorwelle
der Motor ausgewuchtet werden.
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Handelsüblich wird
zum Bestimmen der Unwucht an dem Motor temporär z.B. während einer ersten Inbetriebnahme
des Motors ein Schwingungssensor zur Ermittlung der Schwingungen
des Motors angebracht. Der Schwingungssensor wird nach dem Auswuchten
des Motors wieder vom Motor entfernt. Der temporär angebrachte Schwingungssensor
erzeugt ein Schwingungssignal. Weiterhin weist der Motor einen Lagegeber
zur Messung der Lage der Motorwelle d.h. der Winkelstellung der
Motorwelle im Bezug auf einen feststehenden Referenzpunkt auf. Der
Lagegeber gibt dabei üblicherweise
bei jedem Durchgang der Motorwelle durch den Referenzpunkt die Lage
als Referenzpunktsignal in Form eines Referenzimpulses aus. Solchermaßen wird
pro Umdrehung der Motorwelle genau ein einzelner Referenzimpuls
vom Lagegeber, üblicherweise
bei einer Wickelstellung der Motor welle von 0°, erzeugt. Der Referenzpunkt
wird dabei z.B. von einem feststehenden Sensor, der Bestandteil
des Lagegebers ist, gebildet, wobei die Motorwelle innerhalb des
Lagegebers z.B. eine Scheibe mit einer einzelnen Markierung antreibt, wobei
die Markierung von dem Sensor pro Umdrehung der Motorwelle genau
einmal erfasst wird. Der Sensor erzeugt dann bei jeder Umdrehung
der Motorwelle genau einen einzelnen Referenzimpuls.
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Handelsüblich wird
das Schwingungssignal und die Lage der Motorwelle einer externen
Auswuchteinrichtung, welche nicht Bestandteil einer ohnehin vorhandenen
Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung zur Steuerung und/oder
Regelung des Motors ist, zugeführt.
Die Auswuchteinrichtung ermittelt anhand des Schwingungssignals
und der Lage der Motorwelle, den Winkel und die Amplitude der Unwucht
der Motorwelle und/oder eines Anbauteils der Motorwelle.
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Nach
dem Auswuchten des Motors wird der Schwingungssensor wieder vom
Motor entfernt.
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Eine
Vielzahl der heutzutage vertriebenen Motoren weisen zur permanenten Überwachung
der Lager der Motorwelle auch während
des regulären Betriebs
des Motors einen dauerhaft im Motor eingebauten oder am Motor angebauten
Schwingungssensor auf. Das Schwingungssignal wird hierzu von einer externen
Messeinrichtung, die nicht Bestandteil der ohnehin vorhandenen Steuerungs-
und/oder Regelungseinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung des
Motors, ausgewertet. Falls die Schwingungen des Motors zu stark
werden, wird von der externen Auswerteeinrichtung auf ein Lagerschaden
erkannt. Weiterhin besitzen solche Motoren üblicherweise einen Lagegeber
zur Lage- oder Drehzahlregelung des Motors.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ermittlung einer Unwucht
einer Motorwelle und/oder eines Anbauteils der Motorwelle innerhalb einer
Steuerungs- und/oder Regelungsein richtung zur Steuerung und/oder
Regelung des Motors zu ermöglichen,
wobei das zusätzliche
Anbringen eines temporär
vorhandenen Schwingungssensors zur Erfassung der Unwucht entfällt.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung, wobei die Steuerungs-
und/oder Regelungseinrichtung einen Motor im regulären Betrieb
des Motors steuert und/oder regelt, wobei der Motor einen dauerhaft
im Motor eingebauten oder dauerhaft am Motor angebauten Schwingungssensor
zur Ermittlung von Schwingungen im regulären Betrieb des Motors und einen
Lagegeber zur Ermittlung der Lage einer Motorwelle aufweist, wobei
die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung anhand der solchermaßen ermittelten
Lage der Motorwelle und der Schwingungen des Motors eine Unwucht
der Motorwelle und/oder eines Anbauteils der Motorwelle bestimmt.
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Eine
erste vorteilhafte Ausbildung ist dadurch gekennzeichnet, dass die
Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung zur Bestimmung der Unwucht,
den Winkel der Unwucht und die Amplitude der Schwingungen der Unwucht
ermittelt. Die Bestimmung der Unwucht in Form des Winkels der Unwucht
und der Amplitude der Schwingungen insbesondere der drehfrequenten
Schwingungen des Motors stellen die kennzeichnenden Größen einer
Unwucht dar, die für
das spätere
Auswuchten benötigt werden.
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Weiterhin
erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Lagegeber bei jedem Durchgang
der Motorwelle durch einen Referenzpunkt die Lage als Referenzpunktsignal
in Form eines Referenzimpulses ausgibt und an die Steuerungs- und/oder
Regelungseinrichtung weiterleitet, wobei der Schwingungssensor ein
Schwingungssignal an die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung
weiterleitet. Mit Hilfe des Referenzpunktsignals und des Schwingungssignals
kann innerhalb der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung die
Unwucht der Motorwelle und/oder eines Anbauteils der Motorwelle
bestimmt werden.
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Ferner
erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Schwingungssignal mittels
eines Bandpassfilters gefiltert wird. Hierdurch werden störende Signalanteile
im Schwingungssignal herausgefiltert, was die Genauigkeit der Ermittlung
der Unwucht erhöht.
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Ferner
erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Schwingungssignal dermaßen mittels
eines Bandpassfilters gefiltert wird, dass Frequenzen oberhalb und
unterhalb der Grunddrehfrequenz der Motorwelle unterdrückt werden.
Hierdurch werden Störungen
und Harmonische im Schwingungssignal herausgefiltert und die Auswertung
auf die Grundschwingungsfrequenz beschränkt, was eine sehr präzise Ermittlung
der Unwucht erlaubt.
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Weiterhin
erweist es sich als vorteilhaft, dass der Winkel der Unwucht, als
Winkel zwischen dem zeitlichen Auftreten des Referenzimpulses und
dem zeitlichen Auftreten der Amplitude der Schwingungen, ermittelt
wird. Hierdurch wird auf besonders einfache Art und Weise der Winkel
der Unwucht ermittelt.
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Ferner
erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung über einen
Stromrichter den Motor steuert und/oder regelt. Wenn der Motor über einen
Stromrichter von der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung gesteuert
und/oder geregelt wird, lässt
sich der Motor auf besonders einfache Art und Weise steuern und/oder regeln.
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Ferner
erweist es sich als vorteilhaft, wenn als Anbauteil eine Kupplung,
eine Riemenscheibe, ein Scheidwerkzeug, ein Rotor des Motors und/oder eine
Schleifscheibe vorgesehen ist. Eine Kupplung, eine Riemenscheibe,
ein Schneidwerkzeug, ein Rotor des Motors und/oder eine Schleifscheibe
stellen übliche
Ausbildungen von Anbauteilen dar.
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Weiterhin
erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung
ein Inbetriebnahmetool aufweist, wobei das Inbetriebnahmetool Mittel
zur Ermittlung der Unwucht der Motorwelle und/oder eines Anbauteils
der Motorwelle aufweist.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden
näher erläutert, dabei
zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Steuerungs- und/oder
Regelungseinrichtung;
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2 eine
Ermittlung der Unwucht
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Erfindungsgemäß soll das
ohnehin vorhandene Schwingungssignal des Schwingungssensors, das
normalerweise ausschließlich
für die
Lagerüberwachung
der Lager der Motorwelle verwendet wird und das Referenzpunktsignal
des Lagegebers zur Ermittlung der Unwucht der Motorwelle und/oder
eines Anbauteils der Motorwelle innerhalb einer Steuerungs- und/oder
Regelungseinrichtung zur Steuerung- und/oder Regelung des Motors,
benutzt werden.
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In 1 ist
in Form eines Ausführungsbeispiels
die erfindungsgemäße Steuerungs-
und/oder Regelungseinrichtung dargestellt. Ein Motor weist ein Gehäuse 3 und
zwei Lager 2a und 2b zur Lagerung einer Motorwelle 1 auf.
Weiterhin weist der Motor einen dauerhaft am Motor angebauten Schwingungssensor 6a zur
Ermittlung von Schwingungen des Motors, insbesondere zur Ermittlung
der drehfrequenten Schwingungen des Motors, auf. Alternativ kann
der Schwingungssensor 6a auch im Motor eingebaut sein.
Der Schwingungssensor ist integraler Bestandteil des Motors. Selbstverständlich weist
der Motor noch weitere Elemente auf, die jedoch der Übersicht halber,
und da sie für
das Verständnis
der vorliegenden Erfindung unwesentlich sind, nicht dargestellt sind.
Das Schwingungssignal S des Schwingungssensors 6a wird
handelsüblich
normalerweise lediglich an eine Auswerteeinheit 14 zur Überwachung von
Lagerschäden
der Motorwelle 1 angeschlossen. Werden die Schwingungen
des Motors zu groß,
so erkennt die Auswerteeinheit 14 auf einen Schaden im Lager 2a und/oder 2b und
erzeugt ein Alarmsignal AL.
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Erfindungsgemäß wird nun
das ohnehin vorhandene Schwingungssignal S des Schwingungssensors 6a dazu
verwendet, eine Unwucht der Motorwelle 1 und/oder eines
Anbauteils 4 der Motorwelle 1 zu bestimmen. Ein
externer zusätzlich
lediglich temporärer
am Motor angebrachter Schwingungssensor der ausschließlich zur
Ermittlung der Unwucht dient, ist nicht mehr notwendig.
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Weiterhin
weist der Motor einen an die Motorwelle 1 angeschlossenen
Lagegeber 5 zur Messung der Lage der Motorwelle d.h. der
Winkelstellung der Motorwelle 1 im Bezug auf einen feststehenden Referenzpunkt
auf. Der Lagegeber gibt dabei üblicherweise
bei jedem Durchgang der Motorwelle 1 durch den Referenzpunkt
die Lage als Referenzpunktsignal R in Form eines Referenzimpulses
aus. Solchermaßen
wird pro Umdrehung der Motorwelle 1 genau ein einzelner
Referenzimpuls vom Lagegeber 5 erzeugt.
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Das
Schwingungssignal S und das Referenzpunktsignal R werden einer Steuerungs- und/oder
Regelungseinrichtung 12, wobei die Steuerungs- und/oder
Regelungseinrichtung 12 den Motor auch im regulären Betrieb
des Motors steuert und/oder regelt, zugeführt. Das Schwingungssignal
S wird dabei bei einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung innerhalb
der Steuerungs- und/oder
Regelungseinrichtung 12 mittels eines Bandpassfilters 7 bandpassgefiltert
und somit insbesondere höherfrequente
Schwingungen des Motors unterdrückt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Schwingungssignal S dabei
dermaßen
mittels des Bandpassfilters 7 gefiltert wird, dass Frequenzen
oberhalb und unterhalb der Grunddrehfrequenz der Motorwelle unterdrückt werden.
Hierdurch wird eine besonders präzise
Ermittlung der Unwucht ermöglicht,
da im Folgenden nur die Grunddrehfrequenz ausgewertet wird und insbesondere
Harmonische Schwingungen und sonstige störende Schwingungen des Mo tors
unterdrückt
werden. Das solchermaßen
bandpassgefilterte Schwingungssignal ST wird
als Eingangsgröße einer
Unwuchtermittlungseinheit 8 zugeführt. Weiterhin wird der Unwuchtermittlungseinheit 8 als
Eingangsgröße das Referenzpunktsignal
R des Lagegebers 5 zugeführt.
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Das
Bandpassfilter kann dabei z.B. in Form eines Fourierfilters, das
die Grunddrehfrequenz der Motorwelle herausfiltert, ausgebildet
sein.
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Innerhalb
der Unwuchtermittlungseinheit 8 wird die Unwucht, d.h.
der Winkel α der
Unwucht und die Amplitude A der Schwingungen der Unwucht ermittelt.
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In 2 ist
die Ermittlung der Unwucht dargestellt. Die Impulse I1 und
I2 des Referenzpunktsignals R sind dabei
in 2 über
der Zeit t dargestellt. Beim Durchgang der Motorwelle 1 durch
den feststehenden Referenzpunkt wird vom Lagegeber 5 ein Referenzimpuls
I1 erzeugt, wobei der ansteigenden Flanke
des Referenzimpulses I1 eine Winkelstellung der
Motorwelle 1 von 0° zugeordnet
wird. Beim nächsten
Durchgang der Motorwelle 1 durch den Referenzpunkt (nach
einer vollen Umdrehung der Motorwelle) wird ein weiterer Referenzimpuls
I2 erzeugt, wobei der ansteigenden Flanke
des Referenzimpuls I2 ein Winkel der Motorwelle 1 von
360°, was
wiederum 0° entspricht
zugeordnet wird. Über
dem Referenzpunktsignal R wird das bandpassgefilterte Schwingungssignal
ST gelegt. Der Winkel α der Unwucht ergibt sich als
Winkel zwischen dem zeitlichen Auftreten des Referenzimpulses I1 und dem zeitlichen Auftreten der Amplitude
A der Schwingungen (siehe 2). Der
solchermaßen
ermittelte Winkel α der
Unwucht und die Amplitude A der Unwucht wird dann jeweilig als externes
Signal von der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 12 z.B.
einem Bediener zum Auswuchten des Motors zur Verfügung gestellt.
Anhand des Winkels α der
Unwucht sowie der Amplitude A der Unwucht können nun z.B. mittels gezielt
an einer Stelle der Motorwelle 1 oder des Anbauteils 4 angebrachter
Gegengewichte die Unwucht beseitigt werden. Alternativ kann auch
Masse an der gegenüberliegenden
Seite durch z.B. Bohren, Fräsen
oder Schleifen entfernt werden um die Unwucht zu beseitigen.
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In
einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann das Bandpassfilter 7 und/oder
die Unwuchtermittlungseinheit 8 Bestandteil eines Inbetriebnahmetools 13 sein.
Das Inbetriebnahmetool 13 wird z.B. dann nur auf spezielle
Anfrage eines Bedieners, z.B. bei einer Inbetriebnahme oder Wartung des
Motors aktiviert und ist danach wieder stillgelegt, so dass während des
normalen Steuerungs- und/oder Regelungsbetriebs der Steuerungs- und/oder
Regeleinrichtung 12 keine Rechenzeit durch die Unwuchtermittlungseinheit 8 und
das Bandpassfilter 7 benötigt wird.
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Das
Bandpassfilter 7 sollte dabei so realisiert sein, dass
es zumindest bezüglich
der Grunddrehfrequenz keine Phasenverschiebung des Schwingungssignals
S bewirkt. Falls ein Bandpassfilter eingesetzt wird, das eine Phasenverschiebung
der Grundfrequenz bewirkt, dann muss die Phasenverschiebung bei
der Ermittlung des Winkels α der
Unwucht, z.B. durch Abzug eines Korrekturfaktors, mit berücksichtigt
werden.
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Weiterhin
weist die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 12 neben
anderen Elementen, die der Übersichtlichkeit
halber und da sie für
das Verständnis
der Erfindung unwesentlich sind, nicht dargestellt sind, eine Steuerungs-
und/oder Regelungseinheit 9 auf. Der Steuerungs- und/oder
Regelungseinheit 9 erhält
als Eingangsgröße unter
anderem das Referenzpunktsignal R, z.B. zur Drehzahlregelung des
Motors.
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Das
Referenzpunktsignal R, das den 0° Winkel
definiert, wird dabei üblicherweise
bei einem handelsüblichen
Lagegeber von der so genannten Ua0-Spur (Nullspur) des Lagergebers
erzeugt. Selbstverständlich
kann zusätzlich
zur Ua0-Spur, die pro Umdrehung der Motorwelle genau einen einzelnen
Referenzimpuls ausgibt, auch eine weitere Spur des Lagegebers, die
Impulse in wesentlich höherer Auflösung erzeugt
(z.B. alle 0,01°)
zur Ermittlung der Unwucht und/oder Regelung und/oder Steuerung des
Motors verwendet werden. Die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 12 weist
als integraler Bestandteil der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 12 zur
Steuerung und/oder Regelung des Motors eine Steuerungs- und/oder
Regelungseinheit 9 auf. Die Steuerungs- und/oder Regelungseinheit 9 steuert
und/oder regelt über
einen Stromrichter 10 den Motor, was durch zwei Pfeile 11a und 11b angedeutet
ist. Mit Hilfe der Steuerungs- und/oder Regelungseinheit 9 steuert
und/oder regelt somit die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung
(12) den Motor im regulären
Betrieb des Motors und nicht nur temporär z.B. nur während einer
Inbetriebnahme oder nur während
der Ermittlung der Unwucht
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Die
Steuerungs- und/oder Regelungseinheit 9 kann dabei auch
in Form von zwei getrennten Einheiten innerhalb der Steuerungs-
und/oder Regelungseinrichtung 12 vorliegen.
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Durch
die erfindungsgemäße Integration
der Ermittlung der Unwucht in eine ohnehin vorhandene Steuerungs-
und/oder Regelungseinrichtung 12 zur Steuerung und/oder
Regelung des Motors im regulären
Betrieb des Motors, entfällt
erfindungsgemäß neben
einem zusätzlichen
Schwingungssensor auch die sonst handelsüblich notwendige externe Auswuchteinrichtung
zur Ermittlung der Unwucht.
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Selbstverständlich ist
es denkbar, dass neben dem Schwingungssensor 6a ein weiterer
dauerhaft im Motor eingebauter oder am Motor angebauter Schwingungssensor 6b vorhanden
ist. Ein weiterer Schwingungssensor 6b kann z.B. am Motor
angebracht sein, wenn für
jede der beiden Lager 2a und 2b zur hochgenauen
Erfassung von Lagerschäden ein
jeweilig zugehöriger
Schwingungssensor vorgesehen ist. In diesem Fall können die
Schwingungssignale S der beiden Schwingungssensoren 6a und 6b durch
z.B. jeweils ein zugehöriges
Bandpassfilter 7 und jeweils eine zugehörige Unwuchtermittlungseinheit 8 für jede Seite
A und B des Motors getrennt ausgewertet werden und solchermaßen die
Unwucht hochgenau für
jede Seite des Motors getrennt bestimmt werden.
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Bei
der Verwendung von zwei Schwingungssensoren ist es weiterhin möglich die
Auswuchtung vorzunehmen indem z.B. an zwei unterschiedlichen Stellen
längs der
Motorwelle Gegengewichte zur Beseitigung der Unwucht angebracht
werden. Hierdurch kann eine so genannte „dynamische Auswuchtung" erreicht werden,
was besonders bei langen Anbauteilen von Vorteil ist.