DE102005009601B4

DE102005009601B4 - Antrieb und Verfahren zur Überwachung dieses Antriebs

Info

Publication number: DE102005009601B4
Application number: DE102005009601A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boermann; Domenik Hettel
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2025-03-01
Also published as: DE102005009601A1

Abstract

Antrieb, umfassend einen Elektromotor und einen Winkelsensor,
wobei der Elektromotor und der Winkelsensor jeweils einen Rotor umfassen,
wobei der Rotor des Winkelsensors kraftschlüssig und formschlüssig lösbar mit dem Rotor des Motors verbunden ist,
wobei zum kraftschlüssigen Verbinden eine Spreizwelle verwendet wird, und
wobei die formschlüssige Verbindung ein derart großes Spiel in Umfangsrichtung aufweist, dass sie erst nach Versagen der kraftschlüssigen Verbindung drehmomentübertragend wirkt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb und ein Verfahren zur Überwachung dieses Antriebs.
Aus der DE 199 24 735 A1 ist eine Spreizwellenverbindung bei einem an einen Motor anbaubaren Geber bekannt. Motor und Geber sind Komponenten eines Antriebes für eine Anlage, beispielsweise Maschine. Der Motor ist von einem Umrichter aus versorgbar, welcher zur Regelung Informationen des Gebers verwendet.
Nachteilig ist dabei, dass bei Versagen dieser Verbindung ein den Elektromotor versorgender Umrichter keine zur Regelung verwendbaren Signale vom Geber erhält. Somit kann der Antrieb seine Funktion nicht mehr ausführen und es kann bei manchen Sorten von Anlagen ein Sicherheitsproblem entstehen.
Aus der DE 39 39 868 A1 ist ein Drehzahlaufnehmer für bürstenlose Motoren bekannt, wobei der Drehzahlaufnehmer auch einen Rotorlagegeber umfasst. Der Rotor des Rotorlagegebers ist kraftschlüssig durch eine Schraube und ein konisches Endstück lösbar mit der Welle des Motors verbunden.
Aus der JP 07-170 696 A , mit englischem Abstract aus PAJ, ist bei einem Servomotor mit Rotorlagegeber bekannt, eine Schraube (coupling screw) als einziges Teil zum Herstellen einer Verbindung zwischen Rotor des Rotorlagegebers und Welle des Motors herzustellen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit bei Anlagen zu erhöhen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Antrieb nach den in Anspruch 1 und bei dem Verfahren zur Überwachung dieses Antriebs nach den in Anspruch 7 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Antrieb sind, dass der Antrieb einen Elektromotor und einen Winkelsensor umfasst, wobei der Elektromotor und der Winkelsensor jeweils einen Rotor umfassen, wobei der Rotor des Winkelsensors kraftschlüssig und formschlüssig lösbar verbunden ist mit dem Rotor des Motors verbunden ist, wobei zum kraftschlüssigen Verbinden eine Spreizwelle verwendet wird, und wobei die formschlüssige Verbindung ein derart großes Spiel in Umfangsrichtung aufweist, dass sie erst nach Versagen der kraftschlüssigen Verbindung drehmomentübertragend wirkt.
Von Vorteil ist dabei, dass zwei Verbindungsarten vorhanden sind. Somit ist eine doppelte und damit erhöhte Sicherheit realisiert.
Von Vorteil ist weiter, dass eine kostengünstige und einfach zu montierende Verbindung verwendet wird.
Außerdem ist vorteilig, dass die formschlüssige Verbindung über die Standzeit der kraftschlüssigen Verbindung geschont bleibt. Erst nach Versagen derselben wird die formschlüssige Verbindung verwendet und kann somit ganz frisch aktiviert werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zum formschlüssigen Verbinden ein Stift vorgesehen, wobei der Stift durch die Ausnehmung eines der beiden Rotoren gesteckt ist und im anderen Rotor in einer Bohrung eingesteckt ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein Mitnehmen des Rotors durch den anderen Rotor realisierbar ist. Der Stift ist also in radialer Richtung einsteckbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Ausnehmung ein Schlitz, insbesondere in axialer Richtung. Von Vorteil ist dabei, dass ein für die Spreizwelle verwendeter Schlitz verwendbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Antrieb einen den Elektromotor versorgenden Umrichter, welchem Signale des Winkelsensors zuführbar sind. Von Vorteil ist dabei, dass der die Winkellage des Rotors bestimmbar ist und Modellwerte von physikalischen Größen bildbar sind. Dazu ist es auch vorteilhaft, die Motorströme des Elektromotors zu erfassen und dem Umrichter zuzuführen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Umrichter Mittel zum Erkennen eines Spiels zwischen den Rotoren des Motors und des Gebers auf. Von Vorteil ist dabei, dass das Versagen der kraftschlüssigen Verbindung feststellbar ist und davon abhängig eine Warninformation oder ein Notsignal vom Umrichter erzeugbar ist. Warninformationen werden über Feldbus übertragen und/oder mit Mitteln zur optischen und/oder akustischen Anzeige bemerkbar gemacht.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren sind, dass das Verfahren zur Überwachung eines Antriebs dient, wobei

– ein Modellwert für das Massenträgheitsmoment der drehbaren Teile, umfassend Rotor des Elektromotors und Rotor des Winkelsensors, gebildet wird,
– bei Drehrichtungsumkehr aus dem Verlauf des Massenträgheitsmoments ein Wert für das Spiel der Verbindung des Rotors des Elektromotors und des Rotors des Winkelsensors bestimmt wird,
– bei Überschreiten eines kritischen Wertes des Spiels eine Warn-Information vom Umrichter herausgegeben wird, insbesondere per Feldbus an einen weiteren Busteilnehmer.

Alternativ wird das Verfahren derart ausgeführt, dass

– bei Drehrichtungsumkehr aus dem Verlauf des Winkelwertes, seiner ersten zeitlichen Ableitung, seiner zweiten zeitlichen Ableitung und/oder seiner dritten zeitlichen Ableitung ein Wert für das Spiel der Verbindung des Rotors des Elektromotors und des Rotors des Winkelsensors bestimmt wird,
– bei Überschreiten eines kritischen Wertes des Spiels eine Warn-Information vom Umrichter herausgegeben wird, insbesondere per Feldbus an einen weiteren Busteilnehmer.

Von Vorteil ist dabei, dass der zeitliche Verlauf dieser Größen, also Winkel-Zeit-Funktion, deren Ableitungen und/oder Massenträgheitsmoment bestimmt wird und aus deren Verlauf bei Drehrichtungsumkehr, also Änderungsverhalten, das Spiel zwischen den Rotoren des Elektromotors und des Gebers bestimmbar wird. Besonders einfach und genau ist die Bestimmung bei lastfreiem Betrieb. Bei Vorhandensein einer Last muss der Umrichter auch Informationen über Kenngrößen des Rotors und des Gebers erhalten. Auf diese Weise ist besonders einfach ein Überwachen der erwarteten Werte ermöglicht.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der 1b ist ein Schnitt durch den B-seitigen Endbereich eines Elektromotors mit Geber, also Winkelsensor, gezeigt.
In der 1a und 1c ist der Verbindungsbereich der Spreizwelle 8 des Winkelsensors 5 vergrößert gezeigt.
In der 2 ist die Spreizwelle mit ihren Schlitzen 20 in Schrägansicht gezeigt.
Das Motorgehäuse 1 weist einen Lagersitz zur Aufnahme des B-seitigen Lagers 2 für die Rotorwelle 3 auf. Die Rotorwelle 3 ist an ihrem B-seitigen Ende mit der Welle des Winkelsensors 5 verbunden. Die Welle ist im Winkelsensor 5 gelagert.
Die Welle ist an ihrem motorseitigen Ende als Spreizwelle 8 ausgeführt und somit mit der Rotorwelle 3 kraftschlüssig verbindbar.
Das Gebergehäuse 7 ist mit dem Motorgehäuse 1 lösbar verbunden. Zum Schutz des Winkelsensors ist in axialer vom Motor weiter entfernt liegenden Richtung auf dem Gebergehäuse 7 ein Gehäusedeckel 6 vorgesehen, der mit Verbindungsschrauben 4 lösbar an diesem verbunden ist.
Der Zylinderstift 10 dient zur zusätzlichen formschlüssigen Verbindung mit der Spreizwelle 8. Somit ist die Verbindung der Welle des Winkelsensors 5 mit der Rotorwelle 3 kraftschlüssig und formschlüssig ausgeführt.
Der Sicherungsring 9 sichert den Zylinderstift 10 in radialer Richtung.
In 2 ist eine Ausführung gezeigt, auf die sich die Erfindung nicht bezieht, da dort die Spreizwelle 8 als Schlitz ausgeführte Nuten aufweist. Wenn der Stift derart ausgeführt wird, dass er den Schlitz an beiden Wänden berührt, ist eine spielfreie formschlüssige Verbindung mit der kraftschlüssigen Verbindung gekoppelt. Dann sind die vom Winkelsensor bestimmten Winkelwerte auch bei Versagen der kraftschlüssigen Verbindung völlig korrekt und es geht keine Winkelinformation verloren.
Nachteilig ist dabei jedoch, dass ein Versagen der kraftschlüssigen Verbindung mit keinem Mittel feststellbar und bestimmbar ist.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist daher der Stift 10 derart klein ausgeführt, dass die formschlüssige Verbindung Spiel aufweist. Somit ist nach Versagen der kraftschlüssigen Verbindung und besonders bei Drehrichtungsumkehr eine Erkennung des Spiels durch eine elektronische Schaltung, wie beispielsweise ein den Elektromotor versorgender Umrichter, wie Frequenzumrichter, ermöglicht. Der Umrichter empfängt für das Ausführen des Regelverfahrens Daten des Winkelsensors und muss bei Drehrichtungsumkehr eine geeignete Auswertung der ihm zur Verfügung stehenden Informationen ausführen. Auf diese Weise ist das Spiel erkennbar und eine Warninformation, beispielsweise zum Veranlassen einer Reparatur oder Wartung, herausgebbar, insbesondere über Feldbus an einen weiteren Busteilnehmer, wie auch Zentralrechner.
Die Überwachung des Spiels kann dadurch erfolgen, dass

Dazu ist es vorteilhaft, dass

Denn in den höheren zeitlichen Ableitungen, wie beispielsweise der dritten zeitlichen Ableitung, sind Werte von physikalischen Größen, wie beispielsweise Ruck, enthalten, die bei Auftreten des Spiels verstärkt vorhanden sind. Die kritischen Werte werden derart festgelegt, dass sie im Normalbetrieb nicht überschritten werden.

1: Motorgehäuse
2: Lager
3: Rotorwelle
4: Verbindungsschrauben
5: Winkelsensor
6: Gehäusedeckel
7: Gebergehäuse
8: Spreizwelle
9: Sicherungsring
10: Zylinderstift
20: Schlitz, Nut

Claims

Antrieb, umfassend einen Elektromotor und einen Winkelsensor, wobei der Elektromotor und der Winkelsensor jeweils einen Rotor umfassen, wobei der Rotor des Winkelsensors kraftschlüssig und formschlüssig lösbar mit dem Rotor des Motors verbunden ist, wobei zum kraftschlüssigen Verbinden eine Spreizwelle verwendet wird, und wobei die formschlüssige Verbindung ein derart großes Spiel in Umfangsrichtung aufweist, dass sie erst nach Versagen der kraftschlüssigen Verbindung drehmomentübertragend wirkt.
Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum formschlüssigen Verbinden ein Stift vorgesehen ist, wobei der Stift durch eine Ausnehmung eines der beiden Rotoren gesteckt ist und im anderen Rotor in einer Bohrung eingesteckt ist.
Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sicherungsring zur Sicherung des Stiftes in radialer Richtung vorgesehen ist.
Antrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung ein insbesondere in axialer Richtung verlaufender Schlitz ist.
Antrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb einen den Elektromotor versorgenden Umrichter umfasst, welchem Signale des Winkelsensors zuführbar sind.
Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter Mittel zur Erfassung des Verlaufes des Winkelwertes des Rotors, die zum Erkennen eines Spiels zwischen Rotor des Motors und Geber-Rotor Mittel zur Bildung der ersten zeitlichen Ableitung, der zweiten zeitlichen Ableitung und/oder der dritten zeitlichen Ableitung umfassen, aufweist.
Verfahren zur Überwachung eines Antriebs nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Drehrichtungsumkehr aus dem Verlauf des Winkelwertes, seiner ersten zeitlichen Ableitung, seiner zweiten zeitlichen Ableitung und/oder seiner dritten zeitlichen Ableitung ein Wert für das Spiel der Verbindung des Rotors des Elektromotors und des Rotors des Winkelsensors bestimmt wird und bei Überschreiten eines kritischen Wertes des Spiels eine Warn-Information vom Umrichter herausgegeben wird, insbesondere per Feldbus an einen weiteren Busteilnehmer.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Modellwert für das Massenträgheitsmoment der drehbaren Teile, umfassend den Rotor des Elektromotors und den Rotor des Winkelsensors, gebildet wird und bei der Bestimmung des kritischen Wertes des Spiels mit verwendet wird.