DE102006029236A1

DE102006029236A1 - Elektronisch kommutierter Motor

Info

Publication number: DE102006029236A1
Application number: DE102006029236A
Authority: DE
Inventors: Volker Fertig
Original assignee: Lutz Pumpen GmbH
Current assignee: Lutz Pumpen GmbH
Priority date: 2006-05-15
Filing date: 2006-06-26
Publication date: 2007-11-22

Abstract

Es ist bekannt, Pumpenmotoren zur Gewährleistung der Explosionssicherheit in druckdicht gekapselte Gehäuse einzusetzen, wobei eine Drehzahlstellung hierbei nur auf Kosten der Sicherheit möglich gewesen ist, da bekannte Potentiometer für eine Drehzahlvorgabe ihrerseits zu Funkenschlag beitragen können. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Pumpenmotor zu schaffen, der explosionssicher ist und dessen Drehzahlvorgabe trotzdem veränderlich ist. Gelöst wird dies über eine berührungslose Signalübertragung durch das Gehäuse hindurch, indem einem Handrad ein Signalgeber, etwa ein Dauermagnet zugeordnet wird und das durch Drehung des Handrads verursachte Signal gehäuseinwendig von einem Signalaufnehmer erfasst und in eine Drehzahlvorgabe umgesetzt wird. Motor zur Verwendung mit einer Fass- oder Behälterpumpe.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronisch kommutierten Motor, insbesondere zur Verwendung mit einer Fass- oder Behälterpumpe und einem Rührwerk, umfassend einen Rotor und einen Stator, wobei der Motor gemeinsam mit einer Schaltungselektronik zur Steuerung des Motors in einem druckfest gekapselten Gehäuse aufgenommen ist.
Ein solcher Motor ist bereits aus der DE 38 25 035 A1 vorbekannt. Solche Motoren werden im Zusammenhang mit anverbundenen oder anflanschbaren Pumpwerken zur Förderung von Flüssigkeiten aller Arten verwendet.
Soweit es sich bei den genannten Flüssigkeiten um gefährliche Substanzen handelt, bestehen auch für die zu verwendenden Pumpen und Pumpenmotoren bestimmte Sicherheitsvorschriften. Durch das Entweichen von explosiblen Gasen kann aufgrund der Funkenbildung im Motor eine erhebliche Explosionsgefahr gegeben sein. Es ist daher üblich, solche Motoren druckgekapselt auszuführen, so dass der Motor in einem von der Außenwelt abgeriegelten Gehäuse aufgenommen ist.
Derart druckgekapselte Gehäuse können nicht mehr ohne Weiteres geöffnet werden, so dass die weitere Entwicklung dahin geht, anstelle der herkömmlichen Bürstenmotoren elektronisch kommutierte Motoren einzusetzen. Dadurch ist der Einsatz verschleißarmer Motoren möglich, so dass die Einsatzdauer eines Motors im Wesentlichen nur noch durch die Lebensdauer der Lager begrenzt ist, welche die Rotorwelle des Motors durch die Gehäusewand hindurch nach außen führen.
Durch diese Verbesserung ist es bekanntermaßen auch möglich, die Schaltungselektronik des Motors in das Gehäuse mit hinein zu verlegen, so dass nur noch ein gemeinsames Gehäuse erforderlich ist und keine Drahtverbindungen aus dem druckgekapselten Gehäuse herausragen müssen, was ein zusätzliches Risiko der Funkenbildung darstellt.
Üblicherweise kann bei den vorstehend beschriebenen Motoren die Drehzahl eingestellt werden, so dass unterschiedliche Arbeitsaufgaben je nach Bedarf in unterschiedlicher Geschwindigkeit erledigt werden können. So lehrt die DE 38 25 035 A1 den Einsatz eines Potentiometers, um die Drehzahl des Motors strom- und lastabhängig einzustellen.
Gerade bei den meist als Gleitwiderstand ausgeführten Potentiometern kann allerdings ein Funkenschlag auftreten, so dass derartig ausgeführte Pumpenmotoren den Sicherheitsanforderungen für den Explosionsschutz nicht mehr genügen.
Es liegt der Erfindung vor diesem Hintergrund die Aufgabe zugrunde, einen Motor insbesondere zur Verwendung mit einer Fass- oder Behälterpumpe und einem Rührwerk zu schaffen, dessen Drehzahl trotz einer explosionsgeschützten Ausführung durch den Benutzer einstellbar ist.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem elektronisch kommutierten Motor gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs. Weitere sinnvolle Ausgestaltungen können den Unteransprüchen entnommen werden.
Der elektronisch kommutierte Elektromotor ist von einem druckgekapselten Gehäuse umgeben, welches den Sicherheitsanforderungen des Explosionsschutzes entspricht. In dem Gehäuse ist ebenfalls die vollständige Schaltungselektronik aufgenommen, welche für den Einsatz des Motors vonnöten ist. Dazu gehören im Einzelnen unter Anderem die Leistungselektronik, die Steuerelektronik und die Drehzahlstellerelektronik. Erfindungsgemäß ist dem Gehäuse außenseitig ein Signalgeber zugeordnet, welcher ein Signal berührungslos durch die Gehäusewand hindurch zu einem Signalaufnehmer übermittelt. Das so transportierte Signal wird von der Schaltungselektronik erfasst und in Drehzahlvorgaben umgesetzt, die wiederum mithilfe der in der Schaltungselektronik enthaltenen Drehzahlstellerelektronik an den Motor weitergegeben werden. Die berührungslose Übertragung kann etwa magnetisch, oder auch induktiv oder durch andere Übertragungsmittel durchgeführt werden.
Zur verbesserten Handhabbarkeit erfolgt die Signalerzeugung durch Drehung eines Handrads, welches dem Gehäuse auswendig zugeordnet ist. Dem Handrad ist der Signalgeber derart zugeordnet, dass die Drehung des Handrads zu einer Bewegung des Signalgebers führt. Diese Bewegung stellt eine Signalform dar, welche der Signalaufnehmer, der im Bereich des Handrads gehäuseinwendig angeordnet ist, erkennen und auswerten kann.
Insofern ist es sinnvoll, wenn der Signalgeber ein Dauermagnet ist, so dass eine Bewegung desselben eine Veränderung des Magnetfelds im Bereich des Signalaufnehmers bewirkt. Diese Feldänderung wird vom Signalaufnehmer ausgewertet und als Stellsignal von der Schaltelektronik an den Motor weitergeleitet.
Der Motor passt aufgrund der von der Schaltelektronik kommenden Signale seine Drehzahl an die Vorgabe an, soweit dies die abtriebsseitig auf die Motorwelle, mithin auf eine etwa angeflanschte Pumpenwelle, wirkende Last zulässt. Bei entsprechender Last kann die geforderte Drehzahl durch eine entsprechende Einstellung der Spulenströme bzw. der korrespondierenden Spannungen nicht erreicht werden, so dass bezüglich der Drehzahl eine Diskrepanz zwischen Sollwert und Istwert entsteht. Es bietet sich insoweit an, einen Regelkreis hierfür vorzusehen, in welchem allerdings der Istwert der Drehzahl als Stellgröße auftreten muss. Zur Erfassung der Drehzahl ist der Rotorwelle ein magnetischer Dipol zugeordnet, welcher im Laufe einer Umdrehung der Rotorwelle gleichfalls einmal eine volle Drehung durchläuft. Mittels einer im Bereich des Dipols angeordneten Hall-Sonde kann durch entsprechende Messung des durch den Dipol erzeugten, magnetischen Feldes in diesem Bereich der Istwert der Motordrehzahl erfasst werden. Auf der Basis eines Soll-/Istwertvergleichs kann auf diese Weise eine Drehzahlregelung durchgeführt werden.
In sinnvoller Weiterbildung des Gedankens verschiedener Maßnahmen zur Einwirkung auf die Motordrehzahl werden auch Betriebsparameter des Motors, wie etwa Sollwert und Istwert der Drehzahl, Temperaturen sowie Ströme und Spannungen von der Schaltungselektronik überwacht. Hierdurch sind im Falle von Grenzwertabweichungen Maßnahmen möglich, um die Sicherheit sowohl der beteiligten Personen, als auch die Funktionsfähigkeit des Motors zu gewährleisten.
Im Sinne einer solchen Motorschutzregelung kann bei Abweichungen der Betriebsparameter von vorgegebenen oder vorgebbaren Grenzwerten und/oder von Sollwerten von der Schaltungselektronik selbsttätig eine Abschaltung des Motors ausgelöst werden. Dadurch ist eine Überlastung des Motors und ein vorzeitiger Defekt aus diesem Grund vermieden.
Sobald nach einer Abschaltung die Betriebsparameter wieder in den Sollbereich gekommen sind, kann mit Vorteil die Schaltungselektronik den Motor auch wieder in Betrieb nehmen. Dies ist selbstverständlich nicht möglich, wenn der Motor zwischenzeitlich von Hand durch den Benutzer abgeschaltet worden ist.
Dem Gehäuse ist mit Vorteil wenigstens ein, vorzugsweise aber zwei, Handgriffe so zugeordnet, dass eine Bedienung des Motors im Einhandbetrieb möglich ist. Es ist dann beispielsweise möglich, den Motor einhändig zu halten und gleichzeitig eine Drehzahlvorgabe mithilfe des Signalgebers vorzunehmen.
In vorteilhafter Weiterbildung ist der Handgriff Teil eines Verriegelungsmechanismus', wobei der Handgriff in eine Verriegelungsposition verbringbar ist, in der das Gehäuse mithilfe von Verrastungselementen an einer Pumpenwelle, einem Pumpenfuß oder einem Behälter befestigbar ist. Durch ein Verschwenken des wenigstens einen Handgriffs in eine Entriegelungsposition wird die Verriegelung in der Folge wieder freigegeben.
Rotor und Stator sind mit Vorteil geblecht und der Rotor ist mit Aluminium umgossen. Das Gehäuse ist vorzugsweise doppelwandig ausgeführt.
Nachfolgend wird die oben beschriebene Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen
1 einen erfindungsgemäßen Motor in einem Gehäuse in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben,
2 den Motor aus 1 in einer direkten Draufsicht,
3 den Motor aus 2 in der in 2 angedeuteten Schnittdarstellung, und
4 den in 3 angedeuteten Bildausschnitt in vergrößerter Schnittdarstellung.
1 zeigt ein druckfest gekapseltes Gehäuse 1 eines Motors, wie er zur Förderung von Flüssigkeiten aus Fässern oder Behältern oder als Antrieb für ein Rührwerk eingesetzt wird. Zur Kupplung des Pumpenmotors mit einem Pumpenfuß etc. weist das Gehäuse 1 an seiner bestimmungsgemäß unteren Seite einen Anschlussflansch 11 auf, mithilfe dessen eine kraftschlüssige Verbindung mit einer Pumpenwelle herstellbar ist. Das Gehäuse 1 ist mit Handgriffen 10, 10' versehen, so dass ein Benutzer den Pumpenmotor ein- oder zweihändig bedienen kann. Durch die druckfeste Kapselung entspricht der Pumpenmotor den Bestimmungen zum Explosionsschutz. Zentral zwischen den Handgriffen 10, 10' ist auf der bestimmungsgemäß oben liegenden Seite des Gehäuses 1 ein Handrad 8 vorgesehen, welches zur Vorgabe einer Solldrehzahl vorgesehen ist. Dem Handrad 8 ist ein Dauermagnet als Signalgeber 6 zugeordnet, so dass durch eine Drehung des Handrads 8 eine Feldänderung im Bereich des Signalgebers 6 resultiert. Diese Feldänderung wird gehäuseinwendig von einem Signalaufnehmer 7 erfasst und an eine innen liegende Schaltungselektronik 5 weitergeleitet.
2 zeigt den Pumpenmotor aus 1 in einer Draufsicht. Entlang einer gestrichpunkteten Linie wird ein gedachter Schnitt durch den Motor geführt, wobei in 3 ein Schnittbild der so entstehenden Fläche gezeigt ist.
3 zeigt den Pumpenmotor in einem Querschnitt, in dem der in dem Gehäuse 1 befindliche Motor 2 dargestellt ist. Auf der dem Rotor 3 des Motors 2 zugeordneten Rotorwelle 9 ist ein Dipolmagnet angeordnet, welcher sich im Betrieb des Motors 2 mit dem Rotor 3 dreht. Mittels einer hier nicht näher dargestellten Hall-Sonde ist eine Erfassung des durch den genannten Dipolmagneten erzeugten Magnetfeldes ermöglicht, wodurch sich durch Auswertung der Messwerte der Hall-Sonde die Istdrehzahl der Rotorwelle 9 ableiten lässt. Dies stellt einen ersten Teil eines Regelkreises zur Regelung der Drehzahl dar.
4 zeigt den zuvor in 3 angedeuteten Ausschnitt des Schnittbilds in vergrößertem Maßstab. Der eng karierte Bereich entspricht dem Handgriff 8, in welchem als Signalgeber 6 ein Dauermagnet angeordnet ist. Durch eine Drehung des Handgriffs 8 und somit auch des Signalgebers 6 wird eine Magnetfeldänderung bewirkt, welche auch von einem Signalaufnehmer 7 innerhalb des Gehäuses erfassbar ist. Aus einem Messsignal über diese Feldänderung wird mithilfe der Schaltungselektronik 5 eine Drehzahlvorgabe, also eine Solldrehzahl, ermittelt, die der Einstellung des Handrads 8 entspricht. Durch die berührungslose Übertragung des Signals durch die Wand des Gehäuses 1 ist die Druckkapselung unbetroffen und somit entspricht das Gehäuse weiterhin den Anforderungen betreffend der Explosionssicherheit.
Vorstehend ist somit ein elektronisch kommutierter Motor, insbesondere zur Verwendung mit einer Fass- oder Behälterpumpe und einem Rührwerk beschrieben, welcher trotz der Einhaltung der Vorgaben des Explosionsschutzes Mittel zum Einstellen der Drehzahl aufweist, indem eine berührungslose Signalübertragung durch die druckdicht gekapselte Gehäusewand des Motors geschaffen wird.

1: Gehäuse
2: Motor
3: Rotor
4: Stator
5: Schaltungselektronik
6: Signalgeber
7: Signalaufnehmer
8: Handrad
9: Rotorwelle
10, 10': Handgriffe
11: Anschlussflansch
12: Mitnehmer

Claims

Elektronisch kommutierter Motor, insbesondere zur Verwendung mit einer Fass- oder Behälterpumpe und einem Rührwerk, umfassend einen Rotor (3) und einen Stator (4), wobei der Motor (2) gemeinsam mit einer Schaltungselektronik (5) zur Steuerung des Motors (2) in einem druckfest gekapselten Gehäuse (1) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Motors (2) mittels wenigstens eines berührungslosen, vorzugsweise magnetischen, gehäuseauswendig angeordneten Signalgebers (6) einstellbar ist, mit dessen Hilfe Stellsignale berührungsfrei zu wenigstens einem gehäuseinwendig angeordneten Signalaufnehmer (7) übermittelbar sind, welche von der Schaltungselektronik (5) auswertbar und in Drehzahlvorgaben umsetzbar sind.
Motor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Signalgeber (6) dergestalt an einem Handrad (8) angeordnet ist, dass sich durch Drehung des Handrads (8) eine durch den wenigstens einen Signalaufnehmer (7) feststellbare Signaländerung einstellt.
Motor gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (6) ein Dauermagnet ist oder zumindest einen solchen umfasst.
Motor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Motor (2) wenigstens eine, bezüglich des Stators (4) ortsfeste, Hallsonde zugeordnet ist und der Rotor (3) eine Rotorwelle (9) aufweist, welche einen magnetischen Dipol, vorzugsweise in Form eines Dauermagneten, aufweist.
Motor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schaltungselektronik (5) eine Motorschutzregelung vorgesehen ist, welche einen oder mehrere Betriebsparameter des Motors (2), insbesondere Drehzahlparameter, Temperatur, Betriebsströme und/oder Betriebsspannungen, überwacht.
Motor gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Schaltungselektronik (5) beim Erreichen bestimmter Grenzwerte der erfassten Betriebsparameter eine selbsttätige Abschaltung des Motors (2) auslösbar ist.
Motor gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass, vorbehaltlich selbsttätiger Abschaltung des Motors (2) und des Erreichens der Sollzustände sämtlicher Betriebsparameter, durch die Schaltungselektronik (5) ein selbsttätiges Wiedereinschalten des Motors (2) auslösbar ist.
Motor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gehäuse (1) wenigstens ein Handgriff, vorzugsweise aber zwei Handgriffe (10, 10'), zum Halten des Gehäuses durch einen Benutzer zugeordnet ist.
Motor gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Handgriff (10, 10') über eine schwenkbare Verbindung an das Gehäuse (1) angelenkt ist und in einer Verriegelungsposition eine Verriegelung mit einer Halteausnehmung eines Pumpwerks oder Rührwerks in Eingriff setzt.
Motor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Rotor (3) und Stator (4) aus Blechpaketen hergestellt sind und der Rotor (3) mit Aluminium umgossen ist.
Motor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) doppelwandig ist.