DE102010023766A1

DE102010023766A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung und Übertragung von Sensorsignalen von rotierenden Bauteilen

Info

Publication number: DE102010023766A1
Application number: DE201010023766
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-06-15
Filing date: 2010-06-15
Publication date: 2011-12-15

Abstract

Eine auf dem Bauteil rotierende Spule wird von einem Sensor-Stellglied bei Überschreiten eines Grenzwertes kurzgeschlossen. Eine zweite stationäre Spule wird mit Wechselspannung beaufschlagt und der r angeordnet, dass sie einmal pro Umdrehung des Bauteils induktiv gekoppelt sind. Während dieser Kopplung wird der Zustand des rotierenden Sensor-Stellglieds über den Strom durch die stationäre Spule detektiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Sensorsignale von einem rotierenden Bauteil an eine stationäre Leseeinheit.
In der Praxis ist es häufig erforderlich, physikalische Größen wie z. B. Druck oder Temperatur an rotierenden Bauteilen zu messen und einer stationären Signalverarbeitung zugänglich zu machen. Das rotierende Bauteil kann z. B. eine Reibkupplung, eine Bremstrommel, eine Bremsscheibe oder ein Reifen sein. Eine Vielzahl weiterer technischer Anwendungen ist ebenfalls möglich. In vielen Fällen besteht die stationäre Signalverarbeitung in einer Grenzwertüberwachung, z. B. der Überschreitung einer maximalen Temperatur an einer Kupplung oder einer Bremse oder dem Unterschreiten eines Minimaldruckes bei einem luftgefüllten Reifen.
In der Praxis werden bisher z. B. Schleifringkontakte eingesetzt. Diese sind jedoch gerade in rauen Einsatzbedingungen durch Verschmutzung oder Korrosion sehr störanfallig.
Eine Funkübertragung der Signale vom rotierenden Bauteil zur stationären Leseeinheit erfordert eine zusätzliche und aufwendige Energieversorgung auf dem rotierenden Bauteil. Eine Energiezuführung über Schleifkontakte ist wiederum aufwendig und störanfallig, eine Batterieversorgung reduziert die Verfügbarkeit und erfordert Wartungsaufwand zum Wechsel der Batterie.
Im Falle der Temperaturübertragung wird oft die berührungslose Temperaturmessung mit Hilfe von Infrarot-Strahlung eingesetzt. Die Abhängigkeit von den Oberflächeneigenschaften des Bauteils, die Empfindlichkeit gegen Verschmutzung der IR-Optik und Kostengründe setzten dieser Lösung jedoch sehr oft Grenzen.
DE 10 2008 051 983 A1 beschreibt ein Verfahren zur Temperaturmessung an rotierenden Teilen über ein Temperaturabhängiges Magnetfeld auf dem rotierenden Teil und einer stationären Erreger- und einer stationären Sensoreinheit. Mit zwei stationären Einheiten, einer drehzahlabhängiger Korrektur und drehzahlabhängiger Betriebsweise ist das Verfahren sehr aufwendig.
DE 10 2006 045 386 beschreibt die Temperaturmessung an einer dem rotierenden Bauteil benachbarten stationären Baugruppe, um über Algorithmen und Erfahrungsparameter indirekt auf die Temperatur des rotierenden Bauteils zu schließen.
DE 10 2009 044 385 beschreibt einen auf das rotierende Bauteil gerichteten Luftstrom, dessen Temperatur nach Reflexion am rotierenden Bauteil stationär gemessen wird. Aus der Temperatur des reflektierten Luftstromes wird indirekt auf die Temperatur des rotierenden Bauteils geschlossen.
GB 2 245 367 beschreibt die Temperaturmessung an einem rotierendem Bauteil mit einem Thermoelement, dessen Ausgangspannung auf eine Spule geschaltet ist. Diese mitrotierende Spule induziert einmal pro Umdrehung des Bauteiles ein Magnetfeld in einer stationären Spule. Bei den minimalen Thermospannungen ist der Verstärkungsaufwand im stationären Teil immens, die Störung durch andere Magnetfelder (z. B. Erdmagnetfeld) beträchtlich und damit das zu erreichende Signal-Rausch-Verhältnis schlecht.
Speziell für Reibkupplungen wurden verschieden Ansätze beschrieben, die über eine Wärmebilanz auf die Temperatur der Kupplung zurückschließen ( US 6 769 526 , W 2010 040 624 , US 6 645 121 ). Diese Verfahren liefern jedoch nur einen Näherungswert.
Die Erfindung arbeitet nur mit passiven Komponenten auf dem rotierenden Bauteil und erfordert daher keine Energieversorgung auf dem drehenden Teil.
1 zeigt eine mögliche Ausführungsform der Erfindung. Auf dem rotierenden Bauteil 3 ist eine elektrische Spule 1 montiert. In der stationären Leseeinheit 8 ist eine weitere Spule 2 montiert, die einmal pro Umdrehung des rotierenden Bauteils 3 mit der darauf montierten Spule 1 induktiv gekoppelt ist. Die stationäre Leseeinheit 8 umfast außerdem einen Wechselspannungsgenerator 6 der die Spule 2 speist, und eine Wechselstromanzeige 7, die den Strom durch die Spule 2 mist. Die rotierende Spule 1 ist mit einem Schalter 4 verbunden. Dieser wird bei der Auslegung als Temperaturmessung von einem temperaturabhängigen Stellglied 5 betätigt. Dies kann zum Beispiel eine Bimetallfeder oder eine thermische Ausdehnungsdose sein, die bei einer definierten Temperatur T den Schalter 4 schließt und so die Spule 1 kurzschließt. Beide Spulen 1 und 2 können zur Optimierung der induktiven Kopplung mit z. B. Eisenkernen versehen werden.
Der Strom durch die vom Generator 6 gespeiste Spule 2 steigt an, wenn der Schalter 4 geschlossen ist. Dies wird von der Wechselstromanzeige 7 angezeigt. Die Stellung des Schalters 4 wird so einmal pro Umdrehung vom rotierenden Bauteil auf die stationäre Leseeinheit 8 übertragen und kann hier weiter verarbeitet werden.
Eine alternative Ausführung, bei der das Sensor-Stellglied 5 bei einer definierten Temperatur T den normal geschlossenen Schalter 4 öffnet, ist ebenfalls realisierbar.
Die Erfindung löst die nach dem Stand der Technik bestehenden Probleme mit minimalem Bauteilaufwand und ohne Energieerfordernis auf dem rotierenden Bauteil. Das Verfahren ist robust gegen Umwelteinflüsse wie Feuchte, Korrosion, Verschmutzung oder hohe Temperaturen.
2 zeigt die unterschiedliche Ausführung der Erfindung zur Messung unterschiedlicher physikalischer Parameter, es ist nur der Teil auf dem rotierenden Bauteil gezeichnet. 2a wiederholt die schon beschriebene Ausführung zur Temperaturmessung. 2b zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der der Schalter 4 von einem druckabhängigen Sensor-Stellglied 10 bedient wird. Dieses druckabhängige Stellglied kann z. B. eine Druckmembran sein, die auf einer Seite mit dem zu messenden Druck beaufschlagt wird und auf der anderen Seite zur Umgebungsatmosphäre offen ist.
3a zeigt eine Variante der Erfindung mit einem zusätzlichen konstanten Widerstand 9, der parallel zur rotierenden Spule 1 geschaltet ist. Durch den Widerstand 9 fließt bei induktiver Kopplung der beiden Spulen 1 und 2 ein Strom I, der eine Stromänderung in der Spule 2 bedingt. Bei Betätigen des Schalters 4 durch das Sensor-Stellglied 5 steigt der Strom durch die Spule 2 weiter an.
Der Widerstand 9 ermöglicht so eine Selbstüberwachung des Mess-Systems. Ein Abfallen oder Verrutschen der rotierenden Spule 1 oder ein Windungsbruch können so von der stationären Leseeinheit erkannt werden.
3b zeigt eine Variante der Erfindung, die zwei Temperaturen überwachen kann. Schalter 4b ist mit einem Windungsabgriff 1a der stationären Spule 1 verbunden und wird von einem Temperatur-Stellglied 5b bei Überschreiten der Temperatur T2 geschlossen. Bei einer weiteren Temperaturerhöhung bis zur Temperatur 1 schließt Stellglied 5a über Schalter 4a die Spule 1 komplett kurz. Eine Erweiterung auf weitere unterschiedliche Temperaturwerte ist natürlich möglich.
3c zeigt eine Variante mit zwei Schaltern 4a, 4b und zwei Temperatur-Stellgliedern 5a, 5b zur Messung von zwei Temperaturen. Bei Überschreiten der Temperatur T2 schließt Stellglied 5b den Schalter 4b und schließt so die Spule 1 über den Widerstand 11 kurz. Bei Überschreiten von Temperatur T1 schließt Stellglied 5a den Schalter 4a und schleißt damit die Spule 1 komplett kurz. Eine Erweiterung auf weitere unterschiedliche Temperaturwerte ist natürlich auch hier möglich.
4a zeigt eine mögliche Variante mit zwei Windungsabgriffen 1a, 1b und einem Umschalter mit vier Schaltkontakten 4d, 4e, 4f, 4g. Das Temperatur-Stellglied 5d bedient den Umschalter und schließ je nach Temperatur die Spule 1 ganz (Kontakt 4g), teilweise (Kontakte 4f an Abgriff 1a, oder Kontakt 4e an Abgriff 1b) oder überhaupt nicht kurz (Kontakt 4d). Eine Erweiterung auf weitere unterschiedliche Temperaturwerte ist natürlich auch hier möglich. Eine Variante mit Umschalter und verschiedenen Widerstanden analog zur 3c ist ebenfalls eine mögliche Variante.
4b zeigt eine Variante, bei der die rotierende Spule 1 durch einen temperaturabhängigen Widerstand 10 je nach Temperatur mehr oder weniger stark kurzgeschlossen wird.
Die Anzahl der unterscheidbaren Temperaturwerte der Varianten nach 3b, 3c, 4a und 4b ist nur durch die Güte der induktiven Kopplung der Spulen 1 und 2 sowie die Auflösung der Wechselstrommessung 7 in der stationären Leseeinheit 8 begrenzt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008051983 A1 [0006]
DE 102006045386 [0007]
DE 102009044385 [0008]
GB 2245367 [0009]
US 6769526 [0010]
WO 2010040624 [0010]
US 6645121 [0010]

Claims

Verfahren und Vorrichtung zur Messung und Übertragung von Sensorsignalen von rotierenden Bauteilen bestehend aus: – ein oder mehreren rotierenden Spulen – ein oder mehreren stationären Spulen dadurch gekennzeichnet, dass – die stationären Spulen mit Wechselspannung beaufschlagt werden, – der Strom durch die stationären Spulen gemessen wird, – die rotierenden und die stationären Spulen so angeordnet sind, dass sie zumindest zeitweise induktiv gekoppelt sind, – die rotierenden Spulen oder Teilwicklungen davon abhängig von der zu messenden Größe mit unterschiedlichen Widerständen abgeschlossen oder kurzgeschlossen werden.
Verfahren und Vorrichtung zur Übertragung von Sensorsignalen von rotierenden Bauteilen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere temperaturabhängige Elemente zur Messung der Temperatur auf dem rotierenden Bauteil eingesetzt werden.
Verfahren und Vorrichtung zur Übertragung von Sensorsignalen von rotierenden Bauteilen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere druckabhängige Elemente zur Messung eines Druckes auf dem rotierenden Bauteil eingesetzt werden.
Verfahren und Vorrichtung zur Übertragung von Sensorsignalen von rotierenden Bauteilen nach Anspruch 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Sensorelemente zur Messung eines Parameters auf dem rotierenden Bauteil verschiedene Wicklungsabgriffe der rotierenden Spulen kurzschließen.
Verfahren und Vorrichtung zur Übertragung von Sensorsignalen von rotierenden Bauteilen nach Anspruch 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Sensorelemente zur Messung eines Parameters auf dem rotierenden Bauteil die rotierenden Spulen über unterschiedliche elektrische Widerstände kurzschließen.
Verfahren und Vorrichtung zur Übertragung von Sensorsignalen von rotierenden Bauteilen nach Anspruch 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Sensorelemente zur Messung eines Parameters auf dem rotierenden Bauteil verschiedene Wicklungsabgriffe der rotierenden Spulen über unterschiedliche elektrische Widerstände kurzschließen.
Verfahren und Vorrichtung zur Übertragung von Sensorsignalen von rotierenden Bauteilen nach Anspruch 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Sensorelemente mit einem vom zu messenden Parameter abhängigen elektrischen Widerstand mit den rotierenden Spulen verbunden sind.
Verfahren und Vorrichtung zur Übertragung von Sensorsignalen von rotierenden Bauteilen nach Anspruch 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein oder mehrere konstante Widerstände mit den rotierenden Spulen verbunden sind, um einen Ausfall der Übertragung zu detektieren.