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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor zum Antrieb eines Flurförderzeugs mit einem Rotor, einen mit dem Rotor rotierenden Geberrad, einem Drehzahlgeber, der zur Erfassung der Drehzahl des Rotors mit dem Geberrad zusammenwirkt, und einem Temperatursensor zur Erfassung einer Motortemperatur.
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Derartige Elektromotoren werden in Flurförderzeugen insbesondere für den Fahrantrieb, aber auch für andere Antriebe, beispielsweise eine elektrisch angetriebene Lenkung, eingesetzt. Um die hohen Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Steuerbarkeit derartiger Elektromotoren erfüllen zu können, ist es erforderlich, die Drehzahl des Motors und die Temperatur während des Betriebs zu erfassen. Zur Erfassung der Drehzahl hat sich ein mit einem Geberrad zusammenwirkender Drehzahlgeber bewährt. Zur Erfassung der Motortemperatur ist das Erfassen der Temperatur einer Wicklung des Elektromotors mit einem Platin- oder Halbleitersensor bekannt. Derartige Sensoren werden in die Wicklung eingelegt und häufig auch mit dieser vergossen.
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Es ist daher in der Regel nicht ohne Weiteres möglich, einen defekten Temperatursensor auszutauschen. Stattdessen ist ein Austausch des gesamten Elektromotors oder zumindest wesentlicher, kostspieliger Baugruppen desselben erforderlich. Da die Erfassung der Motortemperatur für die Sicherheit des Betriebs des Flurförderzeugs relevant ist, kann das Flurförderzeug erst nach einer solchen, aufwendigen Instandsetzung weiter verwendet werden.
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Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, einen Elektromotor zum Antrieb eines Flurförderzeugs zur Verfügung zu stellen, bei dem eine Drehzahl- und Temperaturerfassung möglich ist und bei dem Defekte einfach behoben werden können.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch den Elektromotor zum Antrieb eines Flurförderzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den sich anschließenden Unteransprüchen angegeben.
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Der erfindungsgemäße Elektromotor zum Antrieb eines Flurförderzeugs hat einen Rotor, ein mit dem Rotor rotierendes Geberrad, einen Drehzahlgeber, der zur Erfassung der Drehzahl des Rotors mit dem Geberrad zusammenwirkt, und einen Temperatursensor zur Erfassung einer Motortemperatur. Der Elektromotor weist ein Sensormodul mit einem Sensormodulgehäuse auf, in oder an dem der Temperatursensor und der Drehzahlgeber angeordnet sind, und eine Befestigungseinrichtung zur Befestigung des Sensormoduls in einer vorgegebenen Position in oder an einem Gehäuse des Elektromotors, wobei der Temperatursensor ein berührungsloser Temperatursensor ist und das Sensormodul ein als Einheit austauschbares Ersatzteil bildet.
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Der Elektromotor kann ein Asynchronmotor sein, dessen Wicklungen über eine Motorsteuerung des Flurförderzeugs mit Strom versorgt werden. Die Motorsteuerung kann mit dem Drehzahlgeber verbunden sein. Die Motorsteuerung kann mit dem Temperatursensor verbunden sein. Der Elektromotor kann einen passiven Läufer oder einen Schleifringläufer aufweisen, der mit einer Welle des Elektromotors drehfest verbunden ist.
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Bei dem Flurförderzeug kann es sich um ein beliebiges Flurförderzeug handeln, das elektrisch angetrieben ist, beispielsweise um ein Hochhub- oder Niederhubflurförderzeug, ein Mitgeh- oder Mitfahrfahrzeug.
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Das Geberrad rotiert mit dem Rotor des Elektromotors und kann beispielsweise drehfest mit der Welle des Elektromotors verbunden sein. Es kann sich beispielsweise um ein optisches, magnetisches oder ferromagnetisches Geberrad handeln. Dementsprechend reagiert der mit dem Geberrad zusammenwirkende Drehzahlgeber auf optische oder magnetische Eigenschaften des Geberrads. Der Drehzahlgeber ist ein hierfür geeigneter Sensor, der ein Ausgangssignal zur Verfügung stellt, das Rückschlüsse auf eine Drehung des Geberrads gegenüber dem stationär angeordneten Drehzahlgeber ermöglicht.
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Der Drehzahlgeber kann beispielsweise einen Hall-Sensor aufweisen, der Änderungen des magnetischen Felds bei der Drehbewegung eines magnetischen oder ferromagnetischen Geberrads erfasst. Bevorzugt weist der Drehzahlgeber zwei in Bewegungsrichtung des Geberrads versetzt angeordnete Sensoren auf, sodass aus der zeitlichen Abfolge des Ansprechens der beiden Sensoren auf die Drehrichtung des Geberrads geschlossen werden kann.
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Bei der Erfindung ist der Temperatursensor ein berührungsloser Temperatursensor, d. h. ein Temperatursensor, der die zu erfassende Motortemperatur berührungslos erfassen kann, insbesondere unter Auswertung der von dem betreffenden Motorteil ausgesandten Temperaturstrahlung. Derartige berührungslose Temperatursensoren werden auch als Temperaturstrahlungssensoren oder Pyrometer bezeichnet. Der berührungslose Temperatursensor und der Drehzahlgeber sind zu einem Sensormodul kombiniert und zu diesem Zweck in oder an einem Sensormodulgehäuse angeordnet. Mit Hilfe einer Befestigungseinrichtung kann das Sensormodul in einer vorgegebenen Position, d. h. in einer für die Erfassung der Motortemperatur und der Bewegung des Geberrads vorgesehenen Stellung, in oder an einem Gehäuse des Elektromotors befestigt werden. Das Sensormodul bildet eine Einheit, die bei Beschädigung oder Fehlfunktion einfach als Ersatzteil ausgetauscht werden kann. Durch die Kombination von Temperatursensor und Drehzahlgeber zu einem einzigen Sensormodul ist bei einem erforderlichen Austausch einer der beiden Sensoren nur ein einziges Ersatzteil erforderlich.
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Die Befestigungseinrichtung kann das Sensormodul grundsätzlich auf beliebige Art und Weise halten, beispielsweise mit Hilfe einer Schraubverbindung, einer Klemme oder sonstigen Befestigungsmitteln. Bevorzugt wird die vorgegebene Position des Sensormoduls dabei durch zusammenwirkende Elemente der Befestigungseinrichtung und eines Gegenstücks vorbestimmt, unabhängig von einer endgültigen Fixierung beispielsweise durch eine oder mehrere Schrauben oder Klemmen. In einer Ausgestaltung ist die Befestigungseinrichtung eine Öffnung, in die das Sensormodul einsteckbar ist. Die Öffnung kann so auf die Abmessungen des Sensormodulgehäuses abgestimmt sein, dass das Sensormodul sich im vollständig eingesteckten Zustand automatisch in der vorgegebenen Position befindet. Dadurch ist die Positionierung des Sensormoduls besonders einfach. Zugleich ist es ganz oder teilweise innerhalb der Öffnung angeordnet und dadurch vor Beschädigung oder sonstigen Umgebungseinflüssen geschützt. Die Öffnung kann beispielsweise in einem Gehäuse des Elektromotors ausgebildet sein.
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In einer Ausgestaltung ist eine Normale auf eine aktive Sensorfläche des Drehzahlgebers in der vorgegebenen Position des Sensormoduls bezogen auf eine Drehachse des Geberrads in Radialrichtung oder – in einer anderen Ausgestaltung – in Axialrichtung angeordnet. Die aktive Sensorfläche des Drehzahlgebers ist eine Fläche, an der sich ein Teil des Geberrads bei seiner Drehbewegung vorbeibewegt, sodass der Sensor die Veränderung im Bereich der aktiven Fläche erfassen kann. Die genannten Anordnungen begünstigen diesen Vorgang.
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In einer Ausgestaltung ist das Sensormodulgehäuse im Wesentlichen zylindrisch und in der vorgegebenen Position des Sensormoduls ist der Drehzahlgeber in oder an einem in der Radialrichtung innenliegenden Abschnitt des Sensormodulgehäuses und der Temperatursensor in oder an einem in der Radialrichtung weiter außenliegenden Abschnitt des Sensormodulgehäuses angeordnet. Die Radialrichtung bezieht sich auf die Drehachse des Geberrads, die insbesondere mit der Drehachse des Rotors zusammenfallen kann. Die Anordnung der Sensoren in einem radialen Abstand begünstigt eine kompakte Bauweise des Sensormodulgehäuses, dessen Längsachse insbesondere ebenfalls in der Radialrichtung angeordnet sein kann.
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In einer Ausgestaltung weist das Sensormodulgehäuse ein Fenster auf, hinter dem der berührungslose Temperatursensor angeordnet ist, sodass eine zu erfassende Temperaturstrahlung durch das Fenster hindurch zu dem Temperatursensor gelangen kann. Das Fenster kann eine Öffnung im Sensormodulgehäuse sein. In oder vor der Öffnung kann ein für die zu erfassende Temperaturstrahlung im Wesentlichen transparentes Material, beispielsweise Quartz-Glas, angeordnet sein. Die Verwendung eines Fensters begünstigt eine exakte Messung der zu erfassenden Temperatur bei gleichzeitig durch das Sensormodulgehäuse geschütztem Temperatursensor.
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In einer Ausgestaltung umfasst das Sensormodul mindestens eine Leiterplatte, die mit dem Temperatursensor und/oder dem Drehzahlgeber verbunden ist und ein elektronisches Bauteil zur Aufbereitung eines Signals des Temperatursensors und/oder des Drehzahlgebers aufweist. Durch die Integration einer derartigen Leiterplatte in das Sensormodul werden weitere, unter Umständen fehleranfällige Komponenten zu einem einzigen Ersatzteil kombiniert. Außerdem wird die Störfestigkeit gegenüber Umgebungseinflüssen verbessert, wenn eine Aufbereitung des Signals innerhalb des Sensormoduls erfolgt. Zusätzlich zu dem elektronischen Bauteil zur Aufbereitung eines Signals kann die Leiterplatte elektronische Bauteile zur Energieversorgung des Temperatursensors und/oder des Drehzahlgebers umfassen.
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In einer Ausgestaltung weist der Temperatursensor ein Bolometer auf. Bei einem Bolometer wird die zu erfassende Temperaturstrahlung durch Ermitteln einer durch die Absorption der Temperaturstrahlung stattfindenden Erwärmung erfasst. Beispielsweise kann sich ein ohmscher Widerstand des Bolometers durch die Erwärmung verändern. Bolometer erlauben eine zuverlässige Erfassung der Temperaturstrahlung auch bei relativ geringen Temperaturen und können zudem sehr kompakt aufgebaut sein.
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In einer Ausgestaltung weist der Temperatursensor ein Thermoelement auf. Bei einem Thermoelement wird die Temperaturabhängigkeit einer Kontaktspannung zwischen zwei unterschiedlichen Metallen ausgenutzt. Die zu erfassende Temperaturstrahlung wirkt dabei auf eine absorbierende Fläche ein, die mit einem Kontaktpunkt des Thermoelements wärmeleitend verbunden ist. Bevorzugt können mehrere Thermoelemente in Reihe geschaltet werden und eine sogenannte Thermosäule bilden. Auch auf diese Weise ist eine einfache, zuverlässige und ausreichend präzise Erfassung der Temperaturstrahlung möglich.
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In einer Ausgestaltung weist der Temperatursensor eine Infrarot-Photodiode auf. Die Infrarot-Photodiode kann die Intensität der Temperaturstrahlung unmittelbar in eine elektrische Messgröße umwandeln. Es können auch Photodioden für unterschiedliche Wellenlängenbereiche kombiniert und aus dem Verhältnis der gemessenen Intensitäten Rückschlüsse auf die Temperatur gezogen werden.
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In einer Ausgestaltung ist der Temperatursensor in der vorgegebenen Position des Sensormoduls so angeordnet, dass er eine Temperatur der mindestens einen Wicklung oder eine Temperatur des Rotors misst. Zu diesem Zweck ist eine temperaturstrahlungsempfindliche Fläche so angeordnet, dass sie die von den entsprechenden Motorteilen ausgesandte Strahlung erfasst. Von Interesse ist insbesondere die Temperatur einer Wicklung. Hierzu kann die Temperatur in einem – bezogen auf die Längsrichtung des Motors, in der die Welle angeordnet ist – mittleren Bereich erfasst werden, oder an einem Wickelkopf. Alternativ kann die Temperatur des Rotors oder eines Teils des Rotors gemessen werden. Ein Erfassen der Rotortemperatur ermöglicht eine verbesserte Regelung.
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In einer Ausgestaltung ist ein zweiter berührungsloser Temperatursensor in oder an dem Sensormodulgehäuse angeordnet, wobei die Temperatursensoren in der vorgegebenen Position des Sensormoduls so angeordnet sind, dass der erste Temperatursensor eine Temperatur der mindestens einen Wicklung und der zweite Temperatursensor eine Temperatur des Rotors misst. Auf diese Weise können mit dem Sensormodul beide Motortemperaturen gleichzeitig erfasst werden, was eine verbesserte Regelung des Motors ermöglicht.
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In einer Ausgestaltung weist das Sensormodul einen einzigen elektrischen Steckverbinder auf zur Versorgung des Drehzahlgebers und aller vorhandenen Temperatursensoren und zur Übertragung der Signale der Temperatursensoren und des Drehzahlgebers. Mit der Versorgung ist eine elektrische Spannungs- und/oder Stromversorgung gemeint. Die Bündelung aller erforderlichen elektrischen Verbindungen in einem einzigen elektrischen Steckverbinder vereinfacht ein Austauschen des Sensormoduls erheblich und ist zudem weniger störanfällig als mehrere getrennte Verbindungen.
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In einer Ausgestaltung weist der Steckverbinder nur zwei elektrische Kontakte auf und das Sensormodul ist zur Übertragung der Signale der vorhandenen Temperatursensoren und des Drehzahlgebers über die Kontakte im Multiplex-Verfahren und/oder über ein Busprotokoll ausgebildet. Die genannten Übertragungstechniken können durch elektronische Bauteile innerhalb des Sensormoduls realisiert werden, die auf einer zum Sensormodul gehörenden Leiterplatte angeordnet sind. Dadurch wird die Integration des Sensormoduls in ein elektrisches Steuersystem des Flurförderzeugs weiter vereinfacht und die Störanfälligkeit der Steckverbindung wird weiter reduziert.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in drei Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen erfindungsgemäßen Elektromotor in einer teilweise schematischen Querschnittsdarstellung,
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2 das Sensormodul aus 1 in einer vereinfachten, perspektivischen Ansicht und
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3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Sensormoduls in einer schematischen, perspektivischen Ansicht.
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Der in 1 dargestellte Elektromotor 10 hat einen Befestigungsflansch 12 und einen Rotor 14, der drehfest auf einer Welle 16 befestigt ist. Die Welle ist nahe ihrer beiden Enden mit jeweils einem Kugellager 18 im Gehäuse des Elektromotors gelagert.
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Weiterhin weist der Elektromotor 10 mehrere Wicklungen 20 auf, von denen eine oberhalb des Rotors 14 angedeutet ist. Diese Wicklung 20 weist an ihrem vorderen und hinteren Ende jeweils einen Wickelkopf 22 auf.
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Am hinteren Ende der Welle 16 ist ein Geberrad 24 drehfest mit der Welle 16 verbunden. Das Geberrad 24 besteht aus einem ferromagnetischen Material und weist gleichmäßig über seinen Außenumfang verteilte, in der Figur nicht dargestelte Zähne auf.
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In der 1 nur schematisch dargestellt ist ein Sensormodul 26, das ein Sensormodulgehäuse 28 aufweist. Das Sensormodulgehäuse 28 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form, und seine Längsachse verläuft bezogen auf eine Drehachse des Geberrads 24 im Wesentlichen in radialer Richtung. Das Sensormodul 26 ist in eine Öffnung 30 in einem hinteren Gehäuseabschnitt 32 des Elektromotors 10 eingesetzt. In der 1 befindet es sich im vollständig eingesetzten Zustand und damit in einer vorgegebenen Position zur Erfassung der Messwerte während des Betriebs des Elektromotors 10.
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Das Sensormodul 26 weist einen Drehzahlgeber 34 auf, der nahe dem Geberrad 24 angeordnet ist und mit diesem zusammenwirkt, um eine Drehzahl des Motors zu erfassen. Weiterhin ist im Gehäuse 28 des Sensormoduls 26 ein berührungsloser Temperatursensor 36 angeordnet, dessen temperaturstrahlungsempfindliche Fläche dem Wickelkopf 22 zugewandt ist. Das Sensormodulgehäuse 28 enthält eine Leiterplatte 38, die sowohl den Drehzahlgeber 34 als auch den berührungslosen Temperatursensor 36 mit elektrischer Energie versorgt. Weiterhin umfasst die Leiterplatte 38 ein nicht dargestelltes elektronisches Bauelement zur Aufbereitung eines Ausgangssignals des berührungslosen Temperatursensors 36.
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Am radial außen gelegenen Ende des Sensormodulgehäuses 28 ist ein Steckverbinder 40 angeordnet. Dieser enthält zwei elektrische Kontakte, die in der Figur nicht dargestellt sind, und über die sowohl die Versorgung der Elemente des Sensormoduls 26 als auch die Übertragung der Messsignale erfolgt.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Sensormoduls 26 aus 1. Gut erkenbar ist das langgestreckte, zylindrische Sensormodulgehäuse 28, das im Beispiel einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Am in Radialrichtung (bezogen auf das Geberrad 24) innenliegenden Ende des Sensormodulgehäuses 28 hat dieses eine kreisförmige Stirnfläche 42, an der der Drehzahlgeber 34 angeordnet ist. Der Drehzahlgeber 34 umfasst zwei Hall-Sensoren 44, die jeweils eine in der Ebene der Stirnfläche 42 verlaufende aktive Fläche aufweisen. Eine Normale auf jede dieser beiden aktiven Flächen verläuft in der vorgegebenen Position des Sensormoduls 26 bezogen auf das Geberrad in Radialrichtung.
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Wie in der 2 erkennbar ist, sind die beiden Hall-Sensoren 44 in Bewegungsrichtung des Geberrads 24 gesehen gegeneinander versetzt angeordnet.
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In einem bezogen auf die Radialrichtung mittleren Abschnitt des Sensormodulgehäuses 28 weist dieses ein kreisförmiges Fenster 46 auf, hinter dem der berührungslose Temperatursensor 36 angeordnet ist. Etwa in der Ebene des Fensters 46 weist der Temperatursensor 36 eine annähernd quadratische aktive Fläche 48 auf, die die auf diese Fläche auftreffende Temperaturstrahlung erfasst.
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Innerhalb des Sensormodulgehäuses 28 sind zwei Leiterplatten 38 angeordnet.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Sensormoduls 26. Für die dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechenden Komponenten werden dieselben Bezugszeichen verwendet wie in den 1 und 2. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich insbesondere durch die Anordnung des Drehzahlgebers 34. Normalen auf die aktiven Flächen der beiden Hall-Sensoren 44 sind in diesem Beispiel bezogen auf eine Drehachse des Geberrads 24 in Axialrichtung angeordnet, sodass sich eine Zahnung des Geberrads 24 seitlich am Drehzahlgeber 34 vorbeibewegt. Das Sensormodulgehäuse 28 ist ebenfalls im Wesentlichen zylindrisch mit kreisförmigem Querschnitt, weist jedoch an seinem radial innen liegenden Abschnitt eine Ausnehmung 50 auf, an deren zur Längsachse des Sensormodulgehäuses 28 paralleler Fläche der Drehzahlgeber 34 angeordnet ist.
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Die beiden in den 2 und 3 gezeigten Sensormodule 26 sind jeweils in eine hierfür geeignete Öffnung eines Gehäuses des Elektromotors einsteckbar. Das in der 3 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt allerdings eine Anordnung von Drehzahlgeber 34 und Temperatursensor 36, die mit der in 1 vorgesehenen Einbauposition des Sensormoduls nicht kompatibel ist.
