DE102012200261A1 - Anordnung und Verfahren zum Erfassen einer Drehzahl eines Turboladers - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Erfassen einer Drehzahl eines Turboladers (10) mit einer Drehzahlsensoreinheit (1), welche einen Radarsender (2) zum Aussenden von Radarwellen (RW) und einen Radarempfänger (3) zum Empfangen der Radarwellen (RW) aufweist und welche dazu ausgelegt ist, von einem Maschinenelement (11) des Turboladers (11) reflektierte Radarwellen (RW) zu erfassen und als Messsignal bereitzustellen, und mit einer Auswerteeinheit (5), welche mit der Drehzahlsensoreinheit (1) gekoppelt ist und dazu ausgelegt ist, anhand eines vorbestimmten Kriteriums zu überprüfen, ob die reflektierten Radarwellen (RW) durch den Radarempfänger (3) erfassbar sind, und die Drehzahl des Turboladers (10) anhand einer Auswertung des Messsignals zu ermitteln.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Erfassen einer Drehzahl eines Turboladers.
  • Stand der Technik
  • Die DE 10 2010 003 347 A1 beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen einer Angabe einer Drehzahl eines Kompressors, insbesondere eines Turboladers, mit den Schritten: Bereitstellen eines Messsignals, insbesondere eines Mikrowellen-Messsignals, das auf ein Verdichterrad des Kompressors gerichtet ist, so dass das Messsignal an umlaufenden Schaufelblättern des Verdichterrades reflektiert wird und Erfassen des von einem oder mehreren Schaufelblättern reflektierten Messsignals und Bestimmen der Angabe der Drehzahl des Turboladers abhängig von dem reflektierten Messsignal.
  • Ferner wird eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Angabe einer Drehzahl eines Kompressors, insbesondere eines Turboladers, beschrieben, wobei die Vorrichtung eine Signalquelle zum Bereitstellen eines Messsignals, insbesondere eines Mikrowellen-Messsignals, das auf ein Verdichterrad des Kompressors gerichtet ist, so dass das Messsignal an umlaufenden Schaufelblättern des Verdichterrades reflektiert wird, ein Sensorelement zum Erfassen des von einem oder mehreren Schaufelblättern reflektierten Messsignals und eine Steuereinheit zum Bestimmen der Angabe der Drehzahl abhängig von dem reflektierten Messsignal aufweist.
  • Die 1A zeigt eine Querschnittsdarstellung durch einen aus der DE 10 2010 003 347 A1 bekannten Turbolader 101 senkrecht zu einer Achsrichtung einer Welle 102, die in einem Turboladegehäuse drehbar gelagert ist. In der 1B ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie S-S der 1A in Pfeilrichtung eines aus der DE 10 2010 003 347 A1 bekannten Turboladers 101 dargestellt.
  • Der Turbolader 101 weist ein Verdichterrad 103 mit Schaufeln 104 auf, das an der Welle 102 angeordnet ist. In dem Turbolader 101 wird durch eine Drehung des Verdichterrades 103 Luft über eine Ansaugöffnung 105 in axialer Richtung der Welle 102 angesaugt, durch die Schaufeln 104 des Verdichterrades 103 verdichtet und über einen Auslasskanal 107, der spiralförmig um das Verdichterrad 103 angeordnet ist, ausgestoßen. Das Verdichterrad 103 weist für jede der Schaufeln 104 einen Schaufelsteg 108 auf, der ein Schaufelblatt 109 trägt, das in axialer Richtung von dem Schaufelsteg 108 absteht und zusätzlich in Richtung der bevorzugten Drehrichtung des Verdichterrades 103 gekrümmt ist. In dem Gehäuse des Turboladers 101 ist eine Messvorrichtung 110 fest angeordnet, die zur berührungslosen Erfassung eines Vorbeilaufens einer äußeren Kante der Schaufelblätter 109 geeignet ist. Die Anordnung der Messvorrichtung 110 muss so gewählt sein, dass Messsignale zwischen der Messvorrichtung 110 und den Schaufel-Enden oder Blattspitzen nahezu ungestört übertragen werden können. Die Messvorrichtung 110 umfasst eine Signalquelle 111 zum Aussenden eines Mikrowellen-Messsignals in Richtung der Schaufelblätter 109. Das Messsignal ist so beschaffen, dass es von einer oder mehreren Positionen der Schaufel-Enden der Schaufelblätter 109 reflektiert werden kann. Die Messvorrichtung 110 umfasst weiterhin ein Sensorelement 112, um die von den Schaufel-Enden der Schaufelblätter 109 reflektierten Mikrowellen-Messsignale zu erfassen. Das Sensorelement 112 ist entsprechend an die von der Signalquelle 111 ausgesendete Art des Mikrowellen-Messsignals angepasst. D. h. wenn die Signalquelle 111 als ein elektromagnetisches Signal ein Radarsignal aussendet, entspricht das Sensorelement 112 einem Radarwellensensor. Die Messvorrichtung 110 ist mit einer Steuereinheit 115 verbunden. Die Steuereinheit 115 empfängt ein die reflektierten Mikrowellen-Messsignale repräsentierendes Mikrowellensignal von dem Sensorelement 112 und führt eine Auswertung des reflektierten Mikrowellensignals durch. Das Sensorelement 112 liefert eine entsprechende elektrische Größe, wie z. B. ein Spannungssignal oder ein Stromsignal als elektrisches Messsignal, dessen Amplitude einer Intensität des reflektierten Mikrowellensignals entspricht. Es kann vorgesehen sein, eine Überdrehzahl des Verdichterrades 103 des Turboladers 101 zu erkennen und eine entsprechende Information darüber zu speichern. Überschreitet die Drehzahl n des Verdichterrades 103 des Turboladers 101 einen vorgegebenen Drehzahlschwellenwert für eine maximale Drehzahl, so kann dies in geeigneter Weise aufgezeichnet, ausgegeben oder in einer Speichereinheit 116 zum späteren Abrufen gespeichert werden.
  • Weithin bekannte und verfügbare Systeme zur Drehzahlerfassung für Turbolader auf der Basis von induktiven Systemen sind fest an dem jeweiligen Turboladergehäuse des Fahrzeugs montiert. Solche Drehzahlgeber auf dieser Basis sind für den Einsatz in mobilen und typunabhängigen Werkstattdiagnosegeräte ungeeignet, da diese Drehzahlgeber mit induktiven Sensorsystemen mit dem Turbolader eine Einheit bilden, d.h. im Falle eines induktiven Gebers ist der Sensor fest auf den spezifischen Turboladertyp angepasst und eine Abgreifen des Signals zur Signalauswertung gestaltet sich unmöglich.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung schafft eine Anordnung zum Erfassen einer Drehzahl eines Turboladers mit einer Drehzahlsensoreinheit, welche einen Radarsender zum Aussenden von Radarwellen und einen Radarempfänger zum Empfangen der Radarwellen aufweist und welche dazu ausgelegt ist, von einem Maschinenelement des Turboladers reflektierte Radarwellen zu erfassen und als Messsignal bereitzustellen, und mit einer Auswerteeinheit, welche mit der Drehzahlsensoreinheit gekoppelt ist und dazu ausgelegt ist, anhand eines vorbestimmten Kriteriums zu überprüfen, ob die reflektierten Radarwellen durch den Radarempfänger erfassbar sind, und die Drehzahl des Turboladers anhand einer Auswertung des Messsignals zu ermitteln.
  • Die Erfindung schafft außerdem ein Verfahren zum Erfassen einer Drehzahl eines Turboladers mit den Schritten Aussenden von Radarwellen durch einen Radarsender einer Drehzahlsensoreinheit und Empfangen der Radarwellen, welche von einem Maschinenelement des Turboladers reflektiert werden, durch einen Radarempfänger der Drehzahlsensoreinheit, wobei die empfangenen Radarwellen als Messsignal bereitgestellt werden und Überprüfen anhand eines vorbestimmten Kriteriums, ob die reflektierten Radarwellen durch den Radarempfänger erfasst werden, und Ermitteln der Drehzahl des Turboladers durch eine Auswerteeinheit anhand einer Auswertung des Messsignals.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die Idee der Erfindung liegt darin, dass es je nach Anstrahlwinkel des Radarsensors in Bezug auf den Turbolader, zu Signalauslöschungen beim Empfangssignal des Radarsensors kommen kann, und dass der Nutzer bei der Anbringung des Radarsensors an den Turbolader unterstützt wird, um Fehlmessungen zu vermeiden.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass der Radarsensor unabhängig vom jeweiligen Fahrzeug oder Motor an den Turbolader angebracht werden kann und nach erfolgter Messung wieder entfernt werden kann. Angeschlossene Kunststoffschläuche stellen für die Radarwellen kein Hindernis dar.
  • Weiterbildungen und Variationen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wird die Erfassung der Drehzahl des Turboladers dadurch erreicht, dass das vorbestimmte Kriterium einen Grad einer Ausbildung einer Periodizität des Messsignals umfasst. Dies ermöglicht eine genaue Erfassung der Drehzahl des Turboladers, wobei eine kurze Zeitspanne im Bereich einer Umlaufdauer des Maschinenelements zur Messung der Drehzahl benötigt wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Grad der Ausbildung der Periodizität des Messsignals mittels einer Spektrumsanalyse und/oder eines Zählens von Nulldruchgängen des Messsignals und/oder einer Fourier-Transformation des Messsignals durch die Auswerteeinheit bestimmbar. Diese Art der Auswertemethode erlaubt eine Reduzierung der benötigten Rechenleistung der Auswerteeinheit. Ferner wird dadurch in vorteilhafter Weise eine weitere Beschleunigung der Erfassung der Drehzahl ermöglicht.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Auswerteeinheit dazu ausgelegt ist, die Auswertung des Messsignals für mindestens so viele Perioden vorzunehmen wie der Turbolader Maschinenelemente aufweist. Dadurch werden parasitäre Störungen im Messsignal vorteilhaft gefiltert und die Zuverlässigkeit der Anordnung steigt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Maschinenelement als eine Verdichterschaufel ausgelegt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Anordnung als Fahrzeugdiagnosesystem ausgelegt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Anordnung in einem Abstand von 1 bis 300 cm, vorzugsweise von 1 bis 30 cm auf den Turbolader ausgerichtet. Dies ermöglicht eine flexible Positionierung der Anordnung und erlaubt eine für den Benutzer bequeme Handhabung beim Einsatz der Anordnung als Werkstattdiagnosegerät.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind der Radarsender und der Radarempfänger zum Senden bzw. Empfangen innerhalb eines Frequenzbereichs von 300 MHz bis 300 GHz, insbesondere von 500 MHz bis 200 GHz, besonders bevorzugt zwischen 2200 MHz und 12 GHz ausgelegt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Anordnung eine Anzeigeneinheit auf, welche mit der Auswerteeinheit gekoppelt ist, und die dazu ausgelegt ist, ein Ergebnis der Überprüfung der Lage der Drehzahlsensoreinheit und die ermittelte Drehzahl des Turboladers anzuzeigen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass in einfacher Weise eine optische Signalisierung von veränderlichen Informationen bezüglich des Ergebnisses der Überprüfung realisiert ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird als das vorbestimmte Kriterium ein Grad einer Ausbildung einer Periodizität des Messsignals erfasst. Dadurch kann zuverlässig die Signalqualität bestimmt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Grad der Ausbildung der Periodizität des Messsignals mittels einer Spektrumsanalyse und/oder einer Fourier-Transformation des Messsignals durch die Auswerteeinheit bestimmt. Dies erlaubt eine vorteilhafte Analyse der mit dem Messsignal abgetasteten Schwingung zur Ermittelung des Amplitudenspektrums, mit all seinen Frequenzwerten, welche physikalisch eine Rolle spielen und mit der Drehzahl des Turboladers in direkter Verbindung stehen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Erfassen einer Drehzahl eines Turboladers;
  • 2A2C Amplituden-Zeit-Diagramme von möglichen zeitlichen Signalverläufen von durch die Drehzahlsensoreinheit erfassten Messsignalen gemäß einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Erfassen einer Drehzahl eines Turboladers;
  • 3A3C Amplituden-Zeit-Diagramme von weiteren möglichen zeitlichen Signalverläufen von durch die Drehzahlsensoreinheit erfassten Messsignalen sowie zugehörige Pulsdiagramme gemäß einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Erfassen einer Drehzahl eines Turboladers;
  • 4 eine grafische Darstellung eines Flussdiagrammes eines Verfahren zum Erfassen einer Drehzahl eines Turboladers; und
  • 5A5B Schnittansichten durch einen aus der DE 10 2010 003 347 A1 bekannten Turbolader in axialer Richtung bzw. entlang der Schnittlinie S-S.
  • In den Figuren der Zeichnung sind gleiche und funktionsgleiche Elemente, Merkmale und Komponenten – sofern nichts Gegenteiliges ausgeführt ist – jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. Es versteht sich ferner, dass Komponenten und Elemente in den Zeichnungen aus Gründen der Übersichtlichkeit und Verständlichkeit nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander wiedergegeben sind.
  • Die 1 zeigt schematische Darstellungen eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Erfassen einer Drehzahl eines Turboladers. Die Anordnung umfasst eine Drehzahlsensoreinheit 1 sowie eine Auswerteeinheit 5, welche eine Anzeigeneinheit 6 aufweist.
  • Die Auswerteeinheit 5 ist beispielsweise als eine speicherprogrammierbare Steuerung oder als ein programmierbarer Digitalcomputer ausgeführt. Die Anzeigeneinheit 6 ist beispielsweise als eine Vorrichtung zur optischen Signalisierung von veränderlichen Informationen, Zustände und Werte, insbesondere von Drehzahl-Messwerten, ausgelegt.
  • Die Drehzahlsensoreinheit 1 ist mit der Auswerteeinheit verbunden und umfasst einen Radarsender 2 zum Aussenden von Radarwellen RW und einen Radarempfänger 3 zum Empfangen der ausgesendeten Radarwellen RW, welche von einem Maschinenelement 11 des Turboladers 10 zurückreflektiert werden und vom Radarempfänger 3 erfasst werden.
  • Aus den empfangenen Radarwellen RW bildet die Drehzahlsensoreinheit 1 ein Messsignal, welches an die Auswerteeinheit 5 übermittelt wird.
  • Der Radarsender 2 ist beispielsweise als ein Dauerstrichradar, CW-Radar, engl.: continuous wave radar, ausgelegt und nutzt ein unmoduliertes Sendesignal, wobei zur Signalverstärkung eine Hochleistungsverstärker, eine Wanderfeldröhre oder ein sonstiges Halbleiter-Sendermodul verwendet wird.
  • Der Radarempfänger 3 ist beispielsweise mit einer integrierten Antenne ausgeführt und verwendet in Hohlleiter eingeschraubte Spitzendioden, wobei Halbleiterschaltungen in Streifenleitertechnik verwendet werden können.
  • In der dargestellten Ausführungsvariante ist die Anzeigeeinheit 6 in der Auswerteeinheit 5 integriert. Beispielsweise kann die Anzeigeneinheit 6 auch getrennt von der Auswerteeinheit 5 ausgeführt sein und über ein Kabel oder eine drahtlose Kommunikationsverbindung mit der Auswerteeinheit 5 verbunden sein.
  • Die Auswerteeinheit 5 verfügt durch manuelle Eingabe oder durch automatisches Auslesen einer Kennung des Turboladers 10 oder des Fahrzeuges über Informationen bezüglich der Anzahl der auf einer Welle des Turboladers 10 montierten Maschinenelemente 11.
  • Die Anzeigenelemente 7 und 8 ermöglichen es, den Zustand, ob die reflektierten Radarwellen RW durch den Radarempfänger 3 erfassbar sind, anzuzeigen und einen Benutzer beispielsweise auf ein Erfordernis, die Lage der Drehzahlsensoreinheit 1 zur optimalen Erfassung der Drehzahl des Turboladers 10 zu ändern, hinzuweisen. Ferner weist die Anzeigeneinheit 6 beispielsweise ein alphanumerisches Display zur Anzeige des errechneten Drehzahlwertes des Turboladers 10 auf.
  • Alternativ zur Ausgestaltung der Anordnung mit dem Radarsender 2 zum Aussenden von Radarwellen RW und dem Radarempfänger 3 zum Empfangen von Radarwellen RW kann die Anordnung auch Sender- und Empfängereinheiten zum Senden und Empfangen von elektromagnetischen Wellen oder Strahlung in anderen elektromagnetischen Spektralbereichen aufweisen, beispielsweise Terahertzstrahlung, im Bereich von 100 bis 300 GHz, beispielsweise Mikrowellen, im Bereich von 300 MHz bis 100 GHz, oder, beispielsweise Radiowellen, im Bereich von 30 kHz bis 300 MHz.
  • Alternativ zur manuellen Eingabe oder einem Auslesen einer Kennung oder Typenbezeichnung des Turboladers bzw. des Fahrzeuges kann die Auswerteeinheit 5 auch eine periodische Oberschwingung im von der Drehzahlsensoreinheit bereitgestellten Messsignal erkennen und anhand dieser Oberschwingung die Anzahl der Schaufelräder oder der Maschinenelemente 11 des Turboladers 10 selbst bestimmen. Diese Oberschwindung im Messsignal wird durch eine kleine, nicht vermeidbare Unwucht des Turboladers 10 verursacht und ermöglicht die direkte Bestimmung der Drehzahl des Turboladers 10.
  • Die 2A2C zeigen jeweils ein Amplituden-Zeit-Diagramm mit jeweils unterschiedlichen zeitlichen Signalverläufen SV1–SV3 von Messsignalen, welche durch die Drehzahlsensoreinheit 1 erfasst werden. Auf der X-Achse der Diagramme ist die Zeit aufgetragen. Auf der Y-Achse der Diagramme wird die Signalamplitude A aufgetragen, beispielsweise wird als eine von der Sensoreinheit 1 zu erfassende und im Diagramm aufgetragene physikalische Größe eine elektrische Spannung verwendet. Die gezeigten Signalverläufe SV1–SV3 besitzen beispielsweise eine vorherrschende sinusförmige Ausprägung.
  • Die 2A zeigt ein Amplituden-Zeit-Diagramm eines Signalverlaufs SV1 eines Messsignals, bei welchem ein hoher Grad einer Periodizität ausgebildet ist. Der Grad der Periodizität dient beispielsweise als das vorbestimmte Kriterium und wird durch die Auswerteinheit 5 ermittelt und zur Bestimmung der Drehzahl des Turboladers 10 verwendet. In dem in der 2A gezeigten Signalverlauf SV1 wiederholen sich die Werte des Messsignals in regelmäßigen Abständen, da die von einzelnen Maschinenelementen 11 ausgehenden Reflexionsimpulse bzw. Radarwellen RW allesamt erfasst werden können und folglich eine bestimmte, der Drehzahl des Turboladers 10 entsprechende Frequenz im Frequenzspektrum des Messsignals dominant vorherrschend ist. Beispielsweise ist der gezeigt Signalverlauf SV1 besonders vorteilhaft zur Bestimmung der Drehzahl des Turboladers 10.
  • Die 2B zeigt ein Amplituden-Zeit-Diagramm eines Signalverlaufs SV2 eines Messsignals, bei welchem ein im Vergleich zum Signalverlauf SV1 der 2A geringerer Grad einer Periodizität des Messsignals ausgebildet ist. In dem gezeigten Signalverlauf SV2 des Messsignals wiederholen sich die Werte des Messsignals zwar in ebenfalls vorwiegend regelmäßigen Abständen. Allerdings führt das Ausbleiben gewisser Reflexionen von einzelnen Maschinenelementen 11 des Turboladers 10 zu einer unvorteilhaften Abänderung des Messsignals und des erfassten Signalverlaufs SV2. Beispielsweise ist eine unvorteilhafte geometrische Anordnung der Drehzahlsensoreinheit 1 in Bezug auf die Maschinenelemente 11 des Turboladers 10 für die fehlende Erfassung aller Reflexionen durch den Radarempfänger 3 ursächlich.
  • Der in 2C gezeigte zeitliche Signalverlauf SV3 des Messsignals im Amplituden-Zeit-Diagramm weist eine weitere Verschlechterung des Messsignals im Vergleich zu den Signalverläufen SV1 und SV2 auf. Beispielsweise ist auf der Basis eines solchen Messsignals eine Bestimmung der Drehzahl des Turboladers 10 durch die Auswerteeinheit 5 nur schwerlich oder gar nicht mehr möglich ohne den Radarempfänger 3 der Drehzahlsensoreinheit 1 in eine besser geeignete räumliche Lage zur Erfassung der Reflexionen der Maschinenelemente 11 zu verschieben.
  • Die 3A3C zeigen Amplituden-Zeit-Diagramme von weiteren möglichen zeitlichen Signalverläufen SV4–SV6 von durch die Drehzahlsensoreinheit 1 erfassten Messsignalen. Ferner sind in den 3A3C Pulsdiagramme gezeigt, welche auf Basis einer Analyse einer Periodizität des Messsignals ermittelte Nadelimpulse NI aufweisen. Auf der X-Achse ist die Zeit aufgetragen. Auf der Y-Achse wird die Signalamplitude des Messsignals aufgetragen.
  • Die Auswertung des Messsignals erlaubt es, die Charakteristiken und diejenigen Frequenzen im Amplitudenspektrum des jeweiligen Signalverlaufes auszuwerten. Dabei dienen diejenigen Frequenzen, die aufgrund der erfassten Radarreflexionen der Maschinenelemente 11 in direktem Bezug zur Drehzahl des Turboladers 10 stehen, dazu, die Drehzahl des Turboladers 10 zu bestimmen.
  • In jeder einzelnen der 3A3C sind die Nadelimpulse NI in einem Pulsdiagramm jeweils unter den gezeigten Signalverläufen SV4–SV6 im Amplituden-Zeit-Diagramm dargestellt. Die Nadelimpulse NI werden durch eine von der Auswerteeinheit 5 vorgenommene Auswertung des jeweiligen Signalverlaufs SV4–S6 ermittelt und symbolisieren eine mit dem Messsignal erfasste Radarreflexion eines einzelnen Maschinenelementes 11 des Turboladers 10. Beispielsweise werden die Nadelimpulse NI aus einem demodulierten Zeitsignal des jeweiligen Signalverlaufs SV4–S6 von der Auswerteeinheit 5 abgeleitet.
  • Dabei sind die Nadelimpulse NI als senkrechte Striche jeweils zu demjenigen Zeitpunkt über der X-Achse auftragen, zu welchem die jeweilige Radarreflexion des Maschinenelementes 11 von dem Radarempfänger 3 erfasst wird.
  • Die 3A zeigt im Amplituden-Zeit-Diagramm einen Signalverlauf SV4 mit einem hohen Grad der Periodizität des Messsignals. Die 3B zeigt einen Signalverlauf SV5 mit einem im Vergleich zu dem Signalverlauf SV4 der 3A verringerten Grad der Periodizität des Messsignals. Der in 3C gezeigte Signalverlauf SV6 des Messsignals weist eine weitere Verschlechterung des Messsignals im Vergleich zu den Signalverläufen SV4 und SV5 auf.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erfassen einer Drehzahl eines Turboladers wird im Folgenden anhand der 4 erläutert.
  • In einem ersten Schritt S1 wird die Drehzahl des Turboladers 10 durch die Drehzahlsensoreinheit 1 als Sensorsignal erfasst und in ein elektrisches Messsignal gewandelt. Dazu werden Radarwellen RW durch einen Radarsender 2 der Drehzahlsensoreinheit 1 ausgesendet und es werden Radarwellen RW, welche von einem Maschinenelement 11 des Turboladers 10 reflektiert werden, durch einen Radarempfänger 3 der Drehzahlsensoreinheit 1 wieder empfangen, wobei die empfangenen Radarwellen RW als Messsignal bereitgestellt werden
  • In einem zweiten Schritt S2 erfolgt ein Überprüfen S2 anhand eines vorbestimmten Kriteriums, ob die reflektierten Radarwellen RW durch den Radarempfänger 3 erfasst werden, und ferner erfolgt ein Ermitteln der Drehzahl des Turboladers 10 durch eine Auswerteeinheit 5 anhand einer Auswertung des Messsignals.
  • Liegt die Periodendauer der restlichen Schwingungen in der gleichen Größenordnung, wenn beispielsweise die Periodendauer kleiner als das 1,5-fache der Referenzperiode ist, so ist die Drehzahlsensoreinheit 1 so angebracht, dass zuverlässige Messungen der Anordnung möglich sind.
  • Vergrößert man das Beobachtungsintervall, so existiert weiterhin die Möglichkeit, kurze Signalausfälle, beispielsweise weniger als 10% des Beobachtungsintervalls, durch Signalverarbeitung der Auswerteeinheit zu korrigieren. Das von der Drehzahlsensoreinheit empfangene Signal wird von einer Auswerteeinheit für mindestens so viele Signal-Perioden erfasst, wie das Verdichterrad des Turboladers Verdichterschaufeln besitzt. Die Dauer der kürzesten Periode oder Referenzperiode wird ermittelt. Hiermit werden die anderen Perioden verglichen.
  • In einem dritten Schritt S3 werden die von der Auswerteeinheit 5 bestimmten Drehzahlwerte durch eine Anzeigeneinheit 6 angezeigt, welche mit der Auswerteeinheit 5 gekoppelt ist oder in die Auswerteinheit 5 integriert ist. Ferner wird alternativ oder zusätzlich ein Ergebnis der Überprüfung der Eignung der Lage der Drehzahlsensoreinheit 1 bezüglich einer optimalen Erfassung der Drehzahl des Turboladers 10 angezeigt.
  • An der Anzeigeeinheit 6 wird durch die Anzeigenelemente 7 und/oder 8, welche beispielsweise in Form von Meldelampen ausgeführt sind, welche als Leuchtmittel eine Glühlampe oder eine Leuchtdiode oder eine Signal-Leuchtdiode verwenden, dem Nutzer das Ergebnis der Überprüfung der Lage der Drehzahlsensoreinheit 1 angezeigt. Bei falscher Positionierung der Drehzahlsensoreinheit wird keine Drehzahlinformation ausgegeben.
  • 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 102010003347 A1 [0002, 0004, 0004, 0027]

Claims (12)

  1. Anordnung zum Erfassen einer Drehzahl eines Turboladers (10) mit: – einer Drehzahlsensoreinheit (1), welche einen Radarsender (2) zum Aussenden von Radarwellen (RW) und einen Radarempfänger (3) zum Empfangen der Radarwellen (RW) aufweist und welche dazu ausgelegt ist, von einem Maschinenelement (11) des Turboladers (11) reflektierte Radarwellen (RW) zu erfassen und als Messsignal bereitzustellen; und – einer Auswerteeinheit (5), welche mit der Drehzahlsensoreinheit (1) gekoppelt ist und dazu ausgelegt ist, anhand eines vorbestimmten Kriteriums zu überprüfen, ob die reflektierten Radarwellen (RW) durch den Radarempfänger (3) erfassbar sind, und die Drehzahl des Turboladers (10) anhand einer Auswertung des Messsignals zu ermitteln.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei das vorbestimmte Kriterium einen Grad einer Ausbildung einer Periodizität des Messsignals umfasst.
  3. Anordnung nach Anspruch 2, wobei der Grad der Ausbildung der Periodizität des Messsignals mittels einer Spektrumsanalyse und/oder einer Fourier-Transformation des Messsignals durch die Auswerteeinheit (5) bestimmbar ist.
  4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (5) dazu ausgelegt ist, die Auswertung des Messsignals für mindestens so viele Perioden vorzunehmen wie der Turbolader (10) Maschinenelemente (11) aufweist.
  5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Maschinenelement (11) eine Verdichterschaufel ist.
  6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anordnung als Fahrzeugdiagnosesystem ausgelegt ist.
  7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anordnung in einem Abstand von 1 bis 300 cm, vorzugsweise von 1 bis 30 cm auf den Turbolader (10) ausgerichtet ist.
  8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Radarsender (2) und der Radarempfänger (3) zum Senden bzw. Empfangen innerhalb eines Frequenzbereichs von 300 MHz bis 300 GHz, insbesondere von 500 MHz bis 200 GHz, besonders bevorzugt zwischen 2200 MHz und 12 GHz ausgelegt sind.
  9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anordnung eine Anzeigeneinheit (6) aufweist, welche mit der Auswerteeinheit (5) gekoppelt ist, und die dazu ausgelegt ist, ein Ergebnis der Überprüfung der Lage der Drehzahlsensoreinheit (1) und die ermittelte Drehzahl des Turboladers (10) anzuzeigen
  10. Verfahren zum Erfassen einer Drehzahl eines Turboladers (10) mit den Schritten: Aussenden (S1) von Radarwellen (RW) durch einen Radarsender (2) einer Drehzahlsensoreinheit (1) und Empfangen der Radarwellen (RW), welche von einem Maschinenelement (11) des Turboladers (10) reflektiert werden, durch einen Radarempfänger (3) der Drehzahlsensoreinheit (1), wobei die empfangenen Radarwellen (RW) als Messsignal bereitgestellt werden; und Überprüfen (S2) anhand eines vorbestimmten Kriteriums, ob die reflektierten Radarwellen (RW) durch den Radarempfänger (3) erfasst werden, und Ermitteln der Drehzahl des Turboladers (10) durch eine Auswerteeinheit (5) anhand einer Auswertung des Messsignals.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei als das vorbestimmte Kriterium ein Grad einer Ausbildung einer Periodizität des Messsignals erfasst wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei der Grad der Ausbildung der Periodizität des Messsignals mittels einer Spektrumsanalyse und/oder eines Zählens von Nulldurchgängen des Messsignals und/oder einer Fourier-Transformation des Messsignals durch die Auswerteeinheit (5) bestimmt wird.
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