DE102016011803A1

DE102016011803A1 - Testvorrichtung und Verfahren zur Überprüfung eines in einem Gerät angeordneten Vibrationsmotors

Info

Publication number: DE102016011803A1
Application number: DE102016011803.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas Sürig
Original assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Current assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Priority date: 2016-10-04
Filing date: 2016-10-04
Publication date: 2018-04-05
Anticipated expiration: 2036-10-05
Also published as: DE102016011803B4; US20180095132A1; US10539619B2

Abstract

Beschrieben werden ein Verfahren sowie eine Testeinrichtung (1) zur Überprüfung eines in einem Gerät (3), insbesondere in einem tragbaren Gasmessgerät, angeordneten Vibrationsmotors (2) auf seine Funktionsfähigkeit. Es ist wenigstens eine Prüfeinrichtung (4) vorgesehen, mit der zumindest ein Wert für eine Eigenschaft des Vibrationsmotors (2) erfasst und an eine Steuer- und Auswerteeinheit (5) übertragen wird, in der der erfasste Wert mit einem Sollwert verglichen, auf der Grundlage des Vergleichs ein Prüfergebnis erzeugt und basierend auf dem Prüfergebnis ein Signal generiert wird, durch das eine Folgeaktion ausgelöst wird. Die beschriebene technische Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass die Prüfeinrichtung (4) wenigstens ein Sensorelement (4) zur Erfassung wenigstens eines motorspezifischen Messwertes aufweist, wobei unter Zugrundelegung des motorspezifischen Messwertes unmittelbar oder mittelbar als Eigenschaft des Vibrationsmotors (2) eine Klemmenspannung und/oder einen Klemmenstrom während eines Ein- und/oder Ausschaltvorgangs des Vibrationsmotors (2) am elektrischen Anschluss (6) des Vibrationsmotors (2) ermittelt wird, und in der Steuer- und Auswerteeinheit (5) die wenigstens zeitweise während des Ein- und/oder Ausschaltvorgangs anliegende Klemmenspannung und/oder der die wenigstens zeitweise während des Ein- und/oder Ausschaltvorgangs anliegende Klemmenstrom mit wenigstens einem Sollwert verglichen wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Testvorrichtung sowie ein Verfahren zur Überprüfung eines in einem Gerät angeordneten Vibrationsmotors. Eine derartige Testvorrichtung verfügt über wenigstens eine Prüfeinrichtung, mit der zumindest ein Wert für eine Eigenschaft des Vibrationsmotors erfasst und an eine Steuer- und Auswerteeinheit übertragen wird. In dieser Auswerteeinheit wird der erfasste Wert mit einem Sollwert verglichen, auf der Grundlage des Vergleichs ein Prüfergebnis erzeugt und schließlich basierend auf dem Prüfergebnis ein Signal generiert, durch das eine Folgeaktion ausgelöst wird.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Testvorrichtungen bekannt, mit denen Messgeräte automatisiert auf die ordnungsgemäße Funktionsfähigkeit überprüft werden. Mithilfe derartiger Testvorrichtungen werden in einem automatischen oder halbautomatischen Verfahren Messgeräte überprüft, um sicherzustellen, dass diese noch voll funktionsfähig sind und keine Sicherheitsrisiken für den Anwender bestehen.
Insbesondere auf dem Gebiet der tragbaren Gasmessgeräte, wie sie beispielsweise in Produktionsanlagen der chemischen Industrie sowie Raffinerien eingesetzt werden, kommen Testvorrichtungen zum Einsatz, in denen tragbare Gasmessgeräte nach deren Verwendung oder nach Ablauf eines festgelegten Zeitintervalls überprüft werden. Wesentlich hierbei ist, dass die in den tragbaren Gasmessgeräten eingesetzten Sensoren auf ihre Funktionsfähigkeit hin überprüft und bei Bedarf kalibriert werden. Ist ein entsprechender Gassensor nicht mehr funktionsfähig und muss ausgetauscht werden, so wird über eine Anzeigeeinheit der Testvorrichtung eine entsprechende Information ausgegeben. Ebenso werden in der Regel während eines entsprechenden Tests auch die für die Alarmierung vorgesehenen Elemente überprüft.
Eine derartige Testvorrichtung für tragbare Gasmessgeräte ist beispielsweise aus der DE 10 2012 210 090 B4 bekannt. Die Testvorrichtung verfügt über eine Haupteinheit einschließlich einer Steuer- und Auswerteeinheit mit einer Mehrzahl von mit der Haupteinheit zum Datenaustausch verbundenen Testmodulen. In ein Testmodul ist jeweils ein Gasmessgerät zum Test einsetzbar, wobei der Gerätetyp des eingesetzten Gasmessgerätes automatisch erfasst und auf der Grundlage der erfassten Daten das oder die für diesen Gerätetyp benötigten Prüfgase bestimmt werden. Ferner verfügt die Haupteinheit über eine Mehrzahl von Gaseingängen für verschiedene Prüfgase, wobei unter Steuerung der Steuer- und Auswerteeinheit das Prüfgas von einem ausgewählten Gaseingang über eine Gasleitung zu dem Testmodul geleitet wird. Im Speziellen verfügt die Testvorrichtung für tragbare Gasmessgeräte über eine Steuer- und Auswerteeinheit, die derart ausgeführt ist, dass auf der Grundlage der in den Testvorrichtungen befindlichen Gasmessgeräte ein detaillierter Testablaufplan erstellt wird, so dass die Prüfung bei einer Mehrzahl von mobilen Gasmessgeräten zeitoptimiert durchgeführt werden kann. Dies ist insbesondere daher von Bedeutung, da die einzelnen Gasmessgeräte stets bedarfsgerecht mit den jeweils benötigten Gassensoren bestückt sind und für die Überprüfung der unterschiedlichen Sensoren verschiedene Prüfgase benötigt werden und die Dauer der Überprüfung der einzelnen Gasmessgeräte unterschiedlich sein können.
Ferner ist eine Testvorrichtung zur Überprüfung mobiler Gasmessgeräte aus der DE 10 2013 008 425 B3 bekannt, die auf besonders geeignete Weise Sensorvergiftungen bei den Gasmessgeräten feststellen kann. Auch bei dieser Testvorrichtung wird wiederum auf der Grundlage einer entsprechenden Sensorik sowie einer zentralen Steuer- und Auswerteeinheit der für die Überprüfung der einzelnen in die Testvorrichtung eingelegten Gasmessgeräte benötigte Prüfplan ermittelt. Im Weiteren zeichnet sich die beschriebene Testvorrichtung dadurch aus, dass den einzelnen Gasmessgeräten jeweils zeitlich beabstandet eine geeignete Menge eines Prüfgases zugeführt wird und basierend auf einem Vergleich der erhaltenen Messwerte überprüft werden kann, ob an den überprüften Sensoren eine Sensorvergiftung vorliegt.
Mit den tragbaren Gasmessgeräten, die in den zuvor beschriebenen Testvorrichtungen regelmäßig überprüft werden, wird die Konzentration ausgewählter Gase, die sich in der Umgebung des potenziell gefährdeten Nutzers des tragbaren Gasmessgerätes befinden, überprüft. Derartige tragbare Gasmessgeräte verfügen daher neben der für die Bestimmung der Gaskonzentration erforderlichen Sensorik auch über geeignete Ausgabeeinheiten, die eine Alarmierung des Trägers eines Gasmessgerätes ermöglichen. Üblicherweise erfolgt eine derartige Alarmierung sowohl akustisch, optisch und/oder taktil. Da die beschriebenen tragbaren Gasmessgeräte vielfach in Industrieanlagen verwendet werden, in denen es zu einer nicht unerheblichen Lärmentwicklung kommt und/oder der Geräteträger eine Schutzausrüstung trägt, die die Wahrnehmung akustischer Signale erschwert, verfügen moderne tragbare Messgeräte regelmäßig über Vibrationsmotoren, die im Alarmfall einen Vibrationsalarm auslösen und so den Geräteträger über eine potentielle Gefahr informieren.
Um auch eine Überprüfung der Vibrationsmotoren in tragbaren Gasmessgeräten auf ihre Funktionstüchtigkeit zu realisieren, wird bei entsprechenden Überprüfungen bislang das durch den Vibrationslauf verursachte Brummen mit einem Mikrofon aufgenommen und ausgewertet oder die Vibrationstätigkeit mithilfe von Beschleunigungssensoren überprüft. Beide vorgenannten Verfahren sind allerdings unzuverlässig und führen zu hohen Anteilen falsch positiver oder falsch negativer Prüfergebnisse.
Ausgehend von dem bekannten Einsatz von Vibrationsmotoren in Geräten, insbesondere in Messgeräten, sowie den zuvor geschilderten Problemen bei der Überprüfung der Funktionsfähigkeit dieser Vibrationsmotoren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Testvorrichtung anzugeben, mit der auf einfache Weise eine zuverlässige Überprüfung des Vibrationsmotors erfolgen kann. Insbesondere sollte die Überprüfung der Vibrationsmotoren realisiert werden, ohne dass hierfür ein erheblicher Aufwand in Bezug auf die benötigte Sensorik sowie Auswertung benötigt wird. Die anzugebende Testvorrichtung sowie ein entsprechendes Verfahren zur Überprüfung von Vibrationsmotoren sollten einerseits hochpräzise und zuverlässig sein und andererseits den Anteil falsch positiver oder falsch negativer Prüfergebnisse minimieren. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die anzugebende technische Lösung auf vergleichsweise einfache Weise und ohne erheblichen Eingriff in den konstruktiven Aufbau in die bekannten Testvorrichtungen zu integrieren ist.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird mit einer Testvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Ein Verfahren, das diese Aufgabe löst, ist im Anspruch 7 angegeben. Ferner bezieht sich Anspruch 6 auf eine spezielle Verwendung einer erfindungsgemäß ausgeführten Testvorrichtung. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Die Erfindung betrifft eine Testvorrichtung zur Überprüfung eines in einem Gerät angeordneten Vibrationsmotors, die wenigstens eine Prüfeinrichtung aufweist, mit der zumindest ein Wert für eine Eigenschaft des Vibrationsmotors erfasst wird. Dieser Wert wird an eine Steuer- und Auswerteeinheit übertragen, in der der erfasste Wert mit einem Sollwert verglichen, auf der Grundlage des Vergleichs ein Prüfergebnis erzeugt und basierend auf dem Prüfergebnis ein Signal generiert wird, durch das eine Folgeaktion ausgelöst wird. Erfindungsgemäß zeichnet sich die Testvorrichtung dadurch aus, dass die Prüfeinrichtung wenigstens ein Sensorelement zur Erfassung wenigstens eines motorspezifischen Messwertes aufweist, wobei unter Zugrundelegung des motorspezifischen Messwertes unmittelbar oder mittelbar als Eigenschaft des Vibrationsmotors eine Klemmenspannung und/oder einen Klemmenstrom während eines Ein- und/oder Ausschaltvorgangs des Vibrationsmotors am elektrischen Anschluss des Vibrationsmotors ermittelt wird und in der Steuer- und Auswerteeinheit die wenigstens zeitweise während des Ein- und/oder Ausschaltvorgangs anliegende Klemmenspannung und/oder der wenigstens zeitweise während des Ein- und/oder Ausschaltvorgangs anliegende Klemmenstrom mit wenigstens einem Sollwert verglichen wird. In Bezug auf den erfinderischen Gedanken ist es grundsätzlich unerheblich, ob die Testvorrichtung in ein mobiles Gasmessgerät integriert oder Teil einer Prüfstation ist, in die das mobile Gasmessgerät zur Überprüfung eingelegt werden kann. Besonders vorteilhaft ist es allerdings, wenn die erfindungsgemäß ausgeführte Testvorrichtung integraler Bestandteil eines mobilen Gasmessgerätes ist. In diesem Fall findet die Messung und Auswertung und damit die Überprüfung des Gasmessgerätes direkt in diesem Gerät statt, sodass im Fehlerfall eine entsprechende Meldung an den Nutzer ausgegeben oder ein die Information enthaltendes Signal an eine externe Einheit übertragen werden kann.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verfügt das Sensorelement über ein Spannungs- und/oder Strommessmittel. Auf diese Weise wird die Spannung und/oder der Strom an der Anschlussklemme des Vibrationsmotors während des Ein- oder Ausschaltvorgangs direkt gemessen und der gemessene Wert in der Steuer- und Auswerteeinheit mit einem Sollwert verglichen. Ebenso ist es denkbar, dass alternativ oder ergänzend eine Motordrehzahl, insbesondere eine Ankerdrehzahl, des Vibrationsmotors mit einem Drehzahlsensor erfasst und der Ermittlung der Klemmenspannung und/oder der Klemmenstroms während eines Ein- oder Ausschaltvorgangs zugrunde gelegt oder mit einem Sollwert für die Drehzahl verglichen wird. Im Übrigen stellt es eine vorteilhafte Weiterbildung dar, wenn während des Ein- und/oder Ausschaltvorgangs aufgenommene Messwerte, also Spannungswerte, Stromwerte und/oder Werte einer geeigneten Hilfsgröße, über eine Zeitspanne integriert bzw. aufsummiert werden und der so ermittelte Wert mit einem Sollwert verglichen wird. Im Allgemeinen ist es ferner denkbar, dass wenigstens zwei Werte einer Spannung, eines Stroms und/oder einer Hilfsgröße während eines Ein- und/oder Ausschaltvorgangs aufgenommen werden, um diese mit entsprechenden Sollwerten zu vergleichen und/oder eine Funktionskurve zu erzeugen, die diese wenigstens zwei Messwerte enthält, und die ermittelte Funktionskurve mit einer Sollwertkurve zu vergleichen.
Wesentlich an der erfindungsgemäßen technischen Lösung ist, dass nicht die akustische oder mechanische Wirkung des Vibrationsmotors erfasst wird, sondern lediglich die Klemmenspannung oder der Klemmenstrom des Vibrationsmotors während einer Einschalt- oder Ausschaltphase überwacht wird. Aus dem Verlauf der Klemmenspannung und/oder des Klemmenstroms kann einfach und trotzdem mit hoher Genauigkeit die Funktionsfähigkeit des Vibrationsmotors überprüft werden. Ein Vibrationsmotor verfügt in der Regel über eine permanent erregte Nebenschlussmaschine mit als Unwucht ausgebildeter, aufgeflanschter Schwungmasse. Aufgrund der Unwucht wird bei der Rotation des Motors ein mechanisches Schwingen und Rütteln angeregt. Die Grundidee der Erfindung beruht nunmehr darin, die Energiespeichereigenschaft von Motor- und Schwungmassenträgheitsmoment zur Detektion der einwandfreien Funktion zu nutzen. Aus diesem Grund werden die Klemmenspannung und/oder der Klemmenstrom während des Ein- oder Ausschaltens überwacht. Aus dem zeitlichen und absoluten Verlauf der Klemmenspannung bzw. des Klemmenstroms kann zuverlässig auf eine korrekte Rotation des Motors geschlossen werden.
Beim Einschalten eines funktionsfähigen Vibrationsmotors nimmt die Klemmenspannung einen vorhersagbaren Verlauf an, der als Sollwert in einem an die zentrale Steuer- und Auswerteeinheit angebundenen Datenspeicher abgelegt ist. Ist der Vibrationsmotor dagegen blockiert, tritt beim Einschalten des Vibrationsmotors eine abweichender Klemmenspannungsverlauf auf, was durch einen Vergleich des erfassten Klemmenspannungsverlaufs mit dem im Datenspeicher abgelegten normalen Klemmenspannungsverlauf festgestellt werden kann. Ebenso unterscheidet sich beim Ausschalten des Vibrationsmotors das Verhalten der Schwungmasse von einem normalen Betrieb, sobald der Motor zumindest teilweise blockiert ist. Beim Einschalten des Vibrationsmotors wird die Enddrehzahl nicht sofort erreicht, sondern erst nach einer gewissen Zeitspanne, der sogenannten Hochlaufzeit. Während dieser Zeit wird Rotationsenergie in die Schwungmasse eingespeichert. Wird dagegen der Vibrationsmotor ausgeschaltet, indem die Spannungszufuhr zum Motor unterbrochen wird, so wird dieser so lange auslaufen, bis die in der Schwungmasse gespeicherte Energie abgebaut ist. Bei frei auslaufendem Motor bricht die Klemmenspannung nicht sofort auf null zusammen, sondern wird lediglich um einen bestimmten Betrag (R_a·J_a) verringert, da die träge Masse den Anker weiter in der Rotation hält und die Maschine in diesem Fall als Generator wirkt. Hierbei handelt es sich bei R_a um den Ankerwiderstand und bei J_a um den Ankerstrom. Demgegenüber bricht die Spannung bei blockiertem Motor sofort zusammen.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist eine Anzeigeeinheit vorgesehen, auf der als Folgeaktion an die Überprüfung und den Vergleich der Klemmenspannung und/oder des Klemmenstroms das Prüfergebnis angezeigt wird. Wesentlich hierbei ist, dass dem Nutzer bzw. der mit der Prüfung beauftragten Person eine Fehlermeldung ausgegeben wird, sobald eine unzulässige Abweichung zwischen der erfassten Klemmenspannung und/oder dem Klemmenstrom und dem entsprechenden Sollwert festgestellt wird, die auf eine zumindest teilweise Blockade des Vibrationsmotors schließen lässt.
In einer speziellen Weiterbildung verfügt die erfindungsgemäß ausgebildete Testvorrichtung zur Überprüfung eines in einem Gerät angeordneten Vibrationsmotors über eine Gasversorgung, die mit dem Gerät verbindbar ist, so dass ein im Gerät angeordneter Gassensor wenigstens zeitweise mit zumindest einem Gas beaufschlagbar ist. Mit einer derartigen Testvorrichtung werden insbesondere tragbare Gasmessgeräte sowohl hinsichtlich einer korrekten Erfassung von Gaskonzentrationen wenigstens eines Gases überwacht als auch die ordnungsgemäße Funktion des in dem Gasmessgerät verbauten Vibrationsmotors überprüft. Mithilfe einer derartigen Testvorrichtung wird ein tragbares Gasmessgerät somit auf bevorzugte Weise sowohl hinsichtlich einer korrekt funktionierenden Sensorik als auch Alarmierung überprüft.
Denkbar in diesem Zusammenhang ist, dass die zentrale Steuer- und Auswerteeinheit der Testvorrichtung derart ausgeführt ist, dass auf der Grundlage einer Erfassung des Gerätetyps, der sich in einem Testvorrichtung befindet, ein gerätespezifischer Prüfplan festgelegt und schließlich initiiert wird. Im Rahmen eines derartigen Prüfplanes wird hierbei auf bevorzugte Weise ermittelt, ob und in welchem Umfang eine Überprüfung des Vibrationsmotors erfolgen soll.
Gemäß einer speziellen Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Steuer- und Auswerteeinheit aus einem Datenspeicher wenigstens eine Sollwertkurve, die den Spannungs- und/oder Stromverlauf über eine Zeitspanne repräsentiert, zum Vergleich mit den erfassten Werten für die Klemmenspannung und/oder den Klemmenstrom bereitgestellt wird. Gemäß dieser Weiterbildung der Erfindung handelt es sich somit bei dem wenigstens einen in einem Datenspeicher abgelegten Sollwert um eine Folge mehrerer Spannungswerte oder eine den Spannungsverlauf repräsentierende Funktionskurve. Für den Vergleich der erfassten Werte mit dem Sollwert bietet sich in diesem Fall an, die jeweiligen zeitlich aufeinander folgenden Absolutwerte der Spannung bzw. des Stroms und/oder eine in einem Zeitintervall stattfindende Änderung der Spannung und/oder des Stroms zu verwenden. Sind Funktionskurven für den Spannungs- und/oder Stromverlauf hinterlegt und werden diese für den Vergleich verwendet, so ist es denkbar, die Steigung dieser Kurven mit der Steigung der erfassten Spannungs- oder Stromverlaufskurven zu vergleichen und bei der Überschreitung eines unzulässigen Grenzwertes in Bezug auf die Abweichung eine Fehlerinformation auszugeben. Auf bevorzugte Weise findet eine erfindungsgemäß ausgeführte Testvorrichtung zur Überprüfung eines in einem Gerät angeordneten Vibrationsmotors bei der Überprüfung eines in einem mobilen Gasmessgerät angeordneten Vibrationsmotors Anwendung. Selbstverständlich ist es ebenfalls denkbar, eine erfindungsgemäß ausgeführte Testvorrichtung zur Überprüfung eines in einem Gerät angeordneten Vibrationsmotors, mit der ein zeitlicher Verlauf der Klemmenspannung und/oder des Klemmenstroms während eines Ein- und/oder Ausschaltvorgangs des Vibrationsmotors überwacht wird, auch für die Überprüfung anderer Geräte, wie etwa allgemeine Messgeräte oder Kommunikationsgeräte, zu verwenden.
Generell ist es denkbar, eine erfindungsgemäß ausgeführte Testvorrichtung in eine separate Teststation zu integrieren, mit der das zu prüfende, einen Vibrationsmotor aufweisende Messgerät verbindbar ist. Auf bevorzugte Weise verfügt eine derartige Teststation über eine Aufnahme, in das das zu prüfende Messgerät eingelegt, eingesetzt oder eingesteckt wird. Hierbei wird zumindest eine Verbindung, die eine Datenkommunikation zwischen der Teststation und dem Messgerät ermöglicht, hergestellt, sodass entweder Informationen über die Klemmenspannung- und/oder den Klemmenstrom am Vibrationsmotor während des Einschalt- oder des Ausschaltvorgangs, insbesondere entsprechende Messwerte, zur Auswertung an die separate Teststation übertragen werden oder dass, sofern die Auswertung innerhalb der Testvorrichtung erfolgt, eine Information in Bezug auf den Zustand des Vibrationsmotors, insbesondere ob dieser fehlerfrei oder fehlerhaft arbeitet, an die Teststation übertragen wird. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Messgerät um ein tragbares Gasmessgerät, dass über wenigstens eine entsprechende gasdichte Verbindung zwischen der Teststation und dem Messgerät mit jeweils zumindest einem benötigten Prüfgas versorgbar ist.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist es denkbar, dass eine erfindungsgemäß ausgeführte Testvorrichtung integraler Bestandteil des zu prüfenden Messgerätes, insbesondere eines tragbaren Gasmessgerätes, ist. In diesem Fall findet auf eine entsprechende Anforderung des Benutzers hin und/oder automatisiert nach Ablauf eines vorgebbaren Zeitintervalls eine Überprüfung des im Messgerät vorgesehenen Vibrationsmotors statt. Auch in diesem Fall wird während des Anfahrens oder Stoppens des Motors im Anschluss an das An- bzw. Ausschalten die Klemmenspannung und/oder der Klemmenstrom erfasst, die erfassten Werte mit hinterlegten Sollwerte verglichen und auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses ermittelt, ob der Vibrationsmotor voll funktionsfähig ist. Sobald ein Fehler festgestellt wird, wird dies dem Benutzer, insbesondere über ein Lichtsignal oder auf einem Gerätedisplay, angezeigt.
Im Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Überprüfung eines in einem Gerät angeordneten Vibrationsmotors. Bei Ausführung des Verfahrens wird wenigstens ein Wert für eine Eigenschaft des Vibrationsmotors erfasst, der erfasste Wert mit wenigstens einem Sollwert verglichen, auf der Grundlage des Vergleichs ein Prüfergebnis erzeugt und basierend auf dem Prüfergebnis ein Signal generiert, durch das eine Folgeaktion ausgelöst wird. Das erfindungsgemäß weitergebildete Verfahren zeichnet sich durch die Schritte:

– Erfassen einer Klemmenspannung und/oder eines Klemmenstroms am elektrischer Anschluss des Vibrationsmotors während eines Ein- und/oder Ausschaltvorgangs des Vibrationsmotors und
– Vergleich eines zeitlichen Verlaufs der Klemmenspannung und/oder des Klemmenstroms mit dem wenigstens einen Sollwert

Gemäß einer speziellen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden als Sollwert Absolutwerte einer Spannung und/oder einer Stromstärke oder eine Änderung einer Spannung und/oder einer Stromstärke innerhalb einer Zeitspanne verwendet. Weiterhin ist auf vorteilhafte Weise vorgesehen, dass an eine Anzeige, an einen Datenspeicher und/oder an einen externen Datenempfänger eine Fehlermeldung gesendet wird, sobald eine Abweichung zwischen erfassten Werten der Klemmenspannung und/oder des Klemmenstroms und wenigstens einem Sollwert einen zulässigen Grenzwert über- oder unterschreitet.
In diesem Zusammenhang ist es ebenfalls denkbar, dass eine entsprechende Meldung auch an ein zentrales Überwachungssystem, wie es beispielsweise bei großen Chemieanlagen, Raffinerien oder Bohranlagen zum Einsatz kommt, übertragen wird. Im Übrigen ist gemäß einer speziellen Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Klemmenspannung und/oder der Klemmenstrom zu wenigstens zwei Zeitpunkten oder über eine Zeitspanne während des Ein- und/oder Ausschaltvorgangs des Vibrationsmotors erfasst werden. Im Folgenden wird die Erfindung ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
1: Schematische Darstellung einer erfindungsgemäß ausgeführten Testvorrichtung zur Überprüfung der ordnungsgemäßen Funktion eines in einem Gerät verbauten Vibrationsmotors;
2a: Schaltskizze mit einem Vibrationsmotor, der über einen Schalter und einen Widerstand, die in Reihe geschaltet sind, mit einer Spannungsquelle verbunden ist;
2b: Schaltskizze mit einem Vibrationsmotor, der über einen Schalter und einen elektronischen Strombegrenzer, die in Reihe geschaltet sind, mit einer Spannungsquelle verbunden ist;
2c: Darstellung eines Vibrationsmotors und seines Ersatzschaltbildes;
3: Klemmenspannungsverlauf eines frei laufenden Vibrationsmotors während eines Einschaltvorgangs;
4: Klemmenspannungsverlauf eines blockierten Vibrationsmotors während eines Einschaltvorgangs;
5: Klemmenspannungsverlauf eines frei auslaufenden Vibrationsmotors während eines Ausschaltvorgangs sowie
6: Klemmenspannungsverlauf eines vollblockierten Vibrationsmotors während eines Ausschaltvorgangs.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß ausgeführten Testvorrichtung 1 zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Vibrationsmotors 2, der an einem Gerät 3, hier einem tragbaren Gasmessgerät, angeordnet ist. Das tragbare Gasmessgerät 3 befindet sich in einem Testmodul 10 der Testvorrichtung 1 und ist einerseits über geeignete Gasanschlüsse 11 an eine Prüfgasversorgung 9 der Testvorrichtung 1 angeschlossen. Ferner sind als elektrische Schnittstelle 12 Kontakte vorgesehen, über die die Klemmenspannung am elektrischen Anschluss 6 des Vibrationsmotors 2 erfasst werden kann. Hierfür verfügt die Testeinrichtung 1 über eine Sensorelement 4, das gemäß dieser Ausführungsform als Strom- und/oder Spannungsmesseinheit ausgeführt ist. Nachdem eine Identifizierung des im Testmodul 10 eingelegten Gasmessgerätes 3 stattgefunden hat, die wahlweise mittels einer manuellen Eingabe oder durch automatisierte Identifizierung des Geräts 3 anhand einer geeigneten Kennzeichnung erfolgt, ermittelt die zentrale Steuer- und Auswerteeinheit 5 der Testvorrichtung 1 einen gerätespezifischen Prüfplan.
In diesem gerätespezifischen Prüfplan sind einerseits Art und Umfang der im tragbaren Gasmessgerät 3 vorgesehenen Gassensoren und andererseits die für den in dem Gerät 3 verbauten Vibrationsmotor 2 während des Start- und Stoppvorgangs spezifischen Spannungsverläufe an den Anschlussklemmen 6 hinterlegt. Auf die Überprüfung der Gassensoren wird im Weiteren nicht im Detail eingegangen. Diesbezüglich wird auf die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, wie sie u. a. in den in der Beschreibungseinleitung zitierten Dokumenten offenbart sind, hingewiesen.
2a zeigte eine Schaltskizze mit einem Vibrationsmotor, der über einen Schalter und einen Widerstand, die in Reihe geschaltet sind, mit einer Spannungsquelle verbunden ist. Hierbei wird der Vibrationsmotor aus einer Gleichspannungsquelle U_B gespeist, die einen Innenwiderstand R_i hat. Zur Auswertung werden die Spannung U_B und der Ankerstrom J_a sowie die Klemmenspannung U_K des Motors erfasst. Bei frei anlaufendem Motor ergibt sich der in 3 gezeigte Spannungsverlauf U_K(t). Der Ankerstrom J_a(t₀) errechnet sich in diesem Fall zu J_a(t₀) = U_B/(R_i + R_a). Die Klemmenspannung steigt danach von J_a(t₀)·R_a auf den wesentlich höheren Wert U_Rot der nahe U_B liegt. Bei blockiertem Motor ergibt sich der in 4 gezeigte Spannungsverlauf U_K(t). In diesem Fall springt die Klemmenspannung U_K auf den Wert U_Block = J_a(t₀)·R_a, und bleibt anschließend zumindest annähernd gleich. Der Ankerstrom J_a berechnet sich zu J_a(t₀) = U_B/(R_i + R_a).
In 2b ist eine Schaltskizze mit einem Vibrationsmotor dargestellt, der über einen Schalter und einen elektronischen Strombegrenzer, die in Reihe geschaltet sind, mit einer Spannungsquelle verbunden ist. Gemäß dieser Ausführungsform wird der Motor aus einer elektronisch strombegrenzten Gleichspannungsquelle gespeist. Zur Auswertung werden wiederum die Spannung U_B, der Ankerstrom J_a sowie die Klemmenspannung U_K des Motors erfasst. Bei frei anlaufendem Motor ergibt sich auch in diesem Fall der in 3 gezeigte Spannungsverlauf U_K(t). Der Ankerstrom J_a(t₀) errechnet sich in diesem Fall zu (t₀) = U_B/R_a oder, falls gilt U_B/R_a >= I_M, zu J_a(t₀) = I_M. Die Klemmenspannung steigt danach von J_a(t₀)·R_a auf den wesentlich höheren Wert U_Rot der nahe U_B liegt. Bei blockiertem Motor ergibt sich der in 4 gezeigte Spannungsverlauf. Die Klemmenspannung U_K springt auf den Wert U_Block = J_a(t₀)·R_a und bleibt anschließend zumindest annähernd gleich. der Ankerstrom J_a berechnet sich zu J_a(t₀) = U_B/R_a oder, falls gilt U_B/R_a >= J_M zu J_a(t₀) = J_M. U_K verharrt bei U_Block.
2c zeigt den Vibrationsmotor M sowie seine Ersatzschaltung. Sie besteht aus einer Spannungsquelle U_i und einem ohmschen Widerstand R_a, der den Cu-Widerstand der Ankerwicklung repräsentiert. Die ebenfalls vorhandene Ankerinduktivität kann hier vernachlässigt werden. Ui repräsentiert die durch die Rotation erzeugte kommutierte Spannung, die in erster Näherung der Drehzahl w direkt proportional ist, wobei gilt: U_i = K_m·w. Zur Überprüfung des Vibrationsmotors 2 auf seine korrekte Funktionsfähigkeit generiert die zentrale Steuer- und Auswerteeinheit 5 zunächst ein Steuersignal, so dass an den Anschlussklemmen 6 des Vibrationsmotors 2 eine Spannung angelegt und der Einschaltvorgang ausgelöst wird. Der Vibrationsmotor 2 wird nunmehr auf seine Betriebsdrehzahl hochlaufen. Sofern der Vibrationsmotor 2 voll funktionstüchtig ist, also nicht blockiert ist, wird die Klemmenspannung den in 2 dargestellten Verlauf annehmen.
Bei einem frei hochlaufenden Vibrationsmotor 2 wird ein entsprechender Spannungsverlauf der Klemmenspannung, wie er in 3 dargestellt ist, erfasst, in der zentralen Steuer- und Auswerteeinheit 5 mit einem Sollspannungsverlauf, der der Steuer- und/oder Auswerteeinheit 5 aus einem Datenspeicher 7 zugeleitet worden ist, verglichen und bei nicht blockiertem Vibrationsmotor 2 keine oder nur eine geringfügige, unterhalb eines zulässigen Grenzwerts liegende Abweichung festgestellt. Auf der Grundlage dieses Vergleichs wird nunmehr in der Steuer- und Auswerteeinheit 5 ein Signal erzeugt und an die als Display ausgeführte Anzeigeeinheit 8 der Testvorrichtung 1 übertragen, wo angezeigt wird, dass der Vibrationsmotor 2 des geprüften, tragbaren Gasmessgerätes 1 voll funktionsfähig ist.
Sollte der Vibrationsmotor 2 des zu überprüfenden Gasmessgerätes 1 zumindest teilweise blockiert sein, wird sich bei einem Hochlaufen des Vibrationsmotors 2 der in 4 dargestellte Klemmenspannungsverlauf einstellen. Dieser Spannungsverlauf zeichnet sich vor allem durch einen sprunghaften Anstieg der Klemmenspannung aus, wobei der Spannungssprung in dem Moment erfolgt, wenn die Versorgungsspannung eingeschaltet wird. In diesem Fall wird bei der Überprüfung des Klemmenspannungsverlaufs bzw. beim Vergleich des erfassten Klemmenspannungsverlaufs mit dem hinterlegten Sollspannungsverlauf durch die Steuer- und Auswerteeinheit 5 eine unzulässige Abweichung detektiert und entsprechend die Ausgabe einer Fehlermeldung auf der Anzeigeeinheit 8 bzw. dem Display der Testvorrichtung 1 initiiert. Der Anwender erhält nunmehr die Information, dass der im überprüften Messgerät 1 vorgesehene Vibrationsmotor 2 zumindest teilweise blockiert ist.
Alternativ oder ergänzend kann die Überprüfung des Vibrationsmotors 2 während eines Ausschaltvorgangs durchgeführt werden. Wird ein freilaufender Vibrationsmotor 2 ausgeschaltet, so ergeben sich Klemmenspannungsverläufe, wie sie in 5 aufgeführt sind. Bei frei auslaufendem Vibrationsmotor 2 bricht die an den Anschlussklemmen 6 anliegende Klemmenspannung U_k nicht sofort auf null zusammen, sondern verringert sich um den Betrag R_a·J_a, also das Produkt aus Wicklungswiderstand R_a und der Stärke J_a des in diesem Bereich fließenden Stroms. Aufgrund seiner trägen Masse rotiert der Anker des Vibrationsmotors 2 zunächst noch weiter, so dass der Vibrationsmotor 2 in dieser Phase als Generator wirkt. Dies ist die Ursache für den vergleichsweise langsamen Spannungsabfall.
Ist der Vibrationsmotor dagegen zumindest teilweise blockiert, so ergibt sich der in 6 dargestellte Spannungsverlauf an den Anschlussklemmen 6 des Vibrationsmotors. Hierbei wird deutlich, dass die Spannung an der Anschlussklemmen 6 in dem Moment zusammenbricht bzw. auf null reduziert wird, in dem der Anker mit seiner Schwungmasse blockiert. Die Erfassung der Spannung und/oder des Spannungsverlaufs an den Anschlussklemmen 6, und zwar gleichgültig, ob es sich um die beim Einschaltvorgang angelegte Spannung oder um die während des Ausschaltvorgangs induzierte Spannung handelt, erfolgt durch Einzel- oder Mehrfachmessung oder durch Bildung des Integrals des aufgenommenen Spannungsverlaufs.
Ebenso ist es denkbar, dass eine Plausibilitätsprüfung durchgeführt wird, indem eine quasi statische Messung ausgewertet wird. Läuft der Vibrationsmotor 2 an, so muss die Klemmenspannung U_k an den Anschlussklemmen 6 während der Anlaufphase immer größer als der Wert für [UB·R_a/(R_a + R_i)], sein, wobei es sich bei UB um die Betriebsspannung, bei R_a um den Ankerwiderstand und bei R_i um den Innenwiderstand der Versorgungsspannungsquelle handelt.
Auf bevorzugte Weise sind noch weitere Plausibilitätsprüfungen möglich, wobei die während des Ausschaltvorgangs erfasste, induzierte Spannung an den Anschlussklemmen 6 ausgewertet wird. Zusammenfassend kann somit festgestellt werden, dass die erfindungsgemäß ausgeführte Testeinrichtung 1 eine einfache und gleichzeitig zuverlässige Überprüfung eines in einem Gerät 3, insbesondere in einem Messgerät, verbauten Vibrationsmotors 2 ermöglicht. Wesentlich für die erfindungsgemäße technische Lösung ist hierbei, dass während eines Ein- oder Ausschaltvorgangs die an den Anschlussklemmen 6 des Vibrationsmotors 2 erfasste Spannung oder der Strom mit einem gerätespezifischen Sollwert, der bei ungestörtem Betrieb des Vibrationsmotors 2 auftritt, verglichen wird. Die erfindungsgemäß ausgeführte Testeinrichtung 1 kann hierbei entweder in das Gerät 3, beispielsweise ein tragbares Gasmessgerät, selbst integriert sein, so dass das Gerät einen Selbsttest durchführen kann, oder kann Bestandteil eines Testmoduls 10 sein, das mit dem Gerät 1 verbunden wird und den Vibrationsmotor 2 und eventuell weitere Komponenten des Gerätes 1, wie etwa eingebaute Sensoren, überprüft und/oder kalibriert.
Generell ist es ferner denkbar, ergänzend oder alternativ zur Messung der Klemmenspannung am Vibrationsmotor 2 während des An- oder Ausschaltvorgangs Hilfsgrößen, wie beispielsweise die Motordrehzahl bzw. die Ankerdrehzahl, zu erfassen, und hieraus in der Auswerte- und Steuereinheit 5 die an der Anschlussklemme 6 anliegende Spannung- und/oder den Strom zu ermitteln. Die Klemmenspannung oder der Klemmenstrom werden auf diese Weise nicht direkt gemessen, sondern indirekt anhand wenigstens einer geeigneten Hilfsgröße ermittelt und die entsprechenden Werte der Steuer- und Auswerteeinheit zugeführt. In diesem Zusammenhang ist es grundsätzlich denkbar, geeignete Hilfsgrößen für eine Plausibilitätsprüfung zu versenden oder die Klemmenspannung und/oder den während eines Ein- oder Ausschaltvorgangs des Vibrationsmotors ausschließlich mit Hilfe derartiger Hilfsgrößen zu ermitteln.
Bezugszeichenliste

1: Testeinrichtung
2: Vibrationsmotor
3: Gerät
4: Sensorelement
5: Steuer- und Auswerteeinheit
6: elektrischer Anschluss des Vibrationsmotors
7: Datenspeicher
8: Anzeigeeinheit
9: Gasversorgung
10: Testmodul
11: Gasanschluss
12: elektrische Schnittstelle zwischen Testeinrichtung und Gerät

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 102012210090 B4 [0004]
DE 102013008425 B3 [0005]

Claims

Testeinrichtung (1) zur Überprüfung eines in einem Gerät (3) angeordneten Vibrationsmotors (2), die wenigstens eine Prüfeinrichtung (4) aufweist, mit der zumindest ein Wert für eine Eigenschaft des Vibrationsmotors (2) erfasst und an eine Steuer- und Auswerteeinheit (5) übertragen wird, in der der erfasste Wert mit einem Sollwert verglichen, auf der Grundlage des Vergleichs ein Prüfergebnis erzeugt und basierend auf dem Prüfergebnis ein Signal generiert wird, durch das eine Folgeaktion ausgelöst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfeinrichtung (4) wenigstens ein Sensorelement (4) zur Erfassung wenigstens eines motorspezifischen Messwertes aufweist, wobei unter Zugrundelegung des motorspezifischen Messwerts unmittelbar oder mittelbar als Eigenschaft des Vibrationsmotors (2) eine Klemmenspannung und/oder einen Klemmenstrom während eines Ein- und/oder Ausschaltvorgangs des Vibrationsmotors (2) am elektrischen Anschluss (6) des Vibrationsmotors (2) ermittelt wird, und in der Steuer- und Auswerteeinheit (5) die wenigstens zeitweise während des Ein- und/oder Ausschaltvorgangs anliegende Klemmenspannung und/oder der wenigstens zeitweise während des Ein- und/oder Ausschaltvorgangs anliegende Klemmenstrom mit wenigstens einem Sollwert verglichen wird.
Testeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (4) ein Spannungs- und/oder Strommessmittel aufweist.
Testeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (4) einen Drehzahlmesser zur Erfassung einer Motordrehzahl aufweist.
Testeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit derart ausgeführt ist, dass die Klemmenspannung und/oder der Klemmenstrom während des Ein- und/oder Ausschaltvorgangs über eine Zeitspanne integriert und der erhaltene Wert mit dem Sollwert verglichen wird.
Testeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzeigeeinheit (8) vorgesehen ist, auf der als Folgeaktion das Prüfergebnis angezeigt wird.
Testeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gasversorgung (9) vorgesehen ist, die mit dem Gerät (3) verbindbar ist, sodass ein im Gerät (3) angeordneter Gassensor wenigstens zweitweise mit zumindest einem Gas beaufschlagbar ist.
Testeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuer- und Auswerteeinheit (5) aus einem Datenspeicher (7) wenigstens zwei Sollwerte für die Klemmenspannung- und/oder den Klemmenstrom während eines Ein- und/oder Ausschaltvorgangs und/oder eine die zwei Sollwerte enthaltende Funktionskurve zum Vergleich mit der erfassten Klemmenspannung und/oder dem erfassten Klemmenstrom bereitgestellt wird.
Testeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sollwert einen Absolutwert, ein Integral oder eine Änderung einer Spannung und/oder einer Stromstärke repräsentiert.
Verwendung einer Testeinrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Überprüfung eines in einem mobilen Gasmessgerät (3) zur taktilen Alarmierung angeordneten Vibrationsmotors (2).
Verfahren zur Überprüfung eines in einem Gerät (3) angeordneten Vibrationsmotors (2), bei dem – wenigstens zumindest ein Wert für eine Eigenschaft des Vibrationsmotors (2) erfasst wird, – der erfasste Wert mit wenigstens einem Sollwert verglichen wird, – auf der Grundlage des Vergleichs ein Prüfergebnis erzeugt und basierend auf dem Prüfergebnis ein Signal generiert wird, durch das eine Folgeaktion ausgelöst wird, gekennzeichnet durch die Schritte: – Erfassen wenigstens eines motorspezifischen Messwertes, wobei unter Zugrundelegung des Messwerts eine Klemmenspannung und/oder ein Klemmenstrom am elektrischen Anschluss (6) des Vibrationsmotors (2) während eines Ein- und/oder Ausschaltvorgangs des Vibrationsmotors (2) ermittelt wird und – Vergleich eines zeitlichen Verlaufs der Klemmenspannung und/oder des Klemmenstroms mit dem wenigstens einen Sollwert.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als motorspezifischer Messwert die Klemmenspannung und/oder der Klemmenstrom während des Ein- und/oder Ausschaltvorgangs erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass als motorspezifischer Messwert eine Motordrehzahl gemessen und der Ermittlung der Klemmenspannung und/oder des Klemmenstroms während des Ein- und/oder Ausschaltvorgangs zugrunde gelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Sollwert ein Absolutwert, ein Integral und/oder eine Änderung einer Spannung, einer Stromstärke und/oder einer Hilfsgröße, die der Ermittlung der Klemmenspannung und/oder des Klemmenstroms zugrunde legbar ist, verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass an eine Anzeige (8), einen Datenspeicher (7) und/oder an einen externen Datenempfänger eine Fehlermeldung versendet wird, sobald eine Abweichung der ermittelten Klemmenspannung und/oder des ermittelten Klemmenstroms von dem wenigstens einen Sollwert einen zulässigen Grenzwert über- oder unterschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmenspannung und/oder der Klemmenstrom zu wenigstens zwei Zeitpunkten oder über eine Zeitspanne während des Ein- und/oder Ausschaltvorgangs des Vibrationsmotors (2) ermittelt wird.
Mobiles Gasmessgerät, in das eine Testeinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8 integriert ist.