DE102017004748A1 - Verfahren zur Temperaturerfassung und Elektrogerät - Google Patents

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circuit board
microcontroller
optocoupler
temperature sensor
heat
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English (en)
Inventor
Hans Jürgen Kollar
Ralf Bennerscheidt
Matthias Oberacker
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SEW Eurodrive GmbH and Co KG
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SEW Eurodrive GmbH and Co KG
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

Verfahren und Elektrogerät zur Temperaturerfassung eines wärmeerzeugenden Elements mittels eines Temperatursensors, eines Mikrocontrollers, eines Optokopplers und eines Auswertemittels, wobei das wärmeerzeugende Element, der Temperatursensor, der Mikrocontroller und der Optokoppler auf einer Leiterplatte bestückt sind, aufweisend die zeitlich aufeinander folgenden Verfahrensschritte: wobei in einem ersten Verfahrensschritt mittels des Temperatursensors ein von Temperatur des wärmeerzeugenden Elements abhängiges analoges Signal erzeugt wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt der Mikrocontroller das analoge Signal in ein digitales manchestercodiertes Signal umwandelt, wobei in einem dritten Verfahrensschritt das digitale manchestercodierte Signal mittels des Optokopplers an das Auswertemittel übertragen wird, wobei in einem vierten Verfahrensschritt das Auswertemittel das digitale manchestercodierte Signal auswertet und einen Temperaturwert ausgibt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperaturerfassung und ein Elektrogerät.
  • Aus der DE 10 2012 014 011 A1 ist ein Elektrogerät bekannt, das eine Leiterplatte mit einem Hochspannungsbereich und einem Niederspannungsbereich aufweist, die mittels eines von Leiterbahnen freien Abschnitts der Leiterplatte voneinander beabstandet sind, der von einem Optokoppler überbrückt ist.
  • Aus der DE 10 2012 013 466 A1 ist eine Anordnung zur Erfassung der Temperatur eines Kühlkörpers bekannt.
  • Aus der DE 10 2014 205 853 A1 ist eine Spannungsversorgungsschaltung zum Betrieb von LEDs bekannt.
  • Aus der DE 10 2007 036 580 A1 ist eine Feldbuseinheit für einen Zwei-Leiter-Feldbus bekannt.
  • Aus der DE 10 2012 014 011 A1 ist ein Elektrogerät bekannt, das als Umrichter zur Versorgung eines Elektromotors ausgeführt ist.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Temperaturerfassung und ein Elektrogerät weiterzubilden, wobei die Sicherheit verbessert werden soll.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren zur Temperaturerfassung nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und bei dem Elektrogerät nach den in Anspruch 6 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren zur Temperaturerfassung eines wärmeerzeugenden Elements mittels eines Temperatursensors, eines Mikrocontrollers, eines Optokopplers und eines Auswertemittels, wobei das wärmeerzeugende Element, der Temperatursensor, der Mikrocontroller und der Optokoppler auf einer Leiterplatte bestückt sind, sind, dass das Verfahren die zeitlich aufeinander folgenden Verfahrensschritte aufweist:
    wobei in einem ersten Verfahrensschritt mittels des Temperatursensors ein von der Temperatur des wärmeerzeugenden Elements abhängiges analoges Signal erzeugt wird,
    wobei in einem zweiten Verfahrensschritt der Mikrocontroller das analoge Signal in ein digitales manchestercodiertes Signal umwandelt,
    wobei in einem dritten Verfahrensschritt das digitale manchestercodierte Signal mittels des Optokopplers an das Auswertemittel übertragen wird,
    wobei in einem vierten Verfahrensschritt das Auswertemittel (9) das digitale manchestercodierte Signal auswertet und einen Temperaturwert ausgibt.
  • Von Vorteil ist dabei, dass das digitale manchestercodierte Signal eine geringe Fehleranfälligkeit und eine hohe Störunempfindlichkeit aufweist. Dabei wird die erfasste Temperatur in ein manchestercodiertes Protokoll eingebettet und mittels des Optokopplers übertragen. Somit ist eine potentialfreie Übertragung verwendbar.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das wärmeerzeugende Element steuerbare Halbleiterschalter auf, die pulsweitenmoduliert angesteuert werden, wobei die Halbleiterschalter im Betrieb elektromagnetische Störfelder erzeugen. Von Vorteil ist dabei, dass die von den Halbleiterschaltern erzeugten elektromagnetischen Störfelder mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens herausfilterbar sind. Dabei ist der Temperaturwert von den Störfeldern unbeeinflusst übertragbar.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung vergleicht in einem fünften Verfahrensschritt das Auswertemittel den Temperaturwert mit einem kritischen Temperaturgrenzwert, wobei das Auswertemittel, wenn der Temperaturwert den kritischen Temperaturgrenzwert überschreitet, eine Sicherheitsaktion auslöst, insbesondere wobei das Auswertemittel das wärmeerzeugende Element abschaltet und/oder in einen sicheren Zustand überführt. Von Vorteil ist dabei, dass die Temperatur sicher überwachbar ist. Vorteilhafterweise wird die Temperatur permanent gemessen, digitalisiert und ausgewertet.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das analoge Signal gefiltert, insbesondere mittels eines zwischen dem Temperatursensor und dem Mikrocontroller angeordneten Tiefpasses, insbesondere wobei der Tiefpass zumindest eine Kapazität und einen Widerstand aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass der Temperatursensor und der Mikrocontroller beabstandbar sind, insbesondere wobei lange Leiterbahn zwischen dem Temperatursensor und dem Mikrocontroller anordenbar sind. Mittels des Tiefpasses sind von elektromagnetischen Störfeldern in die Leiterbahn induzierte Störsignale aus dem analogen Signal ausfilterbar.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das digitale manchestercodierte Signal ein mit einem Taktsignal überlagertes Datensignal auf, wobei das Auswertemittel zuerst das Taktsignal aus dem digitalen manchestercodierten Signal bestimmt und damit das Datensignal ermittelt. Von Vorteil ist dabei, dass das Protokoll mittels differentieller Manchestercodierung mit Taktrückgewinnung codierbar ist. Somit weist ein einziges digitales Signal sowohl das Taktsignal als auch das Datensignal auf. Taktsignal und Datensignal sind gemeinsam übertragbar.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das digitale manchestercodierte Signal zeitlich wiederkehrend erzeugt und übertragen. Von Vorteil ist dabei, dass eine permanente Temperaturüberwachung einrichtbar ist.
  • Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Elektrogerät, aufweisend ein wärmeerzeugendes Element, wobei die Temperatur des wärmeerzeugenden Elements mittels eines Verfahrens zur Temperaturerfassung wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach mindestens einem der auf das Verfahren zur Temperaturerfassung bezogenen Ansprüche erfassbar ist, sind, dass das Elektrogerät eine Leiterplatte aufweist, auf der das wärmeerzeugende Element bestückt ist,
    wobei ein Temperatursensor, ein Mikrocontroller und ein Optokoppler auf der Leiterplatte bestückt sind,
    wobei der Temperatursensor, insbesondere über einen ersten Widerstand, elektrisch leitend mit einem Eingang des Mikrocontrollers verbunden ist,
    wobei ein Ausgang des Mikrocontrollers den Eingang des Optokopplers ansteuert, insbesondere über einen steuerbaren Schalter,
    wobei ein Ausgang des Optokopplers elektrisch leitend mit einem Eingang eines Auswertemittels verbunden ist.
  • Von Vorteil ist dabei, dass die Temperatur des wärmeerzeugenden Elements sicher überwachbar ist. Dabei wird das Signal des Temperatursensors störungsfrei übertragen. Vorteilhafterweise sind das wärmeerzeugende Element und das Auswertemittel galvanisch getrennt voneinander anordenbar.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Elektrogerät eine weitere Leiterplatte auf, auf der das Auswertemittel bestückt ist. Von Vorteil ist dabei, dass das Elektrogerät kompakt ausführbar ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Eingang des Auswertemittels mittels eines Verbindungskabels mit dem Ausgang des Optokopplers elektrisch leitend verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass die weitere Leiterplatte unabhängig von der Lage der Leiterplatte anordenbar ist, wobei der Abstand zwischen den Leiterplatten nur von der Länge des Verbindungskabels begrenzt ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Leiterplatte einen leiterbahnfreien Leiterplattenabschnitt auf, wobei der leiterbahnfreie Leiterplattenabschnitt zwischen dem wärmeerzeugenden Element und dem Auswertemittel angeordnet ist, wobei der Optokoppler den leiterbahnfreien Leiterplattenabschnitt überbrückt, insbesondere so dass das wärmeerzeugende Element und das Auswertemittel galvanisch getrennt voneinander angeordnet sind. Von Vorteil ist dabei, dass das wärmeerzeugende Element und das Auswertemittel beabstandet sind mittels des leiterbahnfreien Leiterplattenabschnitts. Mittels des Optokopplers ist das digitale Signal dennoch zum Auswertemittel übertragbar. Vorteilhafterweise sind das Auswertemittel und das wärmeerzeugende Element galvanisch getrennt anordenbar, so dass vom wärmeerzeugenden Element abgestrahlte Störstrahlung von dem Auswertemittel abschirmbar ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind der Eingang des Optokopplers und ein Ausgang des Optokopplers mittels des leiterbahnfreien Leiterplattenabschnitts beabstandet, insbesondere in der Leiterplattenebene beabstandet sind. Von Vorteil ist dabei, dass der Optokoppler den leiterbahnfreien Leiterplattenabschnitt überbrückt. Dabei erstreckt sich die Projektion des Optokopplers in der Leiterplattenebene über die gesamte Breite des leiterbahnfreien Leiterplattenabschnitts. Vorteilhafterweise kragt der Optokoppler aus der Leiterplattenebene aus, wobei der Optokoppler in Querrichtung zur Leiterplattenebene beabstandet ist von dem leiterbahnfreien Leiterplattenabschnitt.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Temperatursensor in das wärmeerzeugende Element integriert, insbesondere wobei der Temperatursensor eine bauliche Einheit mit dem wärmeerzeugenden Element bildet. Von Vorteil ist dabei, dass das wärmeerzeugende Element und der Temperatursensor kompakt ausführbar sind. Vorteilhafterweise sind das wärmeerzeugende Element und der Temperatursensor in einem Arbeitsschritt montierbar.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Temperatursensor ein temperaturabhängiger Widerstand, insbesondere ein Temperaturmesswiderstand, insbesondere ein Silizium-Temperaturmesswiderstand. Von Vorteil ist dabei, dass der Widerstand des Temperatursensors in Abhängigkeit von der Temperatur des Temperatursensors veränderlich ist. Vorteilhafterweise hängt der Widerstand des Temperatursensors zumindest in einem relevanten Messbereich linear von der Temperatur des Temperatursensors ab. Somit ist die Temperatur mittels einer einfachen Spannungsmessung am Temperatursensor bestimmbar.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Auswertemittel auf der Leiterplatte bestückt, wobei der Eingang des Auswertemittels mittels Leiterbahnen auf der Leiterplatte elektrisch leitend mit dem Ausgang des Optokopplers verbunden ist. Von Vorteil ist dabei, dass alle elektrischen Bauteile auf einer einzigen Leiterplatte anordenbar sind.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen dem Temperatursensor und dem Eingang des Mikrocontrollers ein Tiefpass angeordnet, wobei der Tiefpass eine Reihenschaltung aus einer ersten Kapazität und dem ersten Widerstand aufweist, die auf der Leiterplatte bestückt sind, wobei ein Knotenpunkt der Reihenschaltung verbunden ist mit dem Eingang des Mikrocontrollers. Von Vorteil ist dabei, dass mittels des Tiefpasses Störungen ausfilterbar sind. Vorteilhafterweise ist der Mikrocontroller beabstandbar von dem Temperatursensor. Dadurch sind der Mikrocontroller und der Temperatursensor mittels einer langen Leiterbahn verbunden. Störungen, die von Störfeldern in diese lange Leiterbahn induziert werden, sind von dem Tiefpass filterbar. Vorteilhafterweise ist die Leiterbahn zur Verbindung des Tiefpasses mit dem Mikrocontroller kürzer als die Leiterbahn zwischen dem Temperatursensor und dem Tiefpass, insbesondere mindestens zehnmal kürzer.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine zweite Kapazität parallel geschaltet zu dem Temperatursensor angeordnet, wobei die zweite Kapazität und ein zweiter Widerstand in Reihe geschaltet angeordnet sind, wobei der zweite Widerstand und der Temperatursensor in Reihe geschaltet angeordnet sind, wobei die zweite Kapazität und der zweite Widerstand auf der Leiterplatte bestückt sind. Von Vorteil ist dabei, dass mittels der zweiten Kapazität Störungen, die in dem Temperatursensor auftreten, filterbar sind.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Reihenschaltung der ersten Kapazität und des ersten Widerstands aus der zweiten Kapazität versorgt. Von Vorteil ist dabei, dass das Signal des Temperatursensors doppelt filterbar ist. Somit ist das Signal störungsarm übertragbar.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Mikrocontroller einen Analog-Digital-Wandler und/oder einen digitalen Ausgang auf. Von Vorteil ist dabei, dass der Mikrocontroller, der Analog-Digital-Wandler und der digitale Ausgang als ein einziges elektronisches Bauteil ausführbar sind.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Auswertemittel als ein weiterer Mikrocontroller oder ein konfigurierbarer Logikbaustein (FPGA) ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass die Auswertung des manchestercodierten Signals und die Analyse des Temperatursignals in einem einzigen Bauteil ausführbar sind.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung steuert der Ausgang des Mikrocontrollers den Eingang des Optokopplers mittels eines steuerbaren Schalters an, wobei der steuerbare Schalter auf der Leiterplatte bestückt ist, insbesondere wobei der steuerbare Schalter von dem digitalen Ausgang des Mikrocontrollers gesteuert ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein schwaches Signal von dem Mikrocontroller ausreicht um den steuerbaren Schalter zu schalten. Mittels des Schalters ist dann eine Lichtquelle des Optokopplers ansteuerbar, die das digitale Signal des Mikrocontrollers in ein optisches Signal umwandelt.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Elektrogerät als Umrichter zur Versorgung eines Elektromotors ausgeführt und das wärmeerzeugende Element ist ein Leistungsmodul des Umrichters, wobei das Leistungsmodul pulsweitenmoduliert angesteuerte Halbleiterschalter aufweist, wobei das Leistungsmodul, der Temperatursensor und der Mikrocontroller auf einem ersten Leiterplattenabschnitt angeordnet sind und das Auswertemittel auf einem zweiten Leiterplattenabschnitt angeordnet ist, wobei der erste Leiterplattenabschnitt und der zweite Leiterplattenabschnitt mittels des leiterbahnfreien Leiterplattenabschnitts voneinander beabstandet sind, insbesondere galvanisch getrennt voneinander angeordnet sind. Von Vorteil ist dabei, dass das Leistungsmodul und von dem Leistungsmodul erzeugte Störfelder beabstandbar sind von dem Auswertemittel. Der erste Leiterplattenabschnitt weist eine Leistungselektronik auf und der zweite Leiterplattenabschnitt weist eine Signalelektronik auf. Der leiterbahnfreie Leiterplattenabschnitt zwischen der Leistungselektronik und der Signalelektronik schützt die Signalelektronik vor Störfeldern von den Halbleiterschaltern und verbessert somit die Sicherheit.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
  • Die Erfindung wird nun anhand einer Abbildung näher erläutert:
  • In der 1 ist ein Schaltplan eines erfindungsgemäßen Elektrogerätes gezeichnet.
  • Das Elektrogerät weist eine Leiterplatte auf, auf der ein wärmeerzeugendes Element, vorzugsweise ein Leistungsmodul eines Umrichters, bestückt ist. Zur Erfassung der Temperatur des wärmeerzeugenden Elements weist das Elektrogerät einen Temperatursensor 1, insbesondere einen Temperaturmesswiderstand, vorzugsweise einen Silizium-Temperaturmesswiderstand, insbesondere einen KTY-Sensor, auf. Der Temperatursensor 1 ist in räumlicher Nähe zu dem wärmeerzeugenden Element angeordnet, insbesondere auf der Leiterplatte bestückt. Vorzugsweise ist der Temperatursensor 1 in das wärmeerzeugende Element integriert.
  • Der Temperatursensor 1 misst die Temperatur analog. Dazu wird der temperaturabhängige Spannungsabfall an dem Temperatursensor 1 bestimmt.
  • Ein auf der Leiterplatte bestückter Mikrocontroller 5 weist einen Analog-Digital-Wandler 12 auf. Der Temperatursensor 1 ist mittels eines Tiefpasses mit dem Analog-Digital-Wandler 12 verbunden. Der Tiefpass weist eine erste Kapazität 13 und einen ersten Widerstand 4 auf, die eine Reihenschaltung bilden und auf der Leiterplatte bestückt sind.
  • Vorzugsweise ist der Mikrocontroller 5 beabstandet von dem wärmeerzeugenden Element angeordnet. Dabei ist die Leiterbahn zwischen dem wärmeerzeugenden Element und dem Tiefpass länger als die Leiterbahn zwischen dem Tiefpass und dem Mikrocontroller 5, insbesondere zehnmal so lang. Vorteilhafterweise werden somit durch Störfelder in die Leiterbahn induzierte Störströme mittels des Tiefpasses ausgefiltert.
  • Eine zweite Kapazität 3 ist parallel geschaltet zum Temperatursensor 1 angeordnet. Die zweite Kapazität 3 und ein zweiter Widerstand 2 sind in Reihe geschaltet angeordnet und auf der Leiterplatte bestückt. Die Reihenschaltung aus der ersten Kapazität 13 und dem ersten Widerstand 4 ist gespeist aus der zweiten Kapazität 3. Vorzugsweise ist die Leiterbahn zwischen der zweiten Kapazität 3 und dem Tiefpass länger als die Leiterbahn zwischen der zweiten Kapazität 3 und dem Temperatursensor 1.
  • Der Analog-Digital-Wandler 12 wandelt das analoge Messsignal des Temperatursensors 1 in ein digitales Signal um. Dazu verwendet der Analog-Digital-Wandler 12 die differentielle Manchestercodierung mit Taktrückgewinnung. Hierbei werden Datensignal und Taktsignal einander überlagert und als ein Signal übertragen.
  • Ein digitaler Ausgang 11 des Mikrocontrollers 5 ist mit steuerbaren Schalter 10 verbunden, wobei der steuerbare Schalter 10 einen Eingang des Optokopplers 7, insbesondere eine Lichtquelle des Optokopplers 7, ansteuert. Ein Ausgang des Optokopplers 7 ist mit einem Eingang eines Auswertemittels 9 verbunden und überträgt das Signal des Mikrocontrollers 5 an das Auswertemittel 9.
  • Das Auswertemittel 9, insbesondere ein weiterer Mikrocontroller oder ein konfigurierbarer Logikbaustein (FPGA), wertet das manchestercodierte Signal aus und gibt die ermittelte Temperatur aus.
  • Die Leiterplatte ist mit dem wärmeerzeugenden Element, dem Temperatursensor 1, dem Mikrocontroller 5, dem Optokoppler 7 und dem Auswertemittel 9 bestückt, insbesondere wobei die Bauteile als SMD-Bauteile ausgeführt sind. Zwischen dem Mikrocontroller 5 und dem Auswertemittel 9 weist die Leiterplatte einen leiterbahnfreien Leiterplattenabschnitt auf. Somit sind der Mikrocontroller 5 und das Auswertemittel 9 galvanisch getrennt voneinander angeordnet. Der Optokoppler 7 überbrückt den leiterbahnfreien Leiterplattenabschnitt. Dabei ist der Eingang des Optokopplers 7 auf einer ersten Seite des leiterbahnfreien Leiterplattenabschnitts angeordnet und der Ausgang des Optokopplers 7 ist auf einer zweiten Seite des leiterbahnfreien Leiterplattenabschnitts angeordnet. Der Eingang und der Ausgang des Optokopplers sind also in der Leiterplattenebene mittels des leiterbahnfreien Leiterplattenabschnitts beabstandet.
  • Der Optokoppler 7 kragt aus der Leiterplattenebene aus. Dabei ist der Optokoppler 7 in Querrichtung zur Leiterplattenebene beabstandet von dem leiterbahnfreien Leiterplattenabschnitt angeordnet.
  • Der Temperatursensor 1, der Mikrocontroller 5 und der Eingang des Optokopplers 7 sind mittels Leiterbahnen auf der Leiterplatte jeweils elektrisch leitend miteinander verbunden.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind das wärmeerzeugende Element, der Temperatursensor 1, der Mikrocontroller 5 und der Optokoppler 7 auf einer ersten Leiterplatte angeordnet und das Auswertemittel 9 ist auf einer zweiten Leiterplatte angeordnet. Dabei ist der Ausgang des Optokopplers 7 mittels eines Verbindungskabels mit dem Eingang des Auswertemittels 9 verbunden. Dazu weist die Leiterplatte eine Durchkontaktierung auf, in die das Verbindungskabel eingeführt ist. Alternativ ist die Leiterplatte mit einem Steckverbinderteil verbunden, das mit einem mit dem Verbindungskabel verbundenen Gegensteckverbinderteil steckverbindbar ist. Dabei ist der Ausgang des Optokopplers 7 mit der Durchkontaktierung beziehungsweise dem Steckverbinderteil mittels einer Leiterbahn auf der Leiterplatte elektrisch leitend verbunden. Vorzugsweise ist der Optokoppler 7 an einem seitlichen Endbereich der Leiterplatte angeordnet. Dabei erstreckt sich der leiterbahnfreie Leiterplattenabschnitt vom Rand der Leiterplatte in die Leiterplatte hinein.
  • Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Elektrogerät als Umrichter zur Versorgung eines Elektromotors ausgeführt. Dabei ist das wärmerzeugende Element als Leistungsmodul eines Leistungsteils ausgeführt, das pulsweitenmoduliert angesteuerte Halbleiterschalter aufweist. Der Temperatursensor 1 bestimmt die Temperatur des Leistungsmoduls und übermittelt mittels des Optokopplers den Temperaturwert an einen Steuerkopf des Umrichters. Der Steuerkopf überwacht die Temperatur des Leistungsmoduls. Sobald die Temperatur des Leistungsmoduls einen kritischen Wert überschreitet, löst der Steuerkopf eine Sicherheitsaktion aus, beispielsweise schaltet der Steuerkopf das Leistungsteil ab und/oder fährt den Umrichter in einen sicheren Zustand herunter. Als Sicherheitsaktion ist die Last des Elektromotors reduzierbar oder der Elektromotor ist zu einem sicheren Halt bringbar.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Temperaturerfassung eines wärmeerzeugenden Elements mittels eines Temperatursensors (1), eines Mikrocontrollers (5), eines Optokopplers (7) und einer Auswerteeinheit (9), wobei das wärmeerzeugende Element, der Temperatursensor (1), der Mikrocontroller (5) und der Optokoppler auf einer Leiterplatte bestückt sind, wird in einem ersten Verfahrensschritt der Temperatursensor (1) die Temperatur des wärmeerzeugenden Elements bestimmt und ein analoges Signal erzeugt.
  • In einem zweiten Verfahrensschritt wandelt der Mikrocontroller (5) das analoge Signal in ein digitales manchestercodiertes Signal um.
  • In einem dritten Verfahrensschritt wird das digitale manchestercodierte Signal mittels des Optokopplers (7) an das Auswertemittel (9) übertragen.
  • In einem vierten Verfahrensschritt wertet das Auswertemittel (9) das digitale manchestercodierte Signal aus und gibt einen Temperaturwert aus.
  • In einem fünften Verfahrensschritt vergleicht das Auswertemittel (9) den Temperaturwert mit einem kritischen Temperaturgrenzwert. Sollte der Temperaturwert den kritischen Temperaturgrenzwert überschreiten, so löst das Auswertemittel (9) eine Sicherheitsaktion aus, beispielsweise schaltet das Auswertemittel (9) das wärmeerzeugende Element ab und/oder das Auswertemittel (9) überführt das wärmeerzeugende Element in einen sicheren Zustand.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Temperatursensor
    2
    Widerstand
    3
    Kapazität
    4
    Widerstand
    5
    Mikrocontroller
    6
    Widerstand
    7
    Optokoppler
    8
    Widerstand
    9
    Auswertemittel
    10
    Schalter
    11
    digitaler Ausgang
    12
    Analog-Digital-Wandler
    13
    Kapazität
  • 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 102012014011 A1 [0002, 0006]
    • DE 102012013466 A1 [0003]
    • DE 102014205853 A1 [0004]
    • DE 102007036580 A1 [0005]

Claims (15)

  1. Verfahren zur Temperaturerfassung eines wärmeerzeugenden Elements mittels eines Temperatursensors (1), eines Mikrocontrollers (5), eines Optokopplers (7) und eines Auswertemittels (9), wobei das wärmeerzeugende Element, der Temperatursensor (1), der Mikrocontroller (5) und der Optokoppler (7) auf einer Leiterplatte bestückt sind, aufweisend die zeitlich aufeinander folgenden Verfahrensschritte: (i) wobei in einem ersten Verfahrensschritt mittels des Temperatursensors (1) ein von der Temperatur des wärmeerzeugenden Elements abhängiges analoges Signal erzeugt wird, (ii) wobei in einem zweiten Verfahrensschritt der Mikrocontroller (5) das analoge Signal in ein digitales manchestercodiertes Signal umwandelt, (iii) wobei in einem dritten Verfahrensschritt das digitale manchestercodierte Signal mittels des Optokopplers (7) an das Auswertemittel (9) übertragen wird, (iv) wobei in einem vierten Verfahrensschritt das Auswertemittel (9) das digitale manchestercodierte Signal auswertet und einen Temperaturwert ausgibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeerzeugende Element steuerbare Halbleiterschalter aufweist, die pulsweitenmoduliert angesteuert werden, wobei die Halbleiterschalter im Betrieb elektromagnetische Störfelder erzeugen.
  3. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem fünften Verfahrensschritt das Auswertemittel (9) den Temperaturwert mit einem kritischen Temperaturgrenzwert vergleicht, wobei das Auswertemittel (9), wenn der Temperaturwert den kritischen Temperaturgrenzwert überschreitet, eine Sicherheitsaktion auslöst, insbesondere wobei das Auswertemittel (9) das wärmeerzeugende Element abschaltet und/oder in einen sicheren Zustand überführt.
  4. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das analoge Signal gefiltert wird, insbesondere mittels eines zwischen dem Temperatursensor (1) und dem Mikrocontroller (5) angeordneten Tiefpasses, insbesondere wobei der Tiefpass zumindest eine Kapazität (3, 13) und einen Widerstand (2, 4) aufweist.
  5. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale manchestercodierte Signal ein mit einem Taktsignal überlagertes Datensignal aufweist, wobei das Auswertemittel (9) zuerst das Taktsignal aus dem digitalen manchestercodierten Signal bestimmt und damit das Datensignal ermittelt, und/oder dass das digitale manchestercodierte Signal zeitlich wiederkehrend erzeugt und übertragen wird.
  6. Elektrogerät, aufweisend ein wärmeerzeugendes Element, wobei die Temperatur des wärmeerzeugenden Elements mittels eines Verfahrens zur Temperaturerfassung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5 erfassbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Elektrogerät eine Leiterplatte aufweist, auf der das wärmeerzeugende Element bestückt ist, – wobei ein Temperatursensor (1), ein Mikrocontroller (5) und ein Optokoppler (7) auf der Leiterplatte bestückt sind, – wobei der Temperatursensor (1), insbesondere über einen ersten Widerstand (4), elektrisch leitend mit einem Eingang des Mikrocontrollers (5) verbunden ist, – wobei ein Ausgang des Mikrocontrollers (5) den Eingang des Optokopplers (7) ansteuert, insbesondere über einen steuerbaren Schalter (10), – wobei ein Ausgang des Optokopplers (7) elektrisch leitend mit einem Eingang eines Auswertemittels (9) verbunden ist.
  7. Elektrogerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrogerät eine weitere Leiterplatte aufweist, auf der das Auswertemittel (9) bestückt ist, insbesondere wobei der Eingang des Auswertemittels (9) mittels eines Verbindungskabels mit dem Ausgang des Optokopplers (7) elektrisch leitend verbunden ist.
  8. Elektrogerät nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte einen leiterbahnfreien Leiterplattenabschnitt aufweist, wobei der leiterbahnfreie Leiterplattenabschnitt zwischen dem wärmeerzeugenden Element und dem Auswertemittel (9) angeordnet ist, wobei der Optokoppler (7) den leiterbahnfreien Leiterplattenabschnitt überbrückt, insbesondere so dass das wärmeerzeugende Element und das Auswertemittel (9) galvanisch getrennt voneinander angeordnet sind, und/oder wobei der Eingang des Optokopplers (7) und ein Ausgang des Optokopplers (7) mittels des leiterbahnfreien Leiterplattenabschnitts beabstandet sind, insbesondere in der Leiterplattenebene beabstandet sind.
  9. Elektrogerät nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (1) in das wärmeerzeugende Element integriert ist, insbesondere wobei der Temperatursensor (1) eine bauliche Einheit mit dem wärmeerzeugenden Element bildet, und/oder dass der Temperatursensor (1) ein temperaturabhängiger Widerstand ist, insbesondere ein Temperaturmesswiderstand, insbesondere ein Silizium-Temperaturmesswiderstand.
  10. Elektrogerät nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswertemittel (9) auf der Leiterplatte bestückt ist, wobei der Eingang des Auswertemittels (9) mittels Leiterbahnen auf der Leiterplatte elektrisch leitend mit dem Ausgang des Optokopplers (7) verbunden ist.
  11. Elektrogerät nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Temperatursensor (1) und dem Eingang des Mikrocontrollers (5) ein Tiefpass angeordnet ist, wobei der Tiefpass eine Reihenschaltung aus einer ersten Kapazität (13) und dem ersten Widerstand (4) aufweist, die auf der Leiterplatte bestückt sind, wobei ein Knotenpunkt der Reihenschaltung verbunden ist mit dem Eingang des Mikrocontrollers (5).
  12. Elektrogerät nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Kapazität (3) parallel geschaltet zu dem Temperatursensor (1) angeordnet ist, wobei die zweite Kapazität (3) und ein zweiter Widerstand (2) in Reihe geschaltet angeordnet sind, wobei der zweite Widerstand (2) und der Temperatursensor (1) in Reihe geschaltet angeordnet sind, wobei die zweite Kapazität (3) und der zweite Widerstand (2) auf der Leiterplatte bestückt sind, insbesondere wobei die Reihenschaltung der ersten Kapazität (13) und des ersten Widerstands (4) aus der zweiten Kapazität (3) versorgt ist.
  13. Elektrogerät nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller (5) einen Analog-Digital-Wandler (12) und/oder einen digitalen Ausgang aufweist, und/oder dass das Auswertemittel (9) als ein weiterer Mikrocontroller oder ein konfigurierbarer Logikbaustein (FPGA) ausgeführt ist.
  14. Elektrogerät nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Mikrocontrollers (5) den Eingang des Optokopplers (7) mittels eines steuerbaren Schalters (10) ansteuert, wobei der steuerbare Schalter auf der Leiterplatte bestückt ist, insbesondere wobei der steuerbare Schalter (10) von dem digitalen Ausgang des Mikrocontrollers (5) gesteuert ist.
  15. Elektrogerät nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrogerät als Umrichter zur Versorgung eines Elektromotors ausgeführt ist und das wärmeerzeugende Element ein Leistungsmodul des Umrichters ist, wobei das Leistungsmodul pulsweitenmoduliert angesteuerte Halbleiterschalter aufweist, wobei das Leistungsmodul, der Temperatursensor (1) und der Mikrocontroller (5) auf einem ersten Leiterplattenabschnitt angeordnet sind und das Auswertemittel (9) auf einem zweiten Leiterplattenabschnitt angeordnet ist, wobei der erste Leiterplattenabschnitt und der zweite Leiterplattenabschnitt mittels des leiterbahnfreien Leiterplattenabschnitts voneinander beabstandet sind, insbesondere galvanisch getrennt voneinander angeordnet sind.
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