DE102018215796A1 - Positionserfassungssystem und Verfahren zur Erfassung einer Bewegung einer Maschine - Google Patents

Positionserfassungssystem und Verfahren zur Erfassung einer Bewegung einer Maschine Download PDF

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Abstract

Es sind ein Positionserfassungssystem (20; 20A bis 20C) und ein Verfahren zur Erfassung einer Bewegung einer Maschine (10), beispielsweise auch in deren betriebslosen Zustand, bereitgestellt. Das Positionserfassungssystem (20; 20A bis 20C) umfasst einen ersten Positionssensor (21) zum Erfassen eines Magnetfelds (H), das sich an einer Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Magnetpolpaaren (211, 212) ausbildet, wobei jeweils Magnetpole (211, 212) unterschiedlicher Polarität nebeneinander angeordnet sind, einen zweiten Positionssensor (22) zum Erfassen eines Magnetfelds (H) an einem Einzelmagneten (221, 222), der in einem Zentrum der Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Magnetpolpaaren (211, 212) und beabstandet von der Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Magnetpolpaaren (211, 212) angeordnet ist, und eine Auswerteeinrichtung (205) zur Auswertung von mindestens einem Erfassungsergebnis des ersten Positionssensors (21) und mindestens einem Erfassungsergebnis des zweiten Positionssensors (22), das aufgrund einer Bewegung eines Elements (11; 13) der Maschine (10) relativ zu den Positionssensoren (21, 22) erfasst wurde, wobei die Auswerteeinrichtung (205) ausgestaltet ist, das mindestens eine Erfassungsergebnis des ersten Positionssensors (21) und das mindestens eine Erfassungsergebnis des zweiten Positionssensors (22) für eine Fehlererkennung in einer Auswertung der Erfassungsergebnisse der Positionssensoren (21, 22) heranzuziehen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Positionserfassungssystem und ein Verfahren zur Erfassung einer Bewegung einer Maschine, beispielsweise einer Rotationsmaschine, insbesondere in deren betriebslosen Zustand.
  • Maschinen, wie beispielsweise elektrische Maschinen, Motoren, Generatoren, Rotationsmaschinen, Linearmaschinen usw., werden in vielen Bereichen der Technik eingesetzt, um beispielsweise Gegenstände in Bewegung zu versetzen, elektrische Energie zu erzeugen, usw. Je nach Anwendungsfall ist es während des Betriebs der Maschine und/oder für die Inbetriebnahme der Maschine wichtig zu wissen, in welcher Stellung sich die Maschine befindet, um im Betrieb eine definierte Bewegung mit Hilfe der Maschine ausführen zu können.
  • Bei Maschinen kommt es vor, dass deren Achse(n) bzw. Welle(n) im ausgeschalteten Zustand der Maschine bewegt werden, beispielsweise bei der Reinigung der Maschine. Dadurch ist beim Einschalten der Maschine eine undefinierte Stellung der Welle und/oder den damit gekoppelten Maschinenteilen vorhanden.
  • Für einige Anwendungsfälle wird die Maschine in einer beliebigen Applikation verbaut. Anschließend wird die Applikation mit der darin verbauten Maschine zum Anwender überführt. Bei dem Transport kann es vorkommen, dass beispielsweise die Welle einer Rotationsmaschine gedreht wird. Dadurch ist bei der Inbetriebnahme der Applikation eine undefinierte Stellung der Welle der Rotationsmaschine vorhanden.
  • Somit muss die Stellung der Welle der Rotationsmaschine bzw. die Stellung der damit gekoppelten Maschinenteile bei der Inbetriebnahme der Applikation neu initialisiert werden.
  • Dies bedeutet je nach Applikation einen großen Aufwand. Als Ergebnis davon verlängert sich die für die Inbetriebnahme benötigte Zeit, wodurch die Kosten für die Inbetriebnahme und damit die Applikation erhöht werden.
  • Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Positionserfassungssystem und ein Verfahren zur Erfassung einer Bewegung einer Maschine bereitzustellen, mit welchen die zuvor genannten Probleme gelöst werden können. Insbesondere sollen ein Positionserfassungssystem und ein Verfahren zur Erfassung einer Bewegung einer Maschine über mehrere Maschinenumdrehungen hinweg in deren betriebslosen Zustand bereitgestellt werden, mit welchen eine unaufwändige und kostengünstige Inbetriebnahme der Rotationsmaschine realisierbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Positionserfassungssystem zur Erfassung einer Bewegung einer Maschine nach Anspruch 1 gelöst. Das Positionserfassungssystem umfasst einen ersten Positionssensor zum Erfassen eines Magnetfelds, das sich an einer Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Magnetpolpaaren ausbildet, wobei jeweils Magnetpole unterschiedlicher Polarität nebeneinander angeordnet sind, einen zweiten Positionssensor zum Erfassen eines Magnetfelds an einem Einzelmagneten, der in einem Zentrum der Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Magnetpolpaaren und beabstandet von der Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Magnetpolpaaren angeordnet ist, und eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung von mindestens einem Erfassungsergebnis des ersten Positionssensors und mindestens einem Erfassungsergebnis des zweiten Positionssensors, das aufgrund einer Bewegung eines Elements der Maschine relativ zu den Positionssensoren erfasst wurde, wobei die Auswerteeinrichtung ausgestaltet ist, das mindestens eine Erfassungsergebnis des ersten Positionssensors und das mindestens eine Erfassungsergebnis des zweiten Positionssensors für eine Fehlererkennung in einer Auswertung der Erfassungsergebnisse der Positionssensoren heranzuziehen.
  • Das Positionserfassungssystem ist ein sehr kompaktes magnetisches Erfassungssystem, welches durch Redundanzen und Selbsttests die Fehlerwahrscheinlichkeit stark reduziert und damit einen hohen Sicherheitslevel erreicht. Hierbei ist das Positionserfassungssystem sehr robust gegenüber mechanischen Belastungen und Umwelteinflüssen. Außerdem ist das Positionserfassungssystem platzsparend und günstig in der Herstellung.
  • Durch die Konstruktion des Positionserfassungssystems ist die Anzahl der erfassbaren Umdrehungen nicht nach oben begrenzt. Zudem ist das Positionserfassungssystem derart ausgestaltet, dass ein vollkommen reproduzierbares Verhalten des Systems erzielbar ist.
  • Das Positionserfassungssystem bietet den großen Vorteil, dass die Stellung bzw. Position der Welle der Maschine und/oder die Stellung bzw. Position eines Rotors der Maschine immer mit großer Sicherheit erfasst werden kann. Hierbei bieten zwei Sensoren, welche eine Bewegung der Welle der Maschine bzw. die Stellung eines Rotors der Maschine erfassen, nicht nur eine sichere inkrementelle Position sondern auch eine sichere absolute Position. Dabei kann die damit vorhandene Redundanz, welche für die Bildung der sicheren inkrementellen Position erforderlich ist, für eine Fehlererkennung bei der sicheren absoluten Position genutzt werden.
  • Das Positionserfassungssystem kann derart ausgestaltet sein, dass die Position auch im betriebslosen Zustand einfach und sicher erfassbar ist. Dadurch ist die tatsächliche Stellung des Rotors der Maschine immer bekannt, auch wenn die Maschine beispielsweise im betriebslosen Zustand bewegt wird, insbesondere bei der Reinigung, oder von einem ersten Ort zu einem zweiten Ort transportiert wurde und sich dabei die Welle der Maschine gedreht hat, usw.. In Folge dessen kann eine Initialisierungsfahrt bei der Inbetriebnahme der Maschine entfallen.
  • Das Positionserfassungssystem ist zum besonders effizienten nutzen von Energie derart ausgestaltet, dass das Positionserfassungssystem erst aktiv wird, wenn tatsächlich eine Drehung der Welle bzw. des Rotors der Maschine stattfindet. Findet keine Drehung oder Bewegung mehr statt, wird das Positionserfassungssystem wieder inaktiv. Somit hat ein solches Positionserfassungssystem eine passive Funktionsweise. Das Positionserfassungssystem arbeitet sehr energiesparend, da ein Erfassen der absoluten Position innerhalb mehreren Umdrehungen mit Energiepuffer ohne permanente Stromversorgung möglich ist.
  • Ein weiterer Vorteil des Positionserfassungssystems besteht in seiner hohen Zuverlässigkeit. Dadurch ist das Positionserfassungssystem insbesondere für Rotationsmaschinen einsetzbar, bei denen eine sichere Bestimmung der Position gefordert wird.
  • Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des Positionserfassungssystems sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Das zuvor beschriebene Positionserfassungssystem kann zudem eine elektronische Schaltung und mindestens einen Schalter aufweisen, wobei die elektronische Schaltung ausgestaltet ist, als Reaktion auf den Empfang eines Signals von dem ersten oder zweiten Positionssensor, dass eine Änderung eines Magnetfelds erfasst wurde, ein Signal zur Ansteuerung des mindestens einen Schalters auszugeben, und wobei der mindestens eine Schalter ausgestaltet ist, die Erfassung mit dem anderen des ersten oder zweiten Positionssensors als Reaktion auf das von der elektronischen Schaltung ausgegebene Signal ein- oder auszuschalten.
  • Möglicherweise hat die Auswerteeinrichtung eine erste Steuereinheit zur Auswertung der Erfassungsergebnisse des ersten Positionssensors und eine zweite Steuereinheit zur Auswertung der Erfassungsergebnisse des zweiten Positionssensors. Zusätzlich oder alternativ hat der erste Positionssensor zur Erfassung einer inkrementellen Position in einer Bewegung eines Elements der Maschine ausgestaltet ist. Zusätzlich oder alternativ hat der zweite Positionssensor zur Erfassung der absoluten Position in einer Bewegung eines Elements der Maschine und zur Richtungserkennung der Bewegung des Elements der Maschine ausgestaltet ist.
  • Die Auswerteeinrichtung kann zur Auswertung der absoluten Position innerhalb mehrerer Umdrehungen des Elements der Maschine ausgestaltet sein.
  • Das Positionserfassungssystem hat möglicherweise zudem eine Energieversorgungseinrichtung zur Versorgung des ersten Positionssensors, der elektronischen Schaltung, des mindestens einen Schalters und der zweiten Steuereinheit mit elektrischer Energie.
  • Es ist denkbar, dass der erste Positionssensor und der zweite Positionssensor jeweils ein TMR-Sensor ist, oder der erste Positionssensor ein TMR-Sensor ist und der zweite Positionssensor ein parametrierbarer Hall-Sensor ist.
  • Die elektronische Schaltung kann eine Flip-Flop-Schaltung aufweisen.
  • Mindestens ein zuvor beschriebenes Positionserfassungssystem kann Teil einer Maschine sein, die zudem mindestens ein bewegbares Element aufweist, das mit der Maschine in eine Drehbewegung antreibbar ist, wobei das mindestens eine Positionserfassungssystem zur Erfassung einer Bewegung des mindestens einen bewegbaren Elements, insbesondere im betriebslosen Zustand der Maschine, vorgesehen ist. Hierbei ist das mindestens eine Element der Maschine der Rotor oder die Welle der Maschine.
  • Mindestens ein zuvor beschriebenes Positionserfassungssystem kann Teil einer Anlage sein, die zudem mindestens ein anzutreibendes Anlagenelement und mindestens eine Maschine zum Antrieb des mindestens einen anzutreibenden Anlagenelements in eine Drehbewegung oder eine lineare Bewegung aufweist. Hierbei ist das mindestens eine Positionserfassungssystem zur Erfassung einer Bewegung mindestens eines Elements einer Maschine, in deren betriebslosen Zustand, vorgesehen bzw. ausgestaltet.
  • Die Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zur Erfassung einer Bewegung einer Maschine mit einem Positionserfassungssystem nach Anspruch 12 gelöst. Das Positionserfassungssystem hat einen ersten Positionssensor, einen zweiten Positionssensor, und eine Auswerteeinrichtung, wobei das Verfahren die Schritte aufweist Erfassen, mit dem ersten Positionssensor, eines Magnetfelds, das sich an einer Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Magnetpolpaaren ausbildet, wobei jeweils Magnetpole unterschiedlicher Polarität nebeneinander angeordnet sind, Erfassen, mit einem zweiten Positionssensor, eines Magnetfelds an einem Einzelmagneten, der in einem Zentrum der Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Magnetpolpaaren und beabstandet von der Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Magnetpolpaaren angeordnet ist, und Auswerten, mit der Auswerteeinrichtung, von mindestens einem Erfassungsergebnis des ersten Positionssensors und mindestens einem Erfassungsergebnis des zweiten Positionssensors, das aufgrund einer Bewegung eines Elements der Maschine relativ zu den Positionssensoren erfasst wurde, wobei die Auswerteeinrichtung das mindestens eine Erfassungsergebnis des ersten Positionssensors und das mindestens eine Erfassungsergebnis des zweiten Positionssensors für eine Fehlererkennung in einer Auswertung der Erfassungsergebnisse der Positionssensoren heranzieht.
  • Das Verfahren erzielt die gleichen Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf das Positionserfassungssystem genannt sind.
  • Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich des Ausführungsbeispiels beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
  • Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Ansicht einer Anlage mit einer Maschine, die in Teilschnittansicht dargestellt ist und an die ein Positionserfassungssystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel angebaut ist;
    • 2 eine dreidimensionale Ansicht des Positionserfassungssystems zusammen mit dessen elektrischen Aufbau in einem Blockschaltbild gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
    • 3 ein Prinzipschaltbild zum Ein- und Ausschalten des Positionserfassungssystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
    • 4 ein Prinzipschaltbild zum Ein- und Ausschalten eines Positionserfassungssystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
    • 5 ein Prinzipschaltbild zum Ein- und Ausschalten eines Positionserfassungssystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel; und
    • 6 ein Prinzipschaltbild zum Ein- und Ausschalten eines Positionserfassungssystems gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
  • In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt eine Anlage 1 mit einer Maschine 10, einem Positionserfassungssystem 20, einem Wicklungstemperatursensor 30 und einem von der Maschine 10 bewegbaren Anlagenelement 40.
  • Die Anlage 1 kann eine Transporteinrichtung zum Transport eines Gegenstands sein oder aufweisen, wie beispielsweise ein Roboter, der mehr als eine Maschine 10 aufweist, ein Transportband, bei welchem eine Rotationsmaschine und/oder eine Linearmaschine zum Einsatz kommt, usw.. Insbesondere ist oder hat die Anlage 1 eine Bewegungsvorrichtung zum Bewegen eines Werkstücks und/oder eines Werkzeugs zur Bearbeitung des Werkstücks, wobei die Bewegungsvorrichtung die Maschine 10 verwendet oder aufweist. Die Anlage 1 kann alternativ ein Mischwerk sein oder aufweisen. Weiter alternativ kann die Anlage 1 eine Schleuder sein oder aufweisen. Es sind beliebige andere Anwendungsmöglichkeiten für die Anlage 1 denkbar.
  • Werden bei der Maschine 10 entsprechende Magnetfelder erzeugt, ist ein Rotor 11 relativ zu einem Stator 12 um eine Maschinenachse bzw. Welle 13 drehbar, an welcher der Rotor 11 montiert ist. Die Welle 13 ist mit Lagern 15 an einem Gehäuse 16 der Maschine 10 drehbar gelagert. Mit dem Wicklungstemperatursensor 30 ist die Temperatur von Spulenwicklungen des Stators 12 erfassbar.
  • Das Positionserfassungssystem 20 ist an der Maschine 10 von 1 zur Erfassung der Drehung der Welle 13 und damit auch des Rotors 11 vorgesehen und angeordnet. Hierfür hat das Positionserfassungssystem 20 zwei Positionssensoren 21, 22, welche die Bewegung von Magneten an einem Polrad 200 erkennen können. Das Polrad 200 ist an einer magnetischen Entkopplungseinheit 135 fest mit der Welle 13 mechanisch gekoppelt. Die magnetische Entkopplungseinheit 135 ist aus nicht-ferromagnetischem Material hergestellt. Dadurch bewirkt die Entkopplungseinheit 135 eine magnetische Entkopplung, auch wenn eine mechanische Kopplung mit der Welle 13 vorhanden ist. Die Positionssensoren 21, 22 sind an einer Elektronikbaugruppe 203 des Positionserfassungssystems 20 montiert. Neben den nachfolgend beschriebenen Funktionen ist die Elektronikbaugruppe 203 noch zur Verarbeitung der Erfassungsergebnisse des Wicklungstemperatursensors 30 ausgestaltet.
  • Die Maschine 10 ist insbesondere eine der nachfolgend genannten Maschinen, nämlich ein Motor, ein Generator, eine Wechselstrommaschine, eine Drehstrommaschine, eine Hydraulikmaschine, pneumatische Maschine, usw. Die Maschine 10 muss jedoch keine Rotationsmaschine sein, sondern kann alternativ eine Linearmaschine sein, bei welcher sich ein Rotor linear über einen Stator bewegt.
  • 2 zeigt den Aufbau des Positionserfassungssystems 20 gemäß einem speziellen Beispiel genauer. Hierbei ist auf der linken Seite von 2 der mechanische Aufbau des Positionserfassungssystems 20 gezeigt. Das Positionserfassungssystem 20 hat das Polrad 200, das an der Welle 13 angeordnet ist.
  • Die Welle 13 ist um eine Drehachse 130 drehbar. Die Drehachse 130 der Welle 13 ist bei dem Beispiel von 2 gleich der Drehachse des Polrads 200. Eine derartige Anordnung ist in Bezug auf den geringsten Platzbedarf optimiert. Steht mehr Platz zur Verfügung oder verlangt es die Anwendung, kann die Bewegung der Drehachse 130 alternativ von einer anderen Welle abgegriffen werden, die hier nicht gezeigt ist und mit der Drehachse 130 gekoppelt ist, insbesondere über ein Getriebe.
  • Auf der rechten Seite von 2 ist der elektrische Aufbau der Elektronikbaugruppe 203 in einem schematischen Blockschaltbild veranschaulicht. Zusätzlich zu dem ersten Positionssensor 21 und dem zweiten Positionssensor 22 hat das Positionserfassungssystem 20 bei der Elektronikbaugruppe 203 eine Auswerteeinrichtung 205 mit einer ersten und zweiten Steuereinheit 210, 220.
  • Der erste Positionssensor 21 ist als inkrementeller Sensor mit einer Vielzahl von Magneten 211, 212 mit ersten Magnetpolen 211 und zweiten Magnetpolen 212 ausgestaltet, die sich gegenseitig abstoßen bzw. unterschiedliche Polarität haben. Die Magnete 211, 212 des ersten Positionssensors 21, genauer gesagt deren erste und zweite Magnetpole 211, 212 sind in 2 abwechselnd entlang des Umfangs des Polrads 200 an einer Innenwand des Polrads 200 angeordnet. Alternativ ist es jedoch möglich, die ersten und zweiten Magnetpole 211, 212 abwechselnd entlang des Umfangs des Polrads 200 an einer Außenwand des Polrads 200 anzuordnen. In 2 sind der Übersicht halber nicht alle Magnetpole 211, 212 mit einem Bezugszeichen versehen. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der erste Positionssensor 21 ein Winkelsensor.
  • Die Anzahl der Paare von ersten und zweiten Magnetpolen 211, 212 des ersten Positionssensors 21 bestimmt die Auflösung, mit welcher die Erfassung der Position der Welle 13 bei ihrer Drehung um die Drehachse 130 möglich ist. Bei dem vorliegenden Beispiel sind 11 Paare von ersten und zweiten Magnetpolen 211, 212 vorgesehen. Je mehr Paare von ersten und zweiten Magnetpolen 211, 212 vorhanden sind, desto größer ist die Auflösung der Erfassung. Zudem gilt, je mehr Paare von ersten und zweiten Magnetpolen 211, 212 vorhanden sind, desto höhere Güte ist erzielbar, mit anderen Worten desto besser ist eine inkrementelle Positionsauswertung mit der ersten Steuereinheit 210 durchführbar. Hierfür sendet der erste Positionssensor 21 seine Erfassungsergebnisse in Form eines Signals 215 an die erste Steuereinheit 210. Die Erfassungsergebnisse bzw. das Signal 215 werden von dem ersten Positionssensor 21 mit einem vorbestimmten Takt bzw. in vorbestimmten zeitlichen Abständen erfasst und an die erste Steuereinheit 210 gesendet.
  • Ein Magnet 221, 222 des zweiten Positionssensors 22 ist im Zentrum des Polrads 200 angeordnet. Der Magnet 221, 222 hat einen ersten Magnetpol 221 und einem zweiten Magnetpol 222, die sich gegenseitig abstoßen bzw. unterschiedliche Polarität haben. Der Magnet 221, 222 ist bei dem Beispiel von 2 ein Rundmagnet. Der Magnet 221, 222 des zweiten Positionssensors 22 ist auch im Zentrum der Magnete 211, 212 des ersten Positionssensors 21 angeordnet. Das Zentrum des Magneten 221, 222 und das Zentrum der Welle 13 ist bei dem Beispiel von 2 gleich. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der zweite Positionssensor 22 ein Winkelsensor. Beispielsweise hat ein Winkelsensor zwei magnetische Sensoren, die um etwa 90° versetzt in einem Chip montiert sind. Alternativ hat ein Winkelsensor zwei magnetische Sensoren, die um etwa 90° versetzt auf einer Leiterkarte montiert sind. Es sind jedoch alle anderen Ausführungen für einen Winkelsensor denkbar, die einen Winkel erfassen können.
  • Ist es aus sicherheitstechnischen Gründen erforderlich, kann anstelle eines Rundmagnets für den zweiten Positionssensor 22 ein eckiger Magnet gewählt werden, mit welchem ein Formschluss zur Montage des Magnets 221, 222 möglich ist. Der Formschluss stellt sicher, dass sich der Magnet 221, 222 nicht aus seiner Montageposition lösen kann. Dagegen kann sich ein Rundmagnet einfacher aus seiner Montageposition lösen. Da ein Rundmagnet jedoch günstiger als ein eckiger Magnet ist, wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Fehler des Lösens des Rundmagnets durch die zweite Magneteinheit aufgedeckt, wie nachfolgend noch genauer beschrieben.
  • Der zweite Positionssensor 22 sendet seine Erfassungsergebnisse als Signal 225 über eine Kommunikationsleitung 227 an die zweite Steuereinheit 220. Hierbei werden die Erfassungsergebnisse bzw. das Signal 225 von dem zweiten Positionssensor 22 mit einem vorbestimmten Takt bzw. in vorbestimmten zeitlichen Abständen erfasst und an die zweite Steuereinheit 220 gesendet.
  • Bei einer Linearmaschine kann anstelle eines Polrads 200 eine Vielzahl von Magneten 211, 212 Verwendung finden, die entlang der Länge eines Stators der Linearmaschine in einer Reihe aneinander aufgereiht sind. In einem solchen Fall sind der erste und zweite Positionssensor 21, 22 Längenerfassungssensoren. Hier werden möglichst viele Teilungsperioden pro Längeneinheit benötigt.
  • Die erste Steuereinheit 210 ist insbesondere ein Mikrocontroller mit einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) 213 und mindestens einer Speichereinheit 214. Außerdem ist die zweite Steuereinheit 220 insbesondere ein Mikrocontroller mit einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) 223 und mindestens einer Speichereinheit 224.
  • Die Auswerteeinrichtung 205 weist die Steuereinheiten 210, 220 auf. Die Steuereinheiten 210, 220 sind miteinander verbunden, so dass Daten 230 zwischen den Steuereinheiten 210, 220 übertragbar sind. Dadurch kann jede der Steuereinheiten 210, 220 die Erfassungsergebnisse bzw. Signale 215, 225 beider Sensoren 21, 22 bei ihrer Auswertung verwenden. Außerdem kann das Auswerteergebnis der Steuereinheiten 210, 220 als Daten 230 zwischen den Steuereinheiten 210, 220 übertragen werden, so dass auch jede Steuereinheit 210, 220 darauf zugreifen kann. Zudem kann zumindest eine der Steuereinheit 210, 220 auswerten, wie viele Umdrehungen die Welle 13 in der Drehrichtung TR bzw. gegen den Uhrzeigersinn ausgeführt hat. Außerdem kann die Auswerteeinrichtung 205 auswerten, wie viele Umdrehungen die Welle 13 entgegen der Drehrichtung TR bzw. in Richtung des Uhrzeigersinns ausgeführt hat. Daraus kann ebenfalls die absolute Position der Welle 13 ermittelt werden. Daraus resultierende Auswerteergebnisse umfassen eine sichere Position, welche zu einer Fehlererkennung in der Positionserfassung heranziehbar ist. In jedem Fall bildet die Auswerteeinrichtung 205 mit der Steuereinheit 220 auf der Grundlage der Erfassungsergebnisse des Sensors 22 die absolute Position der Welle 13. Durch einen Vergleich der von den Steuereinheiten 210, 220 gebildeten inkrementellen Positionen wird eine Fehleraufdeckung realisiert, so dass die sichere Position bestimmbar ist. Die Fehleraufdeckung deckt hierbei einen Teil der möglichen Fehler auf, welche sich bei der Bildung der absoluten Position der Welle 13 auswirken können.
  • Die Auswerteeinrichtung 205 ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Teil der Maschine 10. Alternativ kann zumindest eine der Steuereinheiten 210, 220 extern von der Maschine 10 vorgesehen sein. Zudem ist die Auswerteeinrichtung 205 mit einer externen Vorrichtung 50 verbunden, die beispielsweise eine Steuerzentrale (Host) ist. Die Auswerteeinrichtung 205 ist ausgestaltet, die zuvor genannten Auswerteergebnisse in Daten 240 an die externe Vorrichtung 50 zu senden, wenn die Maschine 10 eingeschaltet ist. Die Auswerteergebnisse, und somit die Daten 240, umfassen die sichere Position, die von der zweiten Steuereinheit 220 im ausgeschalteten Zustand der Maschine 10 sicher gebildet wurde.
  • Somit stellt das Positionserfassungssystem 20 zum einen eine Erfassung der absoluten Position der Welle 13 bzw. des Rotors 11 mit dem zweiten Positionssensor 22 und der Auswertung der absoluten Position der Welle 13 bzw. des Rotors 11 mit der zweiten Steuereinheit 220 bereit. In der Steuereinheit 220 ist das Erfassungsergebnis bzw. das Signal 225 des zweiten Positionssensors 22 zudem verwendbar, um die Richtung zu erkennen, in welcher sich die Welle 13 als Element der Maschine 10 bewegt. Zum anderen stellt das Positionserfassungssystem 20 auch eine inkrementelle Positionserfassung mittels des ersten Positionssensors 21 sowie eine inkrementelle Positionsauswertung mittels der ersten Steuereinheit 210 bereit, welche für die hochauflösende Position benötigt wird. In der Steuereinheit 210 ist das Erfassungsergebnis bzw. das Signal 215 des ersten Positionssensors 21 zudem verwendbar, um die Richtung zu erkennen, in welcher sich die Welle 13 als Element der Maschine 10 bewegt. Hierbei bilden die Absolutpositionserfassung mittels des zweiten Positionssensors 22 und die hochauflösende Positionserfassung mittels des ersten Positionssensors 21 ein Gesamtsystem. In dem Gesamtsystem sind die Absolutpositionserfassung und hochauflösende Positionserfassung voneinander abhängige Systeme.
  • Dadurch ist eine Redundanz vorhanden, welche für die Bildung einer sicheren inkrementellen Position erforderlich ist, die mit dem ersten Positionssensor 21 und mit dem Positionssensor 22 erfasst wird. Diese Redundanz kann für eine Fehlererkennung bei der sicheren absoluten Position genutzt werden, die mit dem zweiten Positionssensor 22 erfasst wird. Hierbei können die beiden Erfassungsergebnisse bzw. Signale 215, 225 der beiden Sensoren 21, 22 mit einer vorbestimmten Vergleichsvorschrift miteinander verglichen werden. Liefern die Erfassungsergebnisse bzw. Signale 215, 225 voneinander abweichende Ergebnisse für die Position, erkennt die Auswerteeinrichtung 205 das Positionsergebnis als Fehler. Wird ein Fehler erkannt, kann die Auswerteeinrichtung 205 keine absolute Position mehr senden. Somit interpretiert die externe Vorrichtung 50 das Fehlen der entsprechenden Daten 240 als Fehler. Ein Fehler kann beispielsweise durch Ablösen eines Magneten 211, 212 oder des Magneten 221, 222 vom Polrad 200 auftreten. Es sind jedoch andere Fehler denkbar.
  • Der Vorteil einer solchen Konstruktion und Konfiguration des Positionserfassungssystems 20 liegt darin, dass die Bauteile, wie der zweite Positionssensor 22 und die Steuereinheit 220, für die Bildung einer sicheren inkrementellen Position der Welle 13 bzw. des Rotors 11 verwendet werden. Da in dieser Betriebsart viele Fehler aufgedeckt bzw. diagnostiziert werden, ist eine einkanalige Bildung der sicheren absoluten Position der Welle 13 bzw. des Rotors 11 durch den zweiten Positionssensor 22 und die zweite Steuereinheit 220 mit hohem Diagnosedeckungsgrad machbar.
  • Wird die Redundanz nicht benötigt, können nur der zweite Positionssensor 22 und die Steuereinheit 220 vorgesehen sein. In diesem Fall ist kein Polrad 200 mit dem ersten Positionssensor 21 und keine erste Steuereinheit 210 vorhanden.
  • Alternativ ist es möglich, bei der Konfiguration des Positionserfassungssystems 20 die erste Steuereinheit 210 und/oder den ersten Positionssensor 21 je nach Redundanzbedarf ein- oder auszuschalten. In diesen genannten Fällen ist jedoch dann die Auflösung und Güte der mit der Auswerteeinrichtung 205 ermittelten Position geringer.
  • 3 zeigt den elektrischen Aufbau des Positionserfassungssystems 20 für den Fall genauer, dass eine betriebslose Positionserfassung der Welle 13 erforderlich ist. Das Positionserfassungssystem 20 hat zusätzlich zu dem ersten und zweiten Positionssensor 21, 22, eine elektronische Schaltung 23, Schalter 24, 25, eine erste Energieversorgungseinrichtung 26, eine zweite Energieversorgungseinrichtung 27 und die Auswerteeinrichtung 205. Die Schalter 24, 25 sind beispielsweise Transistoren, insbesondere Metalloxid-Halbleiter-Transistoren. Die Schaltung 23 ist beispielsweise eine FlipFlop-Schaltung, insbesondere eine Komparator-FlipFlop-Schaltung.
  • Der Magnet 221, 222 für den zweiten Positionssensor 22 ist tatsächlich im Zentrum des Polrades 200 angeordnet, wie in 2 gezeigt, auch wenn der Magnet 221, 222 in 3 aus Gründen der Übersichtlichkeit der Darstellung separat von dem Polrad 200 dargestellt ist.
  • Bei einer ersten Betriebsart der Schaltung von 3 ist die elektronische Schaltung 23 über eine Versorgungsleitung 260 und den Schalter 25 mit der ersten Energieversorgungseinrichtung 26 verbunden. Zudem ist der zweite Positionssensor 22 zusätzlich über eine Versorgungsleitung 261 mit der Energieversorgungseinrichtung 26 verbunden. Dadurch sind sowohl der zweite Positionssensor 22 als auch die elektronische Schaltung 23 mit elektrischer Energie von der Energieversorgungseinrichtung 26 versorgbar, wenn der Schalter 25 entsprechend geschaltet ist. Bei einer zweiten Betriebsart der Schaltung von 3 wird der zweite Positionssensor 22 über die Versorgungsleitungen 260, 261 und den entsprechend geschalteten Schalter 24 mit der zweiten Energieversorgungseinrichtung 27 verbunden. Somit sind der zweite Positionssensor 22 und die elektronische Schaltung 23 immer von einer der Energieversorgungseinrichtungen 26, 27 mit Energie versorgt.
  • Dagegen hat die zweite Steuereinheit 220 in Bezug auf die Energieversorgung durch die Energieversorgungseinrichtungen 26, 27 drei mögliche Betriebsarten. In einer ersten Betriebsart ist die zweite Steuereinheit 220 durch die elektronische Schaltung 23 ausgeschaltet, da die elektronische Schaltung 23 mittels des zweiten Positionssensors 22 keine Drehung erkennt und die zweite Energieversorgungseinrichtung 27 ausgeschaltet ist. In einer zweiten Betriebsart wird die zweite Steuereinheit 220 aus der ersten Energieversorgungseinrichtung 26 mit Energie versorgt, da die elektronische Schaltung 23 mittels des zweiten Positionssensors 22 eine Drehung erkennt und daher die zweite Steuereinheit 220 einschaltet. In einer dritten Betriebsart ist die zweite Steuereinheit 220 über die Versorgungsleitung 262 über den Schalter 24 mit der Energieversorgungseinrichtung 27 verbunden und wird so aus der ersten Energieversorgungseinrichtung 27 mit Energie versorgt, da die externe Vorrichtung 50 die zweite Energieversorgungseinrichtung 27 mit Energie versorgt.
  • Die zweite Energieversorgungseinrichtung 27 versorgt die Steuereinheiten 210, 220 über Versorgungsleitungen 262, 263 von einem Energieversorgungsnetz mit elektrischer Energie, insbesondere einer wählbaren Spannung VCC. Dagegen ist die erste Energieversorgungseinrichtung 26 als Batterie ausgestaltet, welche die Steuereinheit 220 ebenfalls mit der wählbaren Spannung VCC versorgen kann. Die Größe der elektrischen Spannung VCC ist je nach Bedarf wählbar. Die Energieversorgungseinrichtung 26 kann als nicht wiederaufladbare Batterie oder als wiederaufladbare Batterie, also Akkumulator, ausgestaltet sein. Alternativ oder zusätzlich ist die Energieversorgungseinrichtung 26 zumindest teilweise als Energiequelle ausgestaltet, die Energie aus der Umgebung der Maschine 10 erzeugt, was als sogenanntes Energieharvesting bekannt ist. Hierfür kann die Energieversorgungseinrichtung 26 beispielsweise Vibrationen, Temperaturunterschiede, Lichtenergie, Luftströmungen, usw. in der Umgebung nutzen.
  • Eine Betriebsart zum Versorgen der Steuereinheit 220 von der zweiten Energieversorgungseinrichtung 27 ist, wenn die Maschine 10 bereits fertig installiert ist und im Normalbetrieb betrieben wird. Eine Betriebsart zum Versorgen der Steuereinheit 220 von der ersten Energieversorgungseinrichtung 26 ist, wenn kein Energieversorgungsnetz verfügbar oder eingeschaltet ist, beispielsweise, wenn die Maschine 10 und die Energieversorgungseinrichtung 26 ausgeschaltet ist oder wenn die Maschine 10 transportiert wird, insbesondere von der Fabrik zu dem Montageort der Maschine 10, wie zuvor beschrieben.
  • Somit ist die Funktion des Positionserfassungssystems 20 auch im betriebslosen Zustand der Maschine 10 von 1 gewährleistet. Je nach Betriebsart kann somit die zweite Steuereinheit 220 wahlweise von der ersten Energieversorgungseinrichtung 26 oder der zweiten Energieversorgungseinrichtung 27 versorgt werden. Dagegen sind die erste Steuereinheit 210 und der erste Positionssensor 21 in der Schaltung von 3 derart verschaltet, dass die erste Steuereinheit 210 und der erste Positionssensor 21 nur von der zweiten Energieversorgungseinrichtung 27 versorgbar sind.
  • Bei dem Positionserfassungssystem 20 führt der zweite Positionssensor 22 die Funktion des Ein- oder Ausschaltens der Schaltung 23 aus, wie nachfolgend beschrieben.
  • Bewegt sich bei der Maschine von 1 der Rotor 11 bzw. die Welle 13 relativ zu dem Stator 12, ändert sich an dem Polrad 200 ein Magnetfeld H, das in 3 bei den Sensoren 21, 22 nur sehr schematisch veranschaulicht ist. Das Magnetfeld H bzw. dessen Änderung ist von dem ersten und zweiten Positionssensor 21, 22 erfassbar. Der erste und zweite Positionssensor 21, 22 sind als Magnetfelddetektoren ausgestaltet, die insbesondere TMR-Sensoren (TMR = tunnel magnetoresistance = magnetischer Tunnelwiderstand) sind.
  • Erfasst der zweite Positionssensor 22 ein Magnetfeld H oder einen Magnetfeldwechsel, gibt der zweite Positionssensor 22 ein Erfassungsergebnis in Form eines analogen oder digitalen Signals 225 aus. Das Erfassungsergebnis bzw. das Signal 225 wird an die elektronische Schaltung 23 und an die zweite Steuereinheit 220 übertragen. Ist das Erfassungsergebnis ein analoges Signal 225, digitalisiert die elektronische Schaltung 23 das analoge Signal 225. Die elektronische Schaltung 23 schaltet bei einer Erfassung eines Magnetfelds H oder eines Magnetfeldwechsels mit dem zweiten Positionssensor 22 die Energieversorgung der zweiten Steuereinheit 220 ein, wie zuvor erwähnt. In der zweiten Steuereinheit 220 wird das Erfassungsergebnis bzw. das Signal 225 in der in 2 gezeigten Speichereinheit 223 gespeichert und kann ausgewertet werden, wie zuvor beschrieben. Die zweite Steuereinheit 220 speichert auch das Auswerteergebnis, bzw. die absolute Position in der Speichereinheit 223.
  • Die elektronische Schaltung 23 ist derart ausgestaltet, dass sie das Erfassungsergebnis in Form des analogen oder digitalen Signals 225empfangen kann und eine Flanke des digitalen oder digitalisierten analogen Signals 225 erkennen kann. Erkennt die elektronische Schaltung 23 eine Flanke des digitalen oder digitalisierten analogen Signals 225, gibt die elektronische Schaltung 23 ein Signal 235 über eine Kommunikationsleitung 237 an den Schalter 24 aus. Infolgedessen schaltet der Schalter 24 die zweite Steuereinheit 220 ein. Hierfür verbindet der Schalter 24 die ersten Energieversorgungseinrichtung 26 mit der zweiten Steuereinheit 220. Dadurch wird die zweite Steuereinheit 220 eingeschaltet.
  • In Folge dessen erfasst die zweite Steuereinheit 220 jede Bewegung der Welle 13 als Element der Maschine 10 und kann diese Bewegung auswerten.
  • Zudem sind auch die erste Steuereinheit 210 und der erste Positionssensor 21 direkt mit der zweiten Energieversorgungseinrichtung 27 verbunden. In diesem Fall werden auch die Erfassungsergebnisse bzw. das Signal 215 des ersten Positionssensors 21 als analoges oder digitales Signal über die Kommunikationsleitung 217 an die erste Steuereinheit 210 gesendet und in der in 2 gezeigten Speichereinheit 213 gespeichert, wie zuvor beschrieben. Die erste Steuereinheit 210 und der erste Positionssensor 21 sind nicht direkt an der Bildung der absoluten Position beteiligt, wie zuvor beschrieben.
  • Dadurch kann die absolute Position der Welle 13 als Element der Maschine 10 bei mehreren Umdrehungen erfasst und ausgewertet werden. Zudem können Bewegungen der Welle 13 im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn erfasst werden und zur Auswertung der absoluten Position der Welle 13 berücksichtigt werden.
  • Ist die zweite Steuereinheit 220 eingeschaltet, hält die zweite Steuereinheit 220 ihre elektrische Energieversorgung über eine der Einrichtungen 26, 27 aufrecht, bis der zweite Positionssensor 22 kein Magnetfeld H mehr erfasst bzw. bis die zu erfassende Drehbewegung endet oder langsam ist Wird jedoch wieder ein Magnetfeld H oder einen Magnetfeldwechsel erfasst bzw. geht die Drehbewegung weiter, schaltet die elektronische Schaltung 23 die Stromversorgung zu der zweiten Steuereinheit 220 wieder ein, wie zuvor beschrieben. Die Flankendetektion dient somit zum Aufwecken der Positionserkennungselektronik, die durch mindestens die Steuereinheit 220 realisiert ist, und stellt eine Drehbewegungserkennung in Bezug auf die Welle 13 als Element der Maschine 10 sicher.
  • Das Positionserfassungssystem 20 erkennt auf diese Weise die Bewegung des Elements 11, 13 der Maschine 10, wacht auf und zählt die Umdrehungen der Welle 13 und damit des Rotors 11 als Elemente 11, 13 der Rotationsmaschine 10. Anschließend legt sich das Positionserfassungssystem 20 wieder schlafen. So bleibt die Position der Elemente 11, 13 der Maschine 10 erhalten und die Anlage 1 kann nach dem Ausschalten wieder ohne erneute Initialisierung oder im Falle eines Transports bei dem Montageort bzw. dem Anwender der Maschine 10 bzw. der Anlage 1 in Betrieb genommen werden.
  • 4 zeigt den elektrischen Aufbau eines Positionserfassungssystems 20A gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel genauer. Auch mit dem Positionserfassungssystem 20A ist bei Bedarf eine betriebslose Positionserfassung der Welle 13 möglich. Das Positionserfassungssystem 20A ist in weiten Teilen auf die gleiche Weise aufgebaut, wie in Bezug auf das Positionserfassungssystem 20 des vorangehenden Ausführungsbeispiels besch rieben.
  • Bei dem Positionserfassungssystem 20A sind im Unterschied zu dem Positionserfassungssystem 20 gemäß dem vorangehenden Ausführungsbeispiel zusätzlich mindestens zwei Hallsensoren 201, 202 vorgesehen, welche die Magnetfeldänderung an dem Magneten 221, 222 erfassen, der im Zentrum des Polrads 200 angeordnet ist. Zudem ist eine zusätzliche elektronische Schaltung 230 vorgesehen, welche wie die elektronische Schaltung 23 aufgebaut sein kann.
  • Erfasst der Hallsensor 201 eine Magnetfeldänderung an dem Magneten 221, 222, sendet der Hallsensor 201 ein analoges oder digitales Signal 207 an die elektronische Schaltung 230. Erfasst der Hallsensor 202 eine Magnetfeldänderung an dem Magneten 221, 222, sendet der Hallsensor 201 ein analoges oder digitales Signal 208 an die elektronische Schaltung 23. Erkennt mindestens eine der elektronischen Schaltungen 23, 230 eine Flanke des digitalisierten analogen Signals oder des digitalen Signals, gibt die entsprechende elektronische Schaltung 23, 230 das Signal 235 an den Schalter 24 aus, so dass der Schalter 24 die zweite Steuereinheit 220 einschaltet, wie zuvor in Bezug auf 3 beschrieben. Erfasst dann der zweite Positionssensor 22 eine Magnetfeldänderung an dem Magneten 221, 222, sendet der zweite Positionssensor 22 sein Erfassungsergebnis bzw. das Signal 225 an die zweite Steuereinheit 220. Auch wenn die erste Steuereinheit 210 und der erste Positionssensor 21 an der Bildung der absoluten Position nicht beteiligt sind, sind optional auch die erste Steuereinheit 210 und der erste Positionssensor 21 von der zweiten Energieversorgungseinrichtung 27 versorgbar. In diesem Fall werden auch die Erfassungsergebnisse bzw. das Signal 215 des ersten Positionssensors 21 als analoges oder digitales Signal über die Kommunikationsleitung 217 an die erste Steuereinheit 210 gesendet und behandelt, wie zuvor beschrieben.
  • Das Ausschalten der zweiten Steuereinheit 220 erfolgt, wenn von den Hallsensoren 201, 202 keine Magnetfeldänderung an dem Magneten 221, 222 mehr erfasst wird, wie in Bezug auf 3 für die zweite Steuereinheit 220 zuvor beschrieben.
  • Auch auf diese Weise kann das Aufwecken und Schlafenlegen der Positionserkennungselektronik realisiert werden. Somit wird auch mit der Schaltung von 4 eine Drehbewegungserkennung in Bezug auf die Welle 13 als Element der Maschine 10 sichergestellt.
  • 5 zeigt den elektrischen Aufbau eines Positionserfassungssystems 20B gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel genauer. Auch mit dem Positionserfassungssystem 20B ist bei Bedarf eine betriebslose Positionserfassung der Welle 13 möglich. Das Positionserfassungssystem 20B ist in weiten Teilen auf die gleiche Weise aufgebaut, wie in Bezug auf das Positionserfassungssystem 20 des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben.
  • Bei dem Positionserfassungssystem 20B sind jedoch im Unterschied zu dem Positionserfassungssystem 20 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nur ein Schalter 24 und keine Steuereinheit 210 vorgesehen. Zudem ist der erste Positionssensor 21 zur Ausgabe eines digitalen Signals 216 an die elektronische Schaltung 23 vorgesehen.
  • Erfasst somit der erste Positionssensor 21 eine Magnetfeldänderung an den Magneten 211, 212, sendet der erste Positionssensor 21 das analoge oder digitale Signal 216 an die elektronische Schaltung 23. Erkennt die elektronische Schaltung 23 eine Flanke des digitalisierten analogen oder digitalen Signals 216, gibt die elektronische Schaltung 23 das Signal 235 an den Schalter 24 aus, so dass der Schalter 24 die zweite Steuereinheit 220 einschaltet, wie zuvor in Bezug auf 3 beschrieben. Das Ausschalten des Schalters 24 erfolgt, wenn von dem ersten Positionssensor 21 keine Magnetfeldänderung an dem Magneten 221, 222 mehr erfasst wird, wie in Bezug auf 3 für die Schaltung 23 zuvor beschrieben. Alternativ oder zusätzlich kann wieder das Ausschalten der zweiten Steuereinheit 220 erfolgen, wie bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen beschrieben.
  • Auch auf diese Weise kann das Aufwecken und Schlafenlegen der Positionserkennungselektronik realisiert werden. Somit wird auch mit der Schaltung von 5 eine Drehbewegungserkennung in Bezug auf die Welle 13 als Element der Maschine 10 sichergestellt. Da jedoch nur die zweite Steuereinheit 220 und nicht die erste Steuereinheit 210 vorgesehen ist, bietet das Positionserfassungssystem 20B einen geringeren Sicherheitslevel als die Positionserfassungssysteme 20, 20A der vorangehenden Ausführungsbeispiele.
  • 6 zeigt den elektrischen Aufbau eines Positionserfassungssystems 20C gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel genauer. Auch mit dem Positionserfassungssystem 20C ist bei Bedarf eine betriebslose Positionserfassung der Welle 13 möglich. Das Positionserfassungssystem 20B ist in weiten Teilen auf die gleiche Weise aufgebaut, wie in Bezug auf das Positionserfassungssystem 20B des vorangehenden Ausführungsbeispiels besch rieben.
  • Bei dem Positionserfassungssystem 20C ist jedoch im Unterschied zu dem Positionserfassungssystem 20B gemäß dem vorangehenden Ausführungsbeispiel nur einer der Positionssensoren 21, 22, beispielsweise der Positionssensor 21 vorgesehen. Zudem empfängt die elektronische Schaltung 23 zunächst die Erfassungsergebnisse dieses einen Sensors 21, also bei dem Beispiel von 6 des ersten Positionssensors 21, und bildet aufgrund dessen das digitale Signal 235 zum Einschalten oder Ausschalten des Schalters 24. Hierfür kann die elektronische Schaltung 23 zudem ein digitales Signal 218 verwenden, welches von der zweiten Steuereinheit 220 ausgegeben wird.
  • Auch auf diese Weise kann das Aufwecken und Schlafenlegen der Positionserkennungselektronik realisiert werden. Somit wird auch mit der Schaltung von 6 eine Drehbewegungserkennung in Bezug auf die Welle 13 als Element der Maschine 10 sichergestellt. Da jedoch nur die zweite Steuereinheit 220 und nicht die erste Steuereinheit 210 vorgesehen ist, bietet das Positionserfassungssystem 20B einen geringeren Sicherheitslevel als die Positionserfassungssysteme 20, 20A der vorangehenden Ausführungsbeispiele.
  • Gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel ist die Energieversorgungseinrichtung 26 kein Teil des Positionserfassungssystems 20 oder des Positionserfassungssystems 20A. Die Energieversorgungseinrichtung 26 ist stattdessen extern von dem Positionserfassungssystem 20 oder dem Positionserfassungssystem 20 angeordnet. Beispielsweise ist die Energieversorgungseinrichtung 26 eine Notstromversorgungseinrichtung der Anlage 1.
  • Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Anlage 1, des Positionserfassungssystems 20, 20A bis 20C und des von diesem ausgeführten Verfahrens können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Insbesondere können alle Merkmale und/oder Funktionen der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beliebig kombiniert werden. Zusätzlich sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.
  • Die in den Figuren dargestellten Teile sind schematisch dargestellt und können in der genauen Ausgestaltung von den in den Figuren gezeigten Formen abweichen, solange deren zuvor beschriebenen Funktionen gewährleistet sind.
  • Mindestens eine der Kommunikationsleitungen 217, 227, 237 ist möglicherweise als serieller Bus, insbesondere als I2C-Bus, ausgestaltet. Zudem kann die Kommunikationsleitung für das digitale Signal 218 von 6 als serieller Bus, insbesondere als I2C-Bus, ausgestaltet sein.
  • Der erste Positionssensor 21 und/oder die Sensoren 201, 202 können/kann zusätzlich oder alternativ ein parametrierbarer Hall-Sensor sein. Dadurch sind/ist der erste Positionssensor 21 und/oder die Sensoren 201, 202 an verschiedenste Anwendungsfälle anpassbar. Beispielsweise können die Sensoren 21, 201, 202 an unterschiedliche Magnete und/oder an eine Erhöhung der maximal zulässigen Drehzahl oder Bewegungsgeschwindigkeit der Maschine 10 angepasst werden.

Claims (12)

  1. Positionserfassungssystem (20; 20A bis 20C) zur Erfassung einer Bewegung einer Maschine (10), mit einem ersten Positionssensor (21) zum Erfassen eines Magnetfelds (H), das sich an einer Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Magnetpolpaaren (211, 212) ausbildet, wobei jeweils Magnetpole (211, 212) unterschiedlicher Polarität nebeneinander angeordnet sind, einem zweiten Positionssensor (22) zum Erfassen eines Magnetfelds (H) an einem Einzelmagneten (221, 222), der in einem Zentrum der Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Magnetpolpaaren (211, 212) und beabstandet von der Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Magnetpolpaaren (211, 212) angeordnet ist, und einer Auswerteeinrichtung (205) zur Auswertung von mindestens einem Erfassungsergebnis des ersten Positionssensors (21) und mindestens einem Erfassungsergebnis des zweiten Positionssensors (22), das aufgrund einer Bewegung eines Elements (11; 13) der Maschine (10) relativ zu den Positionssensoren (21, 22) erfasst wurde, wobei die Auswerteeinrichtung (205) ausgestaltet ist, das mindestens eine Erfassungsergebnis des ersten Positionssensors (21) und das mindestens eine Erfassungsergebnis des zweiten Positionssensors (22) für eine Fehlererkennung in einer Auswertung der Erfassungsergebnisse der Positionssensoren (21, 22) heranzuziehen.
  2. Positionserfassungssystem (20; 20A bis 20C) nach Anspruch 1, zudem mit einer elektronischen Schaltung (23), und mindestens einem Schalter (24; 24, 25), wobei die elektronische Schaltung (23; 23, 230) ausgestaltet ist, als Reaktion auf den Empfang eines Signals (207; 208; 216; 225) von dem ersten oder zweiten Positionssensor (21; 22), dass eine Änderung eines Magnetfelds (H) erfasst wurde, ein Signal (235) zur Ansteuerung des mindestens einen Schalters (24; 24; 25) auszugeben, und wobei der mindestens eine Schalter (24; 24, 25) ausgestaltet ist, die Erfassung mit dem anderen des ersten oder zweiten Positionssensors (21; 22) als Reaktion auf das von der elektronischen Schaltung (23) ausgegebene Signal (235) ein- oder auszuschalten.
  3. Positionserfassungssystem (20; 20A bis 20C) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Auswerteeinrichtung (205) eine erste Steuereinheit (210) zur Auswertung der Erfassungsergebnisse des ersten Positionssensors (21) und eine zweite Steuereinheit (220) zur Auswertung der Erfassungsergebnisse des zweiten Positionssensors (22) aufweist, und/oder wobei der erste Positionssensor (21) zur Erfassung einer inkrementellen Position in einer Bewegung eines Elements (11; 13) der Maschine (10) ausgestaltet ist, und/oder wobei der zweite Positionssensor (22) zur Erfassung der absoluten Position in einer Bewegung eines Elements (11; 13) der Maschine (10) und zur Richtungserkennung der Bewegung des Elements (11; 13) der Maschine (10) ausgestaltet ist.
  4. Positionserfassungssystem (20; 20A bis 20C) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinrichtung (205) zur Auswertung der absoluten Position innerhalb mehrerer Umdrehungen des Elements (11; 13) der Maschine (10) ausgestaltet ist.
  5. Positionserfassungssystem (20; 20A bis 20C) nach Anspruch 3 oder 4, zudem mit einer Energieversorgungseinrichtung (26) zur Versorgung des zweiten Positionssensors (22), der elektronischen Schaltung (23), des mindestens einen Schalters (24; 24, 25) und der zweiten Steuereinheit (220) mit elektrischer Energie.
  6. Positionserfassungssystem (20; 20A bis 20C) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Positionssensor (21) und der zweite Positionssensor (22) jeweils ein TMR-Sensor ist, oder wobei der erste Positionssensor (21) ein TMR-Sensor ist und der zweite Positionssensor (22) ein parametrierbarer Hall-Sensor ist.
  7. Positionserfassungssystem (20; 20A bis 20C) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die elektronische Schaltung (23) eine Flip-Flop-Schaltung aufweist.
  8. Maschine (10), mit mindestens einem bewegbaren Element (11; 13), das mit der Maschine (10) in eine Bewegung antreibbar ist, und mindestens einem Positionserfassungssystem (20; 20A bis 20C) nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Erfassung einer Bewegung des mindestens einen bewegbaren Elements (11; 13) im betriebslosen Zustand der Maschine (10).
  9. Maschine (10) nach Anspruch 8, wobei das mindestens eine Element (11; 13) der Maschine (10) der Rotor (11) oder die Welle (13) der Maschine (10) ist.
  10. Anlage (1), mit mindestens einem anzutreibenden Anlagenelement (40), mindestens einer Maschine (10) zum Antrieb des mindestens einen anzutreibenden Anlagenelements (40) in eine Drehbewegung oder eine lineare Bewegung, und mindestens einem Positionserfassungssystem (20; 20A bis 20C) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Erfassung einer Bewegung mindestens eines Elements (11; 13) einer Maschine (10).
  11. Anlage (1) nach Anspruch 10, wobei das mindestens eine Positionserfassungssystem (20; 20A bis 20C) zur Erfassung einer Bewegung mindestens eines Elements (11; 13) einer Maschine (10) in deren betriebslosen Zustand ausgestaltet ist.
  12. Verfahren zur Erfassung einer Bewegung einer Maschine (10) mit einem Positionserfassungssystem (20; 20A bis 20C), das einen ersten Positionssensor (21), einen zweiten Positionssensor (22), und eine Auswerteeinrichtung (205) aufweist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist Erfassen, mit dem ersten Positionssensor (21), eines Magnetfelds (H), das sich an einer Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Magnetpolpaaren (211, 212) ausbildet, wobei jeweils Magnetpole (211, 212) unterschiedlicher Polarität nebeneinander angeordnet sind, Erfassen, mit einem zweiten Positionssensor (22), eines Magnetfelds (H) an einem Einzelmagneten (221, 222), der in einem Zentrum der Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Magnetpolpaaren (211, 212) und beabstandet von der Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Magnetpolpaaren (211, 212) angeordnet ist, und Auswerten, mit der Auswerteeinrichtung (205), von mindestens einem Erfassungsergebnis des ersten Positionssensors (21) und mindestens einem Erfassungsergebnis des zweiten Positionssensors (22), das aufgrund einer Bewegung eines Elements (11; 13) der Maschine (10) relativ zu den Positionssensoren (21, 22) erfasst wurde, wobei die Auswerteeinrichtung (205) das mindestens eine Erfassungsergebnis des ersten Positionssensors (21) und das mindestens eine Erfassungsergebnis des zweiten Positionssensors (22) für eine Fehlererkennung in einer Auswertung der Erfassungsergebnisse der Positionssensoren (21, 22) heranzieht.
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