-
Die Erfindung betrifft einen Ventilator mit einem Elektromotor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
-
Ventilatoren haben einen Elektromotor, mit dem ein Flügelrad drehbar angetrieben wird. Das Flügelrad sitzt auf einem Rotor, dessen Rotorwelle durch wenigstens ein Wälzlager drehbar im Stator gelagert ist. Die Lebensdauer des Ventilators hängt in erster Linie vom Wälzlager ab. Ein Defekt des Wälzlagers kann durch erhöhte Belastungen im Betrieb verursacht werden. Solche Belastungen können axial oder radial auf das Wälzlager wirkende Kräfte sein. Die Drehzahl, die Temperatur oder Schwingungen, die auf das Wälzlager einwirken, können zu höheren Belastungen führen. Der rechtzeitige und bedarfsgerechte Zeitpunkt eines Austausches des Elektromotors vor Auftreten eines Lagerschadens ist für sensible Kühlanwendungen wichtig. Ein Versagen der Kühlung infolge eines Wälzlagerschadens kann zu hohen Folgeschäden führen.
-
Der Ventilator weist weitere Bauelemente auf, die einem Verschleiß unterliegen, wie etwa elektrische/elektronische Bauteile des Elektromotors oder die Ventilatorflügel.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Ventilator so auszubilden, dass in einfacher Weise ein möglicher Schaden kritischer Bauelemente zuverlässig erkannt werden kann.
-
Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Ventilator erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
-
Der erfindungsgemäße Ventilator hat den mindestens einen Transpondersensor, der zumindest einen den Zustand des einem Verschleiß unterliegenden Bauelementes charakterisierenden Parameter erfasst.
-
Dem Transpondersensor ist wenigstens ein Lesegerät zugeordnet, das die vom Transpondersensor gelieferten Signale empfängt, die dann in geeigneter Weise weiterverarbeitet werden. Beispielsweise können die Signale dazu herangezogen werden, einen Warnhinweis oder einen Alarm zu erzeugen oder die Signale an eine Steuerung weiterzuleiten. Der Transpondersensor ist ein RFID-Element, der aus einem Transponder sowie einer Sensorik besteht. Die Daten des Transpondersensors werden drahtlos an das Lesegerät übertragen. Auch die Energieübertragung erfolgt drahtlos.
-
Das Lesegerät wird beispielsweise über eine entsprechende Anschlussleitung mit der notwendigen Energie versorgt.
-
Das dem Verschleiß unterliegende Bauelement kann das Wälzlager des Elektromotors sein. Der Transpondersensor erfasst charakteristische Parameter dieses Wälzlagers, wie etwa die Drehzahl, die Temperatur oder Schwingungen, die auf das Wälzlager einwirken und zu einer höheren Belastung des Wälzlagers führen können. Sobald sich die erfassten charakteristischen Parameter einem vorgegebenen Grenzwert nähern oder diesen erreichen, können die Signale des Transpondersensors dazu herangezogen werden, den Warnhinweis oder auch einen Alarm zu erzeugen, um den Betreiber des Ventilators auf einen bevorstehenden Schaden des Wälzlagers hinzuweisen. Die Grenzwerte sind in geeigneter Weise gespeichert, so dass sie einem Vergleich mit den aktuell vom Transpondersenor gemessenen charakteristischen Parameter zur Verfügung stehen.
-
Eine besonders zuverlässige Feststellung von beginnenden Lagerschäden ist in vorteilhafter Weise dann sichergestellt, wenn der Transpondersensor benachbart zum Wälzlager angeordnet ist. Je näher sich der Transpondersensor am zu überwachenden Wälzlager befindet, desto zuverlässiger werden Anomalitäten im Verhalten des Wälzlagers erfasst.
-
Da der Transpondersensor seine Daten drahtlos an das Lesegerät überträgt, kann der Transpondersensor sehr nahe am zu überwachenden Wälzlager eingebaut werden.
-
Ein besonders einfacher Einbau ist dann möglich, wenn der Transpondersensor an der Stirnseite der Rotorwelle vorgesehen ist, vorzugsweise am statorseitigen Ende der Rotorwelle.
-
Da der Transpondersensor an der Rotorwelle vorgesehen ist und diese durch das Wälzlager drehbar abgestützt wird, können über die Rotorwelle auf einen Wälzlagerschaden hinweisende Symptome frühzeitig detektiert werden. Daher können erforderliche Maßnahmen, beispielsweise ein Austausch des Wälzlagers, vorgenommen werden, bevor das Wälzlager ausfällt und damit die Kühlung durch den Ventilator nicht mehr gewährleistet ist.
-
Darüber hinaus kann der Transpondersensor auch dazu eingesetzt werden, z.B. in der Produktion den Elektromotor logistisch zu identifizieren.
-
Besonders vorteilhaft ist, wenn der Transpondersensor die Temperatur als charakterisierenden Parameter des Wälzlagers erfasst. Ein beginnender Lagerschaden macht sich in der Regel durch einen Temperaturanstieg bemerkbar, der durch eine erhöhte Wälzlagerreibung hervorgerufen wird. Wenn daher die vom Transpondersensor erfasste Temperatur einen kritischen Wert erreicht, ist dies ein klarer Hinweis auf einen Wälzlagerschaden. Dieser kritische Temperaturwert ist so gelegt, dass das Wälzlager bei Erreichen dieses Grenzwertes noch nicht ausgefallen ist, so dass rechtzeitig ein Wälzlageraustausch vorgenommen werden kann.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung ergibt sich, wenn der Transpondersensor Schwingungen als charakterisierenden Parameter des Wälzlagers erfasst. Solche Schwingungen treten dann auf, wenn geometrische Anomalitäten in den Wälzlagerkomponenten auftreten. Anhand der spezifischen Schwingungen können Lagerschadensordnungen berechnet werden. Sie ergeben eine Aussage darüber, ob der Schaden am Außenring, am Innenring, am Lagerkäfig oder am Wälzkörper des Wälzlagers vorliegt.
-
Vorteilhaft wird ein Transpondersensor eingesetzt, der sowohl die Temperatur als auch die Schwingungen erfasst. Auf diese Weise kann der Transpondersensor zuverlässig einen möglichen Lagerausfall frühzeitig signalisieren.
-
Der Transpondersensor wird vorteilhaft außermittig an der Stirnseite der Rotorwelle angebracht. Dadurch ist es möglich, mit dem Transpondersensor auch die Drehgeschwindigkeit der Rotorwelle festzustellen, was eine zusätzliche Sicherheit bei der Erkennung eines möglichen Ausfalles des Wälzlagers bedeutet.
-
Das kritische Bauelement kann auch ein elektrisches/elektronisches Bauteil sein, das im Elektronikraum des Elektromotors untergebracht ist. Mit dem Transpondersenor kann die Lebensdauer dieser elektrischen/elektronischen Bauteile beurteilt werden. Vorteilhaft erfasst der Transpondersensor Belastungen dieser Bauelemente durch Temperatur, Stöße, Schwingungen, Feuchtigkeit oder Verschmutzung.
-
Der Transpondersenor ist vorteilhaft am elektrischen/elektronischen Bauteil angeordnet, so dass die entsprechenden Parameter zuverlässig erfasst werden können.
-
Das kritische Bauelement kann aber auch ein Ventilatorflügel oder der Ventilator selbst sein.
-
In diesem Falle ist es vorteilhaft, wenn der Transpondersenor auf wenigstens einem Ventilatorflügel oder an einer Aufhängung oder dem Elektromotor des Ventilators angeordnet ist.
-
Ein einfacher Einbau des Lesegerätes in den Elektromotor ergibt sich, wenn das Lesegerät in eine Halterung aufgenommen ist. Mit ihr kann das Lesegerät problemlos im Elektromotor positioniert werden.
-
Ein günstiger Einbauort für das Lesegerät ist der Stator, in dem das Lesegerät so positioniert werden kann, dass es die vom Transpondersensor ausgesandten Signale zuverlässig erfassen kann.
-
Vorteilhaft wird das Lesegerät hierbei in einem Elektronikraum des Stators angeordnet. Im Elektronikraum befinden sich die elektrisch/elektronischen Komponenten der Leistungselektronik, die auf einer Platine sitzen. Das Lesegerät kann dann mit entsprechenden Anschlüssen auf der Platine verbunden werden.
-
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Halterung für das Lesegerät ein Gehäuse, welches das Lesegerät aufnimmt. Im Gehäuse kann das Lesegerät geschützt untergebracht werden. Zudem lässt sich das Gehäuse einfach einbauen.
-
Vorteilhaft ist es, wenn das Gehäuse gegen elektrische Strahlung abschirmend ausgebildet ist. So kann das Gehäuse beispielsweise aus Aluminium bestehen, das als Abschirmung dient. Diese Abschirmung ist besonders dann vorteilhaft, wenn das Gehäuse mit dem Lesegerät im Elektronikraum des Stators untergebracht wird.
-
Der Anmeldungsgegenstand ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch durch alle in den Zeichnungen und der Beschreibung offenbarten Angaben und Merkmale. Sie werden, auch wenn sie nicht Gegenstand der Ansprüche sind, als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
-
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
-
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen
- 1 im Schnitt einen erfindungsgemäßen Ventilator mit einer Überwachungseinheit,
- 2 in schematischer Darstellung die Überwachungseinheit des erfindungsgemäßen Ventilators,
- 3 eine Draufsicht auf eine Motorelektronik des erfindungsgemäßen Ventilators,
- 4 eine Axialansicht des erfindungsgemäßen Ventilators,
- 5 eine Axialansicht eines Ventilators des erfindungsgemäßen Ventilators,
- 6 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Ventilators.
-
1 zeigt beispielhaft einen Elektromotor mit einem Stator 1 und einem Rotor 2. Der Stator 1 hat eine Lagerbuchse 3, in der eine Rotorwelle 4 mittels wenigstens eines Wälzlagers 5 drehbar gelagert ist. Auf dem Rotor 2 ist in bekannter Weise eine Nabe eines Lüfterrades befestigt, das zusammen mit dem Elektromotor einen Ventilator bildet.
-
Im beispielhaft dargestellten Elektromotor wird die Rotorwelle durch zwei mit axialem Abstand voneinander liegende Wälzlager 5 drehbar abgestützt. Im Ausführungsbeispiel sind die Wälzlager 5 Kugellager, können aber auch beispielsweise Rollenlager und dergleichen sein.
-
Die Wälzlager 5 haben einen Außenring 6 und einen Innenring 7. Zwischen den beiden Ringen 6, 7 befinden sich die Wälzkörper 8 und ein (nicht dargestellter) Kugelkäfig.
-
Im Einsatz können die Wälzlager 5 durch erhöhte Belastungen verschleißen, so dass das Lüfterrad nicht mehr oder nur in vermindertem Maße dreht, so dass keine ausreichende Kühlung mehr gewährleistet ist.
-
Um frühzeitig einen beginnenden Lagerschaden zu erkennen, ist der Elektromotor mit einer Überwachungseinheit 9 (2) versehen, die frühzeitig auf einen beginnenden Lagerschaden hinweist. Dadurch können die Wälzlager 5 schon vor ihrem Ausfall ausgetauscht werden.
-
Die Überwachungseinheit 9 hat einen Transpondersensor 10 (nachfolgend Sensor), der auf dem dem Stator 1 zugewandten Ende der Rotorwelle 4 angebracht ist. Er kann beispielsweise auf das Rotorwellenende aufgeklebt sein.
-
Der Sensor 10 ist ein RFID Transpondersensor. Dieser passive drahtlose Sensor 10 arbeitet ohne Batterie und wird allein durch die Antenne eines Lesegerätes 11 mit Energie versorgt, das in einer Halterung 12 aufgenommen ist. Sie befindet sich vorteilhaft innerhalb des Stators 1. Die Halterung 12 ist so eingebaut, dass das Lesegerät 11 einen solchen Abstand vom Sensor 10 hat, dass das Lesegerät 11 die Daten des Sensors 10 zuverlässig lesen kann. Eine Anschlussleitung 13 des Lesegerätes 11 ist aus der Halterung 12 nach außen geführt.
-
Das Lesegerät 11 mit der Halterung 12 ist in bevorzugter Weise in einem Elektronikraum 15 des Stators 1 untergebracht, Im Elektronikraum 15 befindet sich eine Platine 16, auf welcher die elektrischen/elektronischen Komponenten 17 zum Betrieb des Elektromotors sitzen. Die Anschlussleitung 13 des Lesegerätes 11 ist dann an diese Platine 16 angeschlossen.
-
Das Lesegerät 11 und der Sensor 10 haben vorteilhaft einen Abstand von nur etwa 4 mm, so dass eine zuverlässige Datenübertragung sichergestellt ist.
-
Wenn die Halterung 12 mit dem Lesegerät 11 im Elektronikraum 15 des Elektromotors bzw. des Stators 1 untergebracht ist, ist es von Vorteil, wenn die Halterung 12 aus Aluminium besteht. Dann kann die Halterung 12 zusätzlich als Abschirmung gegenüber dem Elektronikraum 15 wirken.
-
Um den Einbau der Überwachungseinheit 9 in den Elektromotor zu erleichtern, ist die Halterung 12 vorteilhaft mit einem Anschlag 18 versehen, mit dem sie im Elektronikraum 15 an einem entsprechenden Gegenanschlag 19 anliegt. Durch diese Anschlagstellung ist gewährleistet, dass das Lesegerät 11 den für eine zuverlässige Datenübertragung vorgesehenen Abstand zum Sensor 10 hat.
-
Die Halterung 12 ist vorteilhaft ein Gehäuse, welches das Lesegerät 11 aufnimmt.
-
Da der Sensor 10 an der Rotorwelle 4 befestigt ist, ist er über diese Rotorwelle direkt mit dem Wälzlager 5 gekoppelt. Dadurch können die jeweiligen zu überwachenden Parameter des Wälzlagers 5 zuverlässig erfasst werden.
-
Der Sensor 10 ist ein Sensor zur Erfassung der Temperatur und der Beschleunigung des Wälzlagers 5 sowie der Rotorwelle 4. Beide Parameter, Temperatur und Beschleunigung, können in höchster Qualität (ohne Übergangsdämpfung) aufgezeichnet werden.
-
Der Sensor 10 besteht aus einem Transponder und einer Sensorik. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Sensorik durch einen Beschleunigungs- und Temperatursensor gebildet.
-
Vorteilhaft wird der Sensor 10 außermittig auf der Stirnseite 14 der Rotorwelle 4 befestigt. Dadurch kann die Drehgeschwindigkeit der Rotorwelle 4 einfach und zuverlässig erfasst werden.
-
Das Lesegerät 11 enthält eine Software, die den eigentlichen Leseprozess sowie die Energieübertragung zum Sensor 10 steuert. Da solche Sensoren und Lesegeräte an sich bekannt sind, werden sie auch nicht näher erläutert.
-
Der Einsatz der Überwachungseinheit 9 ermöglicht eine frühzeitige Detektion eines möglichen Schadens den Wälzlagers 5. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Wälzlager 5 ausfallen und eine Kühlung durch den Ventilator nicht mehr gegeben ist. Insbesondere kann frühzeitig ein Ausfall des Rotors 2 infolge eines Lagerschadens zuverlässig erkannt werden.
-
Die Überwachungseinheit 9 ermöglicht auch eine Prognose über die Restlebensdauer des Wälzlagers 5.
-
Da mit dem Sensor 10 die Drehzahl der Rotorwelle 4 erfasst werden kann, ergibt sich auch ein verbessertes Motoranlaufverhalten durch Messung der Drehzahl.
-
Schließlich ist der Sensor 10 dafür geeignet, ein Temperatur-Management vorzusehen, wenn beispielsweise der Elektromotor bei tiefen Temperaturen eingesetzt werden soll.
-
Der Einsatz der Überwachungseinheit 9 ist beispielhaft im Zusammenhang mit einem Elektromotor eines Ventilators beschrieben worden.
-
Die Überwachungseinheit 9 kann darüber hinaus beispielsweise an elektronischen Bauteilen 17 der im Einbauraum 15 des Stators 1 untergebrachten Leistungselektronik herangezogen werden (3). Die elektronischen Bauteile 17 werden durch Temperatureinfluss, Stöße, Schwingungen, Feuchtigkeit oder Verschmutzung beansprucht und können dadurch ausfallen. Für diesen Einsatzfall werden Transpondersensoren 10 eingesetzt, die die genannten Parameter erfassen können.
-
Ein Beispiel hierfür zeigt 3. Auf der im Elektronikraum 15 des Stators 1 untergebrachten Platine 16 sitzen die elektronischen/elektrischen Komponenten, an denen die Transpondersensoren 10 befestigt sind. Im Beispielsfall sind drei solcher Transpondersensoren 10 vorgesehen, die an den entsprechenden elektrischen/elektronischen Komponenten befestigt sind und die Belastungen dieser Komponenten erfassen.
-
Die Sensoren 10 wirken mit dem Lesegerät 11 zusammen, das ebenfalls auf der Platine 16 befestigt ist. Das Lesegerät 11 ist so im Einbauraum 15 angeordnet, dass es die von den Sensoren 10 ausgesandten Signale erfassen und auswerten kann. Vorteilhaft ist das Lesegerät 11 mit den Sensoren 10 über RFID verbunden.
-
Durch Einsatz der Transpondersensoren 10 lässt sich die Lebensdauer der von ihnen überwachten elektrischen/elektronischen Bauteile zuverlässig unter Berücksichtigung der von den Sensoren erfassten Belastungen beurteilen.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Überwachungseinheit 9 Transpondersensoren aufweisen, die eine Druck- oder eine Kraftsensorik haben. Mit solchen Sensoren kann der Volumenstrom gemessen werden.
-
4 zeigt eine weitere Möglichkeit des Einsatzes der Überwachungseinheit. Der Transpondersensor 10 ist an einer Fläche 20 eines Flügels 21 eines Ventilators 22 befestigt. Mit dem Transpondersensor 10 lässt sich die Lebensdauer des Ventilators 22 aufgrund von Belastungen beurteilen. Solche Belastungen sind beispielsweise chemische Stoffe im Fördermedium, Temperaturen oder auch Fremdschwingungen.
-
In diesen Transpondersensor 10 sind als Sensorik beispielhaft ein Akustiksensor, ein Gassensor, ein Temperatursensor, ein Beschleunigungssensor, ein Feuchtigkeitssensor und ein Drucksensor integriert. Mit diesen unterschiedlichen Sensoren können somit entsprechend unterschiedliche Parameter erfasst werden.
-
Das dem Transpondersensor 10 zugeordnete Lesegerät 11 ist beispielhaft in der Motorelektronik angeordnet. Das Lesegerät 11 kommuniziert über RFID mit dem Transpondersensor 10.
-
Der Ventilator 22 sitzt drehfest auf dem Rotor 2 des Elektromotors.
-
Mit dem Transpondersensor 10 kann in einfacher und dennoch zuverlässiger Weise unter Berücksichtigung der vom Transpondersensor erfassten Parameter die voraussichtliche Lebensdauer des Ventilators 22 vorausgesagt werden.
-
Es besteht die Möglichkeit, weitere Transpondersensoren an weiteren Flügeln 21 des Ventilators 22 anzubringen.
-
Je nach Anwendungsfall kann der Transpondersensor 10 auch so gestaltet sein, dass er nicht alle oben angegebenen Parameter erfasst, sondern nur einen Teil von ihnen.
-
Mit dem Transpondersensor 10 ist es weiter möglich, die Druckunterschiede zwischen der Vorder- und der Hinterseite des Flügels 21 des Ventilators 22 zu messen. Daraus kann dann der Anlagendruck berechnet werden.
-
Der Transpondersensor 10 kann auch in den Antrieb eingebaut sein. Mit einem solchen Sensor ist in vorteilhafter Weise eine Optimierung bzw. Nachstellung des Flügelwinkels der Flügel 21 des Ventilators 22 möglich.
-
5 zeigt die Möglichkeit, den Transpondersensor 10 an einer Aufhängung 23 des Ventilators 22 anzubringen. Das Lesegerät 11 ist in der Motorelektronik untergebracht, das über RFID mit dem Transpondersensor 10 kommuniziert.
-
In den Sensor 10 sind als Sensorik beispielhaft ein Akustiksensor, ein Gassensor, ein Temperatursensor, ein Beschleunigungssensor, ein Feuchtigkeitssensor und ein Drucksensor integriert. Abhängig vom Einsatzfall des Ventilators kann der Transpondersensor 10 auch nur einen oder mehrere dieser Sensoren aufweisen. Die Auswahl der Sensoren hängt davon ab, welche Parameter im Anwendungsfall überwacht werden sollen.
-
Mit dieser Überwachungseinheit 10, 11 kann die Lebensdauer des Ventilators 22 aufgrund der vom Transpondersensor 10 erfassten Belastungen beurteilt werden. Diese Belastungen sind insbesondere chemische Stoffe im Fördermedium, Temperatureinflüsse sowie Fremdschwingungen. Auch besteht die Möglichkeit, die Druckunterschiede zwischen der Vorder- und Hinterseite des Ventilators 22 zu messen und hieraus den Anlagendruck zu berechnen.
-
Ein weiterer Einsatz der Überwachungseinheit 9 besteht darin, mit ihr beispielsweise die Umgebungstemperatur des Ventilators 22 oder auch die Lufttemperatur des vom Ventilator 22 erzeugten Luftstromes zu messen. In diesem Falle wird der Sensor 10 beispielsweise auf die Außenseite des Elektromotors aufgeklebt. Der Sensor 10 enthält in diesem Falle eine Temperatursensorik, mit der die Umgebungstemperatur bzw. die Lufttemperatur erfasst werden kann.
-
Auch in diesem Falle wird mittels der Überwachungseinheit die Lebensdauer des Ventilators 22 unter Berücksichtigung der vom Transpondersensor erfassten Belastungen beurteilt. Wie beim vorigen Ausführungsbeispiel können Belastungen chemische Stoffe im Fördermedium sowie die Temperaturbelastung des Ventilators sein.
-
Je nach Anwendungsfall können in den Transpondersensor 10 ein Akustiksensor, ein Gassensor, ein Temperatursensor, ein Beschleunigungssensor, ein Feuchtigkeitssensor und ein Drucksensor integriert sein. Die Zahl und die Art dieser Sensoren hängt davon ab, welche Belastungen des Ventilators 22 erfasst werden sollen.
-
Das Lesegerät 11 ist in geeigneter Weise so am Ventilator 22 vorgesehen, dass eine zuverlässige Datenübertragung vom Sensor 10 sichergestellt ist.
-
Eine vorteilhafte Ausbildung ergibt sich, wenn das Lesegerät 11 in die Motorelektronik eingebaut ist.
-
Bestehende Elektromotoren, wie etwa Asynchronmotoren, können mit der Überwachungseinheit 9 nachträglich ausgerüstet werden. Dann kann die vorausschauende Wartung auch bei solchen bereits im Einsatz befindlichen Antrieben durchgeführt werden.
