DE102021006193A1

DE102021006193A1 - Geber und Verfahren zum Überwachen eines elektrisch betriebenen Antriebssystems mittels eines Gebers

Info

Publication number: DE102021006193A1
Application number: DE102021006193.4A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Armbruster
Original assignee: Baumer Germany & Co Kg GmbH
Current assignee: Baumer Germany & Co Kg De GmbH
Priority date: 2021-12-15
Filing date: 2021-12-15
Publication date: 2023-06-15

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Geber zur Messung mindestens eines eine Bewegung eines beweglichen Elements eines elektrisch betriebenen Antriebssystems repräsentierenden Bewegungsparameters, wobei im Geber eine elektrische Messeinrichtung zur Messung mindestens eines einen Strom, mit dem das bewegliche Element beaufschlagt ist, repräsentierenden Stromparameters und eine Signalverarbeitungseinheit zur Auswertung der Messung des mindestens einen Bewegungsparameters und des mindestens einen Stromparameters und zur Erzeugung wenigstens eines Ausgangssignals in Abhängigkeit der Auswertung integriert sind. Durch die integrierte elektrische Messeinrichtung und Signalverarbeitungseinheit wird ermöglicht, mit dem Geber den mindestens einen Stromparameter zu messen und somit eine Messgröße zu überwachen, die das Auftreten bzw. Ausbleiben einer Vielzahl von elektrischen Störungen des Antriebssystems charakterisiert. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Überwachen eines elektrisch betriebenen Antriebssystems mittels eines Gebers.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Geber zum Überwachen eines elektrisch betriebenen Antriebssystems. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Überwachen eines elektrisch betriebenen Antriebssystems mittels eines Gebers.
In vielen Bereichen der Industrie und Technik werden elektrisch betriebene Antriebssysteme eingesetzt, um bewegliche Elemente, wie zum Beispiel drehbar gelagerte Wellen, mittels Elektromotoren anzutreiben. Zu Beginn und während des Betriebs können an unterschiedlichen Stellen des jeweiligen Antriebssystems elektrische Störungen beispielsweise aufgrund nicht sachgemäßer Verkabelung, mangelnder elektromagnetischer Verträglichkeit abgenutzter Verschleißteile und/oder systematischer Störungen auftreten. So kann zum Beispiel eine falsch angelegte oder dem Verschleiß unterworfene Erdungsleitung eine derartige elektrische Störung hervorrufen. Ebenso können insbesondere bei mithilfe von Frequenzumrichtern und Pulsweitenmodulation betriebenen Elektromotoren Lagerströme auftreten, welche eine Lagerschädigung verursachen und bis hin zu einem Ausfall des gesamten Antriebssystems führen können.
Eine Überwachung des Antriebssystems hinsichtlich derartiger elektrischer Störungen bringt vielseitige Herausforderungen mit sich. Bei herkömmlichen elektrischen Überwachungsmaßnahmen müssen in der Regel instrumentelle Vorkehrungen getroffen werden, die eines gesonderten Installationsvorgangs bedürfen und übermäßig viel Bauraum einnehmen. Bei akustischen oder thermischen Überwachungsmaßnahmen wird eine Störung häufig erst verzeichnet, wenn bleibende Schäden bereits eingetreten sind oder gar das gesamte Antriebssystem kurz vor einem störungsbedingten Ausfall steht.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, derartige elektrische Störungen möglichst frühzeitig und ohne großen Aufwand zu erkennen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Geber gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst.
In einem Geber zur Messung mindestens eines eine Bewegung eines beweglichen Elements eines elektrisch betriebenen Antriebssystems repräsentierenden Bewegungsparameters ist eine elektrische Messeinrichtung zur Messung mindestens eines einen Strom, mit dem das bewegliche Element beaufschlagt ist, repräsentierenden Stromparameters integriert. Ferner ist im Geber eine Signalverarbeitungseinheit zur Auswertung der Messung des mindestens einen Bewegungsparameters und des mindestens einen Stromparameters und zur Erzeugung wenigstens eines Ausgangssignals in Abhängigkeit der Auswertung integriert.
Bei dem mindestens einen Bewegungsparameter kann es sich z.B. um eine Drehzahl, Winkelposition, Winkelgeschwindigkeit und/oder Winkelbeschleunigung des beweglichen Elements handeln. Wie bereits einleitend erwähnt wurde, kann das bewegliche Element beispielsweise eine drehbar gelagerte Welle sein. Alternativ kann es sich bei dem beweglichen Element auch beispielsweise um eine Codierscheibe handeln, welche an der Welle befestigt ist. Der Geber kann zum Beispiel ein Drehgeber oder Positionsgeber sein, der in den meisten Anwendungen im Rahmen eines Steuer- und Regelkonzepts des Antriebssystems zur Messung der Bewegung des beweglichen Elements ohnehin in dessen Nähe angeordnet wird. Die Integration der Messeinrichtung und Signalverarbeitungseinheit in einem solchen Geber verringert somit den Installationsaufwand und Platzbedarf im Vergleich zu nicht-integrierten Überwachungsmaßnahmen.
Die vorliegende Erfindung ist ferner vorteilhaft, da die integrierte elektrische Messeinrichtung und Signalverarbeitungseinheit es ermöglichen, den mindestens einen Stromparameter zu messen und somit eine Messgröße zu überwachen, die das Auftreten bzw. Ausbleiben einer Vielzahl von elektrischen Störungen des Antriebssystems charakterisiert. Insbesondere kann die integrierte Signalverarbeitungseinheit dazu dienen, die Messergebnisse der elektrischen Messeinrichtung auszuwerten und das Auftreten bzw. Anzeichen für das baldige Auftreten einer Störung des Antriebssystems früher zu verzeichnen, als es mit akustischen oder thermischen Überwachungsmaßnahmen möglich ist. Dies wird nachfolgend in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren noch näher erläutert.
Die erfindungsgemäße Lösung kann durch verschiedene, jeweils für sich vorteilhafte und beliebig miteinander kombinierbare Ausgestaltungen weiter verbessert werden. Auf diese Ausgestaltungsformen und die mit ihnen verbundenen Vorteile ist im Folgenden eingegangen. Die in Bezug auf den Geber beschriebenen Vorteile gelten ebenso für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gebers kann das Ausgangssignal über eine Datenleitung des Gebers übertragen werden, welche für die Übertragung eines Gebermesssignals ohnehin vorgesehen ist. Auch dies führt vorteilhafterweise zu Einsparungen beim Installationsaufwand und Platzbedarf.
Ferner kann die Signalverarbeitungseinheit ausgestaltet sein, ein für einen elektrischen Störungszustand des Antriebssystems repräsentatives Signal als Ausgangssignal auszugeben bzw. zu erzeugen. Anhand dieses Signals können der Geber, das Antriebssystem und/oder ein übergeordnetes Prozessleitsystem aus einem Normalmodus in einen Alarmmodus schalten bzw. wechseln. Der Geber kann hierfür ein Alarmausgabemodul aufweisen, das ausgestaltet ist, im Alarmmodus eine Warnung, zum Beispiel einen Ton oder eine Tonfolge, ein Lichtsignal oder eine Lichtsignalfolge, eine Bildschirmmeldung, ein elektrisches Signal oder eine Pulsfolge auszugeben. Der Geber kann ferner hierfür ein Alarmausgabemodul aufweisen, das alternativ ausgestaltet ist, im Alarmmodus Datenworte oder quantifizierte Statusinformationen bereitzustellen. Der Wechsel aus dem Normalmodus in den Alarmmodus kann sofort oder erst nach einer voreingestellten Anzahl an Signalen erfolgen. Entsprechend können der Geber, das Antriebssystem und/oder das übergeordnete Prozessleitsystem ausgestaltet sein, jedes Auftreten des für einen elektrischen Störungszustand des Antriebssystems repräsentativen Signals mit einem Zeitstempel abzuspeichern.
Die Signalverarbeitungseinheit kann mindestens einen einen störungsfreien oder störungsbehafteten Zustand des Antriebssystems repräsentierenden Parameterreferenzwert aufweisen. Der mindestens eine Parameterreferenzwert kann beispielsweise als Werkseinstellung (z.B. Look-Up-Tabelle), als externe Nutzereingabe, als externe Dateneinspeisung, durch einen Einlernprozess und/oder durch maschinelles Lernen in der Signalverarbeitungseinheit abgespeichert sein. Die Signalverarbeitungseinheit kann ferner ausgestaltet sein, das für einen elektrischen Störungszustand des Antriebssystems repräsentative Signal abhängig von einem Vergleich des mindestens einen gemessenen Stromparameters mit dem mindestens einen Parameterreferenzwert auszugeben. Insbesondere kann die Signalverarbeitungseinheit ausgestaltet sein, einen Soll-Ist-Vergleich und/oder einen Schwellenwertvergleich durchzuführen. Mit anderen Worten kann die Signalverarbeitungseinheit ausgestaltet sein, das Auftreten bzw. Anzeichen für das baldige Auftreten der elektrischen Störung des Antriebssystems daran zu erkennen, dass der mindestens eine Stromparameter einem vorgegebenen Wert entspricht bzw. nicht entspricht, einen vorgegebenen Wert übersteigt bzw. nicht übersteigt oder einen vorgegebenen Wert unterschreitet bzw. nicht unterschreitet.
Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gebers kann die Signalverarbeitungseinheit ausgestaltet sein, einen zeitlichen Stromparameterverlauf des mindestens einen gemessenen Stromparameters zu erstellen. Optional kann die Signalverarbeitungseinheit ausgestaltet sein, den Stromparameterverlauf aus dem Zeitbereich in den Frequenzbereich zu transformieren. Ferner kann die Signalverarbeitungseinheit ausgestaltet sein abhängig vom zeitlichen Stromparameterverlauf und/oder transformierten Stromparameterverlauf das für einen elektrischen Störungszustand des Antriebssystems repräsentative Signal auszugeben. Somit findet die Auswertung des mindestens einen Stromparameters nicht nur anhand einer Momentaufnahme statt, sondern kann auch mittels eines zeitlichen Verlaufs erfolgen. Die Auswertung kann auch mittels eines kumulierten Stromparameters oder auch mittels mindestens eines Histogramms erfolgen. Dies senkt zum einen die Anfälligkeit gegenüber Messausreißern und ermöglicht eine Langzeitbeobachtung des Antriebssystems, mit welcher elektrische Störungen erkannt werden können, deren Anzeichen sich nur in zeitlichen Änderungen des mindestens einen Stromparameters widerspiegeln.
Optional kann die Signalverarbeitungseinheit mehrere der oben bereits genannten Parameterreferenzwerte aufweisen, die gemeinsam einen den störungsfreien oder störungsbehafteten Zustand des Antriebssystems repräsentierenden Referenzwertverlauf bilden. Entsprechend kann die Signalverarbeitungseinheit ausgestaltet sein, das für einen elektrischen Störungszustand des Antriebssystems repräsentative Signal abhängig von einem Vergleich des Stromparameterverlaufs mit dem Referenzwertverlauf auszugeben. Als Stromparameterverlauf kann hierbei der zeitliche Stromparameterverlauf und/oder der transformierte Stromparameterverlauf genutzt werden. Insbesondere kann die Signalverarbeitungseinheit ausgestaltet sein, einen Extremwertvergleich und/oder einen Flankenvergleich durchzuführen. Somit ist es möglich, das Auftreten bzw. Anzeichen für das baldige Auftreten der elektrischen Störung des Antriebssystems anhand zeitlicher Änderungen im Stromparameterverlauf zu erkennen.
Alternativ oder zusätzlich kann die Signalverarbeitungseinheit ausgestaltet sein, das für einen elektrischen Störungszustand des Antriebssystems repräsentative Signal abhängig von einer Spektralanalyse des transformierten Stromparameterverlaufs auszugeben.
Häufig korrelieren Anzeichen für eine elektrische Störung des Antriebssystems mit der Winkelposition und/oder Drehzahl des beweglichen Elements, sodass sich gerade durch die erfindungsgemäße Integration der elektrischen Messeinrichtung und der Signalverarbeitungseinheit im Geber ein zusätzlicher synergetischer Effekt ergibt. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der Geber als ein smarter Geber ausgestaltet ist und eine Recheneinheit, wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, aufweist. Diese Recheneinheit kann ein Positionsberechnungsmodul zum Berechnen der Winkelposition aus der Messung des mindestens einen Bewegungsparameters und/oder ein Drehzahlberechnungsmodul zum Berechnen der Drehzahl aus der Messung des mindestens einen Bewegungsparameters aufweisen. Die Signalverarbeitungseinheit kann dann platz- und kostensparend auf der bereits im Geber vorgesehenen Recheneinheit realisiert werden.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Signalverarbeitungseinheit ausgestaltet ist, einem Stromparameter und einem Bewegungsparameter einen Zeitstempel zuzuordnen. Insbesondere kann die Signalverarbeitungseinheit ausgestaltet sein, jedem Stromparameter und jedem Bewegungsparameter je einen Zeitstempel zuzuordnen. Vorzugsweise kann die Signalverarbeitungseinheit ausgestaltet sein, anhand des Zeitstempels Stromparameter und Bewegungsparameter einander zuzuordnen. Darüber hinaus kann die Signalverarbeitungseinheit ausgestaltet sein, bei der Ausgabe des für einen elektrischen Störungszustand des Antriebssystems repräsentativen Signals die zeitgleich gemessene (d.h. mit gleichem Zeitstempel versehene) Winkelposition und/oder Drehzahl des beweglichen Elements auszugeben bzw. abzuspeichern. So unterstützt der erfindungsgemäße Geber vorteilhafterweise das Erkennen einer Lageabhängigkeit und/oder Drehzahlabhängigkeit beim Auftreten der elektrischen Störung.
Optional kann die Signalverarbeitungseinheit ausgestaltet sein, eine Korrelation zwischen den Stromparametern und den Bewegungsparametern automatisch zu erstellen bzw. zu berechnen. Vorzugsweise ist die Signalverarbeitungseinheit ausgestaltet, die oben bereits erwähnte Lageabhängigkeit und/oder Drehzahlabhängigkeit beim Auftreten der elektrischen Störung automatisch zu erkennen. Beispielsweise kann die Signalverarbeitungseinheit ausgestaltet sein, eine entsprechende Meldung auszugeben, wenn eine elektrische Störung wiederholt an einer bestimmten Winkelposition oder in einem bestimmten Winkelbereich, z.B. +/- 5 deg und/oder bei einer bestimmten Drehzahl oder in einem bestimmten Drehzahlbereich, z.B. +/- 10 rpm (revolutions per minute, Umdrehungen pro Minute) auftritt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gebers kann ein Abschnitt des Gebers ausgestaltet sein, dem beweglichen Element gegenüberliegend angeordnet zu werden. Die elektrische Messeinrichtung kann zumindest teilweise in diesem Abschnitt angeordnet sein und einen Detektionsbereich aufweisen, in dem die Messung des mindestens einen Stromparameters stattfindet. Somit kann die elektrische Messeinrichtung und insbesondere ihr Detektionsbereich auf das bewegliche Element ausgerichtet werden. Der Detektionsbereich kann eine Detektionszone, ein Sensorfeld oder ein Messort sein. Insbesondere kann der Detektionsbereich von oder an einem Messkopf bzw. Messfühler gebildet sein. Das bewegliche Element ist vorzugsweise im oder am Detektionsbereich anordenbar.
Die Messung des mindestens einen Bewegungsparameters kann ebenfalls im Detektionsbereich stattfinden. Somit zeichnet sich der erfindungsgemäße Geber durch einen geringen Installationsaufwand aus, da für beide Messvorhaben nur eine Ausrichtung des Detektionsbereichs nötig ist. Hierfür kann der Geber zusätzlich zur elektrischen Messeinrichtung eine optische, mechanische oder magnetische Drehzahlmesseinrichtung bzw. Positionsmesseinrichtung aufweisen, die in den Detektionsbereich gerichtet ist.
Alternativ können der mindestens eine Stromparameter und der mindestens eine Bewegungsparameter allesamt durch die elektrische Messeinrichtung gemessen werden. Beispielsweise kann das bewegliche Element als eine metallische Codierscheibe mit einer aus Teilstrichen bestehenden Maßverkörperung ausgestaltet sein. Damit ist neben dem mindestens einen Stromparameter auch der mindestens eine Bewegungsparameter durch Abtastung des gleichen Elements messbar. Beispielsweise kann das Element zur Messung des Bewegungsparameters optisch abgetastet werden und zur Messung des Stromparameters kapazitiv gekoppelt werden. Somit wird eine besonders kompakte Bauweise des Gebers möglich.
Optional kann der Geber einen Kupplungsabschnitt zum mechanischen Verbinden der bereits erwähnten Drehzahlmesseinrichtung bzw. Positionsmesseinrichtung mit dem beweglichen Element aufweisen. Als Kupplungsabschnitt kann beispielsweise ein Lager oder eine Hülse zur Aufnahme eines Wellenendes dienen. Alternativ kann der Kupplungsabschnitt als ein Achsstummel zum Einführen in ein Wellenende ausgestaltet sein. Die elektrische Messeinrichtung ist vorzugsweise in einem dem Kupplungsabschnitt zugewandten bzw. gegenüberliegenden Bereich angeordnet, um eine ausreichende Wellennähe zu erreichen.
Der Geber kann ferner ausgestaltet sein, an einem unbeweglichen Element des Antriebssystems befestigt zu werden. Beispielsweise kann der Geber ein Gehäuse mit einem Befestigungsabschnitt zum Befestigen an einem Motorgehäuse und/oder Stator des Antriebssystems aufweisen. Das Gehäuse kann gegenüber dem beweglichen Element elektrisch isolierbar ausgestaltet sein. Insbesondere kann das Gehäuse eine Isoliervorrichtung zum Verhindern einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Kupplungsabschnitt und dem beweglichen Element aufweisen. Die Isoliervorrichtung kann durch eine Lagerisolierung oder einen Luftspalt verwirklicht sein. Gegenüber dem unbeweglichen Element des Antriebssystems kann das Gehäuse ebenfalls elektrisch isolierbar ausgestaltet sein oder auf dem gleichen Potential liegen.
Als Alternative zum Geber mit Kupplungsabschnitt kann der Geber auch lagerlos ausgestaltet sein. In diesem Fall ist die Messeinrichtung vorzugsweise ausgestaltet, den mindestens einen Stromparameter berührungslos bzw. kontaktlos zu messen.
Nach einer möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gebers kann die elektrische Messeinrichtung ausgestaltet sein, eine Spannung als den mindestens einen Stromparameter zu messen. Die Spannung stellt insofern einen Stromparameter dar, als sie für einen Strom, z.B. einen Wirbelstrom, mit dem das bewegliche Element beaufschlagt ist und infolgedessen sie selbst im beweglichen Element induziert wird, repräsentativ ist.
Beispielsweise kann die elektrische Messeinrichtung eine Kapazität aufweisen und ausgestaltet sein, den mindestens einen Stromparameter kapazitiv zu messen. Die Kapazität kann hierbei eine kapazitive Sensorfläche zum Ausrichten auf das bewegliche Element sein. Ebenso kann die Kapazität ein dem beweglichen Element gegenüberliegend angeordnetes Blech sein, das zusammen mit dem beweglichen Element einen Kondensator ausbildet.
Alternativ oder zusätzlich kann die elektrische Messeinrichtung eine Spule aufweisen und ausgestaltet sein, den mindestens einen Stromparameter induktiv zu messen. Insbesondere kann die Spule als eine radial um das bewegliche Element anordenbare Messspule ausgestaltet sein.
Insbesondere bei einem Geber mit der bereits erwähnten Isoliervorrichtung kann die elektrische Messeinrichtung ausgestaltet sein, eine zwischen dem beweglichen Element und dem Geber anliegende Spannung als den mindestens einen Stromparameter zu messen. Die Spannungsmessung kann wie bereits beschrieben kontaktlos oder aber auch invasiv, z.B. über eine Messvorrichtung mit Kohlebürsten am beweglichen Element erfolgen.
Alternativ oder zusätzlich kann die elektrische Messeinrichtung ausgestaltet sein, eine Stromstärke als den mindestens einen Stromparameter zu messen.
Der Geber kann hierfür mit dem beweglichen Element elektrisch leitend verbindbar ausgestaltet sein. Insbesondere kann der Geber eine Wellenerdungsvorrichtung zum Anbinden des beweglichen Elements an einen Erdungsleiter des Antriebssystems aufweisen. Die elektrische Messeinrichtung kann in diesem Fall ausgestaltet sein, die Stromstärke eines durch die Wellenerdungsvorrichtung fließenden Stroms als den mindestens einen Stromparameter zu messen. Mit anderen Worten kann die elektrische Messeinrichtung als Wellenstrommesser ausgestaltet sein.
Die Wellenerdungsvorrichtung kann beispielsweise Erdungsbürsten zum schleifenden Kontaktieren des beweglichen Elements aufweisen. Ferner kann die Wellenerdungsvorrichtung einen Erdungskontakt aufweisen, mit dem die Erdungsbürsten an den Erdungsleiter des Antriebssystems angeschlossen werden. Die elektrische Messeinrichtung kann ausgestaltet sein, den Stromfluss durch die Erdungsbürsten, den Erdungskontakt und/oder den Erdungsleiter zu messen. Dies kann beispielsweise in Form einer Spulenstrommessung, durch einen Strommesswiderstand, über einen Strom-Spannungswandler oder mithilfe einer Spule um die Erdungsbürsten, den Erdungskontakt und/oder den Erdungsleiter bewerkstelligt werden.
Falls die bereits erwähnte Datenleitung des Gebers eine Schirmung aufweist, kann die Strommessung an der Schirmanbindung erfolgen. In diesem Fall ist der mindestens eine Stromparameter die Stromstärke eines durch die Schirmanbindung fließenden Stroms.
Die elektrische Messeinrichtung kann ausgestaltet sein, ihre Messergebnisse als Messsignal, d.h. ein für Messwerte des mindestens einen Stromparameters repräsentatives Signal, auszugeben. Die Signalverarbeitungseinheit ist entsprechend ausgestaltet, anhand des Messsignals das Auftreten der elektrischen Störung des Antriebssystems zu erkennen. Optional kann die Messeinrichtung ausgestaltet sein, mehrere Stromparameter als unterschiedliche Messgrößen zu messen und in Form von Messsignalen auszugeben. In diesem Fall kann die Signalverarbeitungseinheit ausgestaltet sein, anhand der Kombination der Messsignale das Auftreten einer oder mehrerer Störungen des Antriebssystems zu erkennen.
Die eingangs zugrunde gelegte Aufgabe kann ebenfalls durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 12 gelöst werden.
Ein Verfahren zum Überwachen eines elektrisch betriebenen Antriebssystems mittels eines Gebers umfasst die Schritte:

- Messen mindestens eines einen Strom, mit dem ein bewegliches Element des Antriebssystems beaufschlagt ist, repräsentierenden Stromparameters mittels einer elektrischen Messeinrichtung des Gebers und
- Auswerten der Messung des mindestens einen Stromparameters und Unterscheiden, ob ein störungsfreier oder störungsbehafteter Zustand des Antriebssystems vorliegt, in einer Signalverarbeitungseinheit des Gebers.

In diesem Verfahren kann ein Geber gemäß einer der bereits beschriebenen Ausgestaltungen zum Einsatz kommen, dabei die bereits erwähnten Vorteile herbeiführen und so zur frühzeitigen, aufwandsarmen Erkennung von elektrischen Störungen beitragen.
Das Messen des mindestens einen Stromparameters kann kontinuierlich, in regelmäßigen Zeitabständen oder bedarfsabhängig, beispielsweise nur, wenn eine Bewegung des beweglichen Elements vorliegt, erfolgen. Eine Bewegung des beweglichen Elements liegt vor, wenn der Geber eine Drehzahl ungleich null oder eine sich verändernde Winkelposition des beweglichen Elements misst.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann den konditionalen Schritt Erzeugen wenigstens eines Ausgangssignals durch die Signalverarbeitungseinheit des Gebers, wenn ein störungsbehafteter Zustand des Antriebssystems vorliegt, umfassen.
Die zu erwartenden elektrischen Störungen, die zu einem störungsbehafteten Zustand führen, sowie deren Anzeichen können mit der Bauweise des elektrischen Antriebssystems variieren.
Bei einem Antriebssystem mit einer isoliert gelagerten Welle kann eine Durchschlagsentladung am Wellenlager eine elektrische Störung darstellen. Es bietet sich in diesem Fall an, mittels der elektrischen Messeinrichtung die Voltzahl einer Wellenspannung, d.h. einer Spannung zwischen der Welle und dem Stator, mit dem der Geber auf dem gleichen Potential liegt, zu messen. Der bereits beschriebene Parameterreferenzwert kann hierbei eine Durchschlagsspannung der eingebauten Wellenlager (ggf. zzgl. Sicherheitsfaktor) sein, welche der mindestens eine Stromparameter nicht überschreiten darf. Mit anderen Worten wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Überschreitung der Durchschlagsspannung in der Signalverarbeitungseinheit als störungsbehafteter Zustand des Antriebssystems gewertet.
Eine Veränderung in der gemessenen Wellenspannung, wie z.B. ein plötzlicher Spannungsabfall, welcher sich im zeitlichen Stromparameterverlauf bemerkbar macht, kann ebenfalls ein Anzeichen dafür sein, dass eine Durchschlagsentladung am Wellenlager stattgefunden hat und somit ein störungsbehafteter Zustand vorliegt.
Bei einem Antriebssystem mit schleifender Wellenerdung am Elektromotor kann eine Abnutzung der dortigen Erdungsbürsten und die damit verbundene Absenkung des Erdungsvermögens eine elektrische Störung darstellen. Es bietet sich in diesem Fall an, mittels der elektrischen Messeinrichtung die Stromstärke eines Ableitstroms, der über die Wellenerdungsvorrichtung des Gebers abfließt, als Stromparameter zu messen.
Ein Anstieg dieses Stromparameters (d.h. Stromstärke des Ableitstroms) deutet auf ein abnutzungsbedingtes Versagen der Wellenerdung am Elektromotor hin. Ein Absinken dieses Stromparameters kann wiederum im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ebenfalls als störungsbehafteter Zustand gewertet werden, da es ein Anzeichen dafür ist, dass schädliche Lagerströme fließen bzw. geflossen sind. Lagerströme finden ihren Ursprung in Störströmen und -spannungen, welche in der Welle induziert werden und sich über die Wellenlager entladen. Der erfindungsgemäße Geber ermöglicht es somit nicht nur das Auftreten der Störströme und -spannungen an sich (d.h. primäre Effekte) zu messen, sondern auch sekundäre Effekte, wie z.B. Lagerströme, zu erkennen. Vorteilhafterweise kann dies am erfindungsgemäßen Geber zentralisiert passieren, ohne eine direkte Messung der Lagerströme an den einzelnen Wellenlagern zu benötigen.
Weitere Anhaltspunkte für eine elektrische Störung, welche mit dem erfindungsgemäßen Geber und Verfahren erkannt werden können, sind beispielsweise:

- Verschiebung der Erdanbindung (z.B. Änderung der Stromstärke eines Ableitstroms über die Wellenerdungsvorrichtung des Gebers)
- falsche Verkabelung (z.B. ein Stromparameter ungleich null wird gemessen, obwohl die Messung der Drehzahl und/oder Winkelposition auf einen Stillstand des beweglichen Elements hindeutet)
- mangelnde elektromagnetische Verträglichkeit bzw. EMV-Störung (z.B. in der Schirmanbindung werden Störströme generiert)
- Periodizitäten (z.B. beim transformierten Stromparameterverlauf im Frequenzbereich tritt ein Peak bei einer Frequenz auf, welche der aktuell gemessenen Drehzahl oder der Netzfrequenz des Antriebssystems entspricht).

Im Folgenden ist die Erfindung beispielhaft mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Die bei den gezeigten Ausführungsformen beispielhaft dargestellte Merkmalskombination kann nach Maßgabe der obigen Ausführungen entsprechend der für einen bestimmten Anwendungsfall notwendigen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Gebers durch weitere Merkmale ergänzt werden. Auch können, ebenfalls nach Maßgabe der obigen Ausführungen, einzelne Merkmale bei den beschriebenen Ausführungsformen weggelassen werden, wenn es auf die Wirkung dieses Merkmals in einem konkreten Anwendungsfall nicht ankommt. In den Zeichnungen werden für Elemente gleicher Funktion und/oder gleichen Aufbaus stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
Es zeigen:

1: eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Gebers nach einer ersten beispielhaften Ausführungsform;
2: eine schematische perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Gebers nach einer zweiten beispielhaften Ausführungsform; und
3: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Gebers nach einer dritten beispielhaften Ausführungsform.

Im Folgenden sind die Struktur und der Aufbau eines erfindungsgemäßen Gebers 1 mit Bezug auf 1 bis 3 beschrieben. Obwohl die Erfindung mittels der Zeichnungen hauptsächlich im Rahmen einer Vorrichtung beschrieben wird, ist es selbstverständlich möglich, dass die beschriebenen Aspekte auch das erfindungsgemäße Verfahren repräsentieren, wobei z.B. ein Bestandteil, eine Komponente, eine Einheit, eine Vorrichtung, eine Einrichtung und ein Modul einem Verfahrensschritt oder einer Funktion eines Verfahrensschritts entspricht.
1 zeigt den erfindungsgemäßen Geber 1 in vereinfachter, schematischer Darstellung. Der Geber 1 kann durch ein eigenes Gehäuse 6 abgegrenzt sein und/oder in einem Gehäuse (nicht gezeigt) eines elektrischen Antriebssystems 8, beispielsweise eines Elektromotors 10, eingebaut sein. Der Geber 1 kann zum Beispiel ein Drehgeber 2 oder Positionsgeber 4 sein, der zur Messung mindestens eines eine Bewegung eines beweglichen Elements 12 des elektrisch betriebenen Antriebssystems 8 repräsentierenden Bewegungsparameters 14 dient. Bei dem mindestens einen Bewegungsparameter 14 kann es sich z. B. um eine Drehzahl 16, Winkelposition 18, Winkelgeschwindigkeit 20 und/oder Winkelbeschleunigung 22 des beweglichen Elements 12 handeln.
Das bewegliche Element 12 kann beispielsweise eine drehbar gelagerte Welle 24 (siehe 2) des elektrischen Antriebssystems 8 sein. Alternativ kann es sich bei dem beweglichen Element 12 auch um eine Codierscheibe 26 handeln, welche an der Welle 24 befestigt ist. in der gezeigten Ausführungsform der 1 ist das bewegliche Element 12 eine Geberwelle 28, welche über einen Kupplungsabschnitt 30 mit der Welle 24 mechanisch und elektrisch leitend verbunden ist.
Die Geberwelle 28 ist Teil einer Positionsmesseinrichtung 32 bzw. Drehzahlmesseinrichtung 34 des Gebers 1, welche zur Messung des mindestens einen Bewegungsparameters 14 dient. In der gezeigten Ausführungsform der 1 weist die Positionsmesseinrichtung 32 bzw. Drehzahlmesseinrichtung 34 ferner eine an der Geberwelle 28 befestigte Codierscheibe 26 und einen optischen, mechanischen oder magnetischen Abtastkopf 36 in Abhängigkeit der Art der Codierscheibe 26 auf.
Als Kupplungsabschnitt 30 dient eine Hülse 38 zur Aufnahme eines Wellenendes 40 der Welle 24. Alternativ kann der Kupplungsabschnitt 30 auch als ein Lager 42 ausgestaltet sein. Ferner alternativ kann der Kupplungsabschnitt 30 als ein Achsstummel 44 zum Einführen in das Wellenende 40 ausgestaltet sein, solange die bereits erwähnte elektrisch leitendende Verbindung zur Welle 24 zustande kommt.
Der Geber 1 umfasst eine integrierte elektrische Messeinrichtung 46 zur Messung mindestens eines einen Strom, mit dem das bewegliche Element 12 beaufschlagt ist, repräsentierenden Stromparameters 48. Ferner ist im Geber 1 eine Signalverarbeitungseinheit 50 zur Auswertung der Messung des mindestens einen Bewegungsparameters 14 und des mindestens einen Stromparameters 48 integriert. Die Signalverarbeitungseinheit 50 dient außerdem der Erzeugung wenigstens eines Ausgangssignals 52 in Abhängigkeit der Auswertung.
Häufig korrelieren Anzeichen für eine elektrische Störung des Antriebssystems 8 mit der Winkelposition 18 und/oder Drehzahl 16 des beweglichen Elements 12, sodass sich gerade durch die erfindungsgemäße Integration der elektrischen Messeinrichtung 46 und der Signalverarbeitungseinheit 50 im Geber 1 ein zusätzlicher synergetischer Effekt erzielen lässt. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der Geber 1 als ein smarter Geber 54 ausgestaltet ist und eine Recheneinheit 56, wie zum Beispiel einen Mikroprozessor 58, aufweist. Diese Recheneinheit 56 kann ein Positionsberechnungsmodul 60 zum Berechnen der Winkelposition 18 aus der Messung des mindestens einen Bewegungsparameters 14 und/oder ein Drehzahlberechnungsmodul 62 zum Berechnen der Drehzahl 16 aus der Messung des mindestens einen Bewegungsparameters 14 aufweisen (siehe 3). Die Signalverarbeitungseinheit 50 kann ebenfalls auf der bereits im Geber 1 vorgesehenen Recheneinheit 56 realisiert sein.
Der Geber 1 eignet sich für den Einsatz in einem Verfahren zum Überwachen des elektrisch betriebenen Antriebssystems 8, wobei das Verfahren die Schritte Messen des mindestens einen Stromparameters 48 mittels der elektrischen Messeinrichtung 46 des Gebers 1 und Auswerten der Messung des mindestens einen Stromparameters 48 und Unterscheiden, ob ein störungsfreier oder störungsbehafteter Zustand des Antriebssystems 8 vorliegt, in der Signalverarbeitungseinheit 50 des Gebers 1 umfasst.
Wie nachfolgend noch näher erläutert wird, kann die Signalverarbeitungseinheit 50 ausgestaltet sein, ein für einen elektrischen Störungszustand des Antriebssystems 8 repräsentatives Signal 64 als Ausgangssignal 52 auszugeben bzw. zu erzeugen. Anhand dieses Signals 64 kann der Geber 1, das Antriebssystem 8 und/oder ein übergeordnetes Prozessleitsystem (nicht gezeigt) aus einem Normalmodus in einen Alarmmodus schalten bzw. wechseln. Der Geber 1 kann hierfür ein Alarmausgabemodul 66 (siehe 3) aufweisen, das ausgestaltet ist, im Alarmmodus eine Warnung, zum Beispiel einen Ton oder eine Tonfolge, ein Lichtsignal oder eine Lichtsignalfolge, eine Bildschirmmeldung, ein elektrisches Signal oder eine Pulsfolge auszugeben. Das Alarmausgabemodul 66 kann alternativ ausgestaltet sein, im Alarmmodus Datenworte oder quantifizierte Statusinformationen bereitzustellen. Hierfür kann der Geber 1 eine Signalschnittstelle 68, insbesondere eine I/O-Schnittstelle 70, zum Übermitteln dieser Signalen aufweisen. Das Ausgangssignal 52 kann auch über eine Datenleitung 72 des Gebers 1 übertragen werden, welche für die Übertragung eines Gebermesssignals 74 vorgesehen ist. Zusätzlich oder alternativ kann der Geber 1 einen Anzeigebildschirm 76 zum Ausgeben der Bildschirmmeldung aufweisen (siehe 2).
Zu erwartende elektrische Störungen, die zu dem störungsbehafteten Zustand führen, sowie deren Anzeichen können mit der Bauweise des elektrischen Antriebssystems 8 variieren.
Bei einem Antriebssystem 8 mit schleifender Wellenerdung 78 (siehe 1) am Elektromotor 10 kann eine Abnutzung der dortigen Erdungsbürsten 80 und die damit verbundene Absenkung des Erdungsvermögens eine elektrische Störung darstellen. Es bietet sich in diesem Fall an, mittels der elektrischen Messeinrichtung 46 die Stromstärke eines Ableitstroms als Stromparameter 48 zu messen.
Hierfür kann der Geber 1 mit dem beweglichen Element 12 elektrisch leitend verbindbar ausgestaltet sein. Insbesondere kann der Geber 1 eine Wellenerdungsvorrichtung 82 zum Anbinden des beweglichen Elements 12 an einen Erdungsleiter 84 des Antriebssystems 8 aufweisen. Die elektrische Messeinrichtung 46 kann in diesem Fall ausgestaltet sein, die Stromstärke des durch die Wellenerdungsvorrichtung 82 fließenden Ableitstroms als dem mindestens einen Stromparameter 48 zu messen. Mit anderen Worten kann die elektrische Messeinrichtung 46 als Wellenstrommesser 86 ausgestaltet sein.
Die Wellenerdungsvorrichtung 82 kann ebenfalls Erdungsbürsten 88 zum schleifenden Kontaktieren mit der Geberwelle 28 aufweisen, welche wiederum über den Kupplungsabschnitt 30 elektrisch leitend mit der Welle 24 verbunden ist. Ferner kann die Wellenerdungsvorrichtung 82 einen Erdungskontakt 90 aufweisen, mit dem ihre Erdungsbürsten 88 an den Erdungsleiter 84 des Antriebssystems 8 angeschlossen sind. Die elektrische Messeinrichtung 46 kann ausgestaltet sein, den Stromfluss durch die Erdungsbürsten 88, den Erdungskontakt 90 und/oder den Erdungsleiter 84 zu messen. Dies kann beispielsweise durch einen Strommesswiderstand 92 bewerkstelligt werden. Alternativ kann die Stromflussmessung über einen Strom-Spannungswandler oder in Form einer Wicklungsstrommessung mithilfe einer Spule um die Erdungsbürsten, den Erdungskontakt und/oder den Erdungsleiter erfolgen.
Ein Anstieg der Stromstärke des Ableitstroms deutet auf ein abnutzungsbedingtes Versagen der Wellenerdung 78 am Elektromotor 10 hin. Ein Absinken dieses Stromparameters 48 kann ebenfalls als störungsbehafteter Zustand gewertet werden, da es ein Anzeichen dafür ist, dass schädliche Lagerströme fließen bzw. geflossen sind.
Bei einem Antriebssystem 8 mit einer isoliert gelagerten Welle 24 kann eine Durchschlagsentladung am Wellenlager (nicht gezeigt) eine elektrische Störung darstellen. Es bietet sich in diesem Fall an, mittels der elektrischen Messeinrichtung 46 die Voltzahl einer Wellenspannung, d.h. einer Spannung zwischen der isoliert gelagerten Welle 24 und einem Stator (nicht gezeigt), mit dem der Geber 1 auf dem gleichen Potential liegt, zu messen.
Hierfür kann die elektrische Messeinrichtung 46 beispielsweise eine Kapazität 94 aufweisen (siehe 2) und ausgestaltet sein, die Wellenspannung als Stromparameter 48 kapazitiv zu messen. Die Kapazität 94 kann hierbei eine kapazitive Sensorfläche 96 zum Ausrichten auf die isoliert gelagerte Welle 24 sein. Alternativ kann die Kapazität ein der isoliert gelagerten Welle 24 gegenüberliegend angeordnetes Blech (nicht gezeigt) sein, das zusammen mit der isoliert gelagerten Welle 24 einen Kondensator ausbildet.
Gemäß einer nicht gezeigten Ausführungsform kann die elektrische Messeinrichtung 46 alternativ oder zusätzlich eine Spule aufweisen und ausgestaltet sein, den mindestens einen Stromparameter induktiv zu messen. Insbesondere kann die Spule als eine radial um das bewegliche Element anordenbare Messspule ausgestaltet sein.
Aus 2 ist erkennbar, dass der Geber 1 auch lagerlos ausgestaltet sein kann. In dieser Ausführungsform ist die elektrische Messeinrichtung 46 vorzugsweise ausgestaltet, den mindestens einen Stromparameter 48 wie soeben beschrieben berührungslos bzw. kontaktlos zu messen. Alternativ kann auch beim lagerlosen Geber 1 die elektrische Messeinrichtung 46 ausgestaltet sein, den mindestens einen Stromparameter 48 invasiv, z.B. über eine Messvorrichtung mit Kohlebürsten (nicht gezeigt) am beweglichen Element 12 zu messen.
Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform werden der mindestens eine Stromparameter 48 und der mindestens eine Bewegungsparameter 14 durch die elektrische Messeinrichtung 46 gemessen. Eine gesonderte Positionsmesseinrichtung bzw. Drehzahlmesseinrichtung wird nicht benötigt. Stattdessen ist das bewegliche Element 12 als eine Welle 24 mit einer aus Teilstrichen 98 bestehenden Maßverkörperung 100 ausgestaltet. Die Teilstriche 98 sind durch über den Umfang der Welle 24 in regelmäßigen Abständen verteilte Bereiche 102 unterschiedlicher optischer Eigenschaften erzeugt. Damit ist neben dem mindestens einen beispielsweise über einen Abschnitt 120 des Gebers 1 kapazitiv ermittelten Stromparameter 48 auch der mindestens eine Bewegungsparameter 14 durch optische Abtastung des beweglichen Elements 12 messbar.
Um das Auftreten der bereits erwähnten Durchschlagsentladung erkennen zu können, bietet es sich an, die Wellenspannung hinsichtlich einer Überschreitung einer Durchschlagsspannung der eingebauten Wellenlager zu überwachen.
Zum einen kann die Signalverarbeitungseinheit 50 hierfür die Durchschlagsspannung (ggf. zzgl. Sicherheitsfaktor) als einen den störungsbehafteten Zustand des Antriebssystems 8 repräsentierenden Parameterreferenzwert 104 aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Signalverarbeitungseinheit 50 auch mindestens einen einen störungsfreien Zustand des Antriebssystems 8 repräsentierenden Parameterreferenzwert 104 aufweisen. Die Parameterreferenzwerte 104 können beispielsweise als Werkseinstellung (z.B. Look-Up-Tabelle), als externe Nutzereingabe, als externe Dateneinspeisung, durch einen Einlernprozess und/oder durch maschinelles Lernen in einem Speichermodul 106 der Signalverarbeitungseinheit 50 abgespeichert sein. Zum Zweck der Dateneinspeisung kann der Geber 1 eine entsprechende Schnittstelle 68, 70 aufweisen. Für das maschinelle Lernen kann die Signalverarbeitungseinheit 50 ein entsprechendes KI-Modul (nicht gezeigt) aufweisen.
Zum anderen kann die Signalverarbeitungseinheit 50 ausgestaltet sein, das für einen elektrischen Störungszustand des Antriebssystems 8 repräsentative Signal 64 abhängig von einem Vergleich des mindestens einen gemessenen Stromparameters 48 mit dem mindestens einen Parameterreferenzwert 104 auszugeben. Insbesondere kann die Signalverarbeitungseinheit 50 ausgestaltet sein, in einem Komparatormodul 108 (siehe 3) einen Soll-Ist-Vergleich und/oder einen Schwellenwertvergleich durchzuführen.
Eine zeitliche Veränderung in der gemessenen Wellenspannung, wie z.B. ein plötzlicher Spannungsabfall, kann ebenfalls ein Anzeichen dafür sein, dass eine Durchschlagsentladung am Wellenlager oder an einem hierfür vorgesehenem Spalt stattgefunden hat und somit ein störungsbehafteter Zustand vorliegt.
Aus diesem Grund kann die Signalverarbeitungseinheit 50 ferner ausgestaltet sein, einen zeitlichen Stromparameterverlauf 110 des mindestens einen gemessenen Stromparameters 48 in einem Protokolliermodul 112 (siehe 3) zu erstellen. Optional kann die Signalverarbeitungseinheit 50 ausgestaltet sein, den Stromparameterverlauf 110 aus dem Zeitbereich in den Frequenzbereich zu transformieren. Hierfür kann die Signalverarbeitungseinheit 50 ein Transformationsmodul 114 (siehe 3) aufweisen.
Außerdem kann die Signalverarbeitungseinheit 50 ausgestaltet sein, abhängig vom zeitlichen Stromparameterverlauf 110 und/oder transformierten Stromparameterverlauf 116 das für einen elektrischen Störungszustand des Antriebssystems 8 repräsentative Signal 64 auszugeben.
Optional kann die Signalverarbeitungseinheit 50 mehrere der oben bereits genannten Parameterreferenzwerte 104 aufweisen, die gemeinsam einen den störungsfreien oder störungsbehafteten Zustand des Antriebssystems 8 repräsentierenden Referenzwertverlauf 118 bilden. Entsprechend kann die Signalverarbeitungseinheit 50 ausgestaltet sein, das für einen elektrischen Störungszustand des Antriebssystems 8 repräsentative Signal 64 abhängig von einem Vergleich des Stromparameterverlaufs 110, 116 mit dem Referenzwertverlauf 118 auszugeben. Insbesondere kann das Komparatormodul 108 der Signalverarbeitungseinheit 50 ausgestaltet sein, einen Extremwertvergleich und/oder einen Flankenvergleich durchzuführen.
Alternativ oder zusätzlich kann die Signalverarbeitungseinheit 50 ausgestaltet sein, das für einen elektrischen Störungszustand des Antriebssystems 8 repräsentative Signal 64 abhängig von einer Spektralanalyse des transformierten Stromparameterverlaufs 116 auszugeben. Hierfür kann die Signalverarbeitungseinheit 50 ein Analysemodul (nicht gezeigt) aufweisen.
Darüber hinaus kann die Signalverarbeitungseinheit 50 ausgestaltet sein, im Protokolliermodul 112 einem Stromparameter 48 und einem Bewegungsparameter 14 einen Zeitstempel zuzuordnen. Insbesondere kann die Signalverarbeitungseinheit 50 ausgestaltet sein, jedem Stromparameter 48 und jedem Bewegungsparameter 14 je einen Zeitstempel zuzuordnen. Vorzugsweise kann die Signalverarbeitungseinheit 50 ausgestaltet sein, anhand des Zeitstempels Stromparameter 48 und Bewegungsparameter 14 einander zuzuordnen. Darüber hinaus kann die Signalverarbeitungseinheit 50 ausgestaltet sein, bei der Ausgabe des für einen elektrischen Störungszustand des Antriebssystems 8 repräsentativen Signals 64 die zeitgleich gemessene (d.h. mit gleichem Zeitstempel versehene) Winkelposition 18 und/oder Drehzahl 16 des beweglichen Elements 12 auszugeben bzw. abzuspeichern.
Entsprechend kann das Protokolliermodul 112 ausgestaltet sein, jedes Auftreten des für einen elektrischen Störungszustand des Antriebssystems 8 repräsentativen Signals 64 ebenfalls mit einem Zeitstempel abzuspeichern. Der bereits erwähnte Wechsel aus dem Normalmodus in den Alarmmodus kann sofort oder erst nach einer voreingestellten Anzahl an Signalen 64 erfolgen.
Optional kann die Signalverarbeitungseinheit 50 ausgestaltet sein, im Analysemodul eine Korrelation zwischen den Stromparametern 48 und den Bewegungsparametern 14 automatisch zu erstellen bzw. zu berechnen. Beispielsweise kann die Signalverarbeitungseinheit 50 ausgestaltet sein, eine entsprechende Meldung am Anzeigebildschirm 76 auszugeben, wenn eine elektrische Störung wiederholt an einer bestimmten Winkelposition oder in einem bestimmten Winkelbereich, z.B. +/- 5 deg und/oder bei einer bestimmten Drehzahl oder in einem bestimmten Drehzahlbereich, z.B. +/- 10 rpm (revolutions per minute, Umdrehungen pro Minute) auftritt.
Wie in 2 gezeigt, kann ein Abschnitt 120 des Gebers 1 ausgestaltet sein, dem beweglichen Element 12 gegenüberliegend angeordnet zu werden. Die elektrische Messeinrichtung 46 kann zumindest teilweise in diesem Abschnitt angeordnet sein und einen Detektionsbereich 122 aufweisen, in dem die Messung des mindestens einen Stromparameters 48 stattfindet. Der Detektionsbereich 122 kann eine Detektionszone 124, ein Sensorfeld 126 oder ein Messort 128 sein. Insbesondere kann der Detektionsbereich 122 von oder an einem Messkopf bzw. Messfühler 130 (siehe 1) gebildet sein. Das bewegliche Element 12 ist vorzugsweise im oder am Detektionsbereich 122 anordenbar bzw. angeordnet.
Die Messung des mindestens einen Bewegungsparameters 14 kann ebenfalls im Detektionsbereich 122 stattfinden. Dies ist in 3 beispielhaft dargestellt, indem die Positionsmesseinrichtung 32 bzw. Drehzahlmesseinrichtung 34 in den Detektionsbereich 122 gerichtet ist.
Die elektrische Messeinrichtung 46 kann ausgestaltet sein, ihre Messergebnisse als Messsignal 132 auszugeben. Die Signalverarbeitungseinheit 50 ist entsprechend ausgestaltet, anhand des Messsignals 132 das Auftreten der elektrischen Störung des Antriebssystems 8 zu erkennen. Optional kann die elektrische Messeinrichtung 46 ausgestaltet sein, mehrere Stromparameter 48 als unterschiedliche Messgrößen zu messen und in Form von Messsignalen 132 auszugeben. In diesem Fall kann die Signalverarbeitungseinheit 50 ausgestaltet sein, anhand der Kombination der Messsignale 132 das Auftreten einer oder mehrerer Störungen des Antriebssystems 8 zu erkennen.
In den 1 bis 3 sind vereinfachte, schematische Darstellungen beispielhafter Ausführungsformen des Gebers 1 gezeigt. Die beschriebenen Bestandteile, Komponenten, Einheiten, Vorrichtungen, Einrichtungen und Module des Gebers 1 können jeweils in Hardware, Software oder in einer Kombination aus beidem implementiert sein.

Claims

Geber (1) zur Messung mindestens eines eine Bewegung eines beweglichen Elements (12) repräsentierenden Bewegungsparameters (14), wobei im Geber (1) - eine elektrische Messeinrichtung (46) zur Messung mindestens eines einen Strom, mit dem das bewegliche Element (12) beaufschlagt ist, repräsentierenden Stromparameters (48) und - eine Signalverarbeitungseinheit (50) zur Auswertung der Messung des mindestens einen Bewegungsparameters (14) und des mindestens einen Stromparameters (48) und zur Erzeugung wenigstens eines Ausgangssignals (52) in Abhängigkeit der Auswertung integriert sind.
Geber (1) nach Anspruch 1, wobei die Signalverarbeitungseinheit (50) ausgestaltet ist, - einen zeitlichen Stromparameterverlauf (110) des mindestens einen Stromparameters (48) zu erstellen und optional den Stromparameterverlauf (110) aus dem Zeitbereich in den Frequenzbereich zu transformieren, und - abhängig vom zeitlichen Stromparameterverlauf (110) und/oder transformierten Stromparameterverlauf (116) ein für einen elektrischen Störungszustand des Antriebssystems (8) repräsentatives Signal (64) als Ausgangssignal (52) auszugeben.
Geber (1) nach Anspruch 2, wobei die Signalverarbeitungseinheit (50) mindestens einen einen störungsfreien oder störungsbehafteten Zustand des Antriebssystems (8) repräsentierenden Parameterreferenzwert (104) aufweist und optional mehrere Parameterreferenzwerte (104) einen den störungsfreien oder störungsbehafteten Zustand des Antriebssystems (8) repräsentierenden Referenzwertverlauf (118) bilden, wobei die Signalverarbeitungseinheit (50) ausgestaltet ist, das für einen elektrischen Störungszustand des Antriebssystems (8) repräsentative Signal (64) abhängig von einem Vergleich des mindestens einen gemessenen Stromparameters (48) mit dem mindestens einen Parameterreferenzwert (104) und/oder von einem Vergleich des Stromparameterverlaufs (110, 116) mit dem Referenzwertverlauf (118) auszugeben.
Geber (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Signalverarbeitungseinheit (50) ausgestaltet ist, einem Stromparameter (48) und einem Bewegungsparameter (14) einen Zeitstempel zuzuordnen und anhand des Zeitstempels Stromparameter (48) und Bewegungsparameter (14) einander zuzuordnen.
Geber (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die elektrische Messeinrichtung (46) ausgestaltet ist, eine Stromstärke und/oder eine Spannung als den mindestens einen Stromparameter (48) zu messen.
Geber (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Abschnitt (120) des Gebers (1) ausgestaltet ist, dem beweglichen Element (12) gegenüberliegend angeordnet zu werden, wobei die elektrische Messeinrichtung (46) zumindest teilweise in diesem Abschnitt (120) angeordnet ist und einen Detektionsbereich (122) aufweist, in dem die Messung des mindestens einen Stromparameters (48) stattfindet, wobei die Messung des mindestens einen Bewegungsparameters (14) ebenfalls in diesem Detektionsbereich (122) stattfindet und wobei das bewegliche Element (12) zumindest teilweise im Detektionsbereich (122) anordenbar ist.
Geber (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Geber (1) ein Gehäuse (6) aufweist, das gegenüber dem beweglichen Element (12) elektrisch isolierbar ausgestaltet ist.
Geber (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die elektrische Messeinrichtung (46) ausgestaltet ist, den mindestens einen Stromparameter (48) berührungslos zu messen.
Geber (1) nach Anspruch 8, wobei die elektrische Messeinrichtung (46) eine Kapazität (94) aufweist und ausgestaltet ist, den mindestens einen Stromparameter (48) kapazitiv zu messen, und/oder wobei die elektrische Messeinrichtung (46) eine Spule aufweist und ausgestaltet ist, den mindestens einen Stromparameter (48) induktiv zu messen.
Geber (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Geber (1) mit dem beweglichen Element (12) elektrisch leitend verbindbar ausgestaltet ist.
Geber (1) nach Anspruch 10, wobei der Geber (1) eine Wellenerdungsvorrichtung (82) zum Anbinden des beweglichen Elements (12) an einen Erdungsleiter (84) des Antriebssystems (8) aufweist, und wobei die elektrische Messeinrichtung (46) ausgestaltet ist, die Stromstärke eines durch die Wellenerdungsvorrichtung (82) fließenden Stroms als den mindestens einen Stromparameter (48) zu messen.
Verfahren zum Überwachen eines elektrisch betriebenen Antriebssystems (8) mittels eines Gebers (1), umfassend die Schritte - Messen mindestens eines einen Strom, mit dem ein bewegliches Element (12) des Antriebssystems (8) beaufschlagt ist, repräsentierenden Stromparameters (48) mittels einer elektrischen Messeinrichtung (46) des Gebers (1), - Auswerten der Messung des mindestens einen Stromparameters (48) und Unterscheiden, ob ein störungsfreier oder störungsbehafteter Zustand des Antriebssystems (8) vorliegt, in einer Signalverarbeitungseinheit (50) des Gebers (1).