DE19507760A1 - Verfahren und Anordnung zur Übertragung eines Datenwerts zwischen einem feststehenden und einem rotierenden Kommunikationsmodul - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anordnung zur Übertragung eines Datenwerts zwischen einem feststehenden er­ sten Kommunikationsmodul und einem auf einem um eine Achse rotierenden Läufer einer Maschine befindlichen zweiten Kommu­ nikationsmodul.

Ein derartiges Verfahren sowie eine derartige Anordnung gehen hervor aus der DE 32 06 338 C2, der EP 0 087 052 B1 bzw. dem US-Patent 4 480 204. Die jeweils vorgestellte Anordnung ist bestimmt zur Übertragung von Signalen zwischen einem Läufer in einer Erregermaschine eines Turbogenerators einerseits so­ wie einer Überwachungseinrichtung zur Stellung einer Diagnose über den Läufer und einer Steuereinrichtung zur Steuerung be­ stimmter Komponenten des Läufers andererseits. Im einzelnen überwacht bzw. gesteuert werden soll ein elektrisches Erre­ gernetzwerk auf dem Läufer, welches elektrischen Strom für eine rotierende Feldwicklung des Turbogenerators liefert.

Überwachungsbedarf besteht an einem Erregernetzwerk einer Er­ regermaschine für eine Vielzahl von Parametern, deren Messung in machen Fällen entsprechende Eingriffe in das rotierende Erregernetzwerk erfordert. Solche Parameter sind beispiels­ weise die Betriebsspannung des Erregernetzwerks, d. h. dieje­ nige elektrische Spannung, die über der Feldwicklung ansteht, sowie Wert und Position eines Erdschlußwiderstandes, d. h. ei­ nes Widerstandes zwischen der zu dem Erregernetzwerk gehören­ den Erregerwicklung und den tragenden Teilen des Läufers, die üblicherweise auf Erdpotential liegen. Ein Erdschlußwider­ stand endlicher Höhe wird verursacht durch einen Isolations­ fehler; ist der Erdschlußwiderstand unendlich hoch, so liegt eine ideale Isolation des Erregernetzwerks vom Erdpotential vor, ist der Erdschlußwiderstand Null, so liegt ein Kurz­ schluß vor. Ein realer Erdschlußwiderstand liegt stets zwi­ schen den beiden Extremen und bedarf der Überwachung, insbe­ sondere dann, wenn sein Verhalten über die Zeit beobachtet werden soll, um Rückschlüsse auf sich anbahnende Kurzschlüsse zu ziehen. Ein derartiges Vorgehen ist ein Beispiel für das Stellen einer Diagnose über den Läufer oder die Maschine, zu der er gehört.

Weitere Möglichkeiten zur Überwachung der Funktion einer Ma­ schine, die im Zusammenhang mit einem Turbogenerator Verwen­ dung finden können, gehen hervor aus der DE 39 18 116 C2. Dieses Dokument betrifft im einzelnen ein Verfahren und eine Anordnung zur Überwachung der Funktion von rotierenden Gleichrichtern eines Turbogenerators, d. h. von Gleichrich­ tern, die einen aus einer rotierenden Erregerwicklung bereit­ gestellten Wechselstrom gleichrichten und umwandeln in einen Gleichstrom, welcher der rotierenden Feldwicklung des Turbo­ generators zugeführt wird; die Gleichrichter gehören somit ebenso wie die Erregerwicklung zum Erregernetzwerk.

Die bekannten Verfahren und Anordnungen zur Übertragung eines Datenwerts zwischen einem feststehenden ersten Kommunika­ tionsmodul und einem auf einem um eine Achse rotierenden Läu­ fer einer Maschine befindlichen zweiten Kommunikationsmodul erfordern unter Umständen rotierende Kommunikationsmoduln, die aufwendig sind und viel Platz beanspruchen und dement­ sprechend kritisch im Hinblick auf Belastungen durch Zentri­ fugalkräfte sind. Diese rotierenden Kommunikationsmodule er­ fordern unter Umständen auch aufwendige Elektronikbaugruppen, die auf dem Läufer installiert werden müssen und den entspre­ chenden Belastungen durch Zentrifugalkräfte unterliegen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein vereinfachtes Verfah­ ren bzw. eine vereinfachte Anordnung zur Übertragung eines Datenwerts zwischen einem feststehenden und einem rotierenden Kommunikationsmodul anzugeben, wobei insbesondere ein gegen­ über den Möglichkeiten des Standes der Technik deutlich ge­ ringerer Aufwand an Material und Platz verbunden sein soll und womit die Verwendung rotierender Elektronikbaugruppen nach Möglichkeit vermieden wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe angegeben wird ein Verfahren zur Übertragung eines Datenwerts zwischen einem feststehenden er­ sten Kommunikationsmodul und einem auf einem um eine Achse rotierenden Läufer einer Maschine befindlichen zweiten Kommu­ nikationsmodul, wobei die Kommunikationsmoduln so eingerich­ tet werden, daß sie über einen auf der Achse liegenden opti­ schen Strahl miteinander kommunizieren, und wobei der Daten­ wert mit dem optischen Strahl übertragen wird.

Im Sinne der Erfindung sind die Mittel, die zur Übertragung des Datenwerts zwischen dem ersten, feststehenden Kommunika­ tionsmodul und dem zweiten, rotierenden Kommunikationsmodul in einem Raumbereich angeordnet, in dem es keine oder allen­ falls eine geringe Belastung durch Zentrifugalkräfte gibt: Die Übertragung erfolgt auf der Achse, um die der Läufer ro­ tiert, oder in der unmittelbaren Umgebung der Achse. Elektro­ nische Baugruppen, die in beschränktem Umfang selbstverständ­ lich noch erforderlich sind, können daher ebenfalls um die Achse herum gruppiert werden und unterliegen ebenfalls nur geringen Belastungen durch die Zentrifugalkraft.

Der optische Strahl ist vorzugsweise sichtbares Licht oder Infrarotlicht, wobei dem Infrarotlicht besonderer Vorzug des­ halb zukommt, weil es mit handelsüblichen, unkomplizierten elektronischen Mitteln erzeugt und nachgewiesen werden kann, und weil Filter zur Abtrennung des Infrarotlichtes von sicht­ barem Licht aus der Umgebung handelsüblich verfügbar sind. Als Mittel zur Aussendung des optischen Strahls kommt insbe­ sondere ein erstes Halbleiterbauelement nach Art einer Leuchtdiode in Betracht; zum Empfangen des optischen Strahls in Betracht kommt ein zweites Halbleiterbauelement nach Art eines Phototransistors.

Der Datenwert ist insbesondere ein analoger elektrischer Wert und wird aus einem mit dem Läufer verbundenen passiven Meß­ netzwerk gewonnen. Unter einem passiven Meßnetzwerk wird ein Netzwerk verstanden, welches lediglich mit passiven elek­ tronischen Bauelementen, also Widerständen, Spulen und Kon­ densatoren, allenfalls noch Halbleiterdioden, bestückt ist und welches insbesondere keine elektronischen Verstärker ent­ hält. Ein solches Meßnetzwerk ist in kompakter, robuster und leichtgewichtiger Ausführung herstellbar und unterliegt ent­ sprechend geringen Zentrifugalkräften. Der analoge elektri­ sche Wert wird vorzugsweise in einen digitalen Wert umgewan­ delt, beispielsweise unter Benutzung eines Analog-Digital- Wandlers, wie er in vielfältigen Ausführungen als kompaktes, allerdings aktives, elektronisches Bauelement zur Verfügung steht, und als digitaler Wert von dem zweiten, rotierenden Kommunikationsmodul mit dem optischen Strahl zu dem ersten, feststehenden Kommunikationsmodul übertragen. Im Rahmen die­ ser Ausgestaltung des Verfahrens ist das erste Kommunika­ tionsmodul beispielsweise einer Überwachungseinrichtung zuge­ ordnet, die den Datenwert zur Stellung einer Diagnose über die Maschine auswertet. Der Datenwert ist beispielsweise ein Wert für eine Betriebsspannung eines Erregernetzwerks oder ein Wert, der zur Ermittlung eines Erdschlußwiderstandes oder der Position eines Erdschlußwiderstandes benötigt wird. Die Überwachungseinrichtung führt bevorzugtermaßen sämtliche kom­ plizierteren Auswertemaßnahmen durch; im Rahmen eines bekann­ ten Verfahrens zur Ermittlung von Größe und Position eines Erdschlußwiderstandes sind aus einer an sich bekannten Meß­ brücke zwei Meßwerte, falls die Meßbrücke in ebenfalls be­ kannter Weise ergänzt ist um eine zusätzlich eingespeiste um­ polbare Hilfsspannung, sind drei Meßwerte zu bestimmen und miteinander in Beziehung zu bringen. Dies erfolgt vorzugs­ weise in einer feststehenden Überwachungseinrichtung abseits des Läufers, nachdem die erhaltenen Meßwerte von dem rotie­ renden zu dem feststehenden Kommunikationsmodul übertragen und von diesem der Überwachungseinrichtung zugeführt wurden.

Eine weitere und gegebenenfalls zusätzliche Ausgestaltung des Verfahrens beinhaltet, daß der Datenwert ein zur Steuerung einer Steuereinrichtung auf dem Läufer bestimmter Wert ist, der von dem ersten Kommunikationsmodul mit dem optischen Strahl zu dem zweiten Kommunikationsmodul übertragen und von diesem der Steuereinrichtung zugeführt wird. Die Steuerein­ richtung kann eine Auswahlschaltung sein und beispielsweise einen einzigen Analog-Digital-Wandler nacheinander mit mehre­ ren Meßstellen an einem Meßnetzwerk verbinden; auch andere Schaltaufgaben sind denkbar. Denkbar ist es auch, den Daten­ wert zur Ansteuerung eines steuerbaren Gleichrichters zu ver­ wenden, mit dein ein elektrischer Gleichstrom, der beispiels­ weise aus einem Erregernetzwerk einer Feldwicklung eines Tur­ bogenerators zugeführt wird, in seiner Höhe geregelt werden kann.

Eine zusätzliche Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß beide Kommunikationsmodule sowohl zum Senden als auch zum Empfangen mit einem jeweiligen optischen Strahl ausgelegt sind und nach einem vorgegebenen Protokoll ständig Telegramme austauschen, und wobei der Datenwert in einem die­ ser Telegramme übertragen wird. Unter einem Telegramm ver­ steht man in diesem Sinne eine nach einer bestimmten Vor­ schrift, die zu dem Protokoll gehört, formatierte Anordnung von Daten. Eine solche Anordnung besteht beispielsweise aus einem vorgeschriebenen Startzeichen, auf das weitere Daten folgen. Diese weiteren Daten können vielerlei Natur sein; es kann sich sowohl um Datenwerte als auch um Kommandos oder Steuerzeichen handeln, mit denen die Kommunikationsmoduln ih­ re Kommunikation synchronisieren und regeln oder die weiteren übermittelten Informationen hinsichtlich ihrer Art und Bedeu­ tung spezifizieren. Werden mehrere Datenwerte in einem Tele­ gramm übertragen, so wird dem Telegramm zweckmäßigerweise In­ formation zugefügt, wieviele Datenwerte übertragen werden und welcher Natur diese Datenwerte sind. Abgeschlossen wird ein Telegramm vorzugsweise an einem vorgeschriebenen Stopblock.

Der Austausch von Telegrammen erfolgt zweckmäßigerweise der­ art, daß abwechselnd ein Telegramm vom feststehenden zum ro­ tierenden Kommunikationsmodul sowie ein Telegramm vom rotie­ renden zum feststehenden Kommunikationsmodul übertragen wer­ den; falls das sendende Kommunikationsmodul gerade keinen Be­ darf zur Übertragung eines Datenwertes hat, sendet es ein im wesentlichen inhaltsloses Telegramm ab.

Das Verfahren jedweder Ausgestaltung findet bevorzugtermaßen Anwendung an einer Maschine, die eine dynamoelektrische Ma­ schine, insbesondere eine Erregermaschine für einen Turboge­ nerator, ist. Diese Anwendung erschließt sich aus den vorste­ hend und nachfolgend erwähnten Anwendungs- und Ausführungs­ beispielen, so daß an dieser Stelle keine weiteren Ausführun­ gen erforderlich sind.

Im Hinblick auf eine Anordnung ist die erfindungsgemäße Lö­ sung der Aufgabe gegeben durch eine Anordnung zur Übertragung eines Datenwerts zwischen einem feststehenden ersten Kommuni­ kationsmodul und einem auf einem um eine Achse drehbaren Läu­ fer einer Maschine befindlichen zweiten Kommunikationsmodul, bei der die Kommunikationsmodule Mittel zur Erzeugung eines etwa auf der Achse liegenden optischen Strahls und zur Über­ tragung des Datenwerts über den optischen Strahl aufweisen.

Wesentliche Vorzüge dieser Anordnung erschließen sich aus den Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren, die an dieser Stelle keiner Wiederholung bedürfen. Zur Lösung der Aufgabe wichtig ist, daß die Anordnung so eingerichtet ist, daß die Mittel zur Übertragung des Datenwerts entlang der Achse ange­ ordnet sind und über einen auf der Achse oder in der unmit­ telbaren Umgebung der Achse liegenden Strahl miteinander kom­ munizieren.

Die für die Kommunikation zwischen den Kommunikationsmodulen erforderlichen Mittel umfassen vorzugsweise zumindest einen Sender zur Aussendung des optischen Strahls und zur Aufprä­ gung des Datenwerts auf den optischen Strahl sowie zumindest einen Empfänger zum Empfang des optischen Strahls und zum Ex­ trahieren des Datenwerts aus dem optischen Strahl. Die Auf­ prägung des Datenwerts auf den optischen Strahl entspricht einer Modulation, die mit allen hierfür geläufigen Mitteln erfolgen kann; gleichermaßen entspricht die Extraktion des Datenwerts aus dem optischen Strahl einer Demodulation, wel­ che wiederum mit allen geläufigen Mitteln erfolgen kann. Da der Strahl ein optischer Strahl ist, kommt vorzugsweise ein Pulsmodulationsverfahren zum Einsatz; ein solches Verfahren erfordert es, daß der optische Strahl in Form einer Reihe kurzer Pulse ausgesandt wird, wobei eine Modulation durch ei­ ne spezifische Veränderung der Amplituden der Pulse (man spricht dann von Puls-Amplituden-Modulation), einer spezifi­ schen Veränderung der zeitlichen Abfolge der Pulse (entsprechend einer Puls-Phasen-Modulation) oder einer spezi­ fische Variation der Längen der Pulse (entsprechend einer Puls-Längen-Modulation) bewerkstelligt wird. Die Modulations­ verfahren unterscheiden sich hinsichtlich des zu ihrer Reali­ sierung notwendigen Aufwandes und hinsichtlich der jeweils gebotenen Übertragungssicherheit. Da im Falle der Erfindung möglicherweise nur eine Übertragung über kurze Strecken in Frage kommt, braucht auf die Störsicherheit des verwendeten Modulationsverfahrens kein großer Wert gelegt zu werden; es kommt daher als einfach zu realisierendes Modulationsverfah­ ren insbesondere das Verfahren der Puls-Amplituden-Modulation zum Einsatz. Die Modulation erfolgt dabei vorzugsweise digi­ tal, indem Pulse, die in einem vorgegebenen Zeittakt zur Übertragung anstehen, entweder ausgesendet werden oder nicht, je nach dem Wert der zu übertragenden digitalen Informations­ einheit.

Sowohl für den Sender als auch für den Empfänger kommen als funktionell wesentliche Elemente bestimmte Halbleiterbauele­ mente in Frage. Für den Sender wird vorzugsweise eine Leucht­ diode eingesetzt, mit weiterem Vorzug eine im Infrarotbereich arbeitende Leuchtdiode, im Empfänger findet vorzugsweise ein Halbleiterbauelement in Form eines Phototransistors Verwen­ dung.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Anordnung ist da­ durch ausgezeichnet, daß jedes Kommunikationsmodul einen zu­ gehörigen Sender und einen zugehörigen Empfänger, welcher mit dem Sender des jeweils anderen Kommunikationsmoduls über ei­ nen von diesem erzeugten optischen Strahl verbunden ist, auf­ weist. Solche Kommunikationsmodule sind mit weiterem Vorzug eingerichtet zu einem ständigen Austausch von Telegrammen ge­ mäß einem vorgegebenen Protokoll und zur Übertragung des Da­ tenwerts in einem Telegramm.

Grundsätzlich bieten Kommunikationsmoduln, welche sowohl sen­ den als auch empfangen können, die Möglichkeit der Beantwor­ tung einer Sendung, die eines der Kommunikationsmodule von dem anderen Kommunikationsmodul erhalten hat. Dies ermöglicht eine Verbesserung der Übertragungssicherheit durch Auswertung einer solchen Antwort, und dies ermöglicht es vor allem auch, die Anordnung zu mehreren Zwecken zu verwenden. Sie kann so­ wohl dazu dienen, Meßwerte von dem rotierenden Läufer zu übertragen, sie kann auch dazu dienen, Datenwerte in Form von Steuergrößen zu dem Läufer und zu einer auf dem Läufer be­ findlichen Steuereinrichtung zu übertragen.

Mit einem "Protokoll" ist vorliegend nicht ein Modulations­ verfahren gemeint, sondern ein Organisationsschema für die Kommunikation zwischen den beiden Kommunikationsmodulen, wel­ ches sich weniger auf die Form, sondern mehr auf den Inhalt der zu übertragenden Informationen bezieht. Das Protokoll be­ stimmt auf einer Organisationsebene, die der zur Festlegung eines Modulationsverfahrens definierten Organisationsebene übergeordnet ist, so etwas wie eine Sprache, mittels der die Kommunikationsmodule miteinander kommunizieren. Das Protokoll legt fest, wie ein Telegramm formatiert sein muß, wie ein Da­ tenwert in einem Telegramm erscheinen muß und wie die Kommu­ nikation zwischen den Kommunikationsmodulen ablaufen soll.

Gewisse Einzelheiten hierzu sind bereits anhand der Erläute­ rung einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens er­ läutert worden.

Das auf dem Läufer angeordnete zweite Kommunikationsmodul kommuniziert seinerseits vorzugsweise mit einem an den Läufer angeschlossenen Meßnetzwerk, wobei diese Kommunikation vor­ zugsweise über zumindest einen Analog-Digital-Wandler er­ folgt, welcher einen mit dem Meßnetzwerk bestimmten Meßwert als Datenwert annehmen und zu dem ersten Kommunikationsmodul übertragen kann. In diesem Zusammenhang ist das erste Kommu­ nikationsmodul vorzugsweise einer zur Stellung einer Diagnose über die Maschine aus einem von dem zweiten Kommunikationsmo­ dul empfangenen Datenwert eingerichteten Überwachungseinrich­ tung zugeordnet.

Die Anordnung mit dem Meßnetzwerk ist besonders geeignet zu Überwachung eines Erregernetzwerks für einen Turbogenerator, das auf dem Läufer angebracht ist. Dabei kann das Meßnetzwerk insbesondere eingerichtet sein zur Messung einer Betriebs­ spannung und/oder eines Erdschlußwiderstandes des Erreger­ netzwerks.

Um das Meßnetzwerk auch dann benutzen zu können, wenn die Kommunikationsmodule nicht arbeiten, ist das Meßnetzwerk vor­ zugsweise zusätzlich an an dem Läufer angebrachte und mit diesem rotierende Schleifringe angeschlossen, wobei dies wei­ ter vorzugsweise über jeweils einen Schalter erfolgt, welcher geöffnet ist, wenn das zweite Kommunikationsmodul arbeitet, und welcher geschlossen ist, wenn das zweite Kommunikations­ modul ruht. Auf diese Weise steht zumindest dann, wenn das zweite Kommunikationsmodul nicht arbeitet, die aus dem Meß­ netzwerk erhaltbare Information an den Schleifringen zur Ver­ fügung und kann dort mit üblichen Mitteln abgenommen werden.

Anstelle des Meßnetzwerks oder zusätzlich zu dem Meßnetzwerk trägt der Läufer vorzugsweise eine mit dem zweiten Kommunika­ tionsmodul verbundene Steuereinrichtung und sind die Kommuni­ kationsmodule eingerichtet zur Übertragung eines Datenwertes zu dem zweiten Kommunikationsmodul, welcher von diesem der Steuereinrichtung zugeführt wird. Mit der Steuereinrichtung kann insbesondere ein auf dem Läufer befindliches Meßnetzwerk gesteuert werden.

Das zweite, rotierende Kommunikationsmodul ist vorzugsweise angebracht in einer Bohrung, die entlang der Achse und ausge­ hend von einem freien Wellenende in eine Welle des Läufers eingebracht ist. Derart ist das zweite Kommunikationsmodul vor Einflüssen der Umgebung geschützt, und auch das erste Kommunikationsmodul kann, zumindest teilweise, in die Bohrung hineinragen und wäre damit eventuellen Störeinflüssen aus der Umgebung der Anordnung und des Läufers entzogen.

Insbesondere die vorstehend beschriebene Anordnung ist mit zusätzlichem Vorzug ergänzt um eine auf dem Läufer ange­ brachte und von diesem getragene Leistungswicklung, die mit einer zugehörigen, feststehenden Magnetanordnung einen Gene­ rator bildet und das zweite Kommunikationsmodul mit elektri­ scher Energie versorgt. Im Rahmen der Ausgestaltung, die im vorigen Absatz beschrieben wurde, kann auch der Generator in der erwähnten Bohrung angebracht sein; dann wäre der Genera­ tor ein sogenannter Außenläufergenerator, da die in der Boh­ rung feststehende Magnetanordnung von der rotierenden Spule umgeben sein müßte.

Ausführungsbeispiele der Erfindung gehen aus der Zeichnung hervor. Zur Verdeutlichung spezifischer Merkmale ist die Zeichnung teilweise schematisiert und/oder leicht verzerrt ausgeführt; in keinem Fall wird ein Anspruch erhoben, daß die Zeichnung eine maßstabsgerechte Wiedergabe eines konkreten Ausführungsbeispiels sei. Hinweise, die der einschlägig be­ wanderte Fachmann zur Realisierung eines Ausführungsbeispiels benötigt, sind ihm im Rahmen seines einschlägigen Fachwissens geläufig. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Anordnung zur Über­ tragung eines Datenwerts zwischen einem rotierenden und einem feststehenden Kommunikationsmodul;

Fig. 2 eine solche Anordnung an einer Erregermaschine für einen Turbogenerator;

Fig. 3 eine Steuereinrichtung und eine Überwachungsein­ richtung, zur Anwendung mit einer Anordnung der be­ schriebenen Art.

Fig. 1 zeigt ein feststehendes erstes Kommunikationsmodul 1, welches auf einer Achse 2 angeordnet ist, um die sich ein Ma­ schinenteil 3, nämlich ein Läufer bzw. eine mit einem Läufer verbundene Welle, dreht. Der Läufer 3 bildet mit einem nicht in Fig. 1, jedoch in Fig. 2 gezeigten Ständer 4 eine elek­ trische Maschine. An dem Läufer 3 befestigt und mit diesem rotierend ist ein zweites Kommunikationsmodul 5, das über ei­ nen optischen Strahl 6, insbesondere einen Strahl 6 aus In­ frarotlicht, mit dem ersten Kommunikationsmodul 1 kommuni­ ziert. Ausgesandt wird der Strahl 6 von einem ersten Halblei­ terbauelement 7, nämlich einer Leuchtdiode 7 auf dem zweiten Kommunikationsmodul 5, und empfangen wird der Strahl 6 von einem zweiten Halbleiterbauelement 8 in Form eines Phototran­ sistors 8 auf dem ersten Kommunikationsmodul 1. Es trägt al­ lerdings jedes Kommunikationsmodul 1 bzw. 5 eine Leuchtdiode 7 sowie einen Phototransistor 8, um einen Austausch von Da­ tenwerten in beiden denkbaren Richtungen entlang der Achse 2 zu ermöglichen. Das zweite Kommunikationsmodul 5 steht in Verbindung mit einem Meßwerkzeug 9, dessen Funktion anhand der Fig. 2 erläutert wird, und dies über einen Digital-Ana­ log-Wandler 10, der ein analoges Meßsignal aus dem Meß­ netzwerk 9 umformt in einen digitalen Wert, welcher an­ schließend als Datenwert von dem zweiten Kommunikationsmodul 5 zu dem ersten Kommunikationsmodul 1 gesandt wird. An weite­ ren Komponenten des Kommunikationsmoduls 5 sind vorhanden zwei Schleifringe 11, die so mit dem übrigen Kommunikations­ modul 5 verbunden sind, daß sie bei einem Ausfall der über den Strahl 6 abzuwickelnden Kommunikation immer noch eine Übertragung von Datenwerten von dem rotierenden Läufer 3 er­ möglichen. Weiterhin vorhanden ist ein Generator 12, 13 mit einer auf dem Läufer 3 befindlichen und mit diesem rotieren­ den Ankerwicklung 12 sowie einer feststehenden Feldwicklung 13, welche ein räumlich und zeitlich konstantes Magnetfeld erzeugt. Durch die Rotation des Läufers 3 bewegt sich die An­ kerwicklung 12 periodisch durch das Magnetfeld; sie erfährt somit ein zeitlich periodisch veränderliches Magnetfeld, und es wird in ihr ein elektrischer Strom induziert. Dieser elek­ trische Strom dient dazu, das rotierende zweite Kommunika­ tionsmodul 5 mit elektrischer Energie zu versorgen. Die ge­ samte Anordnung ist angebracht an einem Wellenende 14 des Läufers 3, wobei das zweite Kommunikationsmodul 5 am Grund einer in das Wellenende 14 eingebrachten Bohrung 15 sitzt und auch das erste, feststehende Kommunikationsmodul 1 in die Bohrung 15 hineinragt. Auch der Generator 12, 13 ist voll­ ständig in der Bohrung 15 angeordnet und somit ebenso wie die Kommunikationsmodule 1, 5 vor Beeinträchtigungen und Ver­ schmutzung geschützt.

Fig. 2 zeigt die Zuordnung der Anordnung mit dem feststehen­ den ersten Kommunikationsmodul 1 sowie dem zweiten Kommunika­ tionsmodul 5, das auf einer um eine Achse 2 rotierenden Läu­ fer 3 aufsitzt, zu einer elektrischen Maschine 3, 4, 16, 17, 18, 19, nämlich einer Erregermaschine für einen Turbogenera­ tor. Die Erregermaschine hat eine auf einem feststehenden Ständer 4 angeordnete Feldwicklung 16 und eine auf dem Läufer 3 befindliche, rotierende Ankerwicklung 17. Die Ankerwicklung 17 beaufschlagt über entsprechende Leitungen eine Anordnung von Gleichrichtern, die auf nur schematisch angedeuteten Gleichrichterrädern 18 angeordnet sind. Der durch Vermittlung dieser Gleichrichter erhaltene Gleichstrom wird über zwei achsennah geführte Gleichstromleitungen 19 einer mit dem Läu­ fer 3 rotierenden Feldwicklung eines Turbogenerators, der der Übersicht halber nicht dargestellt ist, zugeführt. An die Gleichstromzuleitungen 19 angeschlossen ist die Anordnung mit den beiden Kommunikationsmodulen 1 und 5, wobei dieser An­ schluß über das aus Fig. 1 erkennbare Meßnetzwerk 9 erfolgt. Das Meßnetzwerk 9 dient insbesondere der Messung zweier Para­ meter der Erregermaschine 3, 4, 16, 17, 18, 19, nämlich der Höhe des von dieser abgegebenen Gleichstroms sowie der Höhe eines Erdschlußwiderstandes, der zwischen der Ankerwicklung 17 und einer durch die Masse des Läufers 3 gegebenen Nullpo­ tential liegt. Einzelheiten hierzu sind bereits erläutert worden, worauf an dieser Stelle verwiesen sei.

Fig. 3 zeigt ein Schema, welches die Eignung der Anordnung mit einem feststehenden Kommunikationsmodul 1 und einem ro­ tierenden Kommunikationsmodul 5 für weitere Zwecke deutlich machen soll. Das zweite Kommunikationsmodul 5 rotiert um die Achse 2 und kommuniziert über den optischen Strahl 6 mit dem feststehenden ersten Kommunikationsmodul 1. Das zweite Kommu­ nikationsmodul 5 nimmt Daten von einem Meßnetzwerk 9 auf und überträgt diese als Datenwerte an das feststehende erste Kom­ munikationsmodul 1. Dort werden diese Datenwerte, gegebenen­ falls nach entsprechender Auswertung und/oder Umwandlung in eine zur Weitergabe geeignete Form, einer Überwachungsein­ richtung 20 zugeführt; diese Überwachungseinrichtung 20 ist der Einfachheit halber als Meßgerät dargestellt. Es kann sich bei dieser Überwachungseinrichtung selbstverständlich um eine mehr oder weniger komplexe Diagnoseeinrichtung handeln, die eine mehr oder weniger vollständige Diagnose der Maschine, der die Anordnung zugeordnet ist, stellt und dazu möglicher­ weise auch zusätzliche Informationen, die an dieser Stelle nicht besonders erwähnt wurden, einbezieht. Zusätzlich ist es möglich, die Richtung der Kommunikation zwischen den Kommuni­ kationsmoduln 1 und 5 umzukehren und dem rotierenden zweiten Kommunikationsmodul 5 einen Datenwert von dem ersten Kommuni­ kationsmodul 1 zuzustellen, welcher beispielsweise von einer Steuereinrichtung 21 ausgeht und welcher der internen Steue­ rung des zweiten Kommunikationsmoduls 5, der Steuerung des Meßnetzwerks 9 oder der Steuerung der Maschine, an die das zweite Kommunikationsmodul 5 angeschlossen ist, dienen soll. Diesbezügliche Einzelheiten bedürfen an dieser Stelle keiner näheren Erläuterung, da zu einer Realisierung einer solchen bidirektionalen Kommunikation grundsätzlich alle bekannten Mittel verwendbar sind. Auch die bei der Realisierung des zweiten Kommunikationsmodul 5 erforderliche mechanische Be­ lastbarkeit im Hinblick auf die zu erwartende Fliehkraftbela­ stung stellt als solche kein Problem dar, dessen Lösung über das parate Fachwissen des einschlägig tätigen Durchschnitts­ fachmanns hinausgeht.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße An­ ordnung sind in besonders ausgeprägter Weise den Umständen angemessen, die sich ergeben, wenn die Anordnung an einer großen dynamoelektrischen Maschine, insbesondere einer Erre­ germaschine für einen Turbogenerator oder dergleichen, be­ trieben wird. Der bauliche Aufwand für die Anordnung ist klein, und die Anordnung ist so gestaltet, daß Fliehkraftbe­ lastungen so klein wie möglich gehalten werden.

Claims (22)

1. Verfahren zur Übertragung eines Datenwerts zwischen einem feststehenden ersten Kommunikationsmodul (1) und einem auf einem um eine Achse (2) rotierenden Läufer (3) einer Maschine (3; 4) befindlichen zweiten Kommunikationsmodul (5), dadurch gekennzeichnet, daß die Kommu­ nikationsmoduln (1; 5) so eingerichtet werden, daß sie über einen auf der Achse (2) liegenden optischen Strahl (6) mit­ einander kommunizieren, und daß der Datenwert mit dem opti­ schen Strahl (6) übertragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der optische Strahl (6) sichtbares Licht oder Infrarotlicht ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der optische Strahl (6) durch ein erstes Halbleiterbauelement (7), insbesondere eine Leuchtdiode (7), gesendet und von einem zweiten Halbleiter­ bauelement (8), insbesondere einem Phototransistor (8), emp­ fangen wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Datenwert ein analoger elektrischer Wert ist, aus einem mit dem Läufer (3) verbundenen passiven Meßnetzwerk (9) ge­ wonnen, in einen digitalen Wert umgewandelt und als solcher von dem zweiten Kommunikationsmodul (5) mit dem optischen Strahl (6) zu dem ersten Kommunikationsmodul (1) übertragen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das erste Kommunika­ tionsmodul (1) einer Überwachungseinrichtung (20) zugeordnet ist, von der der Datenwert zur Stellung einer Diagnose über die Maschine (3; 4) ausgewertet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Datenwert ein zur Steuerung einer Steuereinrichtung (21) auf dem Läufer (3) bestimmter Wert ist, von dem ersten Kommunika­ tionsmodul (1) mit dem optischen Strahl (6) zu dem zweiten Kommunikationsmodul (5) übertragen und von diesem der Steuer­ einrichtung (21) zugeführt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem beide Kommunikationsmoduln (1; 5) sowohl zum Senden als auch zum Empfangen mit einem jeweiligen optischen Strahl (6) aus­ gelegt sind und nach einem vorgegebenen Protokoll ständig Te­ legramme austauschen, und wobei der Datenwert in einem Tele­ gramm übertragen wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Maschine (3; 4) eine dynamoelektrische Maschine (3; 4), insbesondere eine Erregermaschine (3; 4), ist.

9. Anordnung zur Übertragung eines Datenwerts zwischen einem feststehenden ersten Kommunikationsmodul (1) und einem auf einem um eine Achse (2) drehbaren Läufer (2) einer Maschine (3; 4) befindlichen zweiten Kommunikationsmodul (5), dadurch gekennzeichnet, daß die Kommu­ nikationsmoduln (1, 5) Mittel (7; 8) zur Erzeugung eines etwa auf der Achse (2) liegenden optischen Strahls (6) und zur Übertragung des Datenwerts über den optischen Strahl (6) auf­ weisen.

10. Anordnung nach Anspruch 9, bei der die Mittel (7; 8) zu­ mindest einen Sender (7) zur Aussendung des optischen Strahls (6) und zur Aufprägung des Datenwerts auf den optischen Strahl (6) sowie zumindest einen Empfänger (8) zum Empfang des optischen Strahls (6) und zum Extrahieren des Datenwerts aus dem optischen Strahl (6) umfassen.

11. Anordnung nach Anspruch 10, bei der der Sender (7) ein erstes Halbleiterbauelement (7) zum Aussenden des optischen Strahls (6), insbesondere eine Leuchtdiode (7), aufweist.

12. Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, bei der der Empfänger (8) ein zweites Halbleiterbauelement (8) zum Empfangen des optischen Strahls (6), insbesondere einen Phototransistor (8), aufweist.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei der je­ des Kommunikationsmodul (1; 5) einen zugehörigen Sender (7) und einen zugehörigen Empfänger (8), welcher mit dem Sender (7) des jeweils anderen Kommunikationsmoduls (1; 5) über einen von diesem erzeugten optischen Strahl (6) verbunden ist, auf­ weist.

14. Anordnung nach Anspruch 13, bei dem die Kommunikationsmo­ duln (1; 5) eingerichtet sind zu einem ständigen Austausch von Telegrammen gemäß einem vorgegebenen Protokoll und zur Über­ tragung des Datenwerts in einem Telegramm.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei der das zweite Kommunikationsmodul (5) mit einem an den Läufer (3) angeschlossenen Meßnetzwerk (9) kommuniziert, vorzugsweise über zumindest einen Analog-Digital-Wandler (10), und einen mit dem Meßnetzwerk (8) bestimmten Meßwert als Datenwert an­ nehmen und zu dem ersten Kommunikationsmodul (1) übertragen kann.

16. Anordnung nach Anspruch 15, bei der das erste Kommunika­ tionsmodul (1) einer zur Stellung einer Diagnose über die Ma­ schine (3; 4) aus einem von dem zweiten Kommunikationsmodul (1) empfangenen Datenwert eingerichteten Überwachungseinrich­ tung (20) zugeordnet ist.

17. Anordnung nach Anspruch 15 oder 16, bei der der Läufer (3) ein Erregernetzwerk (16, 17, 18, 19) trägt, an welches das Meßnetzwerk (9) angeschlossen ist, und bei der das Meß­ netzwerk (9) zur Messung einer Betriebsspannung und/oder ei­ nes Erdschlußwiderstandes des Erregernetzwerks (16, 17, 18, 19) eingerichtet ist.

18. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei der das Meßnetzwerk (9) zusätzlich an an dem Läufer (3) angebrachte und mit diesem rotierende Schleifringe (11) angeschlossen ist.

19. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, bei der der Läufer (3) eine mit dem zweiten Kommunikationsmodul (5) ver­ bundene Steuereinrichtung (21) trägt, mit welcher insbeson­ dere ein auf dem Läufer (3) befindliches Meßnetzwerk (9) steuerbar ist, und bei der die Kommunikationsmoduln (1; 5) eingerichtet sind zur Übertragung eines Datenwerts zu dem zweiten Kommunikationsmodul (5), welcher von diesem der Steu­ ereinrichtung (21) zugeführt wird.

20. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 19, bei der die Maschine (3; 4) eine dynamoelektrische Maschine (3; 4), insbe­ sondere eine Erregermaschine (3; 4), ist.

21. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 20, bei der der Läufer (3) an einem freien Wellenende (14) endet, wo er eine von dem Wellenende (14) aus entlang der Achse (2) gerichtete Bohrung (15) aufweist, und bei der das zweite Kommunikations­ modul (5) in der Bohrung (15) angebracht ist.

22. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 21, bei der der Läufer zur Versorgung des zweiten Kommunikationsmoduls (5) eine Ankerwicklung (12) trägt, die mit einer zugehörigen, feststehenden Magnetanordnung (13), insbesondere einer Feld­ wicklung (13), einen Generator (12, 13) bildet.