DE19634692A1 - Vorrichtung zur Drehzahl- und/oder Drehrichtungserfassung von Motoren, insbesondere Asynchronmotoren - Google Patents
Vorrichtung zur Drehzahl- und/oder Drehrichtungserfassung von Motoren, insbesondere AsynchronmotorenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Drehzahl
und/oder Drehrichtungserfassung von Motoren, insbesondere
Asynchronmotoren, mit einem innerhalb einer Lüfterhaube
angeordneten, durch die Motorwelle angetriebenen Lüfter.
Bisher werden zur Drehzahl- und/oder Drehrichtungserfas
sung von Asynchronmotoren üblicherweise Geber in Form von
Inkrementalgebern oder Resolvern eingesetzt, für die ein
sehr hoher mechanischer und für die Auswertung elektroni
scher Aufwand notwendig ist. Zur Anbringung der Geber an
den Motoren sind plane, zur Motorwelle rechtwinklige
Anbauflächen sowie sehr aufwendige Axial- und Radialver
satz tolerierende Kupplungen notwendig. Bei der Montage
wird dabei die Baulänge des Motors erheblich erhöht.
Entsprechend gestaltet sich die Nachrüstbarkeit bei
bereits installierten Motoren äußerst schwierig. Außerdem
sind derartige Gebersysteme mechanisch äußerst empfind
lich und oftmals so teuer wie der Motor selbst. Häufig
beträgt ihr Preis sogar ein Vielfaches des Basismotor
preises.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
preisgünstige Vorrichtung der eingangs genannten Art zu
schaffen, welche sich auf einfache Weise auch nachträg
lich ohne Erhöhung der Baulänge des Motors installieren
läßt und eine einfache Drehzahl- und/oder Drehrichtungs
erfassung ohne hohen mechanischen und elektronischen
Aufwand ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe durch eine
Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die durch
zumindest einen außenseitig der Lüfterhaube am Motor
angebrachten Impulsgeber und durch im Lüfterraum innen
seitig der Lüfterhaube angeordnete, mit dem Lüfter ro
tierbare Geberfahnen, die mit dem Impulsgeber zusammen
wirken, gekennzeichnet ist.
Ein derartiges Gebersystem aus Impulsgeber, bei dem es
sich bevorzugt um einen induktiven Näherungsgeber bzw.
-sensor handelt, und mit dem Lüfter rotierbaren Geber
bzw. Abtastfahnen aus elektrisch leitfähigem Material ist
preisgünstiger als bekannte Systeme herstellbar und ohne
Baulängenzunahme des Motors an diesem montierbar. Der
Näherungssensor besteht dabei aus einem induktiven Nähe
rungsschalter mit integriertem Stecker.
Die Arbeitsweise eines induktiven Näherungsschalters
beruht auf der Bedämpfung eines LC-Oszillators bzw.
Schwingkreises durch Annäherung eines elektrisch leiten
den Materials, wobei es sich bevorzugt um ein Metall wie
Aluminium oder Stahl handelt. Der Oszillator erzeugt ein
hochfrequentes magnetisches Wechselfeld, das an der
aktiven Fläche austritt. Wird in dieses Feld ein elek
trisch leitendes Material eingebracht, so entsteht in
diesem eine Induktionswirbelspannung. Der fließende
Wirbelstrom entzieht dem Schwingkreis Energie. Diese
Belastung des Schwingkreises bewirkt eine Verkleinerung
der Schwingungsamplitude, welche ausgewertet werden kann.
Das erhaltene Analogsignal wird digitalisiert und kann an
eine Auswerteeinheit übertragen werden.
Die Geberfahnen bzw. Abtastelemente können in bevorzug
ter Ausgestaltung durch eine mit dem Lüfter rotierende
Scheibe getragen sein. Eine solche Scheibe bzw. ein
solches Fahnenrad kann dabei auf den Lüfter aufgenietet
sein, wobei das abzutastende Fahnenrad beispielsweise aus
Stahl und der Lüfter aus Aluminium sein können.
Es ist aber auch möglich, daß die Geberfahnen jeweils an
den Lüfterflügeln des Lüfters ausgebildet sind. Hierbei
werden die Geberfahnen bevorzugt durch paarweises Verbin
den der Lüfterflügel gebildet. Dies kann durch direktes
Angießen der Geberfahnen an die Lüfterflügel erfolgen,
wodurch die Rundlaufgenauigkeit erhöht wird und die
Montage der Einzelteile aus Fahnenrad und Lüfter entfal
len kann. Die so mit den Abtastfahnen versehenen Lüfter
bestehen vorzugsweise als ein Gußteil aus Aluminium und
erfüllen gleichzeitig zwei Funktionen, einmal diejenige
als eigentlicher Lüfter und zum anderen die als Signal
geber.
Da der Näherungsgeber an der Lüfterhaube und entweder die
Scheibe mit den Geberfahnen direkt am Lüfter selbst
festgelegt oder die Geberfahnen durch die paarweise
verbundenen Lüfterflügel gebildet werden, ist ein und
daßelbe System unter Verwendung unterschiedlich großer
Scheiben oder Fahnenräder bei unterschiedlichen Motorgrö
ßen einsetzbar und es kann einfach bei bereits instal
lierten Motoren nachgerüstet werden. Das für die Dreh
zahl- und/oder Drehrichtungserfassung notwendige Signal
wird einfach bei Drehbewegung des Motors und des mitlau
fenden Lüfters über die mit dem Lüfter mit laufenden
Geberfahnen initiiert. Die im Geber initiierten Signale
können auf einfache Weise an speicherprogrammierbare
Steuerungen (SPS) weitergeleitet und dort ohne zusätzli
che Auswerteeinheit ausgewertet werden.
Um eine möglichst kompakte Anordnung zu schaffen, ist
entweder die bevorzugt aus Metall bestehende Scheibe auf
der dem Motor zugewandten Seite des Lüfters angeordnet
oder die Lüfterflügel sind paarweise verbunden und bilden
dadurch die Geberfahnen. Hierdurch kann der Näherungsge
ber an der Lüfterhaube optimal zu den Geberfahnen ausge
richtet werden, ohne daß die Länge der Lüfterhaube ver
größert werden muß.
Um den Raumbedarf bei Verwendung der Scheibe mit Geber
fahnen möglichst gering zu halten, ist vorgesehen, daß
die Scheibe schüsselförmig mit einem umlaufenden Rand
ausgebildet ist. Hierdurch paßt sich die Scheibe optimal
an die Innenkontur bekannter verwendeter Lüfter an, so
daß lediglich der umlaufende Rand einen aber lediglich
geringen Raumbedarf zwischen Lüfter und Motorseite auf
weist. Außerdem wird aufgrund dieser Ausgestaltung der
Scheibe die Festlegung am Lüfter selbst vereinfacht, da
sie am Innenbereich des Lüfters erfolgen kann und so
keine störenden Befestigungsteile seitlich oder unterhalb
des Lüfters hervorragen.
Die Geberfahnen sind in Weiterbildung an der Peripherie
der Metallscheibe angeordnet, insbesondere gleichmäßig
verteilt. Auf diese Weise können die Geberfahnen optimal
mit dem Näherungsgeber zusammenwirken, ohne störenden
Einfluß auf andere Bauteile zu nehmen. Gleiches wird
erreicht, wenn die Geberfahnen bereits bei Herstellung
des Lüfters mitgegossen, vorzugsweise gleichmäßig ver
teilt an der Peripherie des Lüfters angegossen werden.
In bevorzugter Ausgestaltung ist dabei entweder vorgese
hen, daß die mit den Geberfahnen versehene Scheibe auf
der dem Motor zugewandten Seite des Lüfters angeordnet
ist und daß die Geberfahnen sich axial in zum Motor
entgegengesetzter Richtung über Flügel des Lüfters er
strecken und den Lüfter beabstandet zu diesen umgeben,
oder aber daß die Geberfahnen die Lüfterflügel in kom
pletter Breite paarweise an der äußeren Peripherie des
Lüfters verbinden. Aufgrund dieser einfachen Bauart der
Scheibe mit Geberfahnen oder der Fertigung des Lüfters
mit Geberfahnen als einstückiges Bauteil insbesondere
durch einen Gießvorgang brauchen im Inneren des Gehäuses
keine Änderungen vorgenommen werden. Es ist lediglich die
Scheibe bei Verwendung einer solchen am Lüfter festzule
gen. Die Wirkung des Lüfters zur Eigenbelüftung des
Motors wird weder durch die angebaute Scheibe noch durch
die paarweise verbundenen Lüfterflügel beeinträchtigt.
Um nun den Näherungsgeber in berührungslosen Kontakt mit
den Geberfahnen der Scheibe oder den durch die paarweise
verbundenen Lüfterflügel gebildeten Geberfahnen zu brin
gen, weist die Lüfterhaube eine Öffnung zur Durchführung
zumindest eines Teils des Näherungsgebers auf. Eine
solche Öffnung kann auch später bei bereits installierten
Motoren einfach an der Lüfterhaube ausgebildet werden.
Um nun nicht nur die Drehzahl, sondern auch die Drehrich
tung zu erfassen, sind bevorzugt zwei Impulsgeber vorge
sehen. Diese können an Lüfterhauben unterschiedlichen
Durchmessers bzw. unterschiedlicher Radien ohne Änderung
verwendet werden.
Insgesamt wird so eine Vorrichtung geschaffen, mit der
bei einfacher und robuster Bauart auf einfache Weise die
Drehzahl und/oder Drehrichtung erfaßt werden und welche
einfach an einem Motor montiert werden kann. Des weiteren
ist in Verbindung mit der speicherprogrammierbaren Steue
rung eine Drehzahlanzeige realisierbar.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich
aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschrei
bung, in der ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:
Fig. 1 in abgebrochenem Schnitt das lüfter
seitige Teil eines Asynchronmotors
einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A
aus Fig. 1;
Fig. 3 in abgebrochenem Schnitt das lüfter
seitige Teil eines Asynchronmotors
einer zweiten Ausführungsform und
Fig. 4 eine Draufsicht auf den Lüfter aus
Fig. 3.
In Fig. 1 und Fig. 3 ist lediglich der lüfterseitige Teil
eines Asynchronmotors dargestellt. Dabei sind lediglich
die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Teile des
Motors beschrieben. Des weiteren werden gleiche Bauteile
in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Am lüfterseitigen Ende eines Asynchronmotors (nicht
dargestellt) ist ein Lüfter 1, 1′ angeordnet, der zusam
men mit dem rückwärtigen Teil des nicht dargestellten
Motors von einer Lüfterhaube 2 umschlossen ist. Der
Lüfter 1, 1′ weist eine Nabe 3 auf, die beim dargestell
ten Ausführungsbeispiel eine sich in Form einer Schüssel
erweiternde Seitenwandung 4 aufweist. An der Seitenwan
dung 4 sind mehrere Radialflügel 5, 5′ angeformt. Die
Nabe 3 wird durch die Motorwelle (nicht dargestellt)
angetrieben, wobei diese die Nabe 3 durchgreift.
In Fig. 1 ist an der den Flügeln 5 abgewandten Innenseite
der Seitenwandung 4 eine kreissymmetrische, schüsselför
mig ausgebildete Scheibe 6, insbesondere eine Metall
scheibe, bei 7 festgelegt. Die Scheibe 6 weist zentral in
ihrem Boden 17 eine Öffnung 18 auf, mittels der sie auf
die Nabe 3 aufgeschoben ist. Die Scheibe 6 legt sich
dabei im Festlegungsbereich 7 aufgrund ihrer schüsselför
migen Ausbildung formschlüssig an die Seitenwandung 4 der
Nabe 3 an. Des weiteren ist die Scheibe 6 mit einem
umlaufenden Rand 8 versehen, welcher den Lüfter 1 an
seiner Unterseite in Richtung der Lüfterhaube 2 überragt.
An der Peripherie der Scheibe 6 sind dabei zur Ausbildung
eines Fahnenrades gleichmäßig (s. Fig. 2) verteilte und
zueinander in Umfangsrichtung beabstandete Geberfahnen 9,
ebenfalls aus Metall, ausgebildet. Die Geberfahnen 9 der
zwischen dem Lüfter 1 und dem Handlüftbügel 10 raumspa
rend angeordneten Scheibe 6 erstrecken sich dabei achs
parallel vom Lagerschild 10′ und damit vom Asynchronmotor
fort und umgeben die Flügel 5 des Lüfters 1 radial mit
einem endlichen Abstand.
Bei der in den Fig. 3 und 4 dargestellten zweiten Ausfüh
rungsform sind an der Peripherie des Lüfters 1′ an den
Lüfterflügeln 5′ Geberfahnen 9′, beispielsweise durch
Angießen, angebracht. Die Lüfterflügel 5′ sind dabei an
ihren freien radialen Enden 20 jeweils paarweise an ihren
einander zugewandten Endbereichen 20 durch die Geberfah
nen 9′ verbunden. Die Geberfahnen 9′ weisen jeweils eine
der Krümmerung des Lüfters 1′ in Umfangsrichtung entspre
chende Krümmung auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
sind sechs Geberfahnen 9′ an den Lüfterflügeln 5′ ange
gossen, wobei der Abstand der Geberfahnen 9′ zueinander
in Umfangsrichtung größer ist als ihre jeweilige Umfangs
erstreckung. Des weiteren erstrecken sich die Geberfahnen
9′ parallel zur Drehachse B des Lüfters 1′.
In der Lüfterhaube 2 ist eine Öffnung 11 vorgesehen,
durch die der mit den Geberfahnen 9, 9′ zusammenwirkende
Teil 12 eines Impulsgebers 13, 13′ in den Lüfterraum 14
hineinragt. Der Impulsgeber 13, 13′, bei dem es sich
bevorzugt um einen induktiven Näherungsgeber, eingebaut
in einen Montageblock, handelt, ist an der Lüfterhaube 2
beispielsweise mittels Schrauben 15 festgelegt. Der
Näherungsgeber 13, 13′ weist dabei einen Anschluß 16 zur
Weiterleitung der empfangenen Signale an speicherprogram
mierte Steuerungen (SPS) zur Auswertung der Signale auf.
Um nicht nur die Drehzahl, sondern auch die Drehrichtung
zu erfassen, können an der Lüfterhaube 2 (s. Fig. 2) auch
zwei Impulsgeber 13, 13′ angeordnet sein.
Die Signalerfassung erfolgt, indem durch die Drehbewegung
des nicht dargestellten Motors und des mitlaufenden
Lüfters 1, 1′ über die die Bedämpfung des induktiven
Näherungsgebers 13, 13′ bewirkenden Geberfahnen 9, 9′ in
dem Geber ein Signal initiiert wird, wobei entsprechende
Signale an die speicherprogrammierten Steuerungen weiter
gegeben werden. Sind zwei Impulsgeber 13, 13′ vorgesehen,
so erfolgt sowohl eine Drehzahl- als auch eine Drehrich
tungserfassung.
Claims (19)
1. Vorrichtung zur Drehzahl- und/oder Drehrichtungser
fassung von Motoren, insbesondere Asynchronmotoren,
mit einem innerhalb einer Lüfterhaube angeordneten,
durch die Motorwelle angetriebenen Lüfter, gekenn
zeichnet durch zumindest einen außenseitig der
Lüfterhaube (2) am Motor angebrachten Impulsgeber
(13, 13′) und durch im Lüfterraum (14) innenseitig
der Lüfterhaube (2) angeordnete, mit dem Lüfter (1,
1′) rotierbare Geberfahnen (9, 9′), die mit dem
Impulsgeber (13, 13′) zusammenwirken.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Impulsgeber (13, 13′) ein induktiver Nähe
rungsgeber ist und die Geberfahnen (9, 9′) aus elek
trisch leitfähigem Material sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Material Stahl ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Material Aluminium ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ge
kennzeichnet durch eine mit dem Lüfter (1) rotierba
re Scheibe (6), die die Geberfahnen (9) trägt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Scheibe (6) auf der dem Motor zugewandten
Seite des Lüfters (1) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Scheibe (6) schüsselförmig mit einem umlau
fenden Rand (8) ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, da
durch gekennzeichnet, daß die Geberfahnen (9) an der
Peripherie der Scheibe (6) angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Geberfahnen (9) gleichmäßig an der Periphe
rie der Scheibe (6) verteilt angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß die mit den Geberfahnen (9) versehene
Scheibe (6) auf der dem Motor zugewandten Seite des
Lüfters (1) angeordnet ist und daß die Geberfahnen
(9) sich axial in zum Motor entgegengesetzter Rich
tung über Flügel (5) des Lüfters (1) erstrecken.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich
net, daß die Geberfahnen (9) den Lüfter (1) beab
standet umgeben.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß die Geberfahnen (9′)
jeweils an den Lüfterflügeln (5′) des Lüfters (1′)
ausgebildet sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich
net, daß die Geberfahnen (9′) durch paarweises
Verbinden der Lüfterflügel (5′) gebildet sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Geberfahnen (9′) an der Peri
pherie des Lüfters (1′) durch paarweises Verbinden
der Lüfterflügel (5′) ausgebildet sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die Geberfahnen (9′)
gleichmäßig verteilt an der Peripherie des Lüfters
(1′) angeordnet sind.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfter (1′) und die
Geberfahnen (9′) durch einen Gießvorgang gefertigt
sind.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfter (1, 1′) aus
Aluminium ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfterhaube (2) eine
Öffnung (11) zur Durchführung zumindest eines Teils
(12) des Impulsgebers (13, 13′) aufweist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18,
gekennzeichnet durch zwei Impulsgeber (13, 13′).
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