DE19634692C2 - Vorrichtung zur Drehzahl- und/oder Drehrichtungserfassung von Motoren, insbesondere Asynchronmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Drehzahl- und/oder Drehrichtungserfassung von Motoren, insbesondere Asynchronmotoren.

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.

Die DE 38 15 074 C2 zeigt eine Meßeinrichtung zur Bestim­ mung des Drehwinkels nach dem Wirbelstrommeßprinzip. Zur Messung wird ein von einem hochfrequenten Wechselstrom durchflossenes Stromleitstück in einem Träger gedreht, so daß auf der Oberfläche des Stromleitstücks Wirbelströme bewirkt werden, wodurch der Spulen-Wechselstromwiderstand verringert und eine Verkleinerung der an den Spulen anliegenden Spannung bewirkt wird.

Das DE-GM 69 37 824 zeigt eine Schutzeinrichtung für einen elektromotorisch angetriebenen Kleinlüfter, bei dem zur Erkennung eines Lüfterausfalls ein magnetfeldsensiti­ ves Geberelement in einem Gehäuse so angeordnet ist, daß in der Nähe sich bei Lauf vorbeibewegende ferromagneti­ sche Teile des Rotors, wie weichmagnetische Eisenflügel eines Ventilatorlaufrades, in dem Geberelement eine drehzahlproportionale Induktionsschwankung bzw. eine entsprechende Spannung induzieren.

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 zur Drehzahl- und/oder Drehrichtungserfassung von Motoren, insbesondere Asynchronmotoren, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Ein derartiges Gebersystem aus Impulsgeber in Form eines induktiven, als Element eines Schwingkreises ausgebilde­ ten Näherungsgebers und mit Geberfahnen aus elektrisch leitfähigem Material ist preisgünstiger als bekannte Systeme herstellbar und ohne Baulängenzunahme des Motors an diesem montierbar. Der induktive Näherungssensor weist insbesondere einen integrierten Stecker auf.

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, hat man 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 daß sie störenden Einfluß auf andere Bauteile 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 zu 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.

Damit nun nicht nur die Drehzahl, sondern auch die Drehrich­ tung zu erfassen ist, 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 mit laufenden 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 (18)

1. Vorrichtung zur Drehzahl- und/oder Drehrichtungser­ fassung von Motoren, insbesondere Asynchronmotoren, mit einem innerhalb einer Lüfterhaube angeordneten, durch die Motorwelle angetriebenen Lüfter, mit zumindest einem außenseitig der Lüfterhaube (2) am Motor angebrachten Impulsgeber (13, 13') und im Lüfterraum (14) innenseitig der Lüfterhaube (2) angeordneten, mit dem Lüfter (1, 1') rotierbaren Geberfahnen (9, 9'), die zusätzlich zu den Lüfter­ flügeln ausgebildet sind, derart, daß sie mit dem Impulsgeber (13, 13') zusammenwirken, wobei der Impulsgeber (13, 13') ein induktiver, als Element eines Schwingkreises ausgebildeter Näherungsgeber ist und die Geberfahnen (9, 9') aus elektrisch leitfähigem Material sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material Stahl ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material Aluminium ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ge­ kennzeichnet durch eine mit dem Lüfter (1) rotierba­ re Scheibe (6), die die Geberfahnen (9) trägt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (6) auf der dem Motor zugewandten Seite des Lüfters (1) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (6) schüsselförmig mit einem umlau­ fenden Rand (8) ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Geberfahnen (9) an der Peripherie der Scheibe (6) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Geberfahnen (9) gleichmäßig an der Periphe­ rie der Scheibe (6) verteilt angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Geberfahnen (9) sich axial in zum Motor entgegengesetzter Richtung über Flügel (5) des Lüfters (1) erstrecken.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Geberfahnen (9) den Lüfter (1) beab­ standet umgeben.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Geberfahnen (9') jeweils an den Lüfterflügeln (5') des Lüfters (1') ausgebildet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Geberfahnen (9') durch paarweises Verbinden der Lüfterflügel (5') gebildet sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Geberfahnen (9') an der Peri­ pherie des Lüfters (1') durch paarweises Verbinden der Lüfterflügel (5') ausgebildet sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Geberfahnen (9') gleichmäßig verteilt an der Peripherie des Lüfters (1') angeordnet sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfter (1') und die Geberfahnen (9') durch einen Gießvorgang gefertigt sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfter (1, 1') aus Aluminium besteht.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfterhaube (2) eine Öffnung (11) zur Durchführung zumindest eines Teils (12) des Impulsgebers (13, 13') aufweist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch zwei Impulsgeber (13, 13').