LU508379B1 - Motorgeber für erhöhte Sicherheitsanforderungen - Google Patents

Motorgeber für erhöhte Sicherheitsanforderungen

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LU508379B1
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Michael Wittkowski
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Abstract

Ziel der Erfindung ist es, auf einfache und kostengünstige Weise die Position oder Winkellage eines Motors oder Antriebs zu erfassen, so dass bei einem solchen System aus Motor bzw. An- trieb und Motorgeber (1) wenigstens das SIL-Level SIL2, insbesondere SIL3 erreicht werden kann. Dieses Ziel wird durch einen Motorgeber (1) mit wenigstens zwei Sensoreinheiten (5, 6; 7,8) oder ein Verfahren zum Erzeugen von Gebersignalen mittels eines Motorgebers (1) mit wenigs- tens zwei Sensoreinheiten (5, 6; 7,8), wobei die Signalerzeugung der ersten Sensoreinheit (5, 6) auf einem ersten physikalischen Funktionsprinzip und die Signalerzeugung der zweiten Sen- soreinheit (7,8) auf einem von dem ersten physikalischen Funktionsprinzip verschiedenen zwei- ten physikalischen Funktionsprinzip beruht.

Description

Beschreibung
Motorgeber für erhöhte Sicherheitsanforderungen
Die Erfindung betrifft einen Motorgeber. Ferner betrifft die Erfindung einen Motor mit einem Mo- torgeber. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen von Gebersignalen mit- tels eines Motorgebers.
Bei der Verwendung von Motoren bzw. Antrieben, insbesondere im medizinischen oder industri- ellen Einsatzgebiet, sind häufig funktionale Sicherheitsfunktionen wie z.B. SLS ,safely limited speed” oder SP „save position“ nötig, um beispielsweise eine Person, die sich in der Nähe des
Motors bzw. Antriebs befindet, vor schweren Verletzungen zu schützen. Dabei wird oft ein ho- her SIL-Level, meist SIL3, sowohl im Stillstand als auch bei Bewegung des Motors oder An- triebs gefordert. Dies ist nur zusammen mit einer entsprechend sicheren (SIL3) Erfassung der
Rotorposition möglich. Dabei bezeichnet SIL den „Safety Integrity Level“, auf Deutsch: die Si- cherheitsanforderungsstufe. SIL ist eine internationale Messgröße, mit der man die funktionale
Sicherheit eines Systems klassifiziert. Es gibt vier solcher Stufen, von SIL1 bis hinauf zu SIL4.
Letztere erfordert bei größtem Risiko die strengsten Maßnahmen.
Um die genaue Position oder Winkellage eines Motors oder Antriebs zu bestimmen, werden hierfür geeignete Sensoren verwendet, die häufig als Encoder, Geber, Motorgeber, Drehgeber,
Winkellagegeber, Resolver etc. bezeichnet werden. Dabei sind eine Reihe an physikalischen
Funktionsprinzipien bekannt, auf denen die Erfassung der Position oder Winkellage beruht.
Dazu zählen:
Optische Geber:
Bei Systemen mit optischer Erfassung erfolgt die Codierung über eine Codespur, die beispiels- weise auf einem Codestreifen oder einer Codescheibe aufgebracht ist. Die Codespur wird mit
Hilfe eines optischen Elementes entweder im Durchlichtverfahren oder im Reflexionsverfahren abgetastet. Für eine parallele Abtastung ist für jedes zu erfassende Bit eine separate Codespur nötig, die dann einzeln abgetastet wird. Der hierbei am häufigsten verwendete Code ist der
Gray-Code. Nur eine oder zwei Codespuren benötigt der Pseudo-Zufallscode mit zusätzlicher
Inkrementalspur.
Magnetische Geber:
Bei magnetischen Systemen erfolgt die Codierung entweder durch Lageauswertung eines ins- besondere rotierenden Magneten oder durch Auswertung eines durch eine Mabverkôrperung modulierten Magnetfeldes per Nonius-Spur. Auch die Ermittlung des Geber-Wertes aus dem
Winkel der Polgrenzen ist bekannt.
Kapazitive Geber:
Kapazitive (Dreh-) Geber bestehen aus mindestens zwei asymmetrisch geformten Elektroden.
Durch Verdrehung der Elektroden gegeneinander ändert sich die Kapazität. Aus dieser Kapazi- tätsänderung kann auf die Winkelposition geschlossen werden.
Induktive Geber:
Induktive (Dreh-) Geber bestehen aus mindestens zwei asymmetrisch geformten Elektroden.
Durch Verdrehung der Elektroden gegeneinander ändert sich die Induktivität. Aus dieser Induk- tivitätsänderung kann auf die Winkelposition geschlossen werden.
Neben dem physikalischen Funktionsprinzip zur Signalgenerierung unterscheidet man Drehge- ber häufig in Inkrementalgeber und Absolutwertgeber.
Inkrementalgeber liefern eine bestimmte Anzahl an Schritt-Impulsen sowie einen sogenannten
Nullimpuls pro Umdrehung. Hier findet die Erfassung z.B. über eine Strichscheibe, ein Magnet- rad (Polrad) oder Uber Zahnradflanken statt. Es erfolgt die Ausgabe von zwei um einen Vier- telimpuls (90° elektrisch) versetzten digitalen Ausgangssignalen (A- und B-Spur) oder analogen
Sinus- bzw. Cosinus-Signalen. Die Wertbildung erfolgt durch Zählen der Impulse in einer Aus- werteeinheit. Der absolute Winkel kann erst nach dem Verarbeiten der Referenzmarke oder Er- kennen der Markierung des Nullpunkts (Nullimpuls) bestimmt werden. Hierbei kann durch die
Erkennung der Signalflanke ein Signal als „Takt“ oder „Schritt“ und ein weiteres für die ,Rich- tung“ berechnet werden. Inkrementaldrehgeber werden häufig als Drehzahlmesser verwendet, indem die Zeit einer Umdrehung (Zeit zwischen zwei Nullimpulsen) oder zwischen zwei Inkre- menten gemessen wird.
Beim Absolutwertgeber erfolgt die Erfassung zumeist über eine Codier- bzw. Codescheibe.
Mehrere Umdrehungen können z.B. durch ein eingebautes Getriebe oder andere Verfahren (z.
B. Wiegand-Draht) erkannt werden. Es folgt die serielle Übertragung der Messwerte zur Aus- werteeinheit. Der Messwert steht sofort nach dem Einschalten zur Verfügung.
Weiterhin unterscheidet man zwischen Singleturn- und Multiturn-Gebern.
Singleturn-Geber erfassen die Position innerhalb einer einzigen Umdrehung der Welle. Nach einer vollen Umdrehung wiederholen sich die Ausgangssignale.
Multiturn-Geber erfassen nicht nur die Position innerhalb einer Umdrehung, sondern zählen auch die Anzahl der Umdrehungen. Dadurch kônnen sie eine eindeutige Position über mehrere
Umdrehungen hinweg bestimmen.
Oftmals wird ein hoher SIL-Level im System mittels mehrerer externer Sensoren umgesetzt, was sehr voluminös und kostenintensiv ist. Viele motorinterne Lösungsansätze arbeiten zweika- nalig (mit zwei Sensoren), von denen einer singleturn-absolut-Winkel liefert, während der zweite
Sensor nur relative Daten bereitstellt. Dies hat den Nachteil, dass bei Stillstand keine sichere (im Sinne von SIL3) Winkellage detektiert werden kann. Des Weiteren gibt es Lösungen, die den gleichen singleturn-absolut-Sensor zweifach verwenden und somit auch bei Stillstand eine sichere Winkellage des Rotors erfassen und ausgeben können. Aufgrund der zweifachen Ver- wendung des gleichen Sensors, kann hier allerdings nur ein SIL-Level „SIL2“ erreicht werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, auf einfache und kostengünstige Weise die Position oder Winkellage eines Motors oder Antriebs zu erfassen, so dass bei einem solchen System aus Motor bzw. Antrieb und Motorgeber wenigstens das SIL-Level SIL3 erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird durch einen Motorgeber mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 ge- löst, also einen Motorgeber mit wenigstens zwei Sensoreinheiten, wobei die Signalerzeugung einer ersten Sensoreinheit auf einem ersten physikalischen Funktionsprinzip und die Signaler- zeugung einer zweiten Sensoreinheit auf einem von dem ersten physikalischen Funktionsprin- zip verschiedenen zweiten physikalischen Funktionsprinzip beruht.
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren mit den Verfahrensschritten gemäß Pa- tentanspruch 10, also ein Verfahren zum Erzeugen von Gebersignalen mittels eines Motorge- bers, wobei der Motorgeber wenigstens eine erste und eine zweite Sensoreinheit umfasst, wo- bei die erste Sensoreinheit ein erstes Gebersignal auf Basis eines ersten physikalischen Funkti- onsprinzips erzeugt und die zweite Sensoreinheit ein zweites Gebersignal auf Basis eines zwei- ten, von dem ersten physikalischen Funktionsprinzip verschiedenen physikalischen Funktions- prinzips erzeugt.
Die Grundidee der Erfindung beruht darauf, dass ein einzelner Motorgeber (eine Baugruppe bzw. Geber-Einheit) zwei getrennte Sensoreinheiten umfasst, die unabhängig voneinander die
Position des feststehen Teils eines Linearmotors (Stators) gegenüber dem beweglichen Teil (Läufer) bei einem Linearmotor bzw. -Antrieb oder die Rotorwinkellage bei einem rotatorischen
Motor bzw. Antrieb erfassen und deren Funktionsweisen auf unterschiedlichen physikalischen
Funktionsprinzipien beruhen.
Auf einer Motorgeber-Baugruppe sind somit wenigstens zwei Sensoreinheiten verbaut, die sich hinsichtlich der jeweils verwendeten Sensor-Technologie unterscheiden und die unabhängig voneinander eine Motor-Lage (Position oder Winkellage) erfassen.
Vorteilhaft werden die von den unterschiedlichen Sensoreinheiten erfassten Positionen oder
Winkellagen miteinander verglichen, entweder direkt mittels einer von dem Motorgeber umfass- ten Vergleichseinheit oder mittels einer Geber-externen Vergleichseinheit, und im Falle einer
Abweichung wird z.B. ein Warnsignal erzeugt. Durch die beiden voneinander unabhängigen
Methoden der Signalerzeugung, die zudem noch auf unterschiedlichen physikalischen Funkti- onsprinzipien beruhen, kann der Sicherheitslevel SIL2 und sogar der Sicherheitslevel SIL3 er- reicht werden.
Vorteilhaft erzeugt bei dem Motorgeber die erste Sensoreinheit ein erstes Sensorsignal und die zweite Sensoreinheit ein zweites Sensorsignal, wobei aus dem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal jeweils ein Absolutwert, insbesondere eine Absolut-Winkellage hervor- geht. Der erfindungsgemäße Geber ist somit als Absolutwert-Geber ausgebildet, sodass insbe- sondere beim Einschalten eines entsprechenden Motors von beiden Sensoreinheiten sofort die entsprechenden Positionen oder Winkellagen geliefert werden.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung liefert der Motorgeber aus dem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal jeweils eine singleturn Winkellage. Der Motorgeber ist somit als kostengünstiger Singleturn-Geber ausgebildet. Ein erfindungsgemäßer Motorgeber kann aber auch als (Absolutwert-) Multiturn-Geber ausgebildet sein, der durch zusätzliches Messen der
Anzahl an Umdrehungen einen größeren Messbereich als 360 Grad bietet. Dabei wird das Aus- gangssignal wird von der Winkellage innerhalb einer Umdrehung und der Zahl der vollständigen
Umdrehungen bestimmt. Allerdings muss hierfür die Zahl der vollständigen Umdrehungen ge- speichert werden, damit der Geber auch nach einem Aus- und Wiedereinschalten den richtigen
Wert liefert. Diese Art von Geber ist daher etwas aufwändiger und damit teuer als ein vergleich- barer Singleturn-Geber.
Bei dem erfindungsgemäBen Motorgeber arbeiten die erste Sensoreinheit oder die zweite Sen- soreinheit nach einem optischen, magnetischen, kapazitiven oder induktiven physikalischen
Funktionsprinzip. Diese Funktionsprinzipien erlauben eine kostengünstige Realisierung und er- 5 möglichen eine hohe Genauigkeit bzw. Auflösung der erzeugten Sensorsignale. Daneben sind jedoch noch weitere physikalische Funktionsprinzipien bekannt, auf deren Basis die Sensorein- heiten ein Sensorsignal erzeugen. Die Erfindung ist nicht auf die genannten physikalischen
Funktionsprinzipien beschränkt.
Bei einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Motorgebers werden die von der ersten
Sensoreinheit und die von der zweiten Sensoreinheit erzeugten ersten und zweiten Sensorsig- nale mittels einer oder mehreren von dem Motorgeber umfassten Logikeinheit bzw. Logikeinhei- ten serialisiert und an eine externe Steuereinheit übertragen. Es werden demnach zwei sepa- rate serielle Bitströme erzeugt und auf eine externe Steuereinheit, die beispielsweise von einem
Umrichter umfasst sein kann, übertragen. Insbesondere werden auf der externen Steuereinheit die sich hinter den Sensorsignalen verbergenden Positionen oder Winkellagen ermittelt und ggf. miteinander verglichen, um mögliche Fehler bei der Signalerzeugung oder Übermittlung zu er- kennen. Dadurch kann die Sicherheitsanforderungsstufe SIL2 und darüber hinaus sogar die Si- cherheitsanforderungsstufe SIL3 erreicht werden, insbesondere in Verbindung mit weiteren si- cherheitsrelevanten Maßnahmen.
Häufig bilden Motor und Motorgeber eine Einheit (ein System), z.B. wenn der Motorgeber direkt an der Motorwelle befestigt ist oder der Motorgeber innerhalb des Motorgehäuses angebracht ist. Weiterhin vorteilhaft ist von einer derartigen Motor-Motorgeber-Einheit neben dem Motor und dem damit verbundenen Motorgeber auch ein Umrichter (der insbesondere eine Umrichter-
Steuerung aufweist) und ggf. ein Getriebe umfasst, so dass diese Einheit einen kompletten An- trieb bildet.
Bei einem bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren zum Erzeugen von Gebersignalen mit- tels eines Motorgebers erzeugt die erste Sensoreinheit ein erstes Sensorsignal und die zweite
Sensoreinheit ein zweites Sensorsignal, wobei aus dem ersten Sensorsignal und dem zweiten
Sensorsignal jeweils ein Absolutwert, insbesondere eine Absolut-Winkellage, hervorgeht.
Weiterhin liefern vorteilhaft die erste Sensoreinheit und/oder die zweite Sensoreinheit eine sin- gleturn Winkellage.
Vorzugsweise arbeitet die erste Sensoreinheit oder die zweite Sensoreinheit nach einem opti- schen, magnetischen, kapazitiven oder induktiven physikalischen Funktionsprinzip. Dies sind die gebräuchlichsten physikalischen Funktionsprinzipien und darauf beruhende Sensoreinheiten sind zuverlässig, genau und kostengünstig in der Herstellung.
Vorteilhaft werden die von der ersten Sensoreinheit und die von der zweiten Sensoreinheit er- zeugten ersten und zweiten Sensorsignale mittels einer oder mehreren von dem Motorgeber umfassten Logikeinheit bzw. Logikeinheiten serialisiert und an eine externe Einrichtung, insbe- sondere eine externe Steuereinheit übertragen.
Weiterhin vorteilhaft überträgt der Motorgeber die ersten und zweiten Sensorsignale an die ex- terne Steuereinheit, die ihrerseits einem mit dem Motor verbunden Umrichter zugeordnet oder von einem mit dem Motor verbunden Umrichter umfasst ist.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorteilhaft eine Sicherheitsanforderungsstufe
SIL2 oder höher, insbesondere SIL3 erreicht werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
FIG 1 einen Motor mit einem damit verbundenen erfindungsgemäßen Motorgeber,
FIG 2 Verfahrensschritte bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
FIG 1 zeigt einen Motorgeber in Form eines Drehgebers 1. Der erfindungsgemäße Drehgeber 1 weist mehrere wesentliche Komponenten auf, die zusammenarbeiten, um die Winkelposition oder Bewegung einer Welle in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Die Hauptkomponenten des Drehgebers 1 sind: 1. Der Rotor 2: Dies ist das rotierende Teil des Drehgebers 1, das mit der Welle 3, insbe- sondere einer Motorwelle 3 verbunden ist, deren Winkellage detektiert werden soll. 2. Der Stator 4: Der stationäre Teil des Drehgebers 1, der die Sensoren und die Elektronik enthält. 3. Die Maßverkörperung (Codescheibe) 5: Die Codescheibe 5 befindet sich auf dem Rotor 2 des Drehgebers 1 und dreht sich zusammen mit dem Rotor 2 bzw. der Motorwelle 3,
mit der der Rotor 2 verbunden ist. Mittels der Codescheibe 5 kann die Winkellage oder
Bewegung der Motorwelle 3 erfasst werden. Sie besteht üblicherweise aus durchsichti- gen und undurchsichtigen Segmenten. Zur besseren Veranschaulichung ist die Code- scheibe 9 in FIG 1, unterer Teil, nochmals separat und um 90° gegenüber ihrer Anord- nung gemäß FIG 1, oberer Teil, veranschaulicht. 4. Der erste Sensor 6: Der an dem Stator 4 befestigte, erste Sensor 6 erkennet die Position bzw. Positionsänderung der Codescheibe 5. Der erste Sensor 6 umfasst insbesondere
LEDs und/oder Photodioden. Die Codescheibe 5 und der erste Sensor 6 bilden gemein- sam die erste Sensoreinheit des Drehgebers 1. 5. Der Magnet 7: Der ebenfalls an dem Rotor 2 befestigte Magnet 7 ist insbesondere als diametrischer Magnet 7 ausgebildet, der ein Magnetfeld in Achsrichtung, insbesondere zum Sensor hin, erzeugt. 6. Der zweite Sensor 8: Der ebenfalls an dem Stator 4 befestigte, zweite Sensor 8 ist ins- besondere als Hall-Effekt-Sensor ausgebildet und erfasst das von dem Magnet 7 er- zeugte Magnetfeld. Ein Hall-Effekt-Sensor liefert vorteilhaft auch dann ein Signal, wenn das Magnetfeld, in dem er sich befindet, konstant ist. Der Magnet 7 und der zweite Sen- sor 8 bilden gemeinsam die zweite Sensoreinheit des Drehgebers 1. Selbstverständlich kommen neben einem Hall-Effekt-Sensor auch andere Magnetfeld-Sensoren in Be- tracht, z.B. GMR- (Giant Magnetoresistance) oder TMR- (Tunnel Magnetoresistance)
Sensoren, um das Magnetfeld zu detektieren. 7. Eine Auswertelogik 9: Diese nimmt die Rohsignale der Sensoren 6 und 8 auf und verar- beitet sie, um Informationen wie Winkellage, Geschwindigkeit und Drehrichtung zu extra- hieren. 8. Eine elektrische Schnittstelle 10: Diese überträgt die Signale vom Drehgeber 1 zu einer externen Einrichtung, z.B. einer Auswerteeinheit. Sie umfasst beispielsweise Stecker,
Kabel und andere elektromechanische Komponenten. 9. Eine mechanische Schnittstelle (nicht dargestellt): Diese verbinden den Drehgeber me- chanisch mit der Anwendung, z.B. durch eine Wellenkupplung und ein Lager mit einem rotatorischen Motor.
Der hohe SIL-Level (SIL2 bzw. SIL3) wird im Zusammenhang mit dieser Erfindung durch Ver- wirklichung mehrerer, insbesondere aller folgender Punkte erreicht: 1. Es werden zwei unterschiedliche Sensoren (erster Sensor 6 und zweiter Sensor 8) ein- gesetzt, die mit unterschiedlichen physikalischen Funktions- bzw. Erfassungsprinzipien (magnetisch und optisch) arbeiten. Man spricht hierbei allgemein von „diversitärer Re- dundanz“. 2. Der optische Sensor 6 erfasst die Winkellage der Motorwelle 3 durch Abtastung eines optischen Codes, welcher auf einen Träger (die Codescheibe 5) aufgebracht ist, der fest mit der Motorwelle 3 verbunden ist und somit mit der Achse rotiert. Diese Erfassung funktioniert sowohl im Stillstand als auch bei Rotation der Motorwelle 3 und liefert die
Singleturn-absolut-Position des Rotorwinkels. Die Codierung muss eindeutig sein und kann auf verschiedenen Codes beruhen, z.B. dem Grey-Code oder einer anderen (binä- ren) Codierung. 3. Der magnetische Sensor 8 erfasst die Winkellage der Motorwelle 3 durch die Erfassung eines gerichteten Magnetfeldes, welches durch einen (über den Rotor 2) fest mit der Mo- torwelle 3 verbundenem Diametral-Magneten 7 erzeugt wird. Diese Erfassung funktio- niert sowohl im Stillstand als auch bei Rotation der Motorwelle 3 und liefert die Single- turn-absolut-Position des Rotorwinkels. 4. Beide Sensordaten werden durch eine bzw. mehrere unabhängige Logikeinheiten, im
Ausführungsbeispiel die „Auswertelogik 9“, serialisiert und zu einer externen Auswer- teeinheit übertragen, die z.B. einem Umrichter zugeordnet oder in einem Umrichter ver- baut ist. 5. Für eine sichere und zuverlässige Datenübertragung werden übliche Sicherungsmaß- nahmen (Protokolle) implementiert, wie sie z.B. in IEC 61784-3 (Industrielle Kommuni- kationsnetze - Profile - Teil 3: Funktional sichere Übertragung bei Feldbussen - Allge- meine Regeln und Festlegungen für Profile“ festgelegt sind. Die genannte Norm verwen- det verschiedene Mechanismen, um bestimmte Fehler zu erkennen und zu korrigieren, wie z.B. Prüfsummen, Fehlerkorrekturcodes und redundante Übertragungswege. Zu den dadurch erkenn- und ggf. behebbaren Fehlerarten gehören: Bitfehler, Paketverluste, Se- quenzfehler, Zeitfehler oder Datenkorruption.
Durch die Verwendung eines Motorgebers mit zwei Sensoren, deren Wirkungsweisen auf unter- schiedlichen physikalischen Funktionsprinzipien beruhen, im Ausführungsbeispiel ein magneti- scher Sensor (z.B. Hall-Effekt-Sensor) und ein optischer Sensor, ist das Risiko eines Total-Aus- falls des Motorgebers oder das Risiko, dass der Motorgeber unerkannt falsche Winkellagen lie- fert, stark herabgesetzt gegenüber einem herkömmlichen Motorgeber. Beispielsweise ist der magnetische Sensor empfindlicher hinsichtlich starker elektromagnetischer Störungen. Diese hingegen stellen für den optischen Sensor kein Problem dar. Allerdings reagiert der optische
Sensor empfindlich auf starke Verschmutzungen, z.B. eine stark staubbelastete Umgebung.
Dies wiederum stellt für den magnetischen Sensor kein Problem dar. Es ist daher aufgrund der
Verwendung wenigstens zweier Sensoren (diversitäre Redundanz), bei denen die Signalerzeu- gung auf unterschiedlichen physikalischen Funktionsprinzipien beruht, sehr unwahrscheinlich, dass beide Sensoren gleichzeitig ausfallen oder gleichzeitig fehlerhafte Winkellagen liefern, was dazu führt, dass mit dem erfindungsgemäßen Motorgeber wenigstens die Sicherheitsanforde- rungsstufe SIL2, insbesondere SIL3 erreicht werden kann.
Zudem führt die Verwendung gemeinsamer Bauteile (im Ausführungsbeispiel ein Rotor 2 sowie ein Stator 4, an denen jeweils die Komponenten für beide Sensoreinheiten befestigt sind) dazu, dass der Motorgeber sehr kompakt und kostengünstig hergestellt werden kann. Insbesondere können alle Komponenten innerhalb eines einzigen Gehäuses (nicht dargestellt) untergebracht werden.
Die Ausfallsicherheit kann weiterhin dadurch erhöht werden, dass bei dem Motorgeber für die verwendeten Sensoren mehrere Auswertelogik-Bauelemente (in FIG 1 nicht dargestellt) ver- wendet werden. Auch hierbei führt der Ausfall eines Bauelements nicht zu einem Total-Ausfall des Motorgebers.
Darüber hinaus ließe sich die Ausfallwahrscheinlichkeit z.B. dadurch weiterhin reduzieren, dass auch die Signalerzeugung und -übertragung der Ausgangssignale des Motorgebers auf unter- schiedlichen physikalischen Funktionsprinzipien beruhen. So könnte beispielsweise das von der ersten, „magnetischen“ Sensoreinheit stammende Ausgangssignal in Form eines elektrischen
Signals über ein elektrisches Kabel an eine externe Einrichtung übermittelt werden und entspre- chend das von der zweiten, „optischen“ Sensoreinheit stammende Ausgangssignal in Form ei- nes optischen Signals, z.B. über ein Glasfaser-Kabel.
Neben den bereits genannten Maßnahmen sind noch viele weitere Maßnahmen denkbar, um die Sicherheit weiter zu erhöhen, z.B. getrennte Stromversorgungen für die Sensoreinheiten.
FIG 2 veranschaulicht Verfahrensschritte bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Ver- fahrens.
Bei einem Verfahren zum Erzeugen von Gebersignalen mittels eines Motorgebers werden in ei- nem ersten Verfahrensschritt der Motorgeber und ein Motor mechanisch miteinander verbun- den, z.B. mittels einer Wellenkupplung und einem Lager.
In einem zweiten Verfahrensschritt wird mittels einer ersten Sensoreinheit, die eine Code- scheibe 5 und einen ersten (optischen) Sensor umfasst, ein erstes Gebersignal, insbesondere ein Singleturn-Absolutwert-Gebersignal erzeugt.
In einem dritten Verfahrensschritt wird mittels einer zweiten Sensoreinheit, die einen (Diametral-) Magnet 7 und einen zweiten (Magnetfeld-) Sensor umfasst, ein zweites Gebersig- nal, insbesondere ebenfalls ein Singleturn-Absolutwert-Gebersignal erzeugt.
In einem vierten Verfahrensschritt werden die erzeugten Gebersignale an einem Signalausgang des Motorgebers einer externen Einrichtung zur Verfügung gestellt bzw. an eine externe Ein- richtung übertragen.

Claims (16)

Patentansprüche
1. Motorgeber (1) mit wenigstens zwei Sensoreinheiten (5, 6; 7,8), wobei die Signalerzeugung einer ersten Sensoreinheit (5, 6) auf einem ersten physikalischen Funktionsprinzip und die Sig- nalerzeugung einer zweiten Sensoreinheit (7,8) auf einem von dem ersten physikalischen Funk- tionsprinzip verschiedenen zweiten physikalischen Funktionsprinzip beruht.
2. Motorgeber (1) nach Anspruch 1, wobei die erste Sensoreinheit (5, 6) ein erstes Sensorsignal und die zweite Sensoreinheit (7,8) ein zweites Sensorsignal erzeugt und wobei aus dem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal jeweils ein Absolutwert, insbesondere eine Abso- lut-Winkellage hervorgeht.
3. Motorgeber (1) nach Anspruch 2, wobei aus dem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sen- sorsignal jeweils eine singleturn oder eine multiturn Winkellage hervorgeht.
4. Motorgeber (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Sensoreinheit (5, 6) oder die zweite Sensoreinheit (7,8) nach einem optischen, magnetischen, kapazitiven oder in- duktiven physikalischen Funktionsprinzip arbeitet.
5. Motorgeber (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die von der ersten Sensorein- heit (5, 6) und die von der zweiten Sensoreinheit (7,8) erzeugten ersten und zweiten Sensorsig- nale mittels einer oder mehreren von dem Motorgeber (1) umfassten Logikeinheit (9) bzw. Lo- gikeinheiten serialisiert und an eine externe Steuereinheit übertragen werden.
6. Motorgeber (1) nach Anspruch 5, wobei der Motorgeber die ersten und zweiten Sensorsig- nale an die externe Steuereinheit überträgt, die ihrerseits einem mit dem Motor verbunden Um- richter zugeordnet oder von einem mit dem Motor verbunden Umrichter umfasst ist.
7. Motorgeber (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem wenigstens eine Sicherheits- anforderungsstufe SIL2, insbesondere SIL3 erreicht wird.
8. Motor-Motorgeber-Einheit, umfassend einen Motor und einen damit verbundenen Motorgeber (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
9. Motor-Motorgeber-Einheit nach Anspruch 8, umfassend einen Umrichter.
10. Verfahren zum Erzeugen von Gebersignalen mittels eines Motorgebers (1), wobei der Mo- torgeber (1) wenigstens eine erste (5, 6) und eine zweite Sensoreinheit umfasst, wobei die erste Sensoreinheit (5, 6) ein erstes Gebersignal auf Basis eines ersten physikalischen Funktionsprin- zips erzeugt und die zweite Sensoreinheit (7,8) ein zweites Gebersignal auf Basis eines zwei- ten, von dem ersten physikalischen Funktionsprinzip verschiedenen physikalischen Funktions- prinzips erzeugt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die erste Sensoreinheit (5, 6) ein erstes Sensorsignal und die zweite Sensoreinheit (7,8) ein zweites Sensorsignal erzeugt und wobei aus dem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal jeweils ein Absolutwert, insbesondere eine Abso- lut-Winkellage hervorgeht.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei die erste Sensoreinheit (5, 6) und/oder die zweite Sensoreinheit (7,8) eine singleturn oder eine multiturn Winkellage liefern.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die erste Sensoreinheit (5, 6) oder die zweite Sensoreinheit (7,8) nach einem optischen, magnetischen, kapazitiven oder indukti- ven physikalischen Funktionsprinzip arbeitet.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die von der ersten Sensoreinheit (5, 6) und die von der zweiten Sensoreinheit (7,8) erzeugten ersten und zweiten Sensorsignale mit- tels einer oder mehreren von dem Motorgeber (1) umfassten Logikeinheit (9) bzw. Logikeinhei- ten serialisiert und an eine externe Steuereinheit übertragen werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Motorgeber die ersten und zweiten Sensorsignale an die externe Steuereinheit überträgt, die ihrerseits einem mit dem Motor verbunden Umrichter zugeordnet oder von einem mit dem Motor verbunden Umrichter umfasst ist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei mittels des Motorgebers (1) wenigs- tens eine Sicherheitsanforderungsstufe SIL2, insbesondere SIL3 erreicht wird.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5012169A (en) * 1988-07-20 1991-04-30 Yokogawa Electric Corporation Motor drive system
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