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1. DE102004054581 - Messsystem mit rotierender Erfassungseinrichtung insbesondere für einen Motor oder einen Generator

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]
Beschreibung
[0001]  Die vorliegende Erfindung beschreibt einen Motor oder Generator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Stand der Technik
[0002]  Vorrichtungen zur drahtlosen Übertragung von Messdaten finden häufig Verwendung. Beispielsweise beschreibt die Druckschrift DE 10343147 A1 eine Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von elektrischen Signalen zwischen dem Lenkrad eines Fahrzeugs und dem Chassis des Fahrzeugs. Am Lenkrad ist ein mit einem Mikrocontroller und einem Sendemodul für elektromagnetische Wellen versehenes erstes Übertragungsmodul vorgesehen, wobei der Mikrocontroller zur Aufbereitung und Umwandlung der elektrischen Signale von am Lenkrad angeordneten Bedienungselementen in für das Sendemodul geeignete Signale ausgebildet ist. Am ortsfesten Bereich des Fahrzeugs ist ein mit einem Empfangsmodul und einem Mikrocontroller versehenes zweites Übertragungsmodul angeordnet, dessen Mikrocontroller zur Umwandlung der im Empfangsmodul empfangenen Signale in Schalt- und/oder Steuersignale für elektrische Einrichtungen des Fahrzeugs ausgebildet ist.
[0003]  In der Druckschrift DE 103 12095 A1 ist ein Einparkhilfesystem für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem Sensorelement zum Generieren von Daten, welche die Umgebung des Kraftfahrzeugs repräsentieren, und mit einem Steuergerät, welches über einen Datenkanal mit dem Sensorelement verbunden ist zum Empfangen und Weiterverarbeiten der von dem Sensorelement generierten Daten über den Datenkanal, offenbart. Dabei wird vorgeschlagen, den Datenkanal als Funkkanal auszubilden.
[0004]  Die Druckschrift DE 101 28 045 A1 beschreibt ein System zur Übertragung von Signalen innerhalb eines Fahrzeugs, das eine kabellose Funkverbindung umfasst. Mit Hilfe eines derartigen Systems können beispielsweise Messdaten von einem Motordrehzahlsensor an eine Auswerteeinrichtung übertragen werden.
[0005]  Das Datenübertragungssystem für ein Fahrzeug, wie z.B. ein Fahrrad, der Druckschrift 101 15 284 A1 umfasst einen Satz Peripheriemodule, welchen Sensoren zugeordnet sein können, die entsprechende Erfassungssignale erzeugen. Die Peripheriemodule sind so konfiguriert, dass sie die Erfassungssignale selektiv im Rahmenwerk entsprechender Sendezeitschlitze senden, die von einer Haupteinheit entsprechend einem allgemeinen Kriterium der Messung von Übertragungszeiten und Stromverbrauch bestimmt werden.
[0006] In der Druckschrift DE 10014076 A1 ist eine Reifenluftdruck-Anzeigevorrichtung beschrieben. Dabei befindet sich an jedem überwachten Luftreifen eine Moduleinrichtung mit integriertem Drucksensor und einer HF-Sende/Empfangseinrichtung. Entfernt von den Rädern ist wenigstens eine weitere, mit einem Mikroprozessor gekoppelte HF-Sende/Empfangseinrichtung vorhanden, die im Abfrage-Antwort-Modus HF-Funktelegramme mit jeder Moduleinrichtung austauschen kann.
[0007]  Eine Methode und ein System zur Messung und zur Steuerung eines Reifendrucks ist auch in der Druckschrift EP 0 791 488 B1 beschrieben. Über Funkwellen wird dabei eine Sensor-, Sende- und Empfangseinrichtung im Inneren eines Reifens durch eine Kontrolleinrichtung ferngesteuert. Ebenso wird eine Druckluftzulieferungseinrichtung über Funk zur automatischen Zuführung von Luft in den Reifen aktiviert.
[0008]  Die Druckschrift Caesar Messtechnik (NEWS 7/2004) beschreibt Systeme zur Übertragung von Messdaten an rotierenden Maschinen wie einer Produktionsanlage für Halbleitermaterialien, einem Flugzeugpropeller und einem Laufrad. Die Übertragung basiert dabei auf HF-Funktechnik. Offenbart ist auch die Verwendung einer WLAN-Telemetrie für ACC-Messungen auf einer Teststrecke.
[0009]  Des Weiteren ist in dem Artikel CAESAR Datensysteme GmbH(82041 Oberhaching) die Verwendung eines berührungslosen Telemetriesystems zur Übertragung von Messdaten an einem Messrad offenbart. Über dieses Telemetriesystem können Messdaten von dem rotierenden Rad in eine an einem Fahrzeug angeordnete Auswerteeinrichtung übertragen werden.
[0010]  Für das Betreiben von Motoren, Generatoren oder anderer sich drehenden Einrichtungen kann es von Vorteil sein, wenn diese über ein Messsystem zur Erfassung und zur Auswertung von Messdaten aus ihrem Inneren verfügen. Bei den Messdaten kann es sich beispielsweise um Daten bezüglich der Temperatur, einer Dehnung und/oder eines Drehmoments von einzelnen Komponenten des Motors oder des Generators handeln. Werden diese Messdaten gezielt erfasst und ist eine schnelle Reaktion auf sie möglich, so kann das Auftreten eines Schadens vermieden oder die Steuerung des Motors hinsichtlich einer besseren Leistung realisiert werden.
[0011]  Um ein gutes Erfassen der Messdaten zu ermöglichen, muss eine Erfassungseinrichtung in/an der drehenden Komponente des jeweiligen Motors oder Generators angebracht werden. Wird beispielsweise ein Motor aktiviert, so rotiert auch die eingebaute Erfassungseinrichtung. Aus diesem Grund muss die Erfassungseinrichtung so ausgelegt sein, dass sich ihre Funktion auch im rotierenden Zustand ausführen lässt.
[0012]  Da aus Platzgründen darauf verzichtet werden muss, auch eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung der erfassten physikalischen Größen im Inneren des Motors anzubringen, muss das Messsystem über eine Datenübertragungsvorrichtung verfügen, mit der die von der Erfassungseinrichtung erfassten Messdaten an die Auswerteeinrichtung übertragen werden können. Zu diesem Zweck umfasst die Auswerteeinrichtung eine erste Übertragungseinrichtung und die Erfassungseinrichtung eine zweite Übertragungseinrichtung, wobei die zweite Übertragungseinrichtung bei Betreiben des Motors mit der Erfassungseinrichtung um eine Achse rotiert. Die zweite Übertragungseinrichtung ist üblicherweise so ausgerichtet, dass sie sowohl im unbewegten Zustand als auch im rotierenden Zustand ein Datensignal an die erste Übertragungseinrichtung aussenden kann.
[0013]  Die Übertragung von Messsignalen von einer rotierenden Erfassungseinrichtung zu einer ruhenden Auswerteeinrichtung wird nach dem Stand der Technik mit meist synchron arbeitenden, unidirektionalen Übertragungssystemen realisiert. Dabei ist das verwendete Datenübertragungssystem ein für fast jeden Einsatzfall speziell bemessenes und gefertigtes Hochfrequenz-Übertragungssystem. Dieses muss beispielsweise bei rotierenden Bauteilen der Bauteilgröße und dem Bauteildurchmesser des Motors angepasst werden, was einen größeren Konstruktions-Fertigungs- und Montageaufwand bewirkt.
[0014]  Des Weiteren wirkt sich sehr einschränkend auf die Nutzung eines Messsystems nach dem Stand der Technik aus, dass die Erfassungseinrichtung während einer laufenden Messung nicht steuerbar ist, so dass eine schnelle Reaktion auf einen erfassten Zustand des Motors oder des Generators nicht möglich ist.
[0015]  Zusätzlich ist die Datenübertragung von der zweiten Übertragungseinrichtung zu der ersten Übertragungseinrichtung über ein hochfrequentes Signal sehr störanfällig gegenüber elektromagnetischen Feldern. Dies hat zur Folge, dass die Reichweite des Übertragungssystems stark eingeschränkt ist. Daraus ergibt sich die Schwierigkeit, dass bei der Anordnung der Auswerteeinrichtung darauf geachtet werden muss, dass diese sich noch nahe genug an der Erfassungseinrichtung befindet um eine Datenübertragung von der Erfassungseinrichtung zur Auswerteeinrichtung zu gewährleisten.
Aufgabenstellung
[0016]  Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt deshalb darin, eine Reichweite einer Datenübertragung in einem Motor oder einem Generator zu verbessern.
[0017]  Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einem Motor oder Generator nach dem Patentanspruch 1. Dabei ist der erfindungsgemäße Motor oder Generator dadurch gekennzeichnet, dass die erste Übertragungseinrichtung und die zweite Übertragungseinrichtung ein WLAN-Übertragungssystem und/oder ein Bluetooth-Übertragungssystem umfassen, so dass eine bidirektionale Datenübertragung über die erste Übertragungseinrichtung und die zweite Übertragungseinrichtung gewährleistet ist und die Erfassungseinrichtung über die Auswerteeinrichtung steuerbar ist.
[0018]  Die Übertragungsstrecke eines WLAN- oder Bluetooth-Systems kann bis zu 1000-fach größer sein als bei konventionellen Datenübertragungssystemen. Dies ist von Vorteil, da die ruhende Auswerteeinrichtung sich somit außerhalb der Anlage/Maschine befinden kann, ohne dass die Datenübertragung gestört wird. Dadurch werden komplizierte Einbauten und Schutzgehäuse für die ruhende Auswerteeinrichtung gegenstandslos und die Herstellungskosten für einen Motor oder einen Generator mit einem erfindungsgemäßen Messsystem können deutlich reduziert werden.
[0019]  Ein derartiges Datenübertragungssystem muss nicht für jeden Anwendungsfall speziell bemessen und gefertigt werden, da man hierbei ein herkömmliches WLAN- oder Bluetooth-Übertragungssysteme verwenden kann. Hierbei ergibt sich der weitere Vorteil, dass die Bauteilgröße der WLAN- und Bluetooth-Komponenten gegenüber konventionellen Lösungen zur Datenübertragung zwischen einer rotierenden Erfassungseinrichtung und einer nichtrotierenden Auswerteeinrichtung stark verringert ist. Dies wirkt sich positiv beim Einbau der Erfassungseinrichtung und der Auswerteeinrichtung. Zusätzlich liegen die Übertragungsraten zwischen den beiden Übertragungseinrichtungen dabei mit über 4 Mbit/s über den Raten konventioneller Systeme zur Datenübertragung von einer rotierenden zu einer nicht rotierenden Übertragungseinrichtung. Des Weiteren ist eine behördliche Funkgenehmigung für ein auf WLAN oder Bluetooth basierendes Messsystem nicht erforderlich.
[0020]  Zusätzlich liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass ein Ansteuern der Erfassungseinrichtung und damit eine Reaktion des Messsystems auf einen erfassten Zustand dadurch gewährleistet werden kann, dass eine bidirektionaler Datenübertragung über die erste und die zweite Übertragungseinrichtung möglich ist. Dadurch kann, neben einer Übertragung von Messdaten von der Erfassungseinrichtung auf die Auswerteeinrichtung auch eine Übertragung von Steuersignalen von der Auswerteeinrich-tung auf die Erfassungseinrichtung stattfinden. Da die von der Erfassungseinrichtung erfassten Messdaten von der Auswerteeinrichtung ausgewertet werden, registriert die Auswerteeinrichtung auch schnell einen gewissen Zustand des Motors oder Generators. Dadurch kann auch von der Auswerteeinrichtung innerhalb eines kurzen Zeitintervalls ein dem erfassten Zustand entsprechendes Steuersignals an die Erfassungseinrichtung ausgesendet werden. Durch das Ansteuern der Erfassungseinrichtung kann beispielsweise eine Verstärkung variiert werden, so dass eine Übertragungsbandbreite bzw. ein digitaler Wertebereich besser ausgenutzt werden kann.
[0021]  Vorzugsweise ist über die erste Übertragungseinrichtung und die zweite Übertragungseinrichtung eine digitale und/oder asynchrone Datenübertragung möglich.
[0022]  Vorteilhafterweise kann bei dem Messsystem mindestens ein Teilbetrag einer Versorgungsenergie der Erfassungseinrichtung drahtlos von der Auswerteeinrichtung auf die Erfassungseinrichtung übertragbar sein. Dies ermöglicht neben einer gutfunktionierenden Datenübertragung auch eine sichere, verschleißfreie Spannungsversorgung für die um eine Achse rotierende Erfassungseinrichtung.
[0023]  Beispielsweise besitzen die Erfassungseinrichtung und die Auswerteeinrichtung je eine Spule zu einer induktiven Übertragung von mindestens einem Teilbetrag der Versorgungsenergie der Erfassungseinrichtung. Damit bietet sich eine einfache und billig zu realisierende Lösung zur kontaktlosen Energieversorgung der um eine Achse rotierenden Erfassungseinrichtung an. Eine Eigen- und/oder Fremdversorgung der Erfassungseinrichtung ist dadurch nicht ausgeschlossen.
[0024]  Die vorgestellten Übertragungseinrichtungen zur bidirektionalen Datenübertragung lassen sich auch für einen Motor oder einen Generator mit einem Messsystem nutzen. Ebenso für ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Messsystem, wie es oben beschrieben wurde, ergeben sich aus der Anwendung viele Vorteile. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise eine schnelle Reaktion auf die innerhalb eines Motors, eines Generators, eines Getriebes, eines Bremssystems oder dergleichen erfassten physikalischen Größen realisieren. Dies kann zur Vermeidung von Schäden und zur Steigerung der Leistung dieser Komponenten dienen.
[0025]  Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung Fig.1 näher erläutert, in welcher ein erfindungsgemäßes Messsystem umfassend zwei Übertragungseinrichtungen zur bidirektionalen Übertragung gezeigt ist.
Ausführungsbeispiel
[0026]  Das nachfolgend näher beschriebene Ausführungsbeispiel stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
[0027]  In Fig.1 ist ein erfindungsgemäßes Messsystem für einen Motor dargestellt mit einer Auswerteeinrichtung 1 und einer Erfassungseinrichtung 3. Analog zu dem Beispiel aus Fig.1 ließe sich aber auch ein Messsystem für einen Generator oder andere Maschinen mit Drehkomponente darstellen.
[0028]  Die Auswerteeinrichtung 1 ist außerhalb des in Fig.1 nicht dargestellten Motors angeordnet. Die Erfassungseinrichtung 3 befindet sich innerhalb des Motors und führt bei dessen Betreiben eine Rotationsbewegung um die Motorachse durch. In Fig.1 wurde auf eine Skizzierung der unterschiedlichen Anbringungspositionen der Auswerteeinrichtung 1 und der Erfassungseinrichtung 3 verzichtet.
[0029]  Sowohl die Auswerteeinrichtung 1 als auch die Erfassungseinrichtung 3 besitzen je eine Übertragungseinrichtung 2 und 4. Daneben umfasst die Auswerteeinrichtung 1 noch einen PC 6. Zu der Erfassungseinrichtung 3 gehören außerdem noch eine Sensoreinrichtung 7, eine Messsignalverstärker-Einrichtung 8 und ein Mikro-Rechner 9. Des Weiteren umfassen Auswerteeinrichtung 1 und Erfassungseinrichtung 3 noch Einrichtungen zu ihrer Energieversorgung, welche allerdings in Fig.1 nicht skizziert sind. So kann die Erfassungseinrichtung 3 beispielsweise eine Batterie umfassen. Als mögliche Alternative bietet sich aber auch eine induktive Primärspule innerhalb der Auswerteeinrichtung 1 und eine induktive Sekundärspule innerhalb der Erfassungseinrichtung 3 zur Spannungsversorgung der rotierenden Erfassungseinrichtung 3 an.
[0030]  Über die Sensoreinrichtung 7 der Erfassungseinrichtung 3 wird mindestens eine physikalische Größe des Motors wie beispielsweise die Temperatur, das Drehmoment oder Dehnungen von einzelnen Komponenten des Motors erfasst. In Abhängigkeit der mindestens einen erfassten physikalischen Größe gibt die Sensoreinrichtung 7 dann ein erstes Sensorsignal 10 an die Messsignalverstärker-Einrichtung 8 aus. Die Messsignalverstärker-Einrichtung 8 stellt daraufhin ein entsprechendes Verstärkersignal 11 an den Mikro-Rechner 9 bereit.
[0031]  Über den Mikro-Rechner 9 wird die zweite Übertragungseinrichtung 4 zur Aussendung eines Signals gesteuert. Dies geschieht über ein Mikro-Rechner-Sendesignal 12, welches entsprechend einem erfassten Verstärkersignal 11 vom Mikro-Rechner 9 an die zweite Übertragungseinrichtung 4 ausgegeben wird. Über die bidirektionale Datenübertragung 5 zwischen der zweiten Übertragungseinrichtung 4 und der ersten Übertragungseinrichtung 2 erhält der PC 6 ein PC-Empfangssignal 13, welches der von der Sensoreinrichtung 7 erfassten physikalischen Größe entspricht.
[0032]  Die von der Sensoreinrichtung 7 erfasste physikalische Größe wird dann vom PC 6 ausgewertet. Dabei ist es möglich, dass der PC 6 entweder selbst auf einen bestimmten Zustand des Motors reagiert, oder dass er einem Anwender diesen mitteilt und daraufhin eine Befehlseingabe des Anwenders entgegen nimmt. In beiden Fällen gibt der PC 6 an die erste Übertragungseinrichtung 2 ein PC-Sendesignal 14 aus.
[0033]  Über eine mehrkanalige, bidirektionale Datenübertragung 5 zwischen den beiden Übertragungseinrichtungen 2 und 4 ist es möglich, dass der Mikro-Rechner 9 ein dem PC-Sendesignal 14 entsprechendes Mikro-Rechner-Empfangssignal 15 erhält, ohne dass dazu die Übertragung der Messdaten von der Sensoreinrichtung 7 zum PC 6 über die einzelnen Komponenten 8, 9, 4 und 2 unterbrochen werden muss. Der Mikro-Rechner 9 gibt dann ein dem PC-Sendesignal 14 entsprechendes Steuersignal 16 aus.
[0034]  In Fig.1 ist der dem Steuersignal 16 entsprechende Pfeil so gezeichnet, dass die Spitze auf keine Komponente der Erfassungseinrichtung 3 direkt deutet. Dies bedeutet, dass für das Steuersignal 16 mehrere Empfänger denkbar sind. Beispielsweise kann der Mikro-Rechner 9 ein Steuersignal 16 an die Sensoreinrichtung 7 oder an die Messsignalverstärker-Einrichtung 8 richten, um eine von beiden beispielsweise entsprechend einer Befehlseingabe eines Anwenders am PC 6 zu schalten. Möglich ist auch, dass das Steuersignal 16 an eine in Fig.1 nicht eingezeichnete Komponente der Erfassungseinrichtung 3 gerichtet wird. Des Weiteren ist auch eine Ausgabe des Steuerbefehls an eine von der Erfassungseinrichtung 3 nicht umfasste Vorrichtung innerhalb des Motors möglich.