DE10164204A1 - Schutzeinrichtung für Elektromotor mit Sensor und Auswerteeinheit - Google Patents

Abstract

Zur Verhinderung der Übertragung von Überspannungen von einem Sensor (1) zu einer Auswerteeinrichtung wird erfindungsgemäß eine Schutzeinrichtung mit einem Trennelement (2) vorgeschlagen, das den Eingang der Schutzeinrichtung vom Ausgang der Schutzeinrichtung galvanisch trennt. DOLLAR A Dieses Trennelement kann beispielsweise ein Transformator sein, der mittels eines Oszillators (3) betrieben wird und trägerfrequent den Sensorwiderstand überträgt. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung ist insbesondere für Temperatursensoren in Elektromotoren, insbesondere in elektrischen Linearmotoren, geeignet.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzeinrichtung, beispielsweise eines Elektromotors mit einem Hauptkörper, der Wicklungen trägt, und mindestens einen Sensor, der als passives Motorelement an einer Wicklung angeordnet ist und elektrische Signale an eine Auswerteeinheit ausgibt.
• Ein Beispiel für einen solchen Sensor ist ein Temperatursensor, der in die Wicklungen eingebettet ist und der von einer Auswerteeinheit bzw. einer Geberkarte überwacht wird, um unzulässig hohe Temperaturen festzustellen oder zu vermeiden. Die Betriebsspannungen für den Sensor oder die Geberkarte liegen dabei an Schutzkleinspannungen im Bereich von etwa 5 V bis etwa 24 V.
• Andererseits betragen beispielsweise für Motoren für Werkzeugmaschinen die Betriebsspannungen etwa 600 V, die sich kapazitiver Effekte oder Schwingungen bis auf 2000 V steigern können.
• Es ist deshalb schon im Normalbetrieb wichtig, den Sensor ausreichend von den Wicklungen zu isolieren. Andererseits kann es bei Kurzschlüssen zwischen den Wicklungen lokal zu Bränden oder Isolationsausschmelzungen kommen, so daß die Wicklungsspannung über den Sensor auf die Auswerteeinheit oder die Geberkarte durchschlagen kann, was nicht nur diese Einheiten zerstört sondern insbesondere eine Gefahr für eine Bedienungsperson darstellt, da eine Spannungsverschleppung bis an Bedienungselemente erfolgen kann.
• Um dies zu vermeiden, könnte man die Isolation des Sensors verstärken, was aber dazu führt, daß der Sensor sehr träge auf Temperaturänderungen reagiert und einen schnellen Temperaturanstieg nicht mit ausreichender Geschwindigkeit erfassen kann. Eine andere Maßnahem ist der Einsatz von Thermistor-Motorschutz-Auslösegeräten, die nach Art eines Relais die Verbindung zwischen einem Sensor und einer Auswerteeinheit unterbrechen. Derartige Geräte sind jedoch relativ voluminös und werden in der Regel mit einer Spannung von 230 V betrieben und werden deshalb normalerweise in einem Schaltschrank oder am Umrichter des Motors angebracht.
• Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schutzeinrichtung zum sicheren Schützen von Auswerteeinheiten gegen Überspannungen des Sensors anzugeben, die sich durch einen einfachen und kompakten Aufbau auszeichnet.
• Diese Aufgabe wird durch eine Schutzeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst; die weiteren Patentansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
• Erfindungsgemäß wird eine Schutzeinrichtung mit einem Trennelement vorgeschlagen, das den Sensor galvanisch von der Auswerteeinheit trennt, so daß keine direkte elektrische Verbindung zwischen dem Sensor und der Auswerteeinheit vorliegt und keine Überspannungen übertragen werden können.
• Vorzugsweise ist das Trennelement ein Trenntransformator dessen zwei getrennte Wicklungen elektrisch sicher für die höchsten zu erwartenden Spannungen voneinander isoliert sind. Die sensorseitige Wicklung ist so bemessen, daß sie nur sehr geringe Leistungen aufnehmen kann und bei Überspannung des Sensors die Isolation zur zweiten Wicklung nicht beschädigt wird. Der Trenntransformator kann relativ kompakt ausgestaltet werden und im sicheren Abstand des durch den Sensor zu überwachenden Elementes, beispielsweise der Wicklung eines Motors angebracht werden.
• Vorzugsweise wird an eine Seite des Transformators über einen Oszillator eine Trägerfrequenz eingegeben, wobei die andere Seite des Transformators mit einem Sensor mit sich veränderdem Widerstand verbunden ist.
• Dabei kann in der Schalteinrichtung eine Schaltstufe mit einem Spannungs-Widerstands- Umsetzer vorgesehen sein, so daß am Ausgang ein Widerstand anliegt, der vorzugsweise dem momentanen Widerstand des Sensors entspricht.
• Bei dieser Ausgestaltung können bereits vorhandene Sensoren und Auswerteeinheiten zusammen mit der Schutzeinrichtung verwendet werden, die dafür vorzugsweise einen modularen Aufbau hat.
• Bei einer Sensoreinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung ist der Sensor vorzugsweise ein Temperatursensor mit linearer oder Schaltcharakteristik.
• Dabei überwacht die Auswerteeinheit das Sensorsignal bzw. den Ausgang der Schutzeinrichtung und schaltet eine zu überwachende Maschine ab, wenn über eine vorgegebene Zeitspanne das Sensorsignal einen Gefahrenbereich anzeigt bzw. in zwei Zeitpunkten, die durch ein vorgegebenes Zeitintervall getrennt sind. Hierdurch wird vermieden, daß bei jeder kurzzeitigen Fluktuation des Sensorsignals die Maschine abgeschaltet wird.
• Insbesondere geeignet sind die erfindungsgemäß Schutzeinrichtung bzw. Sensoreinrichtung zur Temperaturüberwachung des Wicklungskörpers eines elektrischen Linear- oder Rotationsmotors, wobei der Sensor in den Wicklungskörper eingebettet ist.
• Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung erläutert.
• Die Figur zeigt einen Sensor 1, vorzugsweise ein temperaturabhängiger Widerstand, der mit einer Wicklungsseite eines Trenntransformators 2 verbunden ist.
• Die andere Wicklungsseite des Trenntransformators 2 ist mit einem Oszillator 3 verbunden, der eine ihm zugeführte Gleichspannung von beispielsweise 5 Volt in eine Wechselspannung mit einer Trägerfrequenz wandelt.
• Bei einer Änderung des Widerstandswertes des Sensors 1 ändert sich die Schaltungscharakteristik des Systems aus dem Sensor und dem Trenntransformator. Das geänderte Ausgangssignal wird einer Schaltstufe 4 zugeführt, die es in ein Spannungssignal umsetzt. Dieses Spannungssignal wird anschließend von einem Spannungs-Widerstands-Umsetzer in einen Widerstandswert gewandelt, wobei der Widerstandswert von einer Auswerteeinheit (nicht dargestellt) abgefragt werden kann. Dabei setzt der Spannungs-Widerstands- Umsetzer (U-R-Umsetzer) die Spannung in einen Widerstandswert um, der dem aktuellen Widerstandswert des Sensors 1 entspricht.
• Bei diesem Aufbau kann die Schutzeinheit aus Trenntransformator 2, Oszillator 3, Schaltstufe 4 und U-R-Umsetzer 5 einfach in den Signalweg zwischen einen bereits vorhandenen Sensor und einer vorhandenen Auswerteeinheit eingefügt werden und beispielsweise, im Fall eines Linearmotors, am Wicklungsgehäuse montiert werden. Dabei kann die Schutzeinrichtung als Einheit in einem Gehäuse zusammengefaßt werden, vorzugsweise als Modul.
• Die Schutzeinrichtung eignet sich insbesondere für die Überwachung der Temperatur in Maschinen, beispielsweise Elektromotoren. Wegen der Eingangs genannten Probleme, die im Betrieb eines Linearmotors auftreten können, ist sie insbesondere für den Einsatz bei der Temperaturüberwachung des Wicklungskörpers eines Linearmotors geeignet.
• Die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung kann auch für andere Sensoren als Temperatursensoren eingesetzt werden, wenn bei den Sensoren die Gefahr eines Spannungsüberschlags besteht.

Claims (12)

1. Schutzeinrichtung mit einem Signaleingang (E), der mit einem Sensor (1) verbindbar ist, und einem Signalausgang (A) der mit einer Auswerteeinheit verbindbar ist, gekennzeichnet durch ein Trennelement (2), das den Signaleingang galvanisch von dem Signalausgang trennnt.

2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement (2) ein Trenntransformator ist, mit einer ersten Wicklungsseite, die mit dem Signaleingang verbunden ist, und einer zweiten Wicklungsseite, die mit dem Signalausgang verbunden ist.

3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wicklungsseite mit einem Oszillator (3) verbunden ist.

4. Schutzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (3) mit einer Schutzkleinspannung gespeichert wird.

5. Schutzeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (3) dem Trenntransformator eine Wechsel-Kleinspannungsbereich von 5 bis 24 V zuführt.

6. Schutzeinrichtung nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Wicklungsseite des Trenntransformators und dem Signalausgang eine Schaltstufe und ein Spannungs-Widerstands-Umsetzer geschaltet sind.

7. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen modularen Aufbau.

8. Sensoreinrichtung mit einem Sensor (1), einer Auswerteeinrichtung und einer Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Sensor ein Temperatursensor ist.

9. Sensoreinrichtung nach Anspruch 8, wobei der Sensor eine lineare Charakteristik aufweist.

10. Sensor nach Anspruch 8, wobei der Sensor eine Schaltcharakteristik aufweist.

11. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Auswerteeinheit das Sensorsignal überwacht und einen Maschinenabschaltbefehl ausgibt, wenn während eine vorgegebenen Zeitintervalls oder an zwei durch ein vorgegebenes Zeitintervall getrennten Zeitpunkten das Sensorsignal einen Gefahrenbereich anzeigt.

12. Elektrischer Linearmotor- oder Rotationsmotor mit einer Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11.