DE19716520B4

DE19716520B4 - Als Schaltung ausgebildete Vorrichtung zur Erfassung von Betriebsgrößen von Elektromotoren sowie Elektromotor

Info

Publication number: DE19716520B4
Application number: DE19716520A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Grimm; Wolf-Henning Dr. Rech; Markus Klausner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-04-19
Filing date: 1997-04-19
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2017-04-20
Also published as: JPH10309094A; GB2324380B; DE19716520A1; GB2324380A; GB9808253D0; US6369472B1

Abstract

Als Schaltung ausgebildete Vorrichtung zur Erfassung von Betriebsgrößen von Elektromotoren, mit einem unter Einwirkung von wenigstens einem Betriebsparameter eines Elektromotors beeinflussten, die Einwirkung speichernden und/oder anzeigenden Mittel, wobei die Vorrichtung als Modul ausgeführt und an zwei Klemmen (3, 4) des Elektromotors (1) angeschlossen ist, wobei die Schaltung (2) eine Betriebspannung aufweist, die derjenigen des Elektromotors (1) entspricht und eine als IC realisierte, durch Auswertung einer Betriebsspannung (U_M) des Elektromotors (1) auf einer Zeitbasis motorverschleißende Einwirkungen als Betriebsdaten speichernde elektronische Schaltung (2) besitzt und die Zeitbasis von einem RC-Oszillator (6) gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine als Schaltung ausgebildete Vorrichtung zur Erfassung von Betriebsgrößen von Elektromotoren. Ferner betrifft die Erfindung einen Elektromotor mit einer Vorrichtung zur Erfassung von Betriebsgrößen.
In technischen Systemen eingesetzte Gleich- oder Wechselstrom-Elektromotoren können unter Umständen am Ende der Lebensdauer des technischen Systems in einem neuen technischen System weiter verwendet werden, wenn die Nutzungsdauer des Elektromotors deutlich unterhalb der vom Hersteller angegebenen Standzeit beim Kunden liegt. Diese Vorgehensweise, das heißt, ein gezieltes Produkt-Recycling wird beispielsweise bei Kopiergeräten bereits praktiziert. Eine derartige Wiederverwendung erfordert jedoch bislang ein aufwendiges Testverfahren, um eine zuverlässige Aussage über die Wiederverwendbarkeit treffen zu können. So wird beispielsweise bei den angesprochenen Kopiergeräten eine akusti sche Geräuschanalyse in aufwendiger Weise durchgeführt, um über das Produkt-Recycling eine zuverlässige Aussage treffen zu können. Im Fall von Elektromotoren ist es bislang üblich, diese in aufwendiger Weise durchzumessen und gegebenenfalls Belastungstests auszusetzen, um schließlich eine Aussage betreffend Produkt-Recyclebarkeit treffen zu können.

Aus der Zeitschrift „Elektrotechnik", Heft 13, vom 3. Juli 1975, Seite 24, sind elektrochemische Betriebsstundenzähler bekannt. Aus der WO 95/12868 A1 sind chemische und physikalische Sensoren bekannt, die von elektronischen Produkten die Alterung ermitteln sollen. In der österreichischen Patentschrift E 52352 B sind Indikatoren für die Lebensdauer eines Produkts angegeben, die mit flüchtiger Flüssigkeit imprägniert sind. Durch ein Verdampfen der Flüssigkeit ändert der Indikator seine visuellen Eigenschaften. Aus der europäischen Patentanmeldung 0 623 900 A1 geht eine Vorrichtung zur Erfassung von Betriebsgrößen mit einem Prozessor hervor, dem mehrere elektronische Baugruppen sowie Sensoren zugeordnet sind. Aus der deutschen Patentschrift 28 26 240 C2 geht eine Schaltungsanordnung zur Anzeige des Zeitpunkts einer notwendigen Wartungsmaßnahme für Haushaltsgeräte hervor, wobei eine elektrolytische Zelle als Anzeigevorrichtung zum Einsatz gelangt. Die deutsche Patentschrift 34 43 276 C2 betrifft eine Einrichtung zum Bestimmen der verbleibenden Lebensdauer eines Elektromotors, wobei ein Motorstromfühler und ein Motorwicklungstemperatur fühler in den Elektromotor integriert sind. Die deutsche Offenlegungsschrift 41 07 207 A1 betrifft eine Einrichtung zum Schutz und Führen von Elektromotoren nach Kriterien der Lebensdauer und befasst sich mit einer thermischen Modellierung der Belastung von Elektromotoren. Die deutsche Patentschrift DD 1 49 740 betrifft eine elektronische überstrom- und Kurzschlussschutzeinrichtung. Das US-Patent 5 325 315 befasst sich mit einem Verfahren zum Kalibrieren von Überstromschutzvorrichtungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute und flexibel verwendbare Vorrichtung zur Erfassung von Betriebsgrößen von Elektromotoren anzugeben.

Vorteile der Erfindung

Zur Lösung der genannten Aufgabe wird eine als Schaltung ausgebildete Vorrichtung zur Erfassung von Betriebsgrößen von Elektromotoren angegeben, mit einem unter Einwirkung von wenigstens einem Betriebsparameter eines Elektromotors beeinflussten, die Einwirkung speichernden und/oder anzeigenden Mittel, wobei die Vorrichtung als Modul ausgeführt und an zwei Klemmen des Elektromotors angeschlossen ist, wobei die Schaltung eine Betriebsspannung aufweist, die derjenigen des Elektromotors entspricht und eine als IC realisierte, durch Auswertung einer Betriebsspannung des Elektromotors auf einer Zeitbasis motorverschleißende Einwirkungen als Betriebsdaten speichernde elektronische Schaltung be sitzt und die Zeitbasis von einem RC-Oszillator gebildet ist. Ferner ist ein Elektromotor mit zwei Klemmen vorgesehen, an dem eine Vorrichtung der vorstehend genannten Art angeschlossen ist. In Betracht gezogen werden als Betriebsgrößen insbesondere die Anzahl der Motoranläufe und die Anzahl der Betriebsstunden zugunsten einer Entscheidung über die Wiederverwendbarkeit des Elektromotors im Rahmen von Produkt-Recycling. Außerdem kann die Kenntnis über den Stand beziehungsweise Zustand dieser Betriebsgröße für Wartung/Instandhaltung und Marktforschung genutzt werden. Insbesondere kann aus der Kenntnis von beispielsweise den Parametern "Anzahl der Motorläufe" und "Anzahl der Betriebsstunden" direkt und ohne aufwendige Testverfahren auf die Wiederverwendbarkeit des jeweiligen Elektromotors geschlossen werden.

Ein erfindungsgemäßes Mittel in Gestalt einer elektronischen Schaltung dient bevorzugt zur Registrierung sowohl der Betriebsstunden wie der Motoranläufe. Selbstverständlich lassen sich vorzugsweise auch weitere Betriebsdaten, wie Leistungsaufnahme, Temperatur etc. registrieren. Die Schaltung der erfindungsgemäßen, in Gestalt eines Moduls ausgebildeten Erfassungsvorrichtung ist mit einer Zeitbasis versehen, auf deren Grundlage die Betriebsspannung beziehungsweise die Motoranläufe registriert wird beziehungsweise registriert werden. Bei der Zeitbasis handelt es sich um einen einfach aufgebauten RC-Oszillator, das heißt um einen Oszillator ohne Schwingquarz, weil eine hohe Genauigkeit und abso lute Zeiterfassung durch die Zeitbasis nicht erforderlich sind. Um die erfindungsgemäße Erfassungsvorrichtung am entsprechenden Elektromotor ohne großen Platzaufwand anbringen zu können, sind die Bestandteile der Schaltung in einem IC integriert. Eine Schreiblogik zum Abspeichern der Zustände "Motoranlauf" und "Motorlauf" ist während der Betriebszeit des Elektromotors vorgesehen.

Das Ablegen von Information über die Betriebsstunden und Motoranläufe des Elektromotors erfolgt bevorzugt in einem Speicher in Gestalt eines PROM oder eines EPROM, deren Elemente abhängig vom Motoranlauf zerstört beziehungsweise beschrieben werden.

Schließlich weist die Schaltung der erfindungsgemäßen Erfassungseinrichtung bevorzugt zusätzlich eine Ausleseschaltung für abgespeicherte Betriebsdaten auf, um am Ende der Betriebszeit beziehungsweise bei der Entscheidung über Produkt-Recycling die Betriebsdaten über ein entsprechendes externes Gerät auslesen sowie gegebenenfalls auswerten zu können.

Schließlich betrifft die Erfindung einen Elektromotor, der mit der erfindungsgemäßen Erfassungsvorrichtung ausgerüstet ist, die in Gestalt eines Moduls gebildet beziehungsweise im Elektromotor integriert ist. Besonders bevorzugt weist die Erfassungsvorrichtung einen Diagnoseanschluss auf, um die in der Schaltung gespeicherten Betriebsdaten einer externen Auswertung problemlos zuführen zu können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Zeichnung

Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert.

Es zeigen:

1 schematisch einen mit der erfindungsgemäßen Betriebsgrößen-Erfassungsvorrichtung versehenen Elektromotor, und

2 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Betriebsgrößen-Erfassungsvorrichtung.

Bei dem in 1 gezeigten Elektromotor 1 handelt es sich um einen beispielsweise 12-V-Gleichstrom-Elektromotor, an dessen Klemmen 3 und 4 die erfindungsgemäße Betriebsgrößen-Erfassungsvorrichtung in Gestalt einer in 2 näher gezeigten Schaltung 2 angeschlossen ist. Die Betriebsspannung der Betriebsgrößen-Erfassungsvorrichtung beziehungsweise der Schaltung 2 ist identisch mit der Versorgungsspannung des Elektromotors 1, um keine gesonderten Maßnahmen zur Spannungsversorgung der Vorrichtung treffen zu müssen.
Wie aus 2 hervorgeht, weist die als elektronische Schaltung 2 ausgelegte Betriebsgrößen-Erfassungsvorrichtung von 1 einen Speicher 5 in Form eines PROM- oder (E)EPROM-Array auf, dessen Elemente bei jedem Anlauf des Elektromotors 1 zerstört beziehungsweise beschrieben werden. Außerdem ist ein einfacher RC-Oszillator 6 als Zeitreferenz vorgesehen, der zur groben Erfassung der Betriebsdauer dient. Ein hochfrequenter Schwingquarz für die Zeitreferenz erübrigt sich im vorliegenden Fall, da Genauigkeit und absolute Zeit für eine Aussage zur Recyclebarkeit des Elektromotors 1 nicht entscheidend sind; vielmehr genügt es, mittels der Zeitreferenz in Gestalt des Oszillators 6 grob die Betriebszeit des Elektromotors in Stunden erfassen zu können.
Der RC-Oszillator 6 beaufschlagt eine Schreiblogik 7 zum Abspeichern der Zustände "Motoranlauf" und "Motorlauf" während der Betriebszeit des Elektromotors 1. Die Ausgangssignale der Schreiblogik 7 werden in den Speicher 5 eingespeist. Außerdem ist die Schreiblogik 7 durch eine Datenerfassungseinrichtung 8 beaufschlagt, die parallel zu den Klemmen 3, 4 des Elektromotors 1 geschaltet ist.
Eine Ausleseschaltung 9 dient zum Auslesen des Inhalts des Speichers 5, wobei eine Anzeige des Ausleseergebnisses beispielsweise über ein nicht dargestelltes Display, das bevorzugt integral mit der Vorrichtung 2 gebildet ist, oder über ein externes Gerät erfolgt, und zwar über einen Anschluss 10, der optional mit dem Ausgang der Ausleseschaltung 9 verbunden sein kann. Über ein entsprechendes externes Gerät können demnach nach Ende des Lebenszyklus des technischen Systems, in welchem der Elektromotor 1 verwendet wurde, dessen Betriebsdaten ausgelesen und ausgewertet werden.
Damit die Auswertung der Betriebsdaten kostengünstig mit vorhandenen Bauelementen erfolgen kann, sollten für einen typischen Elektromotor z.B. bis zu 1000 Motoranläufe mit jeweils 10 Zuständen "Motorlauf nach dem Motoranlauf" gespeichert werden, da nach mehr als 1000 Anläufen eine Wiederverwendung üblicherweise nicht mehr relevant ist. Für einen typischen EEPROM können 1000 × 10 = 10.000 Schreibvorgänge problemlos bewältigt werden. Allerdings hängt die Art der Datenspeicherung und Auswertung vom konkreten Anwendungsfall ab. Beispielsweise ist bei einem Scheibenhebermotor für ein Kraftfahrzeug nur die Anzahl der Anläufe relevant, während bei einem Waschmaschinenmotor nur die Anzahl der Betriebsstunden relevant ist. Anwendungsspezifische Charakteristika werden durch entsprechende Parametrisierung der Schreiblogik 7 berücksichtigt und schränken in keiner Weise die Massenherstellung der erfindungsgemäßen Betriebsgrößen-Erfassungsvorrichtung in Gestalt der beispielsweise in 2 gezeigten Schaltung 2 ein.
Die vorstehend erläuterte Betriebsgrößen-Erfassungsvorrichtung für einen Elektromotor 1 ist sehr billig realisierbar und gestattet ohne Verwendung aufwendiger Testverfahren sehr schnell und kostengünstig eine zuverlässige Aussage über die grundsätzliche Wiederverwendbarkeit eines Elektromotors am Ende der Einsatzzeit eines Systems, innerhalb welchem der Elektromotor seine Arbeit verrichtet hat. Eine typische Anwendung liegt beispielsweise für einen Akku-Schraubermotor vor. Das Auslesen erfolgt in diesem Fall durch Anstecken eines externen Auslesegeräts 11 an den Service-Anschluss 10 der erfindungsgemäßen Betriebsgrößen-Erfassungsvorrichtung 2. Ausgewertet wird die Anzahl der Motoranläufe und/oder Motorbetriebsstunden in Bezug auf die vom Hersteller angegebene typische Betriebszeit. Darüber hinaus kann aus diesen Daten auf die Historie weiterer, beispielsweise mechanischer Bestandteile schlussgefolgert werden. So ermöglicht beispielsweise der Vergleich der gewonnenen Betriebsgrößen, wie aufgenommene Leistung und Betriebszeit, mit Erfahrungswerten einen Rückschluss auf das Einsatzgebiet des Elektromotors. Werden die Daten beispielsweise für den Elektromotor einer Bohrmaschine erfasst, so lässt sich aus den Daten ermitteln, welche Materialien bearbeitet wurden. Hohe Leistungsaufnahme und kurze Betriebszeiten lassen auf sehr harte zu bohrende Materialien schließen. Andere Auswertungen sind selbstverständlich auch denkbar. Ein als Computer ausgebildetes externes Auslesegerät 11 ermöglicht eine beliebige Verknüpfung und Darstellung der erfassten Daten.

Claims

Als Schaltung ausgebildete Vorrichtung zur Erfassung von Betriebsgrößen von Elektromotoren, mit einem unter Einwirkung von wenigstens einem Betriebsparameter eines Elektromotors beeinflussten, die Einwirkung speichernden und/oder anzeigenden Mittel, wobei die Vorrichtung als Modul ausgeführt und an zwei Klemmen (3, 4) des Elektromotors (1) angeschlossen ist, wobei die Schaltung (2) eine Betriebspannung aufweist, die derjenigen des Elektromotors (1) entspricht und eine als IC realisierte, durch Auswertung einer Betriebsspannung (U_M) des Elektromotors (1) auf einer Zeitbasis motorverschleißende Einwirkungen als Betriebsdaten speichernde elektronische Schaltung (2) besitzt und die Zeitbasis von einem RC-Oszillator (6) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung die Betriebsstunden und/oder die Motoranläufe des Elektromotors (1) registriert.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (2) wenigstens einen Speicher (5) aufweist, dessen Elemente auf jeden Motoranlauf ansprechen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (5) ein PROM-Array beziehungsweise ein (E)EPROM-Array ist, dessen Elemente abhängig vom Motoranlauf zerstört beziehungsweise beschrieben werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schreiblogik (7) zum Abspeichern der Zustände „Motoranlauf" und „Motorlauf" während der Betriebszeit des Elektromotors (1) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schreiblogik (7) zum Abspeichern zusätzlicher Betriebsgrößen, wie Temperatur und/oder Leistungsaufnahme, während der Betriebszeit des Elektromotors (1) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausleseschaltung (9) für die abgespeicherten Betriebsdaten vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschluss (10) vorgesehen ist, an den zum Auslesen und Auswerten der Betriebsdaten ein Auslesegerät (11) anschließbar ist.
Elektromotor aufweisend zwei Klemmen, gekennzeichnet durch eine an dem Elektromotor (1) angeordnete Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.