Drehgebervorrichtung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehgebervorrichtung zur Abtastung einer drehbaren Welle, welche eine Mikrogeneratorschaltung umfasst, in der die kinetische Energie der Welle in eine elektrische Spannung umgewandelt wird und die durch eine Überwachungsschaltung überwacht wird.

Hintergrund der Erfindung

Messvorrichtungen wie Drehgebervorrichtungen finden allgemein zur Überwachung und Steuerung mechanischer Bewegungsabläufe Anwendung. Beispielsweise werden Drehgeber für die Drehzahlerfassung und Steuerung von Motoren, Steuerung oder Regelung von Förderanlagen oder die Überwachung von Förderbändern eingesetzt.

Im Stand der Technik ist es bekannt, solche mit elektronischen Umdrehungszählern ausgestattete Drehgeber mit Hilfe von Generatoren sowie Mikrogeneratoren mit Energie zu versorgen.

Im Stand der Technik der Technik ist ein Mikrogenerator bekannt, der immer dann die Erzeugung eines elektrischen Impulses auslöst, wenn ein sich bewegender Körper eine vorgebbare Position erreicht, und der folgende Bestandteile umfasst: 1. einen Energiespeicher, der während der Annäherung des Körpers an die vorgebbare Position einen Teil der Bewegungsenergie des Körpers in Form potentieller Energie fortschreitend ansammelt und speichert und beim Erreichen der Position die gespeicherte potentielle Energie in Form kinetischer Energie schlagartig freisetzt, 2. eine Vorrichtung zum Umformen dieser kinetischen Energie in einen elektrischen Impuls, und 3. eine Verarbeitungseinrichtung, der der elektrische Impuls zugeführt wird. Die Umwandlung der kinetischen Energie in einen elektrischen Impuls erfolgt auf induktivem Wege oder beispielsweise mithilfe piezoelektrischer Wandlerelemente.

Hierbei tritt das Problem auf, dass ein Ausfall der Drehgebervorrichtung oder eine Fehlfunktion auftreten kann. Wird die Schaltung von einer externen Spannung versorgt, kann die korrekte Funktion des Mikrogenerators nicht festgestellt werden. Liegt beispielsweise eine Beschädigung des Mikrogenerators, wie ein Drahtbruch in einer Spule des Mikrogenerators, vor, werden während des Betriebs die Umdrehungen dennoch korrekt gezählt. Wird der Antrieb, an den der Umdrehungszähler angebaut ist, ausgeschaltet, beispielsweise bei Nothalt mit Abschalten der externen Versorgungsspannung der Drehgebervorrichtung, und absolviert der Antrieb bis zum Stillstand einige Umdrehungen, so werden diese Umdrehungen bei Ausfall des Mikrogenerators nicht erkannt. Nach dem Wiedereinschalten liefert der Umdrehungszähler einen falschen Wert, ohne dass der Ausfall des Mikrogenerators festgestellt werden kann. Eine Schädigung der Anlage z.B. durch Auffahren auf eine Begrenzung, ist möglich. Das gilt auch für den Fall, dass eine weitere Komponente des Umdrehungszählers, wie ein nichtflüchtiger Speicher zum Speichern einer Positionsinformation und/oder ein Mikroprozessor zum Verarbeiten er Positionsinformation nicht korrekt arbeitet.

Es ist somit eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine Messvorrichtung, insbesondere eine Drehgebervorrichtung, zur Verfügung zu stellen, die eine erhöhte Zuverlässigkeit der Funktionsweise der Messvorrichtung aufweist.

Beschreibung der Erfindung

Die oben genannte Aufgabe wird durch die Drehgebervorrichtung zur Abtastung einer drehbaren Welle gemäß Anspruch 1 gelöst, welche umfasst

eine Mikrogeneratorschaltung, die kinetische Energie der Welle in eine elektrische Spannung umwandelt, und eine Überwachungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, ein Fehlersignal auszugeben, das eine Fehlfunktion der Mikrogeneratorschaltung anzeigt, wenn die elektrische Spannung ein vorbestimmtes Kriterium bezüglich einer Referenzschwelle erfüllt.

Die elektrische Spannung kann insbesondere eine Gleichspannung sein, und es kann das vorbestimmte Kriterium darin bestehen, dass die Gleichspannung unterhalb einer Referenzgleichspannung liegt. Die elektrische Spannung kann auch eine Wechselspannung, insbesondere ein Spannungspuls sein, und in diesem Fall kann das vorbestimmte Kriterium darin bestehen, dass die Breite und/oder Höhe des Spannungspulses unterhalb einer vorbestimmten Schwelle liegt. Auch kann sich das Kriterium auf eine Schwelle beziehen, die über mehrere Spannungspulse integrierte Werte der Breite/Höhe der Spannungspulse zur Erfüllung des Kriteriums zu erfüllen haben. Im weiteren wird beispielhaft davon ausgegangen, dass die Mikrogeneratorschaltung kinetische Energie der Welle in eine elektrische Gleichspannung umwandelt.

Der Begriff der Welle umfasst hierin eine drehbare, rein mechanisch oder elektrisch antreibbare Achse und ebenso allgemein einen jeglichen drehbaren geradlinigen, krummlinigen oder heiischen Voll- oder Hohlkörper, deren oder dessen Drehwinkel von der Drehgebervorrichtung erfasst wird. Die Welle kann beispielsweise eine Hohlwelle oder Vollwelle sein.

Der Begriff der Mikrogeneratorschaltung umfasst hierin einen Mikrogenerator und weitere geeignete Bauteile. Wie es im Stand der Technik bekannt ist, versorgt ein Mikrogenerator eine Drehgebervorrichtung mit Energie. Vorzugsweise werden in der Mikrogeneratorschaltung Spannungsimpulse des Mikrogenerators einen Brückengleichrichter durchlaufen und mit Hilfe eines Kondensators stabilisiert. Der Kondensator als Teil der Mikrogeneratorschaltung wird also typischerweise durch die Spannungsimpulse des Mikrogenerators aufgeladen und stellt typischerweise ein stabilisiertes Gleichspannungssignal zur Verfügung.

Der Begriff der Überwachungsschaltung umfasst hierbei eine elektronische Schaltung mit elektronischen Bauteilen und Schaltungskomponenten, beispielsweise mit Spannungsreglern, von denen jeder jeweils eine einstellbare Gleichspannung als Ausgangsspannung, liefern kann, ferner beispielsweise mit einem Mikroprozessor und einem nichtflüchtigen elektronischen Speichermedium. Ferner ist die Überwachungsschaltung geeignet, die von der Mikrogeneratorschaltung ausgegebenen Spannungssignale hinsichtlich einer Fehlfunktion der Mikrogeneratorschaltung zu bewerten.

Der Begriff der Referenzgleichspannung bezieht sich auf eine Schwellenspannung oder Mindest-Eingangsspannung (siehe unten). Wird diese Referenzgleichspannung, also die Schwellenspannung, unterschritten, so gibt die Überwachungsschaltung ein Fehlersignal aus, das auf eine Fehlfunktion des Mikrogenerators hinweist.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Überwachungsschaltung wird somit die Mikrogeneratorschaltung auf effektive Weise überwacht. Insbesondere kann ein Ausfall der Mikrogeneratorschaltung zuverlässig erkannt werden, wodurch die Verlässlichkeit der von der Drehgebervorrichtung bereitgestellten Information über die Drehung der Welle gegenüber dem Stand der Technik signifikant erhöht wird.

Weiterhin kann die Überwachungsschaltung der Drehgebervorrichtung einen ersten Spannungsregler umfassen, der basierend auf der von der Mikrogeneratorschaltung gelieferten Gleichspannung eine Ausgangsspannung, U _A , bereitstellt. Hierbei wird die

Gleichspannung aus der Mikrogeneratorschaltung, die vorzugsweise noch von dem

Kondensator stabilisiert wird, an den Eingang des ersten Spannungsreglers geliefert.

Dieser wird eine Ausgangsspannung, U _A| , dann bereitstellen, wenn an einem Eingang des Spannungsreglers eine Gleichspannung anliegt, die größer oder gleich der

Referenzgleichspannung U _R ist. Dabei kann die Referenzgleichspannung vorzugsweise selbst so gewählt werden, dass die Referenzgleichspannung, d.h. die

Schwellenspannung oder Mindest-Eingangsspannung, größer oder gleich der vom

Spannungsregler bereitgestellten Ausgangsspannung U _A ist. Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Ausgangspannung des ersten Spannungsreglers, U _A , ebenfalls vorzugsweise geeignet wählbar ist. Eine Fehlerbestimmung bezüglich der Funktion der Mikrogeneratorschaltung kann also mit der Überwachungsschaltung und darin insbesondere mit Hilfe des ersten Spannungsreglers in der Weise zuverlässig realisiert werden, dass der ersts Spannungsregler nur dann die Ausgangsspannung U _A liefert, wenn an dem Eingang des ersten Spannungsreglers eine hinreichende Gleichspannung anliegt.

Gemäß einer weiteren Weiterbildung umfasst die erfindungsgemäße Drehgebervorrichtung einen zweiten Spannungsregler der dazu ausgebildet ist, an die Überwachungsschaltung eine Gleichspannung zu liefern, und worin die Überwachungsschaltung weiterhin dazu ausgebildet ist, das Fehlersignal basierend auf einer Eingangsspannung U _E , die von der vom zweiten Spannungsregler gelieferten Spannung und der von der Mikrogeneratorschaltung gelieferten Spannung abhängt, auszugeben.

Weiterhin kann die vom zweiten Spannungsregler gelieferte Gleichspannung, d.h. die Ausgangsspannung, U _A2 , über ein Bauelement, vorzugsweise eine Diode, abfallen, wobei ein Spannungsabfall, U ₀ , auftritt, so dass eine resultierende Gleichspannung, U _A2 -U ₀ = U _E , an die Überwachungsschaltung geliefert wird.

Weiterhin kann zweckmäßigerweise die resultierende Gleichspannung, U _A 2 - U ₀ , welche an die Überwachungsschaltung geliefert wird, kleiner als die Referenzgleichspannung, UR, des ersten Spannungsreglers sein..

Durch den zweiten Spannungsregler wird beispielsweise eine Gleichspannung, die Ausgangsspannung U _A2 , geliefert und zur Versorgung der Überwachungsschaltung bereitgestellt. Wie schon bei dem ersten Spannungsregler kann die Gleichspannung U _A2 vorzugsweise geeignet gewählt werden. Nach einem Spannungsabfall, U ₀ , über ein geeignetes Bauteil, etwa eine Diode, beträgt die resultierende Gleichspannung U _A2 - U ₀ = U _E . Durch geeignete Wahl der Ausgangsspannung U _A2 und dem Spannungsabfall U ₀ Hegt die resultierende Gleichspannung zweckmäßigerweise unter der Referenzgleichspannung, U _R , für den ersten Spannungsregler, also U _E < U _R . Die Ausgangsspannung des ersten Spannungsreglers, U _A , ist gleich U _E , wenn U _E kleiner als U _R ist. Die resultierende Gleichspannung U _A2 - U _D kann als eine Sockelgleichspannung betrachtet werden, die mindestens zur Versorgung der Überwachungsschaltung zur Verfügung steht, unabhängig von der von der Mikrogeneratorschaltung zur Verfügung gestellten Gleichspannung. Die resultierende Gleichspannung steht insbesondere auch dann zur Versorgung zur Verfügung, wenn die Mikrogeneratorschaltung keine oder eine zu geringe Spannung liefert, zum Beispiel wenn sich die Welle nicht dreht, oder beispielsweise im Ruhezustand der Mikrogeneratorschaltung, oder bei einem Drahtbruch innerhalb der Mikrogeneratorschaltung oder sonstigen elektrischen oder mechanischen Defekten der Mikrogeneratorschaltung. Die am Eingang des ersten Spannungsreglers anliegende Eingangsspannung, U _E , setzt sich beispielsweise aus zwei Anteilen zusammen. Sie ist also zweckmäßigerweise die Gleichrichtung der vom zweiten Spannungsregler gelieferten Gleichspannung und der von der Mikrogeneratorschaltung gelieferten Gleichspannung. Der Anteil der Eingangsspannung, der vom zweiten Spannungsregler als Sockelgleichspannung, d.h. als die resultierende Gleichspannung, geliefert wird, ist allein nicht ausreichend, um die Referenzgleichspannung U _R des ersten Spannungsreglers zu überschreiten. Es bedarf also zusätzlich der von der Mikrogeneratorschaltung gelieferten Gleichspannung, damit die Eingangsspannung die Referenzgleichspannung überschreitet. In diesem Fall ist U _A gleich U _R .

In dieser Weiterbildung kann also insbesondere die fehlerfreie Funktion der Mikrogeneratorschaltung bei gleichzeitiger externer Energieversorgung der Drehgebervorrichtung permanent und in definierter Weise kontrolliert werden.

Des Weiteren kann die Überwachungsschaltung einen Mikroprozessor und ein nichtflüchtiges elektronisches Speichermedium, insbesondere ein FeRAM, umfassen, wobei der Mikroprozessor dazu ausgebildet ist, einen Zählerstand basierend auf der Detektion der Drehung der Welle zu bestimmen, und das nichtflüchtige elektronische Speichermedium dazu ausgebildet ist, den Zählerstand zu speichern, wobei

die Überwachungsschaltung ferner eine Steuerleitung und eine Schreibzugriffsperre für das nichtflüchtige elektronische Speichermedium umfasst und dazu ausgebildet ist, die Schreibzugriffsperre über die Steuerleitung für ein Schreiben von Daten auf das nichtflüchtige elektronische Speichermedium nur dann frei zu schalten, wenn am Eingang des ersten Spannungsreglers die Eingangsspannung, U _E , größer als die Refereπzgieichspannung anliegt, und worin

die Überwachungsschaltung dazu ausgebildet ist, die aktuelle Winkelposition mit dem Zählerstand aus dem nichtflüchtigen elektronischen Speichermedium zu vergleichen und ein Fehlersignal auszugeben, wenn die Differenz größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.

Die Überwachungsschaltung der Drehgebervorrichtung wird eine Fehlfunktion des Mikrogenerators beispielsweise dadurch erkennen, dass die Differenz zwischen dem ersten und zweiten Zählerstand, mindestens 2 beträgt. Der Schwellenwert wird also vorzugsweise als 2 gewählt.

Ein nichtflüchtiges elektronisches Speichermedium ermöglicht ein erneutes Einlesen, Zurücklesen oder mehrmaliges Lesen von Informationen und Daten, insbesondere von Zählerständen oder Zählerwerten, aus oder von dem nichtflüchtigen elektronischen Speichermedium. Dieses kann beispielsweise notwendig sein, wenn die Drehgebervorrichtung regulär abgeschaltet wurde und dann erneut angefahren wird oder wenn ein Fehlerzustand eingetreten ist. Eine Schreibzugriffsperre kontrolliert typischerweise ob und wann ein Schreiben von Daten auf das nichtflüchtige elektronische Speichermedium erfolgen soll. Dieser Schreibzugriff kann insbesondere dann verhindert werden, wenn die Eingangsspannung, U _E , am ersten Spannungsregler kleiner als die Referenzgleichspannung ist. Vorzugsweise sind Lesezugriffe auf das nichtflüchtige elektronische Speichermedium, also das Lesen von dem nichtflüchtigen elektronischen Speichermedium, wie sie typischerweise der Mikroprozessor anweisen kann, nicht von der Schreibzugriffsperre und insbesondere nicht von dem aktuellen Zustand der Schreibzugriffsperre, d.h. ob ein Schreibzugriff gerade erlaubt ist oder nicht, abhängig.

In einer hinzukommenden Weiterbildung kann die Überwachungsschaltung dazu ausgebildet sein, die ordnungsgemäße Abarbeitung des Programms des Mikroprozessors zu überwachen, indem der Mikroprozessor vorzugsweise dazu ausgebildet ist, einen Zählschritt pro Vierteldrehung der Welle, Quadrant, zu zählen und im nichtflüchtigen elektronischen Speichermedium abzulegen und für den aktuellen Quadranten zu registrieren, ob ein gültiger Zählschritt erfolgt ist, indem während der gesamten Dauer der Bestimmung des Zählerstandes geprüft wird, insbesondere die durch den Kondensator der Mikrogeneratorschaltung stabilisierte Eingangsspannung, U _E , größer als die Referenzgleichspannung, U _R) ist, und weiterhin vor jedem neuen Zählschritt zu überprüfen, ob im vorherigen Quadranten ein gültiger Zählschritt stattgefunden hat, und ein Fehlersignal auszugeben, wenn der vorangegangene Zählschritt nicht gültig war.

Hierbei kann vorzugsweise der Kondensator eine stabilisierte Eingangspannung, U _E , insbesondere eine zeitlich stabilisierte Eingangsspannung gewähren.

Um die ordnungsgemäße Abarbeitung des Programms des Mikroprozessors geeignet zu überwachen, kann es sich ferner als vorteilhaft erweisen, bei der Entscheidung, ob ein Zählschritt als gültig registriert wird, eine gewisse Toleranz vorzusehen. Zur Erhöhung dieser Toleranz vor der Registrierung eines gültigen Zählschritts kann der Mikroprozessor deshalb beispielsweise eine Warteschleife ausführen, während der geprüft wird, ob weiterhin über die Steuerleitung signalisiert wird, dass die Eingangsspannung, U _E , des ersten Spannungszählers größer als die Referenzgleichspannung ist. Dieses kann auch so betrachtet werden, dass während der gesamten Zeit, die der Mikroprozessor für die Abarbeitung seines Programms benötigt, ein genügend hohes Gleichspannungssignal von der Mikrogeneratorschaltung geliefert wird.

Weiterhin kann die Überwachungsschaltung der Drehgebervorrichtung vorzugsweise für einen weiteren Funktionstest eines ihrer Elemente ausgebildet sein, nämlich die Überprüfung oder Überwachung der einwandfreien Arbeitsweise des nichtflüchtigen elektronischen Speichermediums. Diese Überwachung gelingt der dazu ausgebildeten Überwachungsschaltung zum Beispiel, indem nach der Speicherung des ersten Zählerstandes der Speicherinhalt des nichtflüchtigen elektronischen Speichermediums wieder zurück gelesen wird und mit dem Zählerstand im Mikroprozessor verglichen wird und eine Fehlfunktion des nichtflüchtigen elektronischen Speichermediums ausgegeben wird, sofern es eine Abweichung zwischen dem im Mikroprozessor vorhandenen Zählerstand und dem wieder zurück gelesenen Zählerstand gibt.

Mit Hilfe dieser Überprüfung können folglich bei besonders kritischen Anwendungen zusätzlich noch Fehler beim Speichern in das respektive Zurücklesen von dem nichtflüchtigen elektronischen Speichermedium erkannt werden.

In einer weiteren Weiterbildung umfasst die erfindungsgemäße Drehgebervorrichtung einen Mikrogenerator, der ein Piezoelement umfasst, das ein Plättchen umfasst, das derart angeordnet ist, dass bei der Drehung der Welle eine mechanische Kraft auf das Plättchen ausgeübt wird, so dass dieses eine Verformung erleidet.

Das Piezoelement ist ein Bauteil, das mithilfe des wohl bekannten Piezoeffekts bei Einwirkung einer mechanischen Kraft eine elektrische Spannung (ein Spannungssignal) zu erzeugen vermag. Es kann als Piezokristall oder in Form eines piezoelektrischen keramischen Materials, beispielsweise Blei-Zirkonat-Titanat, realisiert sein. Das Piezoelement kann ein Plättchen aus einem Piezokristall oder einem piezoelektrischen keramischen Material sein, an dem Elektroden angebracht sind, an denen eine Spannung entsteht durch ein elektrisches Feld, das durch das Aufbringen einer mechanischen Kraft auf das Plättchen durch den Piezoeffekt erzeugt wird. Des weiteren kann das Piezoelement prinzipiell als piezoelektrisches Röhrchen oder als Bimorph realisiert sein.

Durch die Verwendung eines Piezoelements kann kontinuierlich eine Energieversorgung des Drehgebers erreicht werden. Insbesondere erfolgt im Betrieb kein Entladen dieser piezoelektrischen Energiequelle, wie es bei einer einmal aufgeladenen und sodann verwendeten Batterie der Fall ist. Zudem ist die

Energieversorgung über ein Piezoelement einfach und kostengünstig bei hoher

Zuverlässigkeit der Energieversorgung zu erreichen, indem die Bewegungsenergie der zu messenden Welle selbst verwendet und über das Piezoelement in elektrisch gewandelter Form genutzt wird. Die erfindungsgemäße Drehgebervorrichtung kann darüber hinaus ein Piezoelement mit einem Plättchen (insbesondere aus einem Piezokristall oder einem piezoelektrischen keramischen Materia! bestehend) aufweisen, das derart angeordnet ist, dass bei der Drehung der Welle eine mechanische Kraft auf das Plättchen ausgeübt wird, so dass dieses eine Verformung erleidet, die durch den piezoelektrischen Effekt in eine Spannung umgewandelt wird, die beispielsweise über an dem Plättchen angebrachten Elektroden abgegriffen und zur Versorgung der Drehgebervorrichtung werden kann. Das Plättchen kann vorteilhafterweise auf einem Träger, beispielsweise einem Trägerplättchen, angebracht sein. Mithilfe des Plättchens ist eine besonders einfache und kostengünstige Realisierung der Energieversorgung über ein Piezoelement möglich.

Beispielsweise kann die Drehgebervorrichtung ein Mitnahmeelement umfassen, das mit der Welle in Verbindung steht und derart angeordnet ist, dass es bei jeder vollständigen Umdrehung der Welle das Plättchen auslenkt. Diese Auslenkung kann dadurch erfolgen, dass das Mitnahmeelement in direkten mechanischen Kontakt mit einem Träger(plättchen) gerät, auf dem das Plättchen angebracht ist, so dass eine mechanische Kraft von dem Mitnahmeelement über den Träger auf das Plättchen ausgeübt wird. Insbesondere kann das Mitnahmeelement direkt an der Welle befestigt sein.

Es versteht sich, dass die erfindungsgemäße Überwachung einer Mikrogeneratorschaltung entsprechend obiger Beschreibung auch allgemein für eine Messvorrichtung Anwendung finden kann. Somit wird weiterhin bereitgestellt:

eine Messvorrichtung zur Ermittlung der Position und/oder des Drehwinkels eines Körpers der eine Translations- und/oder Rotationsbewegung ausführt;

eine Mikrogeneratorschaltung, die kinetische Energie des Körpers in eine elektrische Spannung, insbesondere eine Gleichspannung, umwandelt, und

eine Überwachungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, ein Fehlersignal auszugeben, das eine Fehlfunktion der Mikrogeneratorschaltung anzeigt, wenn die elektrische Spannung ein vorbestimmtes Kriterium bezüglich einer Referenzschwelle erfüllt, insbesondere die Gleichspannung unterhalb einer Referenzgleichspannung liegt.

Insbesondere kann die Messvorrichtung die oben beschriebenen Merkmale der erfindungsgemäßen Drehgebervorrichtung aufweisen.

Ferner wird ein Verfahren zur Überwachung einer Mikrogeneratorschaltung einer Drehgebervorrichtung mit den Schritten zur Verfügung gestellt:

Ausgeben eines elektrischen Spannungssignals, insbesondere eines Gleichspannungssignals, durch die Mikrogeneratorschaltung,

Auswerten des elektrischen Spannungssignals, insbesondere des Gleichspannungssignals, und

Ausgeben eines Fehlersignals, das eine Fehlfunktion der Mikrogeneratorschaltung anzeigt, wenn die elektrische Spannung ein vorbestimmtes Kriterium bezüglich einer Referenzschwelle erfüllt, insbesondere wenn die Gleichspannung unterhalb einer Referenzgleichspannung liegt.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Weiteren mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben, die lediglich eine beispielhafte Ausführungsform veranschaulicht und durchaus nicht den gesamten Umfang der Erfindung darstellt. Es versteht sich, dass die gezeigten Merkmale in anderen Kombinationen, als in dem Beispielen beschrieben, im Rahmen der Erfindung Verwendung finden können.

Figur 1 illustriert Komponenten einer erfindungsgemäßen Drehgebervorrichtung.

Eine Mikrogeneratorschaltung mit einem Mikrogenerator wird in einem Beispiel von einer Überwachungsschaltung überwacht, wie es in Figur 1 gezeigt wird. Der Mikrogenerator kann beispielsweise ein solcher sein, wie er aus der DE 103 55 859 oder der DE 43 42 069 bekannt ist. Insbesondere kann der Mikrogenerator ein Piezoelement aufweisen, wie es in der deutschen Patentanmeldung mit dem Anmeldeaktenzeichen 102008062849.2 offenbart ist. Die induktiv in einer Spule (7) generierten Spannungsimpulse durchlaufen einen Brückengleichrichter (10), werden in einem Kondensator (11) zwischengespeichert und von einem ersten Spannungsregler (12) auf die Ausgangsspannung U _A stabilisiert. Wenn die Spannung U _E am Eingang des ersten Spannungsreglers (12) U _A übersteigt, meldet dieser über eine Steuerleitung (13) einem Mikroprozessor (μP), dass seine Versorgungsspannung ordnungsgemäß ist. Ist dies der Fall, erhält der Mikroprozessor die Freigabe, mit HaII- Sensoren und einem nicht-flüchtigen Speicher (FeRAM) zu kommunizieren.

Der Mikrogenerator liefert bei allen Drehzahlen und Drehrichtungswechseln Spannungsimpulse, auch im Normalfall, wenn der Umdrehungszähler der Drehgebervorrichtung über eine Diode (14) vom Netz ständig mit Energie versorgt wird. In diesem Fall arbeitet der Mikroprozessor ununterbrochen weiter und durchläuft immer wieder seinen Verarbeitungszyklus, bis Hall-Sensoren eine Änderung der Wellenposition melden. Bei einem kurzfristigen Ausfall der äußeren Versorgungsspannung stehen unterbrechungsfrei die Spannungsimpulse des Mikrogenerators zur Verfügung. Dies gewährleistet eine außerordentlich hohe Zuverlässigkeit. Die in einem nichtflüchtigen Speichermedium, vorzugsweise einem FeRAM, gespeicherten Umdrehungen können an einem Ausgang (15) des Prozessors zur Weiterverarbeitung abgerufen werden.

Im Normalbetrieb liefert gemäß diesem Beispiel der Erfindung für den Fall, dass die Überwachungsschaltung mit Fremdenergie versorgt wird, ein zusätzlicher zweiter

Spannungsregler (20) (siehe Figur 1) eine Spannung, U _A2 , die nach der Diode (14) einen Spannungsabfall, U ₀ , erlitten hat. In diesem Fall gilt U _E = U _A2 - U ₀ < U _A , womit die Mindest-Eingangsspannung U _E == U _A des ersten (Low-drop) Spannungsreglers (12) unterschritten wird. Arbeitet der Mikrogenerator einwandfrei, liefert er an den Eingang des ersten Spannungsreglers (12) einen Spannungsimpuls U _E > U _A und der

Spannungsregler (12) gibt, solange der Spannungsimpuls anliegt, über die

Steuerleitung (13) eine Schreibzugriffssperre (21) frei. Fällt der Mikrogenerator aus, steht am Eingang des Spannungsreglers (12) nur die Spannung U _E = U _A2 - U ₀ < U _A zur Verfügung. Diese ist kleiner als die Mindest- Eingangsspannung des Spannungsregiers (12). Der Spannungsregler (12) signalisiert auf der Steuerleitung (13) eine zu niedrige Spannung an die Schreibzugriffssperre (21), die daraufhin ein Aktualisieren des Zählerstandes im FeRAM verhindert. Dieser Fall tritt nicht nur bei Drahtbruch der Mikrogeneratorspule (7), sondern auch dann ein, wenn sich die Welle nicht dreht oder im Ruhezustand der Feder zwischen zwei Spannungsimpulsen. Auf diese Weise wird eine zusätzliche Sicherheit erzielt, denn der Mikroprozessor kann nur zu genauen, vom Mikrogenerator definierten Zeitpunkten auf das FeRAM zugreifen. Der Zählerstand im Mikroprozessor (μP) selbst ist jedoch nicht von der Schreibzugriffsperre abhängig, er kann weiterhin über den Ausgang (15) abgefragt werden.

Bei einwandfreier Funktion der Mikrogeneratorschaltung werden bei rotierender Welle an bestimmten Winkelpositionen vom Mikrogenerator der Mikrogeneratorschaltung

Spannungsimpulse geliefert. Die Spannungsimpulse übersteigen die

Mindesteingangsspannung des ersten Spannungsreglers (12) und schalten somit die

Schreibzugriffsperre (21) über die Steuerleitung (13) kurzzeitig frei. Der vom

Mikroprozessor neu berechnete Zählerstand kann jetzt im nichtflüchtigen Speicher abgelegt werden.

Fällt die Mikrogeneratorschaltung aus, fällt also insbesondere der Mikrogenerator aus, und wird infolgedessen ein Aktualisieren des Zählerstandes im FeRAM verhindert, baut sich somit eine Differenz zum aktuellen Zählerstand im Mikroprozessor (μP) auf. Ist die Differenz mindestens 2, ist dies ein sicherer Hinweis darauf, dass ein Impuls der Mikrogeneratorschaltung, also insbesondere ein Impuls des Mikrogenerators, nicht stattgefunden hat. In diesem Fall wird über einen Fehlerausgang (22) ein Fehler signalisiert, unabhängig davon funktioniert jedoch die Abfrage des im Mikroprozessor (μP) aktualisierten Zählerstandes über den Ausgang (15) weiterhin.

Es hat sich ferner herausgestellt, dass es vorteilhaft sein kann, nicht nur das Vorhandensein eines Spannungsimpulses des Mikrogenerators zu überwachen (also den möglichen Totalausfall der Mikrogeneratorschaltung), sondern dass die Höhe des im Kondensator (11) gespeicherten Spannungsimpulses und damit verbunden die Dauer, über die der Kondensator (11) eine ausreichende Spannung an den Eingang des ersten Spannungsreglers (12) liefern kann, ebenfalls von großer Bedeutung für das einwandfreie Arbeiten der Überwachungsschaltung und insbesondere der Zähloperation ist.

Fremdfelder können nämlich den Mikrogenerator soweit beeinflussen, dass der gelieferte Spannungsimpuls zu klein ist, den Kondensator ausreichend aufzuladen, um die elektronische Schaltung genügend lange mit Energie zu versorgen, bis die Zähloperation der Überwachungsschaltung ordnungsgemäß abgeschlossen ist.

Ein Lösungsansatz kann darin bestehen, die Höhe des Spannungsimpulses zu messen. Wird hierzu ein Komparator verwendet, der die Spannung am Kondensator (11) misst, so wird der Mikrogenerator zusätzlich belastet. Entweder, weil er direkt vom Mikrogenerator mitversorgt wird, oder weil über Schutzdioden des Komparators Strom in eine Fremdversorgungsleitung fließt, wenn diese stromlos ist.

Wird in einer alternativen Lösung ein Analog-Digital-Wandler, AD-Wandler, der Bestandteil des Mikroprozessors sein kann, zur Spannungsmessung herangezogen, so muss die Spannung am Kondensator (11) mit einem Spannungsteiler herabgesetzt werden, da sonst die Eingangsspannung am AD-Wandler über der Versorgungsspannung des Mikroprozessors (μP) liegen würde. Damit ein solcher Spannungsteiler den Mikrogenerator nicht nennenswert belastet, muss er hochohmig sein, was aber eine erhöhte Gefahr gegenüber äußeren Störeinflüssen zur Folge hat.

Eine weitere Lösung kann darin bestehen, dass der Mikroprozessor selbst überwacht, ob er in der Zeit, in der eine ausreichende Spannung über die Steuerleitung (13) signalisiert wird, sein Programm ordnungsgemäß abarbeiten kann. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Mikroprozessor (μP) einen Zählschritt pro Quadrant erfasst und im nichtflüchtigen Speicher ablegt. Der Mikroprozessor (μP) bewertet also den aktuellen Zählschritt typischerweise dann als gültig, wenn er sein Programm, d.h. sämtliche Schritte, die mit der Zähloperation verbunden sind, korrekt abarbeiten kann. Das Ergebnis dieser Bewertung wird also zusätzlich registriert. Das kann typischerweise in einem im Mikroprozessor (μP) integrierten flüchtigen Speicher erfolgen. Vor jedem neuen Zählschritt überprüft der Mikroprozessor nun anhand der im flüchtigen Speicher abgelegten Information, ob im vorherigen Quadranten ein gültiger Zählschritt erfasst wurde. Ist dies wegen zu kurzem Spannungssignals nicht der Fall, ist der Mikroprozessor (μP) also vor Abschluss seines Programms unterbrochen worden, wird dies vom Mikroprozessor (μP) erkannt und als Fehler ausgegeben.

Um die Sicherheit im Hinblick auf Toleranzen, Temperatur- und Alterungseinflüsse zu erhöhen, führt der Mikroprozessor (μP), vor der Anerkennung eines gültigen Zählschrittes, zur zeitlichen Verlängerung der Dauer eine Warteschleife aus und prüft, ob weiterhin eine ausreichende Spannung an der Steuerleitung (13) signalisiert wird.

Eine weitere Sicherheitsmaßnahme zur Überwachung der Überwachungsschaltung selbst besteht darin, den nichtflüchtigen Speicher (FeRAM) in seiner einwandfreien Arbeitsweise zu überwachen. Dies wir dadurch erreicht, dass nach der Speicherung eines neuen Zählschrittes der Speicherinhalt sofort wieder ausgelesen und mit dem Wert im Mikroprozessor (μP) verglichen wird. Abweichungen sind als fehlerhaftes FeRAM zu werten und werden als Fehler ausgegeben.

Um eine weitere Redundanz bei den Sicherheitsmaßnahmen zur Überwachung zu erzielen, kann eine Übereinstimmung von Messwerten eines Singleturn-Prozessors, dem ständig die aktuelle Position der Welle innerhalb einer Umdrehung zur Verfügung steht, mit denen des Mikroprozessors (μP) innerhalb jedes Quadranten überprüft werden. Dabei ist eine Toleranz von +/- einem Quadranten zulässig, da eine absolute Übereinstimmung des Überganges von einem zum nächsten Quadranten bei dem Singleturn-Prozessor und dem Mikroprozessor (μP) nicht erreichbar ist. Spätestens bei Ablauf einer halben Umdrehung (also zwei Quadranten) würde ein Fehler erkannt werden.