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Patent Searching and Data


Title:
DEVICE, ARRANGEMENT, AND METHOD FOR DETERMINING A TEMPERATURE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2010/012296
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a particularly effective device for determining a temperature that can be used over a wide temperature range, having an electrical oscillation circuit (S) comprising at least one temperature-dependent member (TS1, TS2), a generator for exciting the oscillation circuit (S), a detection device (D) for capturing the oscillation of the oscillation circuit and for determining the temperature using at least one temperature-dependent parameter of the oscillation circuit (S), and an inductive coupling device (K) for inductively coupling the oscillation circuit to the generator (G) and the detection device (D). The invention further relates to an arrangement and a method for determining a temperature.

Inventors:
MEYER MARTIN (DE)
Application Number:
PCT/EP2008/006505
Publication Date:
February 04, 2010
Filing Date:
July 31, 2008
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
MEYER MARTIN (DE)
International Classes:
G01K7/32; G01K13/08
Foreign References:
GB2254698A1992-10-14
US3338100A1967-08-29
JP2004245607A2004-09-02
Other References:
See also references of EP 2307866A1
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Bestimmung einer Temperatur mit

- einem elektrischen Schwingkreis (S) , der zumindest ein temperaturabhängiges Glied (TSl, TS2) aufweist,

- einem Generator (G) zum Anregen des Schwingkreises (S) ,

- einer Detektionseinrichtung (D) zum Erfassen des Schwingens des Schwingkreises (S) und zum Bestimmen der Temperatur anhand zumindest einer temperaturabhängigen Kenngröße des Schwingkreises (S) sowie einer induktiven Kopplungseinrichtung (K) zur induktiven Kopplung des Schwingkreises (S) mit dem Generator (G) und der Detektionseinrichtung (D) .

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Generator (G) ausgebildet ist, den Schwingkreis (S) mittels einzelner Schwingungspakete anzuregen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass durch die Detektionseinrichtung (D) das Nachschwingen des Schwingkreises (S) nach seiner Anregung mittels des jeweiligen Schwingungspake- tes erfasst wird.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das zumindest eine temperaturabhängige Glied (TSl, TS2) des Schwingkreises (S) ein Temperaturschalter, ein temperaturabhängiger Widerstand, ein temperaturabhängiger Kondensator und/oder eine temperaturabhängige Spule ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Spule (Ll) des Schwingkreises (S) schwingkreisseitiger

Bestandteil der induktiven Kopplungseinrichtung (K) ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Spule (Ll) als Rahmenantenne ausgebildet ist.

7. Anordnung zur Bestimmung einer Temperatur eines Objektes mit einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei wenigstens das zumindest eine temperaturabhängige Glied (TSl, TS2) des Schwingkreises (S) an oder in dem Objekt angeordnet und mit diesem thermisch gekoppelt ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Objekt beweglich, insbesondere drehbeweglich, ist.

9. Anordnung nach Anspruch 8 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Objekt der Rotor einer elektrischen Maschine ist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Generator (G) und/oder die Detektionseinrichtung (D) von der induktiven Kopplungseinrichtung (K) beabstandet an einem Ort mit einer im Vergleich zur zu bestimmenden Temperatur niedrigeren Temperatur angeordnet sind.

11. Verfahren zum Bestimmen einer Temperatur, bei dem

- ein elektrischer Schwingkreis (S) , der zumindest ein temperaturabhängiges Glied (TSl, TS2) aufweist, mittels einer induktiven Kopplungseinrichtung (K) angeregt wird, - das Schwingen des Schwingkreises (S) über die induktive Kopplungseinrichtung (K) erfasst wird und

- die Temperatur anhand zumindest einer temperaturabhängigen Kenngröße des Schwingkreises (S) bestimmt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Temperatur eines wenigstens mit dem zumindest einen temperaturabhängigen Glied (TSl, TS2) des Schwingkreises (S) thermisch gekoppelten Objektes bestimmt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Temperatur eines sich bewegenden, insbesondere sich dre- henden, Objektes bestimmt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Temperatur des Rotors einer elektrischen Maschine be- stimmt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Schwingkreis (S) mittels einzelner Schwingungspakete an- geregt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Nachschwingen des Schwingkreises (S) nach seiner Anregung mittels des jeweiligen Schwingungspaketes erfasst wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als das zumindest eine temperaturabhängige Glied (TSl, TS2) des Schwingkreises (S) ein Temperaturschalter, ein temperaturabhängiger Widerstand, ein temperaturabhängiger Kondensator und/oder eine temperaturabhängige Spule verwendet wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als schwingkreisseitiger Bestandteil der induktiven Kopplungseinrichtung (K) eine Spule (Ll) des Schwingkreises (S) verwendet wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als zumindest eine temperaturabhängige Kenngröße des Schwing- kreises (S) die Dämpfung beziehungsweise die Güte oder die Resonanzfrequenz des Schwingkreises (S) bestimmt wird.

Description:
Beschreibung

Vorrichtung, Anordnung und Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur

In der Praxis besteht häufig die Anforderung, eine Temperatur eines Objektes zu bestimmen. Im Normalfall kann dies beispielsweise mittels eines Thermometers geschehen. Allerdings treten auch Fälle auf, in denen eine Temperaturbestimmung mit üblichen Mitteln nicht ohne Weiteres möglich ist. Dies betrifft beispielsweise den Fall, dass die Temperatur eines bewegten Objektes gemessen werden soll. Bei einem solchen bewegten Objekt kann es sich beispielsweise um den Rotor einer elektrischen Maschine handeln. In einem solchen Fall weisen bekannte Vorrichtungen und Verfahren zur Temperaturbestimmung grundlegende Nachteile auf. So ist es beispielsweise mittels Thermopiles oder Wärmebildkameras ausschließlich möglich, eine Temperatur an einer Oberfläche des Objektes zu bestimmen. Der ebenfalls denkbare Einsatz eines Funksensors scheidet zu- mindest im Falle hoher Temperaturen des Objektes aus, da die

Elektronik entsprechender Sensoren üblicherweise ausschließlich unterhalb einer Maximaltemperatur, die beispielsweise in der Größenordnung von 125°C liegen kann, funktionsfähig ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine über einen weiten Temperaturbereich einsetzbare und besonders leistungsfähige Vorrichtung zur Bestimmung einer Temperatur anzugeben .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Temperatur mit einem elektrischen Schwingkreis, der zumindest ein temperaturabhängiges Glied aufweist, einem Generator zum Anregen des Schwingkreises, einer Detektionseinrichtung zum Erfassen des Schwingens des Schwingkreises und zum Bestimmen der Temperatur anhand zumindest einer temperaturabhängigen Kenngröße des Schwingkreises sowie einer induktiven Kopplungseinrichtung zur induktiven Kopplung des Schwingkreises mit dem Generator und der Detek- tionseinrichtung .

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorteilhaft, da sie die Voraussetzungen für eine gegenüber hohen Temperaturen besonders unempfindliche Temperaturbestimmung bietet. So ermög- licht es die induktive Kopplung des Schwingkreises mit dem

Generator und der Detektionseinrichtung mittels der induktiven Kopplungseinrichtung, dass der Generator sowie die Detektionseinrichtung von dem elektrischen Schwingkreis sowie der induktiven Kopplungseinrichtung entfernt angeordnet sein kön- nen. Dies bietet den Vorteil, dass der Generator sowie die

Detektionseinrichtung, die üblicherweise vergleichsweise temperaturempfindliche Elektronik aufweisen werden, an einem Ort angeordnet werden können, an dem eine entsprechende Maximal - temperatur nicht überschritten wird. Demgegenüber kann der elektrische Schwingkreis vorteilhafterweise lediglich aus passiven elektronischen Bauteilen aufgebaut sein, welche üblicherweise vergleichsweise unempfindlich gegenüber hohen Temperaturen sind. So sind Widerstände, Spulen und Kondensatoren verfügbar, die auch bei Temperaturen von deutlich über 125°C, das heißt beispielsweise bei einer Temperatur von 200 0 C, noch voll funktionsfähig sind.

Erfindungsgemäß erfolgt die Bestimmung der Temperatur dadurch, dass der Generator den Schwingkreis anregt und das Schwingen des Schwingkreises mittels der Detektionseinrichtung erfasst wird. Aufgrund des zumindest einen temperaturabhängigen Gliedes des Schwingkreises besteht die Möglichkeit, anhand zumindest einer temperaturabhängigen Kenngröße des Schwingkreises die Temperatur des temperaturabhängigen Glie- des zu bestimmen. Vorteilhafterweise kann hierbei das zumindest eine temperaturabhängige Glied des Schwingkreises thermisch mit dem Objekt gekoppelt werden, dessen Temperatur zu bestimmen ist . Dabei kann das zumindest eine temperaturabhän- gige Glied sowohl auf der Oberfläche als auch im Inneren des Objektes angeordnet beziehungsweise angebracht werden.

Es sei darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung sowohl zur kontinuierlichen Bestimmung einer Temperatur als auch zur Bestimmung einzelner, durch eine oder mehrere

Temperaturschwellen separierter Temperaturbereiche ausgelegt sein kann. Die jeweilige Ausführungsform hängt hierbei im Wesentlichen von den jeweiligen Anforderungen ab und ist an diese Anforderungen mittels der Auswahl zumindest eines ent- sprechenden temperaturabhängigen Gliedes des elektrischen Schwingkreises anpassbar.

Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung derart weitergebildet, dass der Generator ausgebildet ist, den Schwing- kreis mittels einzelner Schwingungspakete anzuregen. Unter einem Schwingungspaket, das üblicherweise auch als „Burst" bezeichnet wird, wird hierbei eine Anzahl mehrerer Schwingungen, insbesondere mehrerer vollständiger Sinusschwingungen, verstanden. Dies bedeutet, dass ein Schwingungspaket in der Regel ein über mehrere Perioden dauerndes, kurzes Signal darstellt, das beispielsweise aus zehn Schwingungen bestehen kann. Eine Anregung des Schwingkreises mittels einzelner Schwingungspakete ist vorteilhaft, da in den Pausen zwischen den einzelnen Schwingungspakten das Schwingen des elektri- sehen Schwingkreises zuverlässig und mit hoher Genauigkeit erfasst werden kann. Darüber hinaus bietet die Verwendung einzelner Schwingungspakete zur Anregung des Schwingkreises den Vorteil, dass ausschließlich dann Energie in den Schwing- kreis eingespeist zu werden braucht, wenn tatsächlich eine Temperaturbestimmung erfolgen soll .

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die erfin- dungsgemäße Vorrichtung derart ausgebildet, dass durch die Detektionseinrichtung das Nachschwingen des Schwingkreises nach seiner Anregung mittels des jeweiligen Schwingungspaketes erfasst wird. Grundsätzlich kann dabei das Schwingen des Schwingkreises von der Detektionseinrichtung permanent, das heißt auch in der Phase des Anregens des Schwingkreises durch den Generator, erfasst werden. Andererseits kann die Vorrichtung jedoch auch derart ausgeprägt sein, dass durch die Detektionseinrichtung ausschließlich das Nachschwingen des Schwingkreises nach seiner Anregung mittels des jeweiligen Schwingungspaketes erfasst wird. In Abhängigkeit von der jeweiligen Ausgestaltung des Schwingkreises sowie der Detektionseinrichtung kann dies Vorteile mit sich bringen, da durch ein ausschließliches Erfassen des Nachschwingens des Schwingkreises der durch die Detektionseinrichtung zu erfassende Amplitudenbereich verringert wird.

Im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein temperaturabhängiges Glied beliebiger Art verwendet werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das zumindest eine temperaturabhängige Glied des Schwingkreises ein Temperaturschalter, ein temperaturabhängiger Widerstand, ein temperaturabhängiger Kondensator und/oder eine temperaturabhängige Spule. Dabei handelt es sich bei einem Temperaturschalter um einen Schalter, dessen Schaltzustand sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert. Entsprechende Temperaturschalter sind beispielsweise als Bimetallschalter, als Temperaturschalter mit Flüssigkeit oder so genannte Dehnstoffarbeitselemente bekannt. Die Ausbildung des zumindest einen temperaturabhängigen Gliedes als Temperaturschalter bietet sich insbesondere in solchen Fällen an, in denen die Temperatur lediglich in Bezug auf ein oder mehrere Schwellenwerte bestimmt beziehungsweise überwacht werden soll. Dies kann beispielsweise den Fall betreffen, dass ein Alarmsignal für den Fall erzeugt werden soll, dass die ermittelte Temperatur einen Maximalwert überschreitet. Sofern die Vorrichtung beispielsweise zur Überwachung der Temperatur eines Elektromotors verwendet wird, kann eine entsprechende Überschreitung des Maximalwertes beispielsweise eine Überlastsituation anzeigen, auf die anhand des durch die Vorrichtung bestimmten Überschreitens der jeweiligen Maximaltemperatur mit einem entsprechenden steuernden Eingriff reagiert werden kann. Grundsätzlich können Tem- peraturschalter mit oder ohne zumindest einen in Reihe geschalteten Widerstand in dem elektrischen Schwingkreis vorgesehen werden, so dass die bei einem Schalten des Temperaturschalters bewirkte Änderung der temperaturabhängigen Kenngröße des Schwingkreises entsprechend den jeweiligen Anforderun- gen und dem jeweiligen Bedarf gewählt werden kann.

Bei einem temperaturabhängigen Widerstand kann es sich beispielsweise um einen NTC oder einen PTC handeln. Temperaturabhängige Kondensatoren, das heißt Kondensatoren, deren Kapa- zität sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, sind beispielsweise in Form von keramischen Kondensatoren, bestehend aus einem Keramikmaterial mit temperaturabhängiger Dielektrizitätskonstante, bekannt. Im Falle einer Spule kann die Temperaturabhängigkeit einerseits durch den Temperaturgang des Spulendrahtes gegeben sein. Andererseits ist es auch denkbar, dass die Spule ein temperaturabhängiges Element etwa in Form eines mittels einer Bimetallfeder verstellbaren Spulenkerns aufweist. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist eine Spule des Schwingkreises schwingkreisseitiger Bestandteil der induktiven Kopplungseinrichtung. Dies ist vorteilhaft, da hierdurch die Anzahl der benötigten Bauelemente minimiert wird und darüber hinaus eine unmittelbare Kopplung des Schwingkreises an die induktive Kopplungseinrichtung gewährleistet wird.

Im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine induk- tive Kopplungseinrichtung beliebiger Ausführungsform verwendet werden. Entsprechende Einrichtungen sind beispielsweise unter dem Begriff „induktiver Koppler" bekannt. Für den Fall, dass sich das Objekt, dessen Temperatur bestimmt werden soll, dreht, ist beispielsweise eine induktive Kopplungseinrichtung in Form eines Drehübertragers einsetzbar. Ein solcher induktiver Drehübertrager ist beispielsweise aus der veröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 103 44 055 Al bekannt.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung ist die Spule als Rahmenantenne ausgebildet. Dies ist vorteilhaft, da eine als Rahmenantenne ausgebildete Spule eine besonders einfache Ausführungsform einer Spule des Schwingkreises als schwingkreisseitiger Bestandteil der induktiven Kopplungseinrichtung ist.

Die Erfindung umfasst weiterhin eine Anordnung zur Bestimmung einer Temperatur eines Objektes mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beziehungsweise einer der zuvor beschriebenen bevorzugten Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei wenigstens das zumindest eine temperaturabhängige Glied des Schwingkreises an oder in dem Objekt angeordnet und mit diesem thermisch gekoppelt ist. Dies ist vorteilhaft, da hierdurch eine Bestimmung der Temperatur an einer nahezu beliebigen Stelle an oder in dem Objekt ermöglicht wird. In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist das Objekt beweglich, insbesondere drehbeweglich. Dies ist vorteilhaft, da insbesondere bei beweglichen Objekten alternative Verfahren zur Temperaturbestimmung, etwa unter Verwendung eines drahtgebundenen Temperatursensors, in der Regel nicht oder nur verbunden mit erheblichen sonstigen Nachteilen beziehungsweise Einschränkungen anwendbar sind.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist das Objekt der Rotor einer elektrischen Maschine, das heißt eines Elektromotors beziehungsweise eines Generators. Dies ist vorteilhaft, da der Temperaturbestimmung des Rotors einer elektrischen Maschine in der Praxis eine große Bedeutung zukommt. So stellt die Temperatur des Rotors einer elektrischen Maschine eine Kenngröße für den Zustand der elektrischen Maschine dar, die für eine Steuerung der elektrischen Maschine verwendet werden kann. Dies ermöglicht beispielsweise einen leistungsoptimierten Betrieb der elekt- rischen Maschine, wobei gleichzeitig eine Überlastsituation vermieden wird.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Anordnung derart ausgestaltet, dass der Generator und/oder die Detektionseinrichtung von der induktiven Kopplungseinrichtung beabstandet an einem Ort mit einer im Vergleich zur zu bestimmenden Temperatur niedrigeren Temperatur angeordnet sind. Dies bietet den Vorteil, dass für den Generator und/oder die Detektionseinrichtung auch tempe- raturempfindliche Bauelemente verwendet werden können, so dass beispielsweise auf spezielle, weniger temperaturempfindliche, aber üblicherweise mit höheren Kosten verbundene Bauteile verzichtet werden kann. So sind vorteilhafterweise lediglich der elektrischen Schwingkreis, der aus temperaturu- nempfindlichen passiven Bauteilen aufgebaut werden kann, und gegebenenfalls noch die induktive Kopplungseinrichtung der zu bestimmenden, gegebenenfalls hohen Temperatur ausgesetzt.

Hinsichtlich des Verfahrens liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein in einem weiten Temperaturbereich einsetzbares und besonders leistungsfähiges Verfahren zum Bestimmen einer Temperatur anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Bestimmen einer Temperatur, bei dem ein elektrischer Schwingkreis, der zumindest ein temperaturabhängiges Glied aufweist, mittels einer induktiven Kopplungseinrichtung angeregt wird, das Schwingen des Schwingkreises über die indukti- ve Kopplungseinrichtung erfasst wird und die Temperatur anhand zumindest einer temperaturabhängigen Kenngröße des Schwingkreises bestimmt wird.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der im Folgenden genannten bevorzugten Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen im Wesentlichen denjenigen der erfindungsgemäßen Vorrichtung beziehungsweise denjenigen der entsprechenden bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, so dass diesbezüglich auf die vor- stehenden Ausführungen verwiesen wird.

Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgestaltet, dass die Temperatur eines wenigstens mit dem zumindest einen temperaturabhängigen Glied des Schwingkreises thermisch gekoppelten Objektes bestimmt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch derart weitergebildet sein, dass die Temperatur eines sich bewegenden, insbesondere sich drehenden, Objektes bestimmt wird. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Temperatur des Rotors einer elektrischen Maschine bestimmt.

Vorteilhafterweise ist das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgestaltet, dass der Schwingkreis mittels einzelner Schwingungspakete angeregt wird.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Nachschwingen des Schwingkreises nach seiner Anregung mittels des jeweiligen Schwingungspakets erfasst.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgeprägt, dass als das zumindest eine temperaturabhängige Glied des Schwingkreises ein Temperaturschalter, ein temperaturabhängiger Widerstand, ein temperaturabhängiger Kondensator und/oder eine temperaturabhängige Spule verwendet wird.

Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgestaltet, dass als schwingkreisseitiger Bestandteil der induktiven Kopplungseinrichtung eine Spule des Schwingkreises verwendet wird.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als zumindest eine temperaturabhängige Kenngröße des Schwingkreises die Dämpfung bezie- hungsweise die Güte oder die Resonanzfrequenz des Schwingkreises bestimmt. Dies bedeutet, dass in Abhängigkeit von den jeweils verwendeten zumindest einem temperaturabhängigen Glied des Schwingkreises die Dämpfung beziehungsweise ihr Kehrwert, das heißt die Güte, oder die Resonanzfrequenz des Schwingkreises bestimmt werden kann. So führt beispielsweise eine Änderung des elektrischen Widerstands des Schwingkreises zu einer Änderung der Dämpfung und damit auch der Güte des Schwingkreises. Andererseits kann beispielsweise mittels ei- nes temperaturabhängigen Kondensators als temperaturabhängiges Glied des Schwingkreises eine Verstimmung des Schwingkreises bewirkt werden, so dass sich die Resonanzfrequenz in Abhängigkeit von der Temperatur ändert .

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert . Hierzu zeigt

Figur 1 in einer schematischen Skizze ein erstes

Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Figur 2 in einer schematischen Skizze ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Figur 3 ein Ausführungsbeispiel einer mittels einer Vorrichtung gemäß Figur 1 bei einer ersten Temperatur vorgenommenen Messung und

Figur 4 ein Ausführungsbeispiel einer mittels einer Vor- richtung gemäß Figur 1 bei einer zweiten, höheren

Temperatur vorgenommenen Messung.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit werden in den Figuren für gleiche oder gleichwirkende Komponenten jeweils identische Bezugszeichen verwendet.

Figur 1 zeigt in einer schematischen Skizze ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei sei angenommen, dass die Temperatur eines aus Gründen der Über- sichtlichkeit in der Figur 1 nicht dargestellten Objektes in Form des Rotors eines Elektromotors gemessen werden soll. Weiterhin sei angenommen, dass die Temperatur des Rotors in seinem Betrieb einen Schwellenwert von 125°C übersteigt. Dies hat zur Folge, dass zur Bestimmung der Temperatur übliche aktive elektronische Bauelemente nicht einsetzbar beziehungsweise nicht zuverlässig funktionsfähig sind. In Abhängigkeit von den verwendeten Bauelementen könnte dies beispielsweise auch bereits oberhalb einer Temperatur von etwa 85°C gelten.

In dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 sei weiterhin angenommen, dass lediglich die Anforderung besteht, die Temperatur des Rotors hinsichtlich des Überschreitens eines ersten Schwellenwertes Tl sowie eines größeren zweiten Schwellenwer- tes T2 zu überwachen. Dies bedeutet, dass es in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ausreichend ist zu bestimmen, ob die Temperatur des Rotors an der gemessenen Stelle kleiner Tl, größer Tl und kleiner T2 oder größer T2 ist. Dabei kann bei einer Überschreitung von Tl beispielsweise ein Vorwarn- signal und bei einer Überschreitung von T2 ein Warnsignal erzeugt und ausgegeben werden.

In dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 wird eine entsprechende Temperaturbestimmung nun dadurch ermöglicht, dass im Be- reich des Rotors des Elektromotors ein elektrischer Schwingkreis S vorgesehen ist, der neben einer Spule Ll einen Kondensator Cl sowie Temperaturschalter TSl und TS2 aufweist, die bei einer Temperatur von Tl beziehungsweise T2 schalten. In Reihe mit den Temperaturschaltern TSl und TS2 sind jeweils Widerstände Rl beziehungsweise R2 geschaltet, so dass durch ein Schalten des jeweiligen Temperaturschalters TSl, TS2 eine zusätzliche Bedämpfung des Schwingkreises S erfolgt. Sofern lediglich ein Schwellenwert der Temperatur zu überwachen wäre, so wäre es auch denkbar, dass bei einem Schalten des in diesem Fall einen Temperaturschalters der Schwingkreis S kurzgeschlossen wird, wodurch ebenfalls eine Änderung der Dämpfung des Schwingkreises S erfolgen würde.

Der elektrische Schwingkreis S, der sich aufgrund der verwendeten passiven Bauelemente in einem Bereich vergleichsweise hoher Temperatur von beispielsweise deutlich mehr als 125°C befinden kann, ist über eine induktive Kopplungseinrichtung K an einen Generator G sowie eine Detektionseinrichtung D ge- koppelt. Dabei besteht die induktive Kopplungseinrichtung K neben der schwingkreisseitigen Spule Ll aus einer weiteren Spule L2. Durch die induktive Kopplungseinrichtung K wird es ermöglicht, dass eine Temperaturbestimmung auch während einer Bewegung, das heißt Drehung, des Rotors des Elektromotors möglich ist.

Um nun eine solche Temperaturbestimmung vornehmen zu können, wird der elektrische Schwingkreis S, der temperaturabhängige Glieder in Form der Temperaturschalter TSl, TS2 aufweist, mittels der induktiven Kopplungseinrichtung K angeregt. Hierzu wird ein Schalter SW geschlossen, so dass der Generator G eine Anregung des Schwingkreises S mittels eines Schwingungspaketes beziehungsweise eines Burst vornehmen kann. Nach erfolgter Anregung des Schwingkreises S wird der Schalter SW wieder geöffnet.

Es sei darauf hingewiesen, dass es sich bei der Darstellung der Figur 1 lediglich um eine schematische Darstellung handelt. So besteht selbstverständlich beispielsweise die Mög- lichkeit, dass der Schalter SW Bestandteil des Generators G ist. Darüber hinaus können auch der Generator G sowie die Detektionseinrichtung D als eine gemeinsame Komponente realisiert sein. Mittels der Detektionseinrichtung D wird das Schwingen des Schwingkreises S über die induktive Kopplungseinrichtung K erfasst . Vorzugsweise wird hierbei insbesondere das Nachschwingen des Schwingkreises S nach seiner Anregung mittels des jeweiligen Schwingungspaketes erfasst, das heißt die Detektionseinrichtung D misst insbesondere zu den Zeiten, zu denen der Schalter SW geöffnet ist und damit eine gleichzeitige Anregung des Schwingkreises S durch den Generator G nicht erfolgt. Eine Auswertung des durch die Detektionsein- richtung D erfassten Signals, das heißt des Schwingens des

Schwingkreises S, ermöglicht es nun, anhand einer temperaturabhängigen Kenngröße des Schwingkreises S in Form der Dämpfung beziehungsweise der Güte des Schwingkreises S zu erkennen, ob beide Temperaturschalter TSl, TS2 offen sind (T<T1) , lediglich der Temperaturschalter TSl geschlossen ist

(T1<T<T2) oder beide Temperaturschalter TSl und TS2 geschlossen sind (T>T2) .

Alternativ zur Verwendung der Dämpfung beziehungsweise der Güte als temperaturabhängige Kenngröße des Schwingkreises S könnte beispielsweise auch die Resonanzfrequenz des Schwingkreises S als temperaturabhängige Kenngröße verwendet werden. In diesem Fall könnte der elektrische Schwingkreis S anstelle der Temperaturschalter TSl und TS2 sowie der in Reihe ge- schalteten Widerstände Rl und R2 beispielsweise einen temperaturabhängigen Kondensator aufweisen. Sofern die Temperaturabhängigkeit eines solchen Kondensators zu einer kontinuierlichen Änderung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises S führt, so wird hierdurch eine kontinuierliche Bestimmung der Temperatur des Rotors des Elektromotors ermöglicht. Gleiches gilt beispielsweise auch für den Fall, dass mittels eines temperaturabhängigen Gliedes des Schwingkreises S in Form eines temperaturabhängigen Widerstandes, beispielsweise in Form eines NTC oder PTC, eine kontinuierliche Änderung der Dämp- fung des Schwingkreises S in Abhängigkeit von der jeweiligen Temperatur bewirkt wird. Vorteilhafterweise kann somit das zumindest eine temperaturabhängige Glied des Schwingkreises S in Abhängigkeit von den jeweiligen Gegebenheiten und Anforde- rungen gewählt und dimensioniert werden.

Figur 2 zeigt in einer schematischen Skizze ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung gemäß Figur 2 entspricht im Wesentlichen derjenigen gemäß Figur 1. Einziger Unterschied hierbei ist, dass mittels des Schalters SW eine Umschaltung zwischen dem Generator G und der Detektionseinrichtung D erfolgt, so dass ein Einschalten der Detektionseinrichtung D gleichzeitig ein Abschalten des Generators G bewirkt. Dies hat zur Folge, dass ausschließlich das Nachschwingen des Schwingkreises S nach seiner Anregung mittels eines Schwingungspaketes durch den Generator G von der Detektionseinrichtung D erfasst wird. Dadurch, dass die eigentliche Anregung des Schwingkreises S durch den Generator G von der Detektionseinrichtung D nicht erfasst wird, können sich Vorteile hinsichtlich des von der Detektionseinrichtung D zu erfassenden Amplitudenbereiches der Schwingung des Schwingkreises S ergeben.

Sowohl in der Ausführungsform gemäß Figur 1 als auch in der- jenigen gemäß Figur 2 können sowohl der Generator G als auch die Detektionseinrichtung D vorteilhafterweise in einem im Vergleich zur Temperatur des Rotors kühleren Bereich angeordnet werden.

Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer mittels der Vorrichtung gemäß Figur 1 bei einer ersten Temperatur vorgenommenen Messung. Dargestellt ist hierbei eine über die Spule L2 von der Detektionseinrichtung D gemessene Spannung U L2 , wobei zwei Messzyklen dargestellt sind. Wie aus den dargestellten Messwerten erkennbar ist, wird der Schwingkreis S zunächst durch den Generator G mittels eines Bursts beziehungsweise eines Schwingungspaketes zum Schwingen angeregt, woraufhin sich eine Schwingung mit einer im Wesentlichen konstanten Amplitude einstellt. Im Falle der dargestellten Messung wird die Schwingung auch im Zeitraum dieser Anregung durch die De- tektionseinrichtung D erfasst, das heißt der Messung liegt eine Vorrichtung gemäß der Ausführungsform nach Figur 1 zugrunde .

In Figur 3 ist erkennbar, dass nach Beendigung des Anregens des Schwingkreises S durch den Generator G die Amplitude der Schwingung, die weiterhin durch die Detektionseinrichtung D erfasst wird, aufgrund der bestehenden, vergleichsweise schwachen Dämpfung des Schwingkreises S abnimmt. Die Detektionseinrichtung D kann nun beispielsweise aus der Hüllkurve des erfassten Signals ein Maß für die Dämpfung ermitteln und die ermittelte Dämpfung beispielsweise mit Referenzwerten beziehungsweise Referenzbereichen vergleichen. In dem Ausfüh- rungsbeispiel der Figur 3 führt dies zu dem Ergebnis, dass beide Temperaturschalter TSl und TS2 offen sind, das heißt, dass die gemessene Temperatur T des Rotors des Elektromotors kleiner als die Schalttemperatur TSl des Temperaturschalters TSl ist. Im Rahmen einer Temperatur- und Zustandsüberwachung des Elektromotors kann dies nun beispielsweise dahingehend interpretiert werden, dass sich die Temperatur T des Rotors in einem unkritischen Bereich befindet.

Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer mittels der Vor- richtung gemäß Figur 1 bei einer zweiten, höheren Temperatur vorgenommenen Messung. Dabei entspricht die Darstellungsform derjenigen der Figur 3. Im Vergleich zu Figur 3 ist jedoch erkennbar, dass das Nachschwingen des Schwingkreises S nach anfänglicher Anregung durch ein Schwingungspaket deutlich stärker gedämpft ist. Ursache hierfür ist, dass aufgrund einer im Vergleich zu Figur 3 deutlich höheren Temperatur des Rotors beide Temperaturschalter TSl und TS2 geschlossen sind, so dass der elektrische Schwingkreis S zusätzlich durch die Widerstände Rl und R2 bedämpft wird. Eine Auswertung des

Nachschwingens des Schwingkreises S durch die Detektionsein- richtung D sowie ein entsprechender Vergleich mit Referenzwerten oder Referenzbereichen ermöglicht es der Detektion- seinrichtung D nun festzustellen, dass beide Temperaturschal - ter TSl und TS2 geschlossen sind, das heißt, dass im Bereich des Temperaturschalter TSl, TS2 , das heißt im Bereich der Stelle des Rotors, an oder in der die Temperaturschalter TSl, TS2 angeordnet sind, eine Temperatur vorliegt, welche den Schwellenwert der Temperatur T2 überschreitet. Dies kann nun im Rahmen einer nachfolgenden Auswertung beispielsweise dahingehend interpretiert werden, dass sich der Elektromotor in einer Überlastsituation befindet, so dass beispielsweise die Drehzahl des Rotors gesenkt werden sollte.

Entsprechend den vorstehenden Ausführungen könnte bei Verwendung entsprechender temperaturabhängiger Glieder des Schwingkreises S seitens der Detektionseinrichtung D auch eine kontinuierliche Bestimmung der Temperatur erfolgen. Darüber hinaus wäre es beispielsweise auch denkbar, dass mittels eines temperaturabhängigen Gliedes eine Temperatur auf der Oberfläche des Rotors überwacht wird, während ein anderes temperaturabhängiges Glied zur Überwachung der Temperatur des Rotors in diesen eingearbeitet ist .

Entsprechend den vorstehenden Ausführungen ermöglichen die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere eine Temperaturüberwachung auch an bewegten Objekten beziehungsweise Teilen, bei denen Temperaturen auftreten, die einer üblichen Temperaturmessung nicht zugänglich sind. Vorteilhafterweise kann hierbei auf die Verwendung spezieller, weniger temperaturempfindlicher und dafür üblicherweise vergleichsweise teurer Bauteile verzichtet werden. Darüber hin- aus sind die beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere dahingehend leistungsfähig, dass sie flexibel an die jeweiligen Anforderungen und Gegebenheiten anpassbar sind.