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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Näherungssensor des induktiven,
kapazitiven, magnetischen oder photoelektrischen Typs oder einen
mechanischen Lageschalter, der verwendet wird, um eine Rotationsüberwachung
durchzuführen,
insbesondere bei der Unterdrehzahl- oder Überdrehzahl-Überwachung
einer Drehbewegung.
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Rotationssensoren
werden häufig
und in zahlreichen Industriezweigen verwendet, um eine Überwachung
der Bewegung, des Schlupfes, des Reißens eines Transportbandes,
des Reißens
eines Treibriemens usw. durchzuführen.
Sie vereinen in einem einzigen Gerät herkömmliche Funktionen der Erfassung
des Vorhandenseins eines Zielobjekts in der Nähe oder in Kontakt mit dem
Sensor durch ein Fühlerorgan
und Funktionen der Verarbeitung durch Zählen der von dem Sensor während einer
vorgegebenen Zeit empfangenen Informationen zum Vergleich mit beispielsweise
einer im Voraus an dem Gerät
eingestellten Frequenz, bei der ein Auslösen erfolgt, sodass am Ausgang
ein binäres
Signal, das Ergebnis dieses Vergleichs, abgegeben wird. Auf diese Weise
wird ein preiswertes Gerät
erzielt, das gut geeignet ist, um mit den einfachen Problemen der
Unterdrehzahl oder der Überdrehzahl
umzugehen.
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Das
Dokument
EP 1 130 403 beschreibt
einen Rotationssensor, an dem ein Zielobjekt vorbeiläuft, dessen
Frequenz des Vorbeikommens in Bezug auf eine Normalfrequenz des
Vorbeikommens überwacht
werden soll. Dieser Sensor umfasst Bedienerkommunikationsmittel,
bestehend aus einer Drucktaste und einer Elektrolumineszenzdiode
LED zur Kommunikation, an dem Sensor. Die Drucktaste dient dazu,
den Sensor in eine Arbeitsbetriebsart oder eine Lernbetriebsart
zu versetzen. Die Lernbetriebsart ermöglicht dem Mikrocontroller
des Sensors, eine Normalfrequenz des Vorbeikommens zu messen und
einen Arbeitsbereich des Sensors um diese Normalfrequenz herum auszuwählen. In
der Lernbetriebsart dient die der Drucktaste zugeordnete Kommunikations-LED
beispielsweise dazu, die Bedienungsperson bei der Einstellung des
gewünschten
Arbeitsbereichs des Sensors zu führen.
Zudem umfasst ein solcher Sensor im Allgemeinen auch eine Anzeige-LED,
die das Abbild des Zustands des Ausgangs anzeigt.
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Es
ist jedoch umständlich,
während
der Montage eines Rotationssensors in der statischen Betriebsart
den Abstand vom Zielobjekt so zu justieren, dass sich dieses Letztere
in der Reichweite des Sensors befindet. Deshalb wäre es wünschenswert,
dem Monteur während
der anfänglichen
Justierphase Informationen zu liefern, die ihm angeben, ob das Zielobjekt
in einem zufriedenstellenden Abstand innerhalb der Reichweite des
Sensors platziert ist oder nicht. Es gibt einige Rotationssensoren,
die zu diesem Zweck neben einer LED zur Anzeige des Abbilds der
Frequenz des Vorbeikommens des Zielobjekts eine weitere LED für eine spezifische
Anzeige besitzen, deren Zustand vom Abstand zwischen dem Zielobjekt
und dem Sensor abhängig
ist. Diese Lösung
ist jedoch teuer, da sie ein zusätzliches
Anzeigebauelement erfordert, das nur während der anfänglichen
Justierphase gebraucht wird und außerdem in einem Erzeugnis von
geringer Größe einen übermäßigen Stromverbrauch
zur Folge haben kann, insbesondere in der Version mit Zweidraht-Stromanschluss.
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Die
vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, diesen Nachteilen abzuhelfen,
indem sie eine wirtschaftliche Lösung
vorschlägt,
die der Bedienungsperson Informationen liefert, die ihm während der Phase
des Justierens des Sensors angeben, ob sich das Zielobjekt in der
Reichweite des Sensors befindet oder nicht.
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Deswegen
beschreibt die Erfindung einen Rotationssensor, der ein binäres Ausgangssignal
abgibt und eine Melde-LED umfasst, wobei der Zustand des binären Aus gangssignals
und der Melde-LED in einer Frequenzbetriebsart von der Frequenz
des Vorbeikommens eines Zielobjekts an dem Sensor abhängig ist.
Der Sensor ist dadurch gekennzeichnet, dass er über eine statische Betriebsart
verfügt,
in welcher der Zustand der Melde-LED vom Abstand D zwischen dem
Zielobjekt und dem Sensor abhängig ist.
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Gemäß einem
Merkmal ist der Zustand des Ausgangssignals in der statischen Betriebsart
vom Abstand D zwischen dem Zielobjekt und dem Sensor abhängig.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal umfasst der Sensor ein Auswahlorgan, das in eine
erste Stellung oder in eine zweite Stellung versetzt wird, wobei es
ermöglicht,
die statische Betriebsart und die Frequenzbetriebsart auszuwählen. Dieses
Auswahlorgan wird auch verwendet, um das Lernen des Sensors in der
Frequenzbetriebsart zu parametrieren. Vorzugsweise ist das Auswahlorgan
aus einer Drucktaste gebildet, deren gedrückter Zustand der zweiten Stellung
entspricht.
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Weitere
Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung deutlich, wobei sich auf eine Ausführungsform bezogen wird, die
als Beispiel gegeben ist und durch die beigefügten Zeichnungen dargestellt
wird, worin
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1 eine
schematische Darstellung eines Sensors gemäß der Erfindung zeigt,
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2 die
verschiedenen Betriebsarten des Sensors darstellt.
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, hat ein Erfassungsgerät 10 zur
Aufgabe, die Frequenz des Vorbeikommens eines oder mehrerer Zielobjekte 20 zu überwachen,
um eine Un terdrehzahl und/oder eine Überdrehzahl in Bezug auf eine
Normalfrequenz des Vorbeikommens zu erfassen.
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Das
Erfassungsgerät 10,
im vorliegenden Dokument "Sensor" genannt, kann entweder
ein induktiver Näherungssensor,
ein kapazitiver Näherungssensor,
ein magnetischer Näherungssensor oder
genauso eine photoelektrische Zelle sein, der bzw. die das Vorbeikommen
eines Zielobjekts, das sich in einem Abstand D vom Sensor befindet, überwacht,
oder aber ein mechanischer Lageschalter, der das Vorbeikommen eines
Zielobjekts überwacht,
das mit dem Sensor in Kontakt kommt. Die nachstehend dargestellte
Ausführungsform
entspricht einem Näherungssensor.
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Bekanntermaßen umfasst
ein solcher Sensor 10 ein Fühlerorgan, das auf ein Vorbeikommen des
Zielobjekts 20 empfindlich reagiert und die Informationsaufnahme
des Sensors 10 darstellt. Das Fühlerorgan sendet ein Fühlersignal
aus, dessen Zustand vom Abstand von dem Zielobjekt 20 abhängig ist.
Dieses Fühlersignal
wird über
eine Verstärker- und
Signalformungsstufe an eine Verarbeitungseinheit weitergeleitet,
die es verarbeitet, um über
eine Leistungsstufe ein binäres
Ausgangssignal 15 abzugeben, das entweder im Zustand 0
oder aber im Zustand 1 sein kann. Bei Verwendung des Sensors 10 als
Rotationswächter
ist folglich in der Frequenzbetriebsart das binäre Ausgangssignal 15 von
der Frequenz des Vorbeikommens des Zielobjekts an dem Sensor abhängig. Beispielsweise
kann erwogen werden, dass das Ausgangssignal 15 im Zustand
1 ist, wenn die Frequenz des Vorbeikommens des Zielobjekts 20 größer als
eine festgelegte Frequenz ist, bei der ein Auslösen erfolgt, und andernfalls
im Zustand 0, wobei eine Hysterese berücksichtigt wird. Ebenso kann
erwogen werden, dass das Ausgangssignal 15 im Zustand 1
(bzw. 0) ist, wenn die Frequenz des Vorbeikommens des Zielobjekts 20 innerhalb
eines Arbeitsbereichs um eine bestimmte Nennfrequenz des Vorbeikommens
herum enthalten ist, und im Zustand 0 (bzw. 1) außerhalb
dieses Bereichs. Der Sensor 10 umfasst außerdem eine
Melde-LED 16, beispielsweise von gelber Farbe, die herkömmlich das
Abbild des Ausgangs 15 ist.
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Außerdem umfasst
der Rotationssensor 10 Bedienerkommunikationsmittel 11,
die an einen Mikrocontroller angeschlossen sind und eine Kommunikations-LED 12,
beispielsweise von grüner
Farbe, sowie ein Auswahlorgan 13, das in eine erste Stellung
oder in eine zweite Stellung versetzt ist, umfassen. Die Kommunikations-LED 12 wird
andererseits häufig
verwendet, um die Versorgung des Sensors anzuzeigen.
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Der
Rotationssensor arbeitet gemäß einer Frequenzbetriebsart 30,
die zwei Unterbetriebsarten einschließt: eine Arbeitsbetriebsart 31 und
eine Lernbetriebsart 32. Die Arbeitsbetriebsart 31 entspricht der üblichen
Funktionsweise des Sensors 10, in der dieser das Vorbeikommen
eines Zielobjekts überwacht
und ein binäres
Signal 15 in Abhängigkeit
von der Frequenz des Vorbeikommens dieses Zielobjekts 20 ausgibt.
In der Arbeitsbetriebsart 31 ist die Melde-LED 16 direkt
das Abbild des binären
Ausgangssignals 15, beispielsweise leuchtend, wenn das
binäre
Ausgangssignal 15 im Zustand 1 ist. Sie kann folglich eine
in der Nähe
des Sensors befindliche Bedienungsperson dabei unterstützen, die
korrekte Funktion des Sensors zu überprüfen.
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Die
Lernbetriebsart 32 ermöglicht,
das Parametrieren des Sensors 10 durchzuführen. Diese Lernbetriebsart
umfasst beispielsweise die folgenden Phasen:
- – Messen
einer Normalfrequenz des Vorbeikommens anhand eines Zielobjekts,
das an dem Sensor mit einer Referenzgeschwindigkeit vorbeiläuft,
- – Berechnen
einer Frequenz, bei der ein Auslösen erfolgt,
und einer Frequenz, bei der ein Rückstellen erfolgt, anhand der
gemessenen Normalfrequenz des Vorbeikommens und anhand eines von der
Bedienungsperson gewählten
Arbeitsbereichs.
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Um
die Lernbetriebsart
32 zu aktivieren, dann den Sensor
10 in
dieser Lernbetriebsart
32 zu parametrieren, um insbesondere
den gewünschten Arbeitsbereich
auszuwählen,
benutzt die Bedienungsperson das Auswahlorgan
13 und die
Kommunikations-LED
12 gemäß einem geeigneten Kommunikationsprotokoll,
wie etwa jenem, das in dem Dokument
EP
1 130 403 beschrieben ist.
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Trotzdem
ist vor dem Anlernen des Sensors 10 ein erster Vorgang
erforderlich, um sich von der korrekten Positionierung des Zielobjekts 20 zu überzeugen,
d. h. um sich davon zu überzeugen,
dass der Abstand D zwischen dem Zielobjekt 20 und dem Sensor 10 in
der Reichweite des Sensors 10 enthalten ist, wenn das Zielobjekt 20 an
dem Sensor 10 vorbeiläuft.
Dieser Justiervorgang wird bei der anfänglichen Montage des Sensors,
beim Einbau eines Zielobjekts 20, aber auch bei periodischen
Wartungen durchgeführt.
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Wenn
der Justiervorgang durchgeführt
wird, während
ein in Rotation befindliches Zielobjekt 20 vorbeiläuft, kann
er sehr gefährlich
werden, da sich bewegliche Teile in der Nähe der Bedienungsperson befinden.
Es ist folglich in höchstem
Maße wünschenswert,
dieses Justieren vor jeglichem Betrieb der Maschine, an welcher
der Sensor 10 befestigt ist, durchzuführen. Wenn aber der Justiervorgang
bei einer sehr niedrigen Geschwindigkeit oder einer Geschwindigkeit
von null erfolgt, um diese Gefahr zu vermeiden, dann ist die Integrationszeit,
die der Sensor 10 benötigt,
um eine Geschwindigkeit zu berechnen und ein entsprechendes Signal
zu senden, gezwungenermaßen
sehr lang, was das Justieren der Reich weite mühselig macht. Außerdem benötigt die Bedienungsperson
während
dieses Justiervorgangs einen schnellen Informationsrücklauf,
der ihm angibt, ob das Zielobjekt 20 im richtigen Abstand
vom Sensor 10 ist.
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Deshalb
beschreibt die Erfindung einen Rotationssensor 10, bei
dem es möglich
ist, diese Justierung mit Hilfe einer zusätzlichen Betriebsart, statische
Betriebsart 35 genannt, vorzunehmen. In dieser statischen
Betriebsart 35 ist der Zustand der Melde-LED 16 nicht
mehr von der Frequenz des Vorbeikommens des Zielobjekts 20 abhängig, wie
in der Arbeitsbetriebsart 31, sondern ist nur von der Position des
Zielobjekts 20 in Bezug auf den Sensor 10, d.
h. vom Abstand D zwischen dem Zielobjekt 20 und dem Sensor 10,
abhängig.
Beispielsweise ist die LED 16 nur dann leuchtend, wenn
der Abstand D zwischen dem Zielobjekt 20 und dem Sensor 10 innerhalb
der Reichweite des Sensors 10 ist. Folglich kann eine Bedienungsperson,
die das Justieren des Sensors 10 vornimmt, Informationen,
die angeben, ob der Sensor 10 (oder das Zielobjekt 20)
korrekt positioniert ist, direkt sehen, was ihr ermöglicht,
das Justieren des Abstands D recht rasch auszuführen.
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In
der statischen Betriebsart 35 ist das binäre Ausgangssignal 15 im
Allgemeinen vom Abstand D zwischen dem Zielobjekt 20 und
dem Sensor 10 abhängig,
wobei es sich so wie die Anzeige-LED 16 verhält, kann
aber auch weiterhin von der Frequenz des Vorbeikommens des Zielobjekts 20 abhängig sein, wie
in der Frequenzbetriebsart 30. Im ersteren Fall ist die
statische Betriebsart 35 dann der Betriebsart eines herkömmlichen
Näherungssensors,
der nicht als Rotationswächter
arbeitet, ähnlich.
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Vorteilhafterweise
ermöglicht
die statische Betriebsart 35 auch, indem sie nämlich zulässt, dass die
Position des Zielobjekts von Hand oder automatisch verändert wird,
jederzeit, am Ende der Herstellung, aber auch vor Ort, zu verifizieren,
dass der Sensor 10 tatsächlich
eine Hysterese bei der Reichweitenerfassung aufweist. Diese Hysterese
wird vom Erbauer eingestellt und ist erforderlich, um jede Gefahr eines
Zurückschnellens
des Fühlerorgans
zum Zeitpunkt ansteigender oder fallender Flanken des Zielobjekterfassungsfühlersignals
zu minimieren. Es ist äußerst wichtig,
diese Hysterese zu verifizieren, denn bei einer Verwendung als Rotationswächter würde ein
solches Zurückschnellen
unvermeidlich einen Fehler in die Zählung einbringen und folglich
ein potenziell fehlerhaftes Ausgangssignal 15 des Sensors 10 erzeugen.
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Da
die statische Betriebsart 35 und die Lernbetriebsart 32 niemals
gleichzeitig vorkommen, wie in 2 angegeben
ist, werden gemäß der Erfindung die
Bedienerkommunikationsmittel 11, die während der Lernbetriebsart 32 gebraucht
werden, auch benutzt, um die statische Betriebsart 35 oder
die Frequenzbetriebsart 30 auszuwählen, ohne die Funktionalitäten des
Sensors 10 zu beeinträchtigen.
Es ist dann sehr vorteilhaft, eine statische Justierbetriebsart 35 wie
weiter oben beschrieben bei den Rotationssensoren 10, die
schon eine Lernbetriebsart 32 besitzen, bereitzustellen,
da dann keine Hinzufügung zusätzlicher
Bauelemente erforderlich ist. Auf diese Weise wird unproblematisch
ein zusätzlicher
Dienst erbracht, der für
die Bedienungsperson beträchtlich ist,
um sie beim Zustandebringen ihrer Montageleistung zu unterstützen.
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Insbesondere
ermöglicht
das Auswahlorgan 13, die statische Betriebsart folgendermaßen auszuwählen:
- – Wenn
sich das Auswahlorgan 13 des Sensors 10 zum Zeitpunkt
der Spannungszuschaltung zu dem Sensor 10 in der ersten
Stellung befindet, wird die Frequenzbe triebsart 30 (einschließlich der
Arbeitsbetriebsart 31 und der Lernbetriebsart 32)
ausgewählt.
- – Wenn
sich das Auswahlorgan 13 des Sensors 10 zum Zeitpunkt
der Spannungszuschaltung zu dem Sensor 10 in der zweiten
Stellung befindet, wird die statische Betriebsart 35 ausgewählt.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
ist das Auswahlorgan aus einer einfachen Drucktaste 13 gebildet,
die in der Nähe
der Kommunikations-LED 12 platziert ist, wodurch eine einfache
Lösung
für den Sensor 10 beibehalten
wird. Die erste Stellung des Auswahlorgans entspricht dem freigegebenen
oder nicht aktivierten Zustand der Drucktaste 13 und die zweite
Stellung dem gedrückten
oder aktivierten Zustand der Drucktaste 13.
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In
dieser Ausführungsform
verlangt der Übergang
aus der Frequenzbetriebsart 30 in die statische Betriebsart 35,
die Versorgung des Sensors 10 zu unterbrechen, dann die
Drucktaste 13 zu drücken und
den Sensor 10 wieder zu versorgen. Umgekehrt verlangt der Übergang
aus der statischen Betriebsart 35 in die Frequenzbetriebsart 30,
die Versorgung des Sensors 10 zu unterbrechen, dann den
Sensor 10 wieder zu versorgen, ohne die Drucktaste 13 zu
drücken.
Sobald eine der beiden Betriebsarten, die statische Betriebsart 35 oder
die Frequenzbetriebsart 30, ausgewählt ist, hat die Drucktaste 13 keinen
Einfluss mehr auf ein Zurückgehen
in die Frequenzbetriebsart 30 oder die statische Betriebsart 35,
solange die Versorgung des Sensors 10 nicht unterbrochen wird.
Auf Grund der Verwendung einer Drucktaste versetzt eine Unterbrechung
der Versorgung des Sensors 10 während des normalen Betriebs
den Sensor standardmäßig automatisch
in die Frequenzbetriebsart 30, die dem normalen Betrieb
entspricht, da die Drucktaste 13 standardmäßig in einer
freigegebenen Stellung ist.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
ist das Auswahlorgan 13 aus einem bistabilen Schalter mit zwei
Stellungen gebildet. In diesem Fall wird ein Näherungssensor erzielt, der
zwei verschiedene Betriebsarten besitzt, die genauso verwendbar
sind: Wenn sich der Schalter bei der Spannungszuschaltung in einer
ersten Stellung befindet, arbeitet der Sensor in der Frequenzbetriebsart
als Rotationswächter
mit einem Ausgangssignal, dessen Zustand von der Frequenz des Vorbeikommens
eines Zielobjekts abhängig
ist, und wenn sich der Schalter bei der Spannungszuschaltung in
einer zweiten Stellung befindet, arbeitet der Sensor in der statischen
Betriebsart wie ein herkömmlicher
Näherungssensor
mit einem Ausgangssignal, dessen Zustand von der Position eines
Zielobjekts abhängig
ist.
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Selbstverständlich ist
es möglich,
weitere Varianten und Verbesserungen an Einzelheiten zu ersinnen
oder gar die Verwendung gleichwertiger Mittel in Aussicht zu nehmen,
ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzukommen.