AT516497B1

AT516497B1 - Elektrische Maschine

Info

Publication number: AT516497B1
Application number: ATA928/2014A
Authority: AT
Inventors: Alfred Ellinger
Original assignee: Engel Austria Gmbh
Priority date: 2014-12-22
Filing date: 2014-12-22
Publication date: 2016-06-15
Also published as: DE102015016621A1; CN105932911A; CN105932911B; AT516497A4

Abstract

Verfahren zum Stillsetzen einer elektrischen Maschine (1), wobei die elektrische Maschine (1) so geregelt oder gesteuert wird, dass ein Abtrieb der elektrischen Maschine im Wesentlichen ruht, falls, während der Abtrieb im Wesentlichen ruht, ein Drehmoment und/oder eine Kraft auf den Abtrieb wirkt, das Drehmoment und/oder die Kraft mittels einer geregelten oder gesteuerten Entlastungsbewegung (E) zumindest teilweise- vorzugsweise im Wesentlichen vollständig- abgebaut wird und die elektrische Maschine (1) momentenfrei geschalten wird.

Description

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stillsetzen einer elektrischen Maschine sowie eine elektrische Maschine.

[0002] Die JP H06237597 A offenbart eine Anordnung aus zwei elektrisch angetriebenen Manipulatorarmen, wobei ein Arm als führend (Master) und der andere als nachgeführt (Slave) geregelt wird. Dabei ist ein Drehmomentsensor vorgesehen, dessen Signale verwendet werden, ein unerwünschtes Drehmoment auf den „Slave-Arm“ zu detektieren.

[0003] Die WO 2009/080384 A1 offenbart ein Verfahren zur Ansteuerung einer Gleichstrommaschine mittels einer Standardsteuerung und einer Sicherheitsanordnung, wobei die Gleichstrommaschine mittels eines mit einer Steuerspannung betätigten Hauptschalters an eine Versorgungsspannung angeschlossen wird und wobei zur Steuerung der Drehzahl und/oder des Drehmoments der Gleichstrommmaschine aus einer Zündimpuls-Versorgungsspannung Zündimpulse zur Ansteuerung der in einem Gleichstromrichter angeordneten elektronischen Schalter abgeleitet werden. Dabei wird die Sicherheitsanordnung als Erweiterung der Standardsteuerung betrieben und umfasst ein Sicherheitsmodul, wobei mittels dieser Sicherheitsanordnung eine STO-Funktion zur sicheren Drehmomentfreischaltung der Gleichstrommaschine in der Weise durchgeführt wird, dass bei einer Initiierung der STO-Funktion zunächst der Standardsteuerung eine Drehmomentfreischaltung vorgegeben wird und dass das Sicherheitsmodul erst nach Ablauf einer festgelegten ersten Zeitspanne ab Initiierung der STO-Funktion über einen ersten Abschaltpfad der Sicherheitsanordnung die Steuerspannung unterbricht und/oder über einen zweiten Abschaltpfad der Sicherheitsanordnung die Zündimpuls-Versorgungsspannung unterbricht.

[0004] Ein im Stand der Technik bekanntes Standardverfahren zum Stillsetzen einer elektrischen Maschine beinhaltet das Steuern oder Regeln der elektrischen Maschine so, dass ein Abtrieb der elektrischen Maschine im Wesentlichen ruht, gegebenenfalls das Aktivieren einer Bremse, sowie die Momentenfreischaltung der elektrischen Maschine.

[0005] Die Bremse soll dabei verhindern, dass nach dem Momentenfreischalten unerwünschte Bewegungen der angetriebenen Vorrichtung oder der elektrischen Maschine selbst auftreten. Bei einigen speziellen Anwendungsgebieten ist diese Lösung jedoch sehr schwer bzw. nur unter großem Aufwand umzusetzen.

[0006] Beispielsweise werden bei Spritzgießmaschinen elektrische Maschinen oft zur Ausübung großer Kräfte eingesetzt. Durch diese Kräfte entstehen Verformungen an der Spritzgießmaschine. Beispielsweise bei Schließeinheiten von Spritzgießmaschinen kann die Schließkraft eine Dehnung von Holmen oder eine Verformung eines Maschinenrahmens hervorrufen. Starke Verformungen treten ebenfalls in Spritzgießwerkzeugen und der festen Formaufspann-platte von Spritzgießmaschinen auf. Diese werden durch das Anpressen der Einspritzeinheit sowie durch den Druck der eingespritzten Schmelze erzeugt.

[0007] Die bei diesen Anwendungen auftretenden hohen, durch die Rückstellung der angesprochenen Verformungen verursachten Gegendrehmomente oder Gegenkräfte, welche auf den Abtrieb rückwirken, können von Bremsen nicht kompensiert werden.

[0008] Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zum Stillsetzen einer elektrischen Maschine sowie eine elektrische Maschine bereitzustellen, welche ein gegenüber dem Stand der Technik weniger aufwändiges Stillsetzen auch bei signifikanten Gegendrehmomenten und/oder Gegenkräften erlauben.

[0009] Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich der elektrischen Maschine wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.

[0010] Dies geschieht, indem die elektrische Maschine so geregelt oder gesteuert wird, dass ein Abtrieb der elektrischen Maschine im Wesentlichen ruht, falls, während der Abtrieb im We sentlichen ruht, ein Drehmoment und/oder eine Kraft auf den Abtrieb wirkt, das Drehmoment und/oder die Kraft mittels einer gesteuerten oder geregelten Entlastungsbewegung zumindest teilweise - vorzugsweise im Wesentlichen vollständig - abgebaut wird und die elektrische Maschine momentenfrei geschalten wird.

[0011] Da beim Momentenfreischalten gemäß diesem Verfahren keine nachträglichen Bewegungen auftreten, können entsprechende Sicherheitsbremsen sehr viel kleiner dimensioniert werden oder gänzlich entfallen.

[0012] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

[0013] Aus Gründen der Einfachheit kann es bevorzugt vorgesehen sein, dass das Drehmoment und/oder die Kraft, welche, während der Abtrieb im Wesentlichen ruht, auf den Abtrieb wirkt, an der elektrischen Maschine gemessen wird. Hierbei kann ein Strom- bzw. Momenten-signal eines Antriebsreglers der elektrischen Maschine verwendet werden, welches der Antriebsregler in vielen Fällen selbst für die Regelung verwendet.

[0014] Das Drehmoment und/oder die Kraft, welche, während der Abtrieb im Wesentlichen ruht, auf den Abtrieb wirkt, kann aber auch in Bezug auf die elektrische Maschine extern gemessen werden. Es können also auch andere Sensoren zum Einsatz kommen, welche nicht Teil der elektrischen Maschine sind. Als Beispiel beim Einsatz bei einer Schließeinheit einer Formgebungsmaschine wäre ein Schließkraftsensor zu nennen.

[0015] Um einen schnellen und sicheren Abbau des Drehmoments und/oder der Kraft, welche auf den Abtrieb wirkt, zu gewährleisten, kann es vorgesehen sein, während der Entlastungsbewegung ein Restdrehmoment und/oder eine Restkraft zu messen.

[0016] Auch das Restdrehmoment und/oder die Restkraft können der Einfachheit halber an der elektrischen Maschine oder extern gemessen werden.

[0017] Die Entlastungsbewegung kann beendet werden, sobald das Restdrehmoment bzw. die Restkraft im Wesentlichen verschwindet.

[0018] Sowohl für das vollständige Abbauen des Drehmoments und/oder der Kraft, welche auf den Abtrieb wirkt, bzw. für das Verschwinden des Restdrehmoments und/oder der Restkraft kann als Kriterium ein unterer Grenzwert herangezogen werden. Wird dieser unterschritten, kann das Drehmoment und/oder die Kraft bzw. das Restdrehmoment und/oder die Restkraft als im Wesentlichen abgebaut bzw. verschwunden gelten.

[0019] Um zu garantieren, dass tatsächlich keinerlei Austrudelbewegung auftritt kann es bevorzugt vorgesehen sein, die Entlastungsbewegung in Abhängigkeit des Restdrehmoments und/oder der Restkraft zu regeln oder zu steuern.

[0020] Die vorliegende Erfindung kann prinzipiell bei jeder elektrischen Maschine eingesetzt werden. Bevorzugt vorgesehen ist jedoch der Einsatz bei Formgebungsmaschinen, insbesondere deren Schließeinheiten und Einspritzeinheiten. Unter Formgebungsmaschinen können dabei Spritzgießmaschinen, Spritzpressen, Pressen und dergleichen verstanden werden.

[0021] Dabei können erfindungsgemäße elektrische Maschinen bevorzugt zum Antrieb einer beweglichen Formaufspannplatte, eines Auswerfers, eines Spritzaggregats, einer Plastifizier-schnecke und/oder eines Einspritzkolbens vorgesehen sein.

[0022] Besonders bevorzugt kann der Einsatz im Zusammenhang mit federbelasteten Formwerkzeugen vorgesehen sein, da durch die Ladung der Federn im Betrieb eine erhöhte Wahrscheinlichkeit für große Bewegungen nach dem Stillsetzen der Antriebe - wenn gemäß einem Verfahren des Standes der Technik ausgeführt - zu erwarten sind.

[0023] Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind anhand der Figuren sowie der dazugehörigen Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabei zeigen: [0024] Fig. 1 und 2 Diagramme zur Verdeutlichung des im Stand der Technik bekannten

Verfahrens sowie die Verdeutlichung der Problemstellung, [0025] Fig. 3 zwei Diagramme zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens, [0026] Fig. 4 eine erfindungsgemäße Schließeinheit einer Spritzgießmaschine in C-

Rahmen Ausführung sowie [0027] Fig. 5 eine erfindungsgemäße Schließeinheit einer Spritzgießmaschine in einer

Ausführung mit vier Holmen.

[0028] Figur 1 zeigt zwei Diagramme, wobei im oberen Diagramm die Geschwindigkeit V und im unteren Diagramm das Drehmoment M dargestellt sind, welche beim Stillsetzen einer elektrischen Maschine 1 an deren Abtrieb vorliegen bzw. anliegen. Im Zeitraum I ist die elektrische Maschine zunächst im stationären Betrieb mit konstanter Geschwindigkeit V, welche durch ein konstantes Drehmoment M (unter Verrichtung von Arbeit) aufrechterhalten wird. Beim Übergang vom Zeitraum I in den Zeitraum II wird das Stillsetzen der elektrischen Maschine 1 ausgelöst. Die elektrische Maschine 1 wird so geregelt oder gesteuert, dass die Geschwindigkeit V auf im Wesentlichen Null sinkt. Hierzu wird das von der elektrischen Maschine 1 erbrachte Drehmoment M in der Wirkrichtung umgekehrt. Sobald die Geschwindigkeit V im Rahmen der Messgenauigkeit im Wesentlichen verschwindet, wird auch das von der elektrischen Maschine 1 erbrachte Drehmoment M im Wesentlichen verschwinden. Nachdem die Geschwindigkeit V des Abtriebs einige Zeit geregelt oder gesteuert auf im Wesentlichen Null gehalten wird, wird (beim Übergang vom Zeitraum II auf den Zeitraum III) die elektrische Maschine 1 momentenfrei geschalten.

[0029] Die in Figur 1 dargestellte Idealsituation ist dadurch charakterisiert, dass keine Rückwirkung von der elektrischen Maschine 1 angetriebenen Vorrichtung auf die elektrische Maschine 1 selbst vorhanden ist.

[0030] Die Situation bei einer entsprechenden Rückwirkung in Form eines rückwirkenden Drehmoments MR ist in Figur 2 dargestellt. Sobald die Geschwindigkeit V des Abtriebs (im Zeitbereich II) auf im Wesentlichen Null abgesungen ist, muss der Antrieb weiterhin ein Drehmoment M aufrechterhalten, da das rückwirkende Drehmoment MR sonst eine Bewegung des Abtriebs verursachen würde. Genau dies geschieht beim Übergang zum Zeitbereich III, wenn die elektrische Maschine 1 momentenfrei geschalten wird. Die entsprechende Austrudelbewegung A (auch mit einem Blitzsymbol gekennzeichnet) entsteht durch das rückwirkende Drehmoment MR. Sobald das rückwirkende Drehmoment MR abgebaut ist, ebbt die Austrudelbewegung A (durch Reibung und dergleichen) ab. Kritisch ist hierbei, dass die Austrudelbewegung A weder geregelt noch gesteuert, sondern gänzlich unkontrolliert ist. Deshalb stellt sie ein Sicherheitsrisiko dar.

[0031] Zu den in Figur 1 und Figur 2 dargestellten analoge Diagramme für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Figur 3 dargestellt. Nachdem die Geschwindigkeit V des Abtriebs geregelt oder gesteuert auf Null gesenkt wurde, wird das rückwirkende Drehmoment Mr durch Messung erfasst. Ist dieses signifikant ungleich Null (beispielsweise charakterisiert durch das Übertreten eines Grenzwertes), wird eine geregelte oder gesteuerte Entlastungsbewegung E durchgeführt, das rückwirkende Drehmoment MR abgebaut. Die Entlastungsbewegung E wird so geregelt oder gesteuert, dass das auftretende Restdrehmoment MRest unter Überwachung abgebaut wird. Die Entlastungsbewegung E wird in diesem Ausführungsbeispiel nach der Geschwindigkeit des Abtriebs der elektrischen Maschine 1 geregelt und zwar in Abhängigkeit des Restdrehmoments MRest.

[0032] Erst nachdem sowohl die Geschwindigkeit V als auch das Drehmoment M des Abtriebs im Wesentlichen verschwinden, wird die Momentenfreischaltung der elektrischen Maschine 1 aktiviert (Übergang zum Zeitraum III). Auch hier kann als Kriterium für das Verschwinden das Unterschreiten von Grenzwerten herangezogen werden. Die Grenzwerte können so gewählt werden, dass die im System auftretende Reibung Bewegungen verhindert, welche durch nicht exaktes Verschwinden der Geschwindigkeit V und/oder des Drehmoments M verursacht würden.

[0033] Die Momentenfreischaltung wird in diesem Ausführungsbeispiel gemäß der „Safe Torque Off Stoppkategorie 0“ der EN 60204-1 aus dem Sicherheitskreis der Formgebungsmaschine heraus durchgeführt. Diese wird aktiviert, wenn beispielsweise ein Nothalt ausgelöst wird (unter Einhaltung einer Verzögerungszeit) oder wenn eine Schutzabdeckung geöffnet wird.

[0034] Wenn keine sicherheitstechnische Abschaltung notwendig ist, kann auch einfach eine interne Abschaltung des Soll-Moments am Antriebsregler bzw. eine Abschaltung des Antriebsreglers durchgeführt werden.

[0035] Figur 4 zeigt eine Schließeinheit 2 einer Spritzgießmaschine, welche über zwei erfin-dungsgemäße elektrische Maschinen 1 verfügt. Die in der Abbildung etwas weiter links liegende elektrische Maschine 1 dient zum Antrieb der beweglichen Formaufspannplatte 5. Jeweils an der beweglichen Aufspannplatte 5 und an der festen Aufspannplatte 7 sind zwei Hälften eines Spritzgießwerkzeugs 8 montiert. Dabei wird von der elektrischen Maschine 1 eine hohe Schließkraft ausgeübt, welche so stark ist, dass eine signifikante Änderung des Abstandes durch Verformung des Maschinenrahmens 10 auftritt. Wird in dieser Situation - ausgelöst durch einen Bediener oder durch ein internes oder externes Fehlersignal - ein Stillsetzen der entsprechenden elektrischen Maschine 1 an die Schnittstelle 4 der Steuer- oder Regeleinrichtung 3 der elektrischen Maschine 1 empfangen, steuert die Steuer- oder Regeleinrichtung 3 die elektrische Maschine 1 erfindungsgemäß. Wäre dies nicht der Fall, würde die Rückstellbewegung des Maschinenrahmens 10 eine unkontrollierte Bewegung des Rotors der elektrischen Maschine 1 und - wichtiger - eine unkontrollierte Bewegung der Mechanik 11 der Schließeinheit auslösen. Ähnliches gilt für die mittig liegende elektrische Maschine 1 zum Antrieb des Auswerfermecha-nismus 6. Ist beispielsweise das Auswerfen noch nicht möglich, obwohl die entsprechende elektrische Maschine 1 schon aktiviert wurde, ergibt sich eine Längenänderung des Abstandes D2. Auch hier würde sich eine unkontrollierte Bewegung des Auswerfermechanismus 6 ergeben, wenn die elektrische Maschine 1 nicht erfindungsgemäß durch die Steuer- oder Regeleinrichtung 3 gesteuert oder geregelt würde.

[0036] Figur 5 zeigt eine zu Figur 4 analoge Figur, wobei statt einer Schließeinheit 2 mit C-Rahmen eine Schließeinheit 2 mit vier Holmen 12 dargestellt ist. Auch hier dient eine elektrische Maschine 1 (in der Abbildung links) zur Bewegung der beweglichen Formaufspannplatte 5 - in diesem Fall durch einen Kniehebelmechanismus 13. Die zweite elektrische Maschine 1 dient zum Antrieb des aus Auswerfermechanismus 6. Hierbei ist der Abstand D3 äquivalent zum Abstand Ü! und der Abstand D4 äquivalent zum Abstand D2. Figur 5 soll verdeutlichen, dass es bei der Erfindung nicht darauf ankommt, welcher Bauart die Spritzgießmaschine ist. Bei jeglichen Formgebungsmaschinen können beim Stillsetzen von elektrischen Maschinen 1 unerwünschte bzw. unkontrollierte Bewegungen vermieden werden.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Stillsetzen einer elektrischen Maschine (1), wobei - die elektrische Maschine (1) so geregelt oder gesteuert wird, dass ein Abtrieb der elektrischen Maschine im Wesentlichen ruht, - falls, während der Abtrieb im Wesentlichen ruht, ein Drehmoment und/oder eine Kraft auf den Abtrieb wirkt, das Drehmoment und/oder die Kraft mittels einer geregelten oder gesteuerten Entlastungsbewegung (E) zumindest teilweise - vorzugsweise im Wesentlichen vollständig - abgebaut wird und - die elektrische Maschine (1) momentenfrei geschalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungsbewegung (E) mittels der elektrischen Maschine (1) durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungsbewegung (E) nach einer Geschwindigkeit - vorzugsweise des Abtriebs - gesteuert oder geregelt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment und/oder die Kraft, welche, während der Abtrieb im Wesentlichen ruht, auf den Abtrieb wirkt, an der elektrischen Maschine (1) gemessen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während der Entlastungsbewegung ein Restdrehmoment und/oder eine Restkraft - vorzugsweise an der elektrischen Maschine (1) - gemessen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungsbewegung (E) in Abhängigkeit des Restdrehmoments und/oder der Restkraft geregelt oder gesteuert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungsbewegung (E) beendet wird, wenn das Restdrehmoment und/oder die Restkraft im Wesentlichen verschwindet.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (1) nach einer Geschwindigkeit und/oder einer Position - insbesondere nach einer Geschwindigkeit und/oder einer Position des Abtriebs - geregelt wird.
9. Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine, wobei auf ein Signal eines Bedieners und/oder auf ein internes und/oder externes Fehlersignal hin ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchgeführt wird.
10. Verfahren zum Betrieb einer Schließeinheit (2) und/oder einer Einspritzeinheit einer Formgebungsmaschine mit zumindest einer elektrischen Maschine (1), welche mittels eines Verfahrens nach Anspruch 9 betrieben wird.
11. Elektrische Maschine mit - einem Abtrieb, - einem Messgerät zur Messung einer auf den Abtrieb wirkenden Kraft und/oder eines auf den Abtrieb wirkenden Drehmoments und - einer mit dem Messgerät verbundenen Steuer- oder Regeleinheit (3), welche über eine Schnittstelle (4) zur Übermittlung eines Signals zum Auslösen einer Stillsetzung der elektrischen Maschine (1) verfügt, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinheit (3) die elektrische Maschine (1) bei Vorliegen eines Signals zum Auslösen einer Stillsetzung so steuert oder regelt, dass - der Abtrieb der elektrischen Maschine im Wesentlichen ruht und - falls Messsignale des Messgerätes anzeigen, dass, während der Abtrieb im Wesentlichen ruht, ein Drehmoment und/oder eine Kraft auf den Abtrieb wirkt, das Drehmoment und/oder die Kraft mittels einer geregelten oder gesteuerten Entlastungsbewegung (E) abgebaut wird, und dass die Steuer- oder Regeleinheit (3) die elektrische Maschine nach der Entlastungsbewegung (E) momentenfrei schaltet.
12. Schließeinheit und/oder Einspritzeinheit einer Formgebungsmaschine mit einer elektrischen Maschine nach Anspruch 11, wobei die elektrische Maschine (1) insbesondere zum Antrieb einer beweglichen Formaufspannplatte (5) und/oder eines Auswerfers (6) und/oder des Spritzaggregates und/oder einer Plastifizierschnecke und/oder eines Einspritzkolbens vorgesehen ist. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen