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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Antriebsregelung eines Schwenkwerks mit Zahnradantrieb, der auf einen Drehwerkszahnkranz oder -triebstockkranz wirkt, a) mit mindestens zwei Antriebsmaschinen (M1 ... M4), b) wobei zur elektrischen Verspannung des Schwenkwerks bei mindestens zwei Antriebsmaschinen (M1, M2) zusätzlich zu Sollantriebsströmen (soll) je Antriebsmaschine, die vorgebbaren Lastdrehmomenten entsprechen, nach Richtung und Grösse wählbare, unterschiedliche Verspannungsströme (AII, AI2) überlagert werden, die unterschiedlichen Verspannungsdrehmomenten entsprechen, welche auf den Drehwerkszahnkranz (Z) oder -triebstockkranz wirken und c) die Verspannungsströme so gewählt werden,
dass die Summe der Verspannungsdrehmomente aller auf den Drehwerkszahnkranz oder -triebstockkranz angreifenden Zahnradantriebe kleiner als ein vorgebbarer Wert ist, dadurch gekennzeichnet, d) dass zur Getriebeschonung beim Hochlauf der Antriebsmaschinen (M1, M2) aus dem Stillstand und bei jedem Nulldurchgang des durch die elektrisch verspannten Antriebsmaschinen auf den Drehwerkszahnkranz (Z) oder -triebstockkranz übertragenen Drehmoments der Antriebsstrom (iM1, iM2) für die jeweilige Antriebsmaschine (M1, M2) für eine vorgebbare Zeitdauer (tG) auf einen einstellbaren Wert (iG) verringert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der einstellbare Wert (io) in Abhängigkeit von der Drehzahl verstellt wird, derart, dass die Drehzahlabweichung des jeweiligen Zahnradantriebs gegenüber den Drehzahlistwerten der übrigen Antriebe einen vorgebbaren Grenzwert nicht überschreitet.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass auf den Maschinenantrieb wirkende Antriebsbremsen beim Hochlauf aus dem Stillstand solange in Bremsposition gehalten werden, bis ein vorgebbares Verspannungsdrehmoment aufgebaut ist und b) dass bei einem Stop des Maschinenantriebs die Antriebsbremsen in elektrisch verspanntem Zustand des Zahnradantriebs angezogen werden.
4. Antriebsregler für Schwenkwerke zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche a) mit einem Drehzahlregler (2), der in Abhängigkeit von der Differenz aus einem vorgebbaren Solldrehzahlsignal (nSO11) und einem Istdrehzahlsignal (nl) einer antriebsmässig zu regelnden elektrischen Antriebsmaschine (Mx) ein Sollstromsignal (iSo1l) erzeugt, und b) mit einem ersten Stromregler (9), der in Abhängigkeit von der Differenz aus diesem Sollstromsignal (soll) und einem Iststromsignal (iMl) der Antriebsmaschine (MI) ein Steuersignal zur Steuerung des Drehmomentes (T) der elektrischen Antriebsmaschine (M1) erzeugt, c) wobei diesem ersten Stromregler (9) ein erstes Addierglied (3) vorgeschaltet ist,
welches zu dem Sollstromsignal (isoii) ein vorgebbares erstes Verspannungsstromsollwertsignal (au,) zu einem ersten Summensollstromsignal (isoiii) addiert, das dem Betrag eines vorgebbaren ersten Verspannungsdrehmoments einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (M1) zugeordnet ist, wobei der erste Stromregler (9) und das erste Summierglied (3) Teile eines ersten Regelsystems (31) sind, d) wobei mindestens ein zweites Regelsystem (32) mit einem weiteren Stromregler (9) mit einem vorgeschalteten weiteren Summierglied (3) vorgesehen ist, welches dem Sollstromsignal (sol1) ein vorgebbares weiteres Verspannungsstromsollwertsignal (Ai2) zu mindestens einem zweiten Summensollstromsignal (soll2) addiert bzw.
subtrahiert, das dem Betrag eines vorgebbaren weiteren Verspannungsdrehmoments einer weiteren elektri schen Antriebsmaschine (M2) zugeordnet ist, dadurch gekenn zeichnet, e) dass dem Drehzahlregler (2) ein Sollstromstufensteuerglied (7) nachgeordnet ist, welches das Summensollstromsignal (is0111, soll2) für eine vorgebbare Zeitdauer (tc) auf einen vorgebbaren, begrenzten Schonungssollstrom (ic) reduziert.
5. Antriebsregler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sollstromstufensteuerglied (7) einen Getriebeschonungsschalter (25) aufweist, der in Abhängigkeit von einem vorgebbaren Umschaltsignal (U) zum Ein- und/oder Umschalten der elektrischen Antriebsmaschine (M1 ... M4) steuerbar ist.
6. Antriebsregler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Getriebeschonungsschalter (25) jedes Regelsystems (31, 32) eingangsseitig (26) mit dem Ausgang eines Operationsverstärkers (27) in Verbindung steht, b) der eingangsseitig in Abhängigkeit von einem dem Drehzahlsollwertbetrag proportionalen Signal beaufschlagt ist, welcher Drehzahlsollwertbetrag aus der Summe der gleichgerichteten Drehzahlistwertsignale aller Antriebsmaschinen, ausser der Antriebsmaschine (M1), die zu dem eigenen Regelsystem (31) gehört, gebildet ist, c) der ferner eingangsseitig von einem gleichgerichteten und invertierten Drehzahlistwertsignal (29) der eigenen Antriebsmaschine (M1) und d) von einem vorgebbaren Potential, das der zusätzlichen relativen Aufholgeschwindigkeit der eigenen Antriebsmaschine (M1) proportional ist,
beaufschlagt ist und e) welcher Getriebeschonungsschalter (25) ausgangsseitig mit dem Eingang des Stromreglers (9) des eigenen Regelsystems (31) in Wirkverbindung steht.
7. Antriebsregler nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Regelsystem (31, 32) mindestens ein Signalbegrenzer (4, 6) vorgesehen ist, der das Summensollstromsignal (i,,ln, iSoll2) auf mindestens einen vorgebbaren Sollstromgrenzwert (imaxi, imax begrenzt.
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Verfahren zur Antriebsregelung eines Schwenkwerks nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich auch auf einen Antriebsregler für Schwenkwerke.
Mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 nimmt die Erfindung Bezug auf einen Stand der Technik, wie er aus der Zeitschrift: Regelungstechnische Praxis, Band 17, Heft 10, Oktober 1975, S. 311 bis 315 bekannt ist. Dort wirken zwei Motoren über elektrisch verspannte Getriebe auf ein Teleskopantriebsrad. Beide Motorkreise arbeiten mit Drehzahlregelung mit unterlagerter Stromrückführung. In der Schweizer BBC-Firmendruckschrift Nr. D HS 90 128 aD II/4, Veritron-Doppelstromrichter Typenreihe AAD, Dreiphasen-Anschluss 35 A ...
875 A (1980/81) S. 13 ff. ist ein Drehzahlregler mit begrenzter Stromanstiegsgeschwindigkeit di/dt für den Ankerstrom eines Antriebsmotors beschrieben, mit dem eine Getriebeschonung beim Hochlauf aus dem Stillstand oder nach Stromrichtungsumkehr durch eine Sollwertvorgabe in zwei Stufen für einen schonenden Wechsel der Zahnflanken eines Zahnradantriebes sorgt. Dabei wird der Stromsollwert während einer vorgebbaren Getriebeschonzeit auf einem Bruchteil einer Reglersollwertvorgabe gehalten.
Bei Drehwerksantrieben für gosse-Piuslegeruon Baggern, Kränen und ähnlichen Geräten ergeben sich für den elektrischen Antrieb Probleme, welche einerseits durch die grossen zu bewegenden Massen und andererseits durch das Übertragungsverhalten im mechanischen Antriebssystem bedingt sind.
Ein Ausleger A eines derartigen, in Fig. 1 schematisch dargestellten Gerätes kann eine Ausladung von 100 m und mehr erreichen. Die Drehbewegung gegenüber dem Grundgerät wird im Normalfall durch einen mit dem Ausleger verbundenen Zahn
kranz Z und mehreren im Grundgerät fest gelagerten Ritzeln Ril ... Ri4 erzielt.
Bei grossen Zahnkränzen ist die Verzahnung in der Regel nicht sehr präzise ausgeführt. Für den Zahnkranz sind gefräste Zähne oder Triebstockverzahnung möglich. Zwischen den Ritzeln und dem Zahnkranz ergibt sich ein Zahnflankenspiel, das sich als Lose beim Verdrehen des Auslagers, aber auch im Stillstand bei Wind und bei schlingernden Schiffen störend auswirkt. Es können Schläge auf die Zahnflanken auftreten, welche zu Ermüdungsbrüchen an den Zähnen oder zu Beschädigung der Auslegerkonstruktion führen können. Da die Schwenkbewegung von grossen Auslegern nur sehr langsam erfolgt, sind zwischen AntriebsmotorenM.... M4 und Ritzeln Ri ... Ri4 Untersetzungsgetriebe G1 ... G4 mit einer Untersetzung in einer Grössenordnung von 1:400 und mehr vorgesehen.
Dadurch kann das Spiel des gesamten mechanischen Antriebssystems mehreren Umdrehungen der Motorwelle entsprechen.
Damit der Zahnkranz klein gehalten werden kann, sind stets mehrere Ritzel und Antriebsmotoren bzw. -maschinen vorhanden, welche mit gleichem Drehmoment den Zahnkranz antreiben bzw. bremsen. Bei einem Drehmomentwechsel wird bei dieser Anordnung das Zahnflankenspiel von allen Antrieben gleichzeitig aufgeholt. Auch ergibt sich beim Stillsetzen ein Spiel, da alle Zahnflanken von der vorhergehenden Bewegung nach der gleichen Richtung angelegt sind.
Zum einschlägigen Stand der Technik wird zusätzlich auf das Taschenbuch Elektrotechnik, Band 5, Elemente und Baugruppen der Elektrotechnik, VEB Verlag Technik Berlin (1980) Bild 2.140 a) hingewiesen, aus dem z.B. ein Gleichstromantrieb mit Drehzahlregelung und unterlagerter Stromreglung bekannt ist, jedoch keine elektrische Verspannung zwischen mehreren Antrieben.
Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, ein Verfahren anzugeben und einen Antriebsregler so auszubilden, dass mehrere Ritzel gegeneinander antriebsmässig verspannt werden und somit die Lose im Stillstand und Betrieb aufgehoben ist.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Zahnräder für die Übertragung von Antriebsdrehmomenten, insbesondere bei grossen und schweren Schwenkwerken, nicht mit erhöhter Präzision ausgeführt werden müssen, um eine Lose zu verhindern. Brüche von Zähnen können vermieden und die Störanfälligkeit der Zahnradantriebe verringert werden.
Bei langsamer Umkehr des Gesamtdrehmomentes wird erreicht, dass die einzelnen Antriebe nacheinander die Drehmomentrichtung ändern und somit kein ungeführter Zustand eintritt. Dies ist besonders bei Schwimmkränen, welche in der Dünung schlingern können, von Vorteil, aber auch bei auf Raupen fahrenden Baggern.
Beim Umschalten der einzelnen Antriebe kann dennoch eine erhöhte Zahnbeanspruchung am Ritzel bzw. Zahnkranz auftreten. Es wird deshalb eine an sich bekannte Getriebeschonung eingesetzt, welche nach dem Drehmomentenwechsel den Drehmoment- bzw. Stromsollwert für eine einstellbare Zeit heruntersetzt und damit das Aufholen des Getriebespiels mit verringertem Drehmoment bewirkt.
Bei sehr grossem Getriebespiel ist die vorgenannte Massnahme unter Umständen noch nicht ausreichend. Der verringerte Strombegrenzungswert kann bewirken, dass der Motor beim Aufholen des Getriebespiels das angetriebene Ritzel beschleunigt, so dass dann die Ritzelzahnflanke mit zu hoher Geschwindigkeit auf die Zahnflanke des Zahnkranzes auftrifft.
Um dies zu vermeiden ist vorgesehen, die verringerte Stromgrenze während der Umschlagzeit nicht fest vorzugeben, sondern sie in Abhängigkeit von einem Soll-/Istwertvergleich zu bilden. Damit kann eine zu grosse Auftreffgeschwindigkeit der Zähne nach dem Aufholen des Zahnflankenspiels vermieden werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine prinzipielle Anordnung eines Drehwerksantriebes mit vier Antrieben, wie oben beschrieben,
Fig. 2 eine Prinzipschaltung eines Antriebsreglers mit elektrischer Getriebeverspannung,
Fig. 3 eine Regelschaltung mit elektrischer Getriebeverspannung im Detail,
Fig. 4 ein Sollstromstufensteuerglied zur Erzeugung eines verringerten Stromsollwertes während einer vorgebbaren Zeitdauer,
Fig. 5 ein Strom-Zeit-Diagramm zur Erläuterung der Wirkung des Sollstromstufensteuergliedes nach Fig. 4,
Fig. 6 ein Strom-Zeit-Diagramm für zwei elektrische Antriebsmaschinen bei kleinen Drehmomenten bzw. Ankerströmen und
Fig. 7 ein Strom-Zeit-Diagramm für die Umsteuerung von einem maximalen Drehmoment bzw.
Ankerstrom in einer Richtung auf maximales Drehmoment bzw. maximalen Ankerstrom in die dazu entgegengesetzte Richtung bei zwei Antriebsmaschinen.
In der in Fig. 2 dargestellten Prinzipschaltung für einen Antriebsregler mit elektrischer Getriebeverspannung ist mit 1 ein erstes Subtrahierglied bezeichnet, das von einem vorgebbaren Solldrehzahlsignal n5011 ein Istdrehzahlsignal nl subtrahiert. Das Istdrehzahlsignal nl ist von einem Tachometergenerator TGI abgeleitet, der mit der Antriebsachse einer Gleichstrommaschine bzw. eines Gleichstrommotors M1 starr gekoppelt ist.
Das Ausgangssignal des ersten Subtrahiergliedes 1 ist einem Drehzahlregler 2 zugeführt, an dessen Ausgang ein Sollstromsignal i50i abgreifbar ist. Dieses Sollstromsignal i,,ll ist mehreren gleich aufgebauten Regelsystemen zur Stromregelung mehrerer Gleichstrommotoren M1 ... zugeführt, wobei in Fig. 2 nur zwei Regelsysteme mit zwei Motoren M1 und M2 dargestellt sind.
Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Unterschiedliche Signale sind durch unterschiedliche Indizes mit Bezug auf die Regelsysteme 1 und 2 unterschieden. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf das Regelsystem 1.
In einem Summierglied 3 wird zu dem Sollstromsignal i,,ll ein vorgebbares Verspannungsstromsollwertsignal dil addiert.
Das Ausgangssignal des Summiergliedes 3 wird in seiner Amplitude in einem ersten Signalbegrenzer 4 auf einen Sollstromgrenzwert + imaXl begrenzt, falls es grösser als dieser Sollstromgrenzwert ist.
Am Ausgang des ersten Signalbegrenzers 4 ist ein Summensollstromsignal isolll abgreifbar, das einem Richtungsumschalter 5 und einer Umschaltlogik 14 zugeführt ist. Ein Schaltbild für eine derartige Umschaltlogik ist z.B. der obengenannten BBC Firmendruckschrift Nr. D HS 90 128 aD all/4, S. 22 zu entnehmen. Der Richtungsumschalter 5 (+ 1) ermöglicht einen Vierquadrantenbetrieb der Gleichstrommaschine M1. Die Umschaltlogik 14 liefert ein Umschaltsignal U an den Richtungsumschalter 5, an ein Sollstromstufensteuerglied 7 und an einen Impulsumschalter 11 für einen Stromrichter 12 mit Stromzuleitungen L1, L2, L3; sie bewirkt ein kreisstromfreies Umschalten der Stromrichtung in Abhängigkeit von der Polarität des Summensollstromsignals iSolll.
Das Ausgangssignal des Richtungsumschalters 5 ist einem zweiten Signalbegrenzer 6 zugeführt, in dem es, in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Sollstromstufensteuergliedes 7 drehzahlabhängig nur beim Umschalten des Gleichstrommotors M1 für eine vorgebbare Zeitdauer tG in seiner Amplitude auf einem begrenzten Schonungssollstrom ic gehalten wird, vgl.
Fig. 5.
In einem zweiten Subtrahierglied 8 wird von dem Ausgangssignal des zweiten Signalbegrenzers 6 ein mittels eines Gleichstrommessers 13 ermitteltes Iststromsignal iMl des Ankers der Gleichstrommaschine M1 subtrahiert. Das Ausgangssignal dieses zweiten Subtrahiergliedes 8 ist einem Stromregler 9 zugeführt, der einen Steuerimpulsgeber 10 steuert. Der Steuerimpulsgeber 10 liefert ausgangsseitig ein Steuersignal Ust über den Impulsumschalter 11 an den Stromrichter 12.
Die Verspannungsströme für die Gleichstrommaschinen M1, .... werden so gewählt, dass die Summe der Verspannungsdrehmomente aller auf den Drehwerkszahnkranz oder -triebstockkranz angreifenden Zahnradantriebe kleiner als ein vorgebbarer Wert ist. Darauf wird im Zusammenhang mit den Fig.
6 und 7 noch näher eingegangen.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer Regelschaltung mit einer elektrischen Getriebeverspannung mit zwei Regelsystemen 31 und 32. Das Regelsystem 32 weist die gleiche Schaltung auf wie das Regelsystem 31. Die Bezugsziffern von Fig. 2 gelten für gleiche Teile auch in Fig. 3.
Das Solldrehzahlsignal N5011 ist mittels eines Drehzahlsollwertpotentiometers 15 einstellbar. Der Abgriff dieses Drehzahlsollwertpotentiometers 15 ist über ein Integrierglied 16 und einen Widerstand mit dem invertierenden Eingang (-) eines ersten Operationsverstärkers 17 verbunden. Diesem invertierenden Eingang ist über einen anderen Widerstand das Istdrehzahlsignal nl vom Ausgang des mit dem Rotor des Gleichstrommotors M1 gekoppelten Tachometergenerators TG1 zugeführt. Zur Stabilisierung des Regelvorganges ist ein Stabilisierungsglied zwischen Ausgang und invertierendem Eingang des ersten Operationsverstärkers 17 vorgesehen, bestehend aus einer Reihenschaltung eines Kondensators und eines Widerstandes. Der nichtinvertierende Eingang (+) des ersten Operationsverstärkers 17 ist über einen weiteren Widerstand mit Masse verbunden.
Dieser erste Operationsverstärker 17 mit seiner Eingangsbeschaltung entspricht dem ersten Subtrahierglied 1 und dem Drehzahlregler 2 gemäss Fig. 2. An seinem Ausgang ist das Sollstromsignal i5011 abgreifbar, es ist den Eingängen der Regelsysteme 31 und 32 zugeführt.
Das Sollstromsignal i501 ist über einen Widerstand an den invertierenden Eingang eines zweiten Operationsverstärkers 18 geführt, welcher Eingang gleichzeitig über einen weiteren Widerstand mit dem Abgriff eines Verspannungssollwertpotentiome- ters 23 und mit dem Ausgang des ersten Signalbegrenzers 4 verbunden ist. Mit dem Verspannungssollwertpotentiometer 23 ist das Verspannungsstromsollwertsignal hil einstellbar.
Der Signalbegrenzer 4 weist zwei Operationsverstärker 34, 35 auf, deren invertierende Eingänge über Widerstände mit den Abgriffen von Sollstrombegrenzungspotentiometern 21, 22 für Richtung 1 bzw. 2 und deren nichtinvertierende Eingänge mit dem Ausgang des zweiten Operationsverstärkers 18 verbunden sind. Die Ausgänge der beiden Operationsverstärker 34 und 35 sind über Widerstände und mit diesen in Reihe geschalteten, entgegengesetzt zueinander gepolten Dioden mit dem invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers 18 verbunden. Mit den Sollstrombegrenzungspotentiometern 21 und 22 sind die Sollstromgrenzwerte + ima,Çl bzw. oZl einstellbar.
Am Ausgang des zweiten Operationsverstärkers 18 ist das Summensollstromsignal i50111 abgreifbar, das über zwei Widerstände den beiden Eingängen eines dritten Operationsverstärkers 19 zugeführt ist. Der nichtinvertierende Eingang dieses Operationsverstärkers 19 ist über einen Polaritätsumschalter 24, der in Abhängigkeit von dem Umschaltsignal der Umschaltlogik 14 umschaltbar ist, mit Masse verbunden. Bei geschlossenem Schaltkontakt des Polaritätsumschalters 24 tritt das Summensollstromsignal i50111 am Ausgang des dritten Operationsverstärkers 19 invertiert auf, bei geöffnetem Schaltkontakt nichtinvertiert. Der Operationsverstärker 19 und der Polaritätsumschalter 24 entsprechen dem Richtungsumschalter 5 von Fig. 2.
Das Ausgangssignal des dritten Operationsverstärkers 19 ist über einen Widerstand dem invertierenden Eingang eines vierten Operationsverstärkers 20 zugeführt. Dieser invertierende Eingang ist zur Stabilisierung des Regelvorganges zusätzlich über einen Widerstand und einen Kondensator mit dem Ausgang des vierten Operationsverstärkers 20 verbunden und über eine Reihenschaltung eines weiteren Widerstandes und eines Gleichrichters 33 mit dem Ausgang eines Wechselstrommessers 13' in den Zuleitungen des Stromrichters 12. Ausserdem ist der invertierende Eingang dieses vierten Operationsverstärkers 20 über eine Reihenschaltung einer Zenerdiode und eines durch das Umschaltsignal U der Umschaltlogik 14 betätigbaren Getriebeschonungsschalters 25 mit dem Ausgang eines fünften Operationsverstärkers 27 verbunden, vgl. Fig. 4.
Der nichtinvertierende Eingang des vierten Operationsverstärkers 20 liegt über einen Widerstand an Masse.
Dieser vierte Operationsverstärker 20 mit seiner Eingangsbeschaltung entspricht dem zweiten Subtrahierglied 8 und dem Stromregler 9 von Fig. 2, wobei die Funktionen des zweiten Signalbegrenzers 6 und des Sollstromstufensteuergliedes 7 durch die Schaltung gemäss Fig. 4 realisiert werden.
Der Ausgang des vierten Operationsverstärkers 20 ist, wie in Fig. 2, über einen Steuerimpulsgeber 10 und einen durch das Umschaltsignal U von der Umschaltlogik 14 gesteuerten Impulsumschalter 11 mit einem Stromrichter 12 verbunden.
Der fünfte Operationsverstärker 27 gemäss Fig. 4 dient zur Bildung des begrenzten Schonungssollstromes iG während einer durch die Umschaltlogik 14 vorgebbaren Zeitdauer tc, vgl. Fig. 5.
Der nichtinvertierende Eingang des fünften Operationsverstärkers 27 ist über einen Widerstand mit Masse verbunden.
Der invertierende Eingang des fünften Operationsverstärkers 27 ist:
1. über einen Widerstand mit einer Eingangsbuchse 28 für ein Drehzahlsollwertbetragssignal, das aus dem Mittelwert aller anderen gleichgerichteten Drehzahlistwertsignale gebildet, (E Inist 1)
2. über einen weiteren Widerstand mit einer Eingangsbuchse 29 für ein Drehzahlistwertbetragssignal (- Inist 1), das aus dem gleichgerichteten invertierten Drehzahlistwertsignal des eigenen Antriebs gebildet ist,
3. über einen Abgriff mit einem Aufholgeschwindigkeitspotentiometer 30 zur Einstellung der zulässigen relativen Aufholgeschwindigkeit der Gleichstrommaschine M1,
4. über eine Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator, ferner
5. über einen weiteren Widerstand und
6.
über eine Reihenschaltung aus einer Zenerdiode und einer zu dieser entgegengesetzt gepolten Diode (Spannungsbegrenzungsschaltung) mit dem Ausgang 26 des Operationsverstärkers 27 verbunden.
Das Strom-Zeit-Diagramm von Fig. 5 zeigt den Verlauf des Sollstromsignals i6 am Ausgang des zweiten Signalbegrenzers 6 in Abhängigkeit von der Zeit t und insbesondere die Wirkung des Sollstromstufensteuergliedes gemäss Fig. 4. Bei einem Drehmomentwechsel der jeweiligen Antriebsmaschine fällt das Sollstromsignal i6 während einer Umschaltpause tu von einem Sollstromgrenzwert imaX auf Null und bleibt dann während einer durch die Umschaltlogik 14 über den Getriebeschonungsschalter 25 vorgebbaren Zeitdauer t0 (Getriebeschonungsumschalter 25 geschlossen) auf einem einstellbaren Bruchteil dieses Sollstromgrenzwertes, dem Schonungssollstrom i6. Dadurch läuft die jeweilige Gleichstrommaschine mit einer vorgebbaren reduzierten Aufholgeschwindigkeit und ermöglicht so eine Getriebeschonung.
Die Zeitdauer t0 wird so bemessen, dass erst nach dem Aufholen des Getriebespiels der Sollstromgrenzwert imaX wirksam wird. Der Wert von i0 ist von der Drehzahlabweichung und von der am Aufholgeschwindigkeitspotentiometer 30 eingestellten Aufholgeschwindigkeit abhängig.
Fig. 6 zeigt den zeitlichen Verlauf des Drehmoments T bzw.
des dazu proportionalen Antriebsstromes I stromgeregelter An triebsmaschinen bei relativ kleinen Drehmomenten bzw. Antriebsströmen für zwei elektrische Gleichstrommaschinen mit Schaltungen nach den Fig. 2 und 3. Die mittlere Kurve zeigt den Verlauf des pro elektrischer Gleichstrommaschine erforderlichen Sollantriebsstromes Soll, um ein gefordertes Drehmoment am Drehwerkszahnkranz Z zu erzeugen. Die obere Kurve zeigt den Verlauf des Ankerstromes 1M1 durch den Anker der Gleichstrommaschine M1 und die untere Kurve den Verlauf des Ankerstromes 1M2 durch den Anker der Gleichstrommaschine M2.
Mit A11 und A12 sind Verspannungsströme der Gleichstrommaschinen M1 und M2 bezeichnet. Für die Gleichstrommaschine M1 erfolgt der NuLldurchgang des Ankerstromes 1M1 und damit des zugehörigen Drehmomentes zu den Zeiten t2 und t3, für die Gleichstrommaschine M2 zu den Zeiten t1 und t4. Würde durch beide Gleichstrommaschinen M1 und M2 der gleiche Sollantriebsstrom 1soii fliessen, so würden beide den Stromnulldurchgang zur gleichen Zeit haben und diesem Zeitpunkt keinerlei Drehmoment auf den Drehwerkszahnkranz Z übertragen, also diesen nicht verspannen.
Fig. 7 zeigt den Antriebsstrom- bzw. Drehmomentverlauf für die Umsteuerung von maximalem Drehmoment bzw. maximalem Antriebsstrom 1marx in einer Richtung auf maximales Drehmoment bzw. maximalen Antriebsstrom -Im, in die dazu entgegengesetzte Richtung für zwei Gleichstrommaschinen M1 und M2. Die Neigung der Kennlinien wird durch Integration des Strom-(Drehmoment-)Sollwertes erreicht. to bezeichnet den Zeitpunkt, zu dem der Umsteuerbefehl bzw. das Umschaltsignal U gegeben wird. tl und t2 bezeichnen die Zeitpunkte für die Stromnulldurchgänge der Gleichstrommaschinen M1 und M2. Die Verspannungsströme sind wieder mit A11 A12 bezeichnet, wie in Fig. 6.
In den Figuren 6 und 7 ist zur Vereinfachung der Darstellung der Umschaltvorgang gemäss Fig. 5 nicht eingezeichnet.
Bei mehreren auf einen Drehwerkszahnkranz wirkenden Motoren können alle Motoren relativ zueinander elektrisch verspannt sein, mindestens jedoch zwei.
Die Summe der durch die Verspannungsströme AIi, A12, erzeugten Zusatzdrehmomente aller am Drehwerkszahnkranz Z angreifenden Antriebe soll Null, insbesondere kleiner als ein vorgebbarer Wert, sein, um ein aus der Summe der Verspannungsmomente resultierendes Antriebs-Drehmoment zu vermeiden.
Im Stillstand werden die auf die Rotoren der Motore M1 M4 mechanisch wirkenden, nicht dargestellten Bremsbacken im elektrisch verspannten Zustand des Zahnradantriebs angezogen und gelöst, um ein Zahnflankenspiel beim Lösen und Anziehen der Bremsen zu verhindern. Damit wird erreicht, dass im Stillstand sowie im Betriebszustand von den Antriebsmaschinen über Getriebe und Ritzel stets unterschiedliche Drehmomente auf den Drehwerkszahnkranz Z übertragen werden, so dass keine Lose auftreten kann. Dies kann durch eine entsprechende zeitabhängige Steuerung der Antriebe und Bremsen erreicht werden.
Die Erfindung ist selbstverständlich auf das in den Figuren dargestellte nicht beschränkt. Das angegebene Verfahren ist allgemein für Drehwerke mit mehr als einem Antrieb anwendbar.
Anstelle der Gleichstromantriebe sind auch geregelte Wechselstrom- bzw. Drehstromantriebe verwendbar.
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PATENT CLAIMS
1. Method for controlling the drive of a slewing gear with gear drive, which acts on a slewing gear ring or gear ring, a) with at least two drive machines (M1 ... M4), b) whereby for the electrical tensioning of the slewing gear with at least two drive machines (M1, M2) In addition to the target drive currents (should), different tension currents (AII, AI2), which can be selected according to direction and size, are superimposed on each drive machine, which correspond to the predefined load torques, which correspond to the different tension torques which act on the slewing gear ring (Z) or drive ring gear and c) which Voltage currents are selected so
that the sum of the tightening torques of all gear drives acting on the slewing gear ring gear or drive ring gear is less than a predeterminable value, characterized in that d) that to protect the transmission when the drive machines (M1, M2) run up from standstill and at each zero crossing of the by the electrically tensioned Drive machines on the torque transferred to the slewing gear ring (Z) or drive ring gear, the drive current (iM1, iM2) for the respective drive machine (M1, M2) is reduced to an adjustable value (iG) for a predeterminable period of time (tG).
2. The method according to claim 1, characterized in that the adjustable value (io) is adjusted as a function of the speed, such that the speed deviation of the respective gear drive compared to the speed actual values of the other drives does not exceed a predefinable limit.
3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a) that drive brakes acting on the machine drive are held in the braking position when starting up from standstill until a predeterminable tensioning torque is built up and b) that when the machine drive stops, the drive brakes are in electrical tightened state of the gear drive.
4. Drive controller for swivel mechanisms for performing the method according to one of the preceding claims a) with a speed controller (2) which, depending on the difference between a predeterminable target speed signal (nSO11) and an actual speed signal (nl) of an electric drive machine (Mx.) To be controlled by the drive ) generates a target current signal (iSo1l), and b) with a first current controller (9) which, depending on the difference between this target current signal (target) and an actual current signal (iMl) of the drive machine (MI), generates a control signal for controlling the torque (T ) the electric drive machine (M1), c) a first adder (3) being connected upstream of this first current regulator (9),
which adds a predeterminable first voltage current setpoint signal (au,) to the setpoint current signal (isoii) to a first total setpoint current signal (isoiii), which is assigned to the amount of a predefinable first torsional torque of a first electric drive machine (M1), the first current regulator (9) and the first summing element (3) are parts of a first control system (31), d) wherein at least one second regulating system (32) is provided with a further current regulator (9) with an upstream further summing element (3) which provides a predefinable value for the desired current signal (sol1) further tension current setpoint signal (Ai2) is added to at least one second total setpoint current signal (soll2) or
subtracted, which is assigned to the amount of a predefinable further tensioning torque of a further electric drive machine (M2), characterized in that e) that the speed controller (2) is followed by a target current stage control element (7), which is the total target current signal (is0111, soll2) for one Predeterminable time period (tc) reduced to a predeterminable, limited protection target current (ic).
5. Drive controller according to claim 4, characterized in that the target current stage control element (7) has a transmission protection switch (25) which, depending on a predefinable switchover signal (U) for switching on and / or switching over the electric drive machine (M1 ... M4) is controllable.
6. Drive controller according to claim 5, characterized in that a) that the transmission protection switch (25) of each control system (31, 32) on the input side (26) is connected to the output of an operational amplifier (27), b) the input side as a function of one The speed setpoint proportional signal is applied, which speed setpoint is formed from the sum of the rectified actual speed signals of all prime movers, except the prime mover (M1), which belongs to its own control system (31), c) which is also on the input side of a rectified and inverted actual speed signal (29 ) the own drive machine (M1) and d) a predeterminable potential which is proportional to the additional relative catch-up speed of the own drive machine (M1),
is applied and e) which transmission protection switch (25) is operatively connected on the output side to the input of the current controller (9) of its own control system (31).
7. Drive controller according to one of claims 4 to 6, characterized in that for each control system (31, 32) at least one signal limiter (4, 6) is provided, which the total set current signal (i ,, ln, iSoll2) to at least one predeterminable set current limit (imaxi, imax limited.
The invention is based on a method for controlling the drive of a swivel mechanism according to the preamble of claim 1. The invention also relates to a drive controller for swivel mechanisms.
With the preamble of claim 1, the invention relates to a state of the art, as is known from the journal: control engineering practice, Volume 17, Issue 10, October 1975, pp 311 to 315. There, two motors act on a telescopic drive wheel via electrically tensioned gears. Both motor circuits work with speed control with subordinate current feedback. In the Swiss BBC company publication No. D HS 90 128 aD II / 4, Veritron double converter type series AAD, three-phase connection 35 A ...
875 A (1980/81) p. 13 ff., A speed controller with limited current rise speed di / dt for the armature current of a drive motor is described, with which a protection of the transmission when starting from standstill or after reversing the current direction by a setpoint specification in two stages for a gentle change the tooth flanks of a gear drive ensures. The current setpoint is kept at a fraction of a controller setpoint specification during a predefinable transmission protection time.
With slewing gear drives for gosse-Piuslegeruon excavators, cranes and similar devices, problems arise for the electric drive, which are caused on the one hand by the large masses to be moved and on the other hand by the transmission behavior in the mechanical drive system.
A boom A of such a device, shown schematically in FIG. 1, can reach a radius of 100 m and more. The rotational movement in relation to the basic device is normally achieved by a tooth connected to the boom
ring Z and several sprockets Ril ... Ri4 fixed in the basic unit.
With large sprockets, the teeth are usually not very precise. Milled teeth or pinion teeth are possible for the ring gear. There is a backlash between the pinions and the sprocket, which has a disruptive effect when loosening the boom, but also when the wind is at a standstill and when ships are lurching. Impacts on the tooth flanks can occur, which can lead to fatigue fractures on the teeth or damage to the boom construction. Since the swiveling movement of large booms is very slow, reduction gears G1 ... G4 with a reduction ratio of 1: 400 and more are provided between drive motors M .... M4 and pinions Ri ... Ri4.
As a result, the play of the entire mechanical drive system can correspond to several revolutions of the motor shaft.
So that the ring gear can be kept small, there are always several pinions and drive motors or machines which drive or brake the ring gear with the same torque. With this arrangement, the tooth flank backlash is caught up by all drives at the same time when the torque is changed. There is also a game when stopping, since all tooth flanks from the previous movement are created in the same direction.
With regard to the relevant state of the art, reference is also made to the electrical engineering paperback, volume 5, elements and assemblies of electrical engineering, VEB Verlag Technik Berlin (1980) Fig. 2.140 a), from which e.g. a DC drive with speed control and subordinate current control is known, but no electrical tension between several drives.
The invention, as characterized in the claims, solves the problem of specifying a method and designing a drive controller in such a way that several pinions are braced against one another in terms of drive and thus the slack is eliminated when the motor is at a standstill and in operation.
An advantage of the invention is that the gears for the transmission of drive torques, in particular in the case of large and heavy swivel mechanisms, do not have to be designed with increased precision in order to prevent looseness. Fractures of teeth can be avoided and the susceptibility to faults of the gear drives can be reduced.
When the total torque is slowly reversed, the individual drives successively change the direction of the torque and thus no unguided state occurs. This is particularly advantageous for floating cranes, which can lurch in the swell, but also for excavators traveling on caterpillars.
When switching the individual drives, an increased tooth load on the pinion or ring gear can nevertheless occur. It is therefore used to protect the transmission, known per se, which, after the torque change, reduces the torque or current setpoint for an adjustable time and thus causes the gear play to be made up with reduced torque.
If the gear play is very large, the above-mentioned measure may not be sufficient. The reduced current limit value can cause the motor to accelerate the driven pinion when catching up on the gear play, so that the pinion tooth flank then strikes the tooth flank of the ring gear at too high a speed.
In order to avoid this, it is provided that the reduced current limit is not specified during the changeover time, but instead is formed as a function of a setpoint / actual value comparison. This prevents the teeth from striking too quickly after catching up on the tooth flank play.
The invention is explained below using exemplary embodiments. Show it:
1 shows a basic arrangement of a slewing gear drive with four drives, as described above,
2 shows a basic circuit of a drive controller with electrical gear bracing,
3 is a control circuit with electrical gear tension in detail,
4 shows a nominal current stage control element for generating a reduced nominal current value during a predeterminable period of time,
5 shows a current-time diagram to explain the effect of the desired current stage control element according to FIG. 4,
Fig. 6 is a current-time diagram for two electric drive machines at low torques and armature currents and
7 is a current-time diagram for the reversal of a maximum torque or
Armature current in one direction to maximum torque or maximum armature current in the opposite direction for two prime movers.
In the basic circuit shown in FIG. 2 for a drive controller with electrical gear tensioning, 1 denotes a first subtractor which subtracts an actual speed signal nl from a predefinable target speed signal n5011. The actual speed signal nl is derived from a tachometer generator TGI, which is rigidly coupled to the drive axis of a direct current machine or a direct current motor M1.
The output signal of the first subtractor 1 is fed to a speed controller 2, at the output of which a target current signal i50i can be tapped. This setpoint current signal i ,, ll is fed to several control systems of the same structure for current control of several DC motors M1 ..., only two control systems with two motors M1 and M2 being shown in FIG.
The same components are provided with the same reference numbers. Different signals are distinguished by different indices with reference to control systems 1 and 2. The following description refers to control system 1.
In a summing element 3, a predeterminable tension current setpoint signal dil is added to the setpoint current signal i1.
The output signal of the summing element 3 is limited in its amplitude in a first signal limiter 4 to a target current limit value + imaXl if it is greater than this target current limit value.
At the output of the first signal limiter 4, a summation target current signal isolll can be tapped, which is fed to a direction switch 5 and a switching logic 14. A circuit diagram for such a switching logic is e.g. can be found in the above-mentioned BBC company publication No. D HS 90 128 aD all / 4, p. 22. The direction switch 5 (+ 1) enables four-quadrant operation of the direct current machine M1. The switchover logic 14 supplies a switchover signal U to the direction switch 5, to a desired current stage control element 7 and to a pulse switch 11 for a converter 12 with current leads L1, L2, L3; it causes a switching of the current direction free of circulating current as a function of the polarity of the total set current signal iSolll.
The output signal of the direction switch 5 is fed to a second signal limiter 6, in which, depending on the output signal of the desired current stage control element 7, it is kept at a limited protection target current ic in amplitude only when the direct current motor M1 is switched over for a predeterminable period of time tG.
Fig. 5.
In a second subtractor 8, an actual current signal iM1 of the armature of the direct current machine M1 determined by means of a direct current meter 13 is subtracted from the output signal of the second signal limiter 6. The output signal of this second subtractor 8 is fed to a current regulator 9, which controls a control pulse generator 10. On the output side, the control pulse generator 10 supplies a control signal Ust to the converter 12 via the pulse switch 11.
The bracing currents for the DC machines M1, .... are selected so that the sum of the bracing torques of all gear drives acting on the slewing gear ring gear or drive ring gear is less than a predeterminable value. This is in connection with the Fig.
6 and 7 discussed in more detail.
FIG. 3 shows an example of a control circuit with an electrical transmission bracing with two control systems 31 and 32. The control system 32 has the same circuit as the control system 31. The reference numbers in FIG. 2 also apply to the same parts in FIG. 3.
The target speed signal N5011 can be set by means of a speed setpoint potentiometer 15. The tap of this speed setpoint potentiometer 15 is connected via an integrating element 16 and a resistor to the inverting input (-) of a first operational amplifier 17. The actual speed signal n1 from the output of the tachometer generator TG1 coupled to the rotor of the direct current motor M1 is fed to this inverting input via another resistor. To stabilize the control process, a stabilizing element is provided between the output and inverting input of the first operational amplifier 17, consisting of a series connection of a capacitor and a resistor. The non-inverting input (+) of the first operational amplifier 17 is connected to ground via a further resistor.
This first operational amplifier 17 with its input circuit corresponds to the first subtractor 1 and the speed controller 2 according to FIG. 2. The target current signal i5011 can be tapped off at its output and is fed to the inputs of the control systems 31 and 32.
The target current signal i501 is fed via a resistor to the inverting input of a second operational amplifier 18, which input is simultaneously connected via a further resistor to the tap of a voltage setpoint potentiometer 23 and to the output of the first signal limiter 4. The tension current setpoint signal hil can be set with the tension setpoint potentiometer 23.
The signal limiter 4 has two operational amplifiers 34, 35, the inverting inputs of which are connected via resistors to the taps of setpoint current limiting potentiometers 21, 22 for directions 1 and 2, and the non-inverting inputs of which are connected to the output of the second operational amplifier 18. The outputs of the two operational amplifiers 34 and 35 are connected to the inverting input of the second operational amplifier 18 via resistors and diodes which are connected in series and have opposite polarity. The target current limit values + ima, Çl and oZl can be set with the target current limiting potentiometers 21 and 22.
At the output of the second operational amplifier 18, the total nominal current signal i50111 can be tapped, which is supplied to the two inputs of a third operational amplifier 19 via two resistors. The non-inverting input of this operational amplifier 19 is connected to ground via a polarity switch 24, which can be switched as a function of the switch signal of the switch logic 14. When the switching contact of the polarity changeover switch 24 is closed, the summation target current signal i50111 occurs inverted at the output of the third operational amplifier 19, and when the switching contact is open it does not invert. The operational amplifier 19 and the polarity switch 24 correspond to the direction switch 5 of FIG. 2.
The output signal of the third operational amplifier 19 is fed via a resistor to the inverting input of a fourth operational amplifier 20. In order to stabilize the control process, this inverting input is additionally connected via a resistor and a capacitor to the output of the fourth operational amplifier 20 and, via a series connection of a further resistor and a rectifier 33, to the output of an AC meter 13 ′ in the feed lines of the converter 12 the inverting input of this fourth operational amplifier 20 is connected to the output of a fifth operational amplifier 27 via a series connection of a zener diode and a transmission protection switch 25 which can be actuated by the changeover signal U of the changeover logic 14, cf. Fig. 4.
The non-inverting input of the fourth operational amplifier 20 is connected to ground via a resistor.
This fourth operational amplifier 20 with its input circuit corresponds to the second subtractor 8 and the current controller 9 of FIG. 2, the functions of the second signal limiter 6 and the desired current stage control element 7 being realized by the circuit according to FIG. 4.
As in FIG. 2, the output of the fourth operational amplifier 20 is connected to a converter 12 via a control pulse generator 10 and a pulse switch 11 controlled by the switchover signal U from the switchover logic 14.
The fifth operational amplifier 27 according to FIG. 4 serves to form the limited protection target current iG during a time period tc which can be predetermined by the switching logic 14, cf. Fig. 5.
The non-inverting input of the fifth operational amplifier 27 is connected to ground via a resistor.
The inverting input of the fifth operational amplifier 27 is:
1. via a resistor with an input socket 28 for a speed setpoint value signal, which is formed from the mean of all other rectified actual speed value signals, (E Inist 1)
2. via a further resistor with an input socket 29 for an actual speed value signal (- Inist 1), which is formed from the rectified inverted actual speed signal of the own drive,
3. via a tap with a catch-up potentiometer 30 for setting the permissible relative catch-up speed of the DC machine M1,
4. via a series connection of a resistor and a capacitor, further
5. about further resistance and
6.
connected to the output 26 of the operational amplifier 27 via a series circuit comprising a Zener diode and a diode (voltage limiting circuit) which is polarized opposite thereto.
The current-time diagram of FIG. 5 shows the course of the target current signal i6 at the output of the second signal limiter 6 as a function of the time t and in particular the effect of the target current stage control element according to FIG. 4. When the torque of the respective drive machine changes, the target current signal i6 drops during a switchover pause tu from a target current limit value imaX to zero and then remains for a period of time t0 that can be predetermined by the switchover logic 14 via the gearbox protection switch 25 (gearbox protection switch 25 closed) on an adjustable fraction of this target current limit value, the protection target current i6. As a result, the respective DC machine runs at a predeterminable, reduced catch-up speed and thus enables the transmission to be protected.
The time period t0 is dimensioned such that the target current limit value imaX only becomes effective after the gear backlash has been made up. The value of i0 depends on the speed deviation and on the catch-up speed set on catch-up potentiometer 30.
6 shows the time course of the torque T or
of the proportional drive current I current-controlled drive machines at relatively small torques or drive currents for two electric DC machines with circuits according to FIGS. 2 and 3. The middle curve shows the course of the required drive current required per electric DC machine to achieve a required torque on the rotating gear ring Z. to create. The upper curve shows the course of the armature current 1M1 through the armature of the direct current machine M1 and the lower curve shows the course of the armature current 1M2 through the armature of the direct current machine M2.
A11 and A12 denote tension currents of the DC machines M1 and M2. For the DC machine M1, the armature current 1M1 and thus the associated torque pass through at zero times t2 and t3, for the DC machine M2 at times t1 and t4. If the same target drive current 1soii were to flow through both direct current machines M1 and M2, then both would have the zero current crossing at the same time and would not transmit any torque to the slewing gear ring Z at this point in time, that is to say not tension it.
Fig. 7 shows the drive current or torque curve for the reversal of maximum torque or maximum drive current 1marx in one direction to maximum torque or maximum drive current -Im, in the opposite direction for two DC machines M1 and M2. The inclination of the characteristic curves is achieved by integrating the current (torque) setpoint. to denotes the time at which the changeover command or the changeover signal U is given. tl and t2 denote the times for the zero current crossings of the direct current machines M1 and M2. The tension currents are again designated A11 A12, as in FIG. 6.
FIGS. 6 and 7 do not show the switchover process according to FIG. 5 to simplify the illustration.
In the case of several motors acting on a slewing gear ring, all motors can be electrically tensioned relative to one another, but at least two.
The sum of the additional torques generated by the tension currents AIi, A12 of all drives acting on the slewing ring gear Z should be zero, in particular less than a predeterminable value, in order to avoid a drive torque resulting from the sum of the tension moments.
At a standstill, the brake shoes, not shown, which act mechanically on the rotors of the motors M1 M4, are tightened and released in the electrically tensioned state of the gear drive in order to prevent backlash when releasing and applying the brakes. This ensures that different torques are always transmitted to the slewing ring gear Z when the machine is at a standstill and in the operating state, so that no backlash can occur. This can be achieved by a corresponding time-dependent control of the drives and brakes.
The invention is of course not limited to that shown in the figures. The specified procedure is generally applicable for slewing gear with more than one drive.
Instead of the direct current drives, regulated alternating current or three-phase drives can also be used.