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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschleunigen einer Anlage
und eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
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Bei
industriellen Anlagen werden Einrichtungen zum Transport von Gütern eingesetzt.
Insbesondere sind dazu von elektrischen Antrieben bewegte Förderbänder oder
Förderketten
bekannt oder von elektrischen Antrieben bewegte Transportwagen.
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Ein
elektrischer Antrieb umfasst im einfachsten Fall einen elektrischen
linearen oder rotatorischen Motor.
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Bei
manchen Anwendungen umfasst ein Antrieb einen rotatorischen Motor
und ein von diesem angetriebenes Getriebe, das wiederum ein Förderband
mit Gütern
antreibt. Das Förderband
mit Gütern stellt
eine Last dar. Meist weist ein solches System ein Spiel zwischen
Antrieb und Last auf, das vom Antrieb beim Beschleunigen der Last
zu überwinden
ist.
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Bei Änderung
der Beschleunigung solcher Systeme, insbesondere beim Einschalten
der Anlage, sind die Güter
einem starken Ruck ausgesetzt, der ein kritisches Maß überschreiten
kann. Dies kann sogar zu Unfällen,
wie Auslaufen von Flüssigkeiten aus
Flaschen oder dergleichen, oder zu Zerstörungen, wie beispielsweise
Zerschlagen von Flaschen, führen.
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Ein
Antrieb kann auch linear ausgeführt
sein und umfasst dann einen elektrischen Linearmotor, beispielsweise
einen linearen Asynchron- oder einen linearen Synchronmotor. Meist
weisen solche Systeme auch ein lineares, also translatorisches,
Spiel auf, das von dem Antrieb beim Beschleunigen der Last zu überwinden
ist. Bei Änderungen
der Beschleunigung treten ebenfalls Rucke auf.
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Beispielsweise
tritt ein translatorisches Spiel auf, wenn der Linearmotor eine
Last mittels eines Seiles oder einer Kette zieht, das im stillstehenden Zustand
durchhängt
und im Nennbetrieb gespannt ist.
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Zum
sanften Anlauf von Anlagen sind sogenannte Sanftanlaufgeräte zur Versorgung
elektrischer Motoren bekannt. Beim Starten des Antriebs stellen
diese Sanftanlaufgeräte
eine von einer Anfangsspannung ausgehende, zeitlich anwachsende Versorgungsspannung
dem elektrischen Motor zur Verfügung.
Anfangsspannung und Anstiegsgeschwindigkeit der Spannung sind vorwählbar. Bei den
beschriebenen Anlagen mit Spiel ist unter Verwendung solcher Sanftanlaufgeräte ein Ruck
auch dann nicht vermeidbar, wenn eine extrem langsame Anstiegsgeschwindigkeit
vorgewählt
wird.
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Aus
der
DE 43 40 251 C2 ist
eine Antriebsstation für
bergmännische
Maschinen und Kettenkratzförderer
bekannt. Dabei wird ein Antrieb mit polumschaltbaren Elektromotoren
(Spalte 5, Zeile 23), einer Sicherheitskupplung und einer thermische Überwachung
beschrieben. Dabei wird bei Erreichen einer oberen oder unteren
Grenzdrehzahl der polumschaltbare Motor umgeschaltet (Spalte 3,
Zeilen 12, 23). Außerdem
ist noch eine Sicherheitsrutschkupplung zum Schutz des Antriebs
eingesetzt. Nachteilig ist dabei, dass Schockbelastungen ausgeschlossen werden
müssen,
weil sie nach dem Regelverfahren der E1 nicht beherrscht werden
können
und daher der Antrieb abgeschaltet wird (Spalte 3, Zeilen 31 bis 39).
Sprunghafte Belastungsanstiege müssen
nachteiligerweise durch die aufwendige und teure Sicherheitsrutschkupplung
abgefangen werden. Außerdem sind
polumschaltbare Motoren kostspielig.
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Aus
der
DE 44 33 581 A1 ist
eine Antriebseinheit für
Förderanlagen
im Bergbau bekannt. Dabei werden Drehzahlmesser (Spalte 2 Zeile
43 und Beschreibung Bezugszeichen 14) verwendet und ein stufenfömiger Verlauf
des Drehmoments gesteuert. Nachteilig ist dabei, dass der stufenförmige Drehmomentenverlauf
bei einer Anlage mit Spiel zu einem großen Ruck führt! Die erste von Null verschiedene Drehmomentstufe
stellt nämlich
eine konstante Winkelbeschleunigung während der Überwindung des Spiels dar.
Somit trifft der Motor nach Überwindung des
Spiels hart auf und es wird ein Ruck erzeugt. Natürlich kann
auch eine Drehmomentstufe gewählt werden,
die sich von Null nur gering unterscheidet und somit nur einen winzigen
Ruck erzeugt. Jedoch dauert dann die Überwindung des Spiels extrem lang.
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Aus
der Veröffentlichung „DE-Z Fördern und Heben
S. 46 (1996)" ist
eine Stern-Dreieckumschaltung
beim Anfahren bekannt. Nachteilig ist dabei, dass – wie auch
bei der Polumschaltung – der
Motor nur zwei Betriebsmöglichkeiten
hat und er somit bei Spielüberwindung
mit einem niedrigeren Drehmoment und nach Ruck und Spielüberwindung
mit einem Nennmoment betrieben wird. Somit sind wiederum die schon
genannten Nachteile vorhanden.
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Aus
der Veröffentlichung „DE-Z Braunkohle 51
(1999)" ist ein
drehzahlgeregelter Umrichter mit aufwendiger und kostspieliger Drehmomentenregelung
bekannt. Auf Seite 157, vorletzter Absatz, wird als optimale Lösung ein
Umrichter aufgeführt.
Nachteilig ist dabei, dass mit dem Umrichter die Spannung nur langsam
geändert
wird (Seite 158, mittlere Spalte, 2. Absatz) und somit der sanfte
Anlauf gewährleistet
wird.
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Aus
der
DE 3335237 A1 ist
ein Verfahren zur Regelung eines Elektromotors bekannt, bei welchem die
Drehzahl im lastfreien Leerlaufbetrieb automatisch abgesenkt wird.
Dazu ist eine Regelschaltung ausgeführt, die den Motorstrom erfasst.
Diese bewirkt eine Drehzahlumschaltung zwischen zwei Drehzahlen,
nämlich
der Leerlaufdrehzahl und der Nenndrehzahl (Seite 11, 2. Absatz,
vierte bis sechste Zeile). Nachteilig ist dabei, dass der Strom
aufwendig und kostspielig erfasst werden muss (Anspruch 1 Zeile
6 und Figuren mit Beschreibung) und eine komplizierte, aufwendige
und kostspielige Regelschaltung eingesetzt werden muss. Nachteilig
ist des Weiteren, dass wiederum ein Ruck bei Überwindung des Spiels entsteht,
da der Antrieb mit der Leerlaufdrehzahl am Ende des Spiels auftrifft.
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Aus
der
DE 689 17 083
T2 ist eine Steuerungseinrichtung für elektrische Mehrfachgeschwindigkeitsmotoren,
also polumschaltbare Motoren, bekannt (E6, Seite 2, Zeilen 15 –17). Dabei
wird mit zwei Schaltern und einem PTC- Widerstand zwischen zwei
Drehzahlen umgeschaltet. Nachteilig ist dabei, dass wie auch bei
der Polumschaltung der Motor nur zwei Betriebsmöglichkeiten hat und er somit während der
Spielüberwindung
mit einem niedrigeren Drehmoment und nach Spielüberwindung und Ruck mit einem
Nennmoment betrieben wird.
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Aus
der
DE 198 31 121
A1 ist eine mehrstufige Anlaufschaltung bekannt, die das
Anlaufen verbessert, wenn eine hohe Last anliegt. Nachteilig ist dabei,
dass kein Verfahren zur Überwindung
des Spiels ohne Ruck am Ende der Überwindung des Spiels vorliegt.
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Aus
der PS 35 21 740 C2 ist eine Steuerschaltung für einen Elektromotor bekannt.
Dabei steigt der eingeprägte
Strom oder die eingeprägte Spannung
beim Einschalten von 0 sofort und sprunghaft auf einen Wert. Danach
steigt die Spannung oder der Strom weiter exponentiell an.
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Nachteilig
ist dabei, dass kein Verfahren zur Überwindung des Spiels ohne
Ruck am Ende der Überwindung
des Spiels vorliegt. Sondern es wird ein Ruck erzeugt, da ab Einschalten
und vor Auftreffen die Drehzahl immer weiter beschleunigt wird,
einerseits schon bei dem Wert und andererseits auch erst recht in
der exponentiellen Phase.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Beschleunigen
einer Anlage und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weiterzubilden
unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile. Insbesondere soll beim
Beschleunigen ein auftretender Ruck vermindert oder verhindert werden,
das Beschleunigen trotzdem schnell, also in kurzer Zeit, ausführbar sein,
und die Lösung
einfach und kostengünstig
sein.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe bei dem Verfahren zum Beschleunigen einer Anlage nach den in
Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und bei der Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens nach den in Anspruch 16 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wesentliches
Merkmal der Erfindung bei dem Verfahren ist, dass das Verfahren
folgende Schritte umfasst:
- – beim Beschleunigen wird die
Versorgungsspannung des mindestens einen Antriebs derart beeinflusst,
dass eine Spannungszeitfläche
der Versorgungsspannung erreicht wird, wobei die Spannungszeitfläche derart
vorgewählt
wird, dass das Spiel überwunden
wird,
- – nach Überwindung
des Spiels wird die Versorgungsspannung auf zumindest einen Wert
oder einen Verlauf gesteuert, insbesondere zur Durchführung eines
Nennbetriebs.
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Von
Vorteil ist dabei, dass der Antrieb zuerst das Spiel überwindet,
wobei die Versorgungsspannung des Antriebs während dieser Zeit derart beeinflusst
wird, dass ein Wert für
eine Spannungszeitfläche
vorwählbar
ist. Der Bediener kann also einen Wert vorwählen, der gerade eine solche
Spannungszeitfläche
darstellt, dass der Antrieb 'mit
letztem Schwung' das
Spiel überwindet
und bei Überwindung des
Spiels beispielsweise fast steht oder sich sehr langsam bewegt.
Danach auftretende Beschleunigungen bzw. Momente können vom
Motor danach aufgebaut werden und bleiben unterhalb einer kritischen
Größe ihrer Änderung.
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Bei
Antrieben mit Seilen oder Ketten sind somit diese beim Beschleunigen
zuerst spannbar mit wenig Drehmoment. Danach ist die Last beschleunigbar
mit vollem Drehmoment.
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Bei
Ingangsetzen oder Beschleunigung einer stehenden Anlage mit zu Beginn
entmagnetisiertem Motor muss der elektrische Motor – im rotatorischen Fall
zusammen mit seinem Getriebe – zuerst
ein Moment bzw. im translatorischen Fall eine Kraft aufbauen und
die Haftreibung überwinden.
Dazu ist im rotatorischen Fall ein Mindestmoment notwendig, beim Linearmotor
eine Mindestkraft.
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Nach Überwindung
der Haftreibung muss der Antrieb nur noch Gleitreibungsmomente bzw. -kräfte überwinden,
die wesentlich geringer sind als die Haftreibung. Der Antrieb arbeitet
währenddessen im
Bereich des Spiels und nutzt im rotatorischen Fall die Differenz
seines erzeugten Moments und des Gleitreibungsmoments zur Winkelbeschleunigung seines
Rotors und gegebenenfalls seines Getriebes. Im translatorischen
Fall nutzt der Linearmotor die Differenz seiner erzeugten Kraft
und der Gleitreibungskraft zur Beschleunigung seines beweglichen
Teils.
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Wenn
während
dieser Zeit eine zu große Versorgungsspannung
oder eine zu große
Spannungszeitfläche
der Versorgungsspannung dem Antrieb zur Verfügung steht, würde der Antrieb
zu stark beschleunigen und nach Überwindung
des Spiels mit einem großen
Impuls bzw. Drehimpuls auf die Last stoßen und mit der Nennkraft bzw.
dem Nennmoment des Antriebs auf die Last wirken. Daher würde sich an
diesem Zeitpunkt die Beschleunigung stark ändern und somit einen großen Ruck
ausüben.
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Erfindungsgemäß ist aber
die Spannungszeitfläche
vorwählbar
auf einen geeigneten Wert. Vorteilhaft ist dabei, dass ein Wert
ermöglicht
ist, der einen solchen Ruck verhindert oder zumindest vermindert.
Außerdem
ist das Festlegen einer Spannungszeitfläche in einfacher und kostengünstiger Weise
ausführbar.
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Die
Erfindung umfasst auch Anlagen, bei denen rotatorische und translatorische
Antriebe zusammen wirksam sind, wobei
die Spannungszeitfläche derart
vorgewählt
wird, dass im rotatorischen Fall die Drehzahl des elektrischen Motors
bei Beendigung der Überwindung
des Spiels kleiner ist als die Drehzahl bei Nennbetrieb oder im
translatorischen Fall die Geschwindigkeit des elektrischen Motors
bei Beendigung der Überwindung
des Spiels kleiner ist als die Geschwindigkeit bei Nennbetrieb.
Von Vorteil ist dabei, dass durch das Vorwählen ein langsames Bewegen
des Motors oder auch Antriebs bei Beendigung der Überwindung
des Spiels einstellbar ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Spannungszeitfläche mindestens
eines Antriebs derart vorgewählt,
dass im rotatorischen Fall das Abtriebsdrehmoment des Antriebs oder
im translatorischen Fall die Vorschubskraft des Antriebs bei Beendigung
der Überwindung
des Spiels einen kritischen Wert nicht überschreitet. Von Vorteil ist
dabei, dass die jeweilige Beschleunigung des Motors klein wählbar ist
bei Beendigung der Überwindung
des Spiels und somit die Möglichkeit
des Auftretens eines zu großen
Ruckes verhinderbar ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird zur Erzeugung der Spannungszeitfläche die
Versorgungsspannung an- und abgeschaltet. Von Vorteil ist dabei,
dass mit sehr einfachen Mitteln und einem solch einfachen Verfahren
die Spannungszeitfläche vor
Beendigung der Überwindung
des Spiels beeinflussbar und verminderbar ist.
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Bei
einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung wird die Versorgungsspannung
mittels mindestens einer elektronischen Vorrichtung beeinflusst,
die Mittel zum An- und Abschalten der Versorgungsspannung und/oder
Mittel zum Reduzieren der Versorgungsspannung des elektrischen Motors
umfasst. Von Vorteil ist dabei, dass die Spannungszeitfläche vor
Beendigung der Überwindung
des Spiels beeinflussbar und verminderbar ist.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Spannungszeitfläche unter
Verwendung eines Verfahrens der Phasenanschnittsteuerung von Thyristoren
oder entsprechenden elektronischen Schaltern beeinflusst oder vorgewählt. Von Vorteil
ist dabei, dass ein bekanntes Verfahren einsetzbar ist und somit
nur diejenige zeitliche Folge der Ansteuerung realisiert werden
muss, die eine Reduzierung im erfindungsgemäßen Sinne zur Folge hat.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Mittel zum
An- und Abschalten der Versorgungsspannung mindestens einen Schalter zum Öffnen und
Schließen
des Sternpunktes des elektrischen Motors auf. Von Vorteil ist dabei,
dass nur ein Punkt elektrisch abgeschaltet werden muss.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Spannungszeitfläche erzeugt,
indem für mindestens
ein Zeitintervall der Sternpunkt geöffnet und davor und danach
der Motor an die volle Versorgungsspannung zum Nennbetrieb angelegt.
Die Spannungszeitfläche
wird also erzeugt, indem für
einen Zeitabschnitt bis zum Zeitpunkt t1 der
Sternpunkt geschlossen und danach bis zum Zeitpunkt t2 geöffnet wird
und nach dem Zeitpunkt t2 geschlossen wird. Von
Vorteil ist dabei, dass in einfachster Art und Weise die Spannungszeitfläche beeinflussbar
ist.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden die Werte t1 und t2 vorgewählt. Von
Vorteil ist dabei, dass verschiedene Spannungszeitflächen wählbar sind
und somit das Verhalten der Anlage optimierbar ist.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Versorgungsspannung
mittels eines Umrichters beeinflusst. Von Vorteil ist dabei, dass verschiedene
Spannungszeitflächen
steuer- und sogar
regelbar sind.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist mindestens ein Antrieb
rotatorisch oder translatorisch ist. Von Vorteil ist dabei, dass
das erfindungsgemäße Verfahren
auch bei einer komplexen Anlage mit mehreren translatorischen und/oder
rotatorischen Achsen einsetzbar ist.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe bei einer Vorrichtung nach den in Anspruch 12 angegebenen Merkmalen
gelöst.
Dabei wird eine elektronische Vorrichtung zum An- und Abschalten
und/oder Reduzieren der Versorgungsspannung für den Motor eingesetzt zur
Beeinflussung der Spannungszeitfläche. Somit ist vorteiligerweise
das erfindungsgemäße Verfahren
in einfacher Weise realisierbar.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung die Versorgungsspannung
mittels mindestens einer elektronischen Vorrichtung beeinflusst
wird, die Mittel zum Öffnen
oder Schließen
des Sternpunkts eines Drehstrommotors umfasst. Von Vorteil ist dabei, dass
nur ein elektronischer Schalter mit zugehöriger Ansteuerung notwendig
ist.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Versorgungsspannung
mittels mindestens einer elektronischen Vorrichtung beeinflusst,
die Mittel zum An- und Abschalten oder Mittel zum Reduzieren der
Versorgungsspannung des elektrischen Motors umfasst. Von Vorteil
ist dabei, dass viele Möglichkeiten
zur Erzeugung einer reduzierten Spannungszeitfläche realisierbar sind.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert:
In der 1 ist eine erfindungsgemäße translatorische
Transportvorrichtung gezeigt, die als Antrieb einen Linearmotor 1 zum
Antreiben einer Last 2 aufweist, wobei Linearmotor 1 und
Last 2 über
ein Seil 3 verbunden sind und sich auf einer Bahn 5 bewegen. Das
Seil verursacht ein lineares, also translatorisches, Spiel. Der
Linearmotor 1 ist als Asynchronmotor ausgeführt und
weist ein Schwert 4 als Sekundärteil auf. Die Primärspulen
sind nicht eingezeichnet. Der Linearmotor erhält seine Versorgungsspannung über eine
Vorrichtung, mittels der die Spannungszeitfläche beeinflussbar ist. Diese
Vorrichtung kann den Motor von der Versorgungsspannung trennen öder diese
an ihn anlegen. Somit ist die Spannungszeitfläche beeinflussbar. Ein Erniedrigen
der Versorgungsspannung beeinflusst ebenfalls die Spannungszeitfläche.
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Als
Spannungszeitfläche
ist die zeitliche Integration der Effektivspannung verwendbar. Ebenfalls
ist auch als Spannungszeitfläche
die zeitliche Integration der Spannungszeigerlänge verwendbar. Auch verwandte
Größen sind
statt der Spannungszeitfläche
verwendbar, wie die zeitliche Integration der gleichgerichteten
Spannung in einer Phase oder ähnliche
Größen.
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Im
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel der 1 wird von der Vorrichtung
eine Phasenanschnittsteuerung für
Thyristoren verwendet, die den Sternpunkt der Primärwicklung
schließt
oder öffnet. Somit
ist auch eine Effektivspannung zwischen Null und Netz-Nennwert einstellbar.
Es ist auch ein Anlegen einer von Null verschiedenen Spannung zeitabschnittsweise
ausführbar.
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Im
Folgenden soll das angewandte erfindungsgemäße Verfahren erläutert werden.
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Zu
Beginn stehen der Linearmotor 1 und die Last 2 in
der in 1 eingezeichneten
Position mit entspanntem Seil 3. Der Linearmotor 1 mit
Schwert 4 ist ohne Magnetisierung und Impuls, steht also.
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Zu
Beginn wird nun für
einige wenige Netzperioden mittels der Phasenanschnittsteuerung
zeitweise der Sternpunkt derart geschlossen, dass ein gewisser Wert
der Spannungszeitfläche
der Motorspannung erreicht wird. Durch Eingabemittel können die
charakteristischen Zeiten, wie Zeitabschnitte oder Zeitpunkte beeinflusst
werden. Somit steht dem Linearmotor 1 in dieser Zeit Energie
zum Aufbau einer Magnetisierung und einer Vorschubskraft zur Verfügung. Wenn
diese Vorschubskraft die Haftreibungskraft überwunden hat, fängt der
Linearmotor an sich zu bewegen und muss danach nur noch die Gleitreibung überwinden.
Der Linearmotor wird mit der Differenz aus Vorschubskraft und Gleitreibungskraft
beschleunigt und erhöht
somit seinen Impuls.
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Der
Einstellwert der Eingabemittel, also die Beeinflussung der charakteristischen
Zeiten, wird derart optimiert, dass die Vorrichtung dem Linearmotor
nur so wenig und kurz Versorgungsspannung zur Verfügung stellt,
dass der Linearmotor gerade eine vernachlässigbare Geschwindigkeit aufweist,
wenn das Seil gespannt ist. Zu diesem Zeitpunkt ist das translatorische
Spiel überwunden.
Und der Linearmotor erhält
nun seine Nennspannung oder gegebenenfalls seinen Spannungsverlauf
für den
Nennbetrieb.
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Beim
und nach Spannen des Seils bewirkt der Impulsstoß mit der Last einen Kraftstoß auf die Last.
Da zu dieser Zeit das Spiel überwunden
ist, erhält
der Motor die für
seinen Nennbetrieb notwendige Versorgungsspannung. Die auf die Last
dann wirksame Kraft setzt sich aus der Vorschubskraft des Linearmotors,
vermehrt um diesen Kraftstoß,
und den Reibungskräften
zusammen. Der Kraftstoß entsteht insbesondere
durch den Abbau des während
der Überwindung des
Spiels angesammelten Impulses. Insgesamt muss diese Gesamtkraft
bei Spannen des Seils größer sein
als die Haftreibung der Last. Nach der Überwindung der Haftreibung
wirkt dann die Vorschubskraft des Linearmotors abzüglich der
Reibungskräfte.
Dies gilt jedoch nur bei der erfindungsgemäß optimierten Einstellung.
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Bei
Einstellung einer zu großen
Spannungszeitfläche
vor Überwindung
des Spiels kann – abhängig von
den Systemparametern wie Massen, Größe des Spiels und Leistungsklasse
des Motors – nach Spannen
des Seils der Stoß derart
sein, dass der Linearmotor so verzögert wird und die Last derart
beschleunigt wird und einen Ruck erfährt, dass das Seil wieder entspannt
wird und sich erst danach wieder spannt. Das System ist unter Umständen sogar
gedämpft
schwingfähig.
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Daher
muss der Einstellwert der Eingabemittel für die Spannungszeitfläche je nach
Massen, Motorenleistungsklasse und Größe des Spiels vorsichtig und
genau optimiert und eingestellt werden. Beim erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
wird zum Finden des Einstellwertes der Eingabemittel die Anlage
mehrfach gestartet mit jeweils etwas höherer Spannungszeitfläche. Sobald
ein Einstellwert der Eingabemittel gefunden ist, bei dem die Haftreibung überwunden
wird und demgemäß die Last
sich bewegt, ist ein Ausgangswert für eine nachfolgende Feinabstimmung
dieses Wertes gegeben. Die Feinabstimmung hat zumindest auch zum
Ziel, dass die Überwindung
des Spiels insgesamt wenig Zeit benötigt, aber auch eine kritische
Größe des Rucks
nicht erreicht wird. Die Optimierung ist für jede verschiedene Anlage
separat durchzuführen..
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Das
Verfahren kommt auch zum Einsatz, wenn der Linearmotor und die Last
schon in Bewegung sind und eine weitere Beschleunigung eingeleitet
werden soll. Auch in diesem Fall kann das Seil zu Beginn durchhängen. Wiederum
wird während
der Überwindung
des Spiels eine Spannungszeitfläche wirksam,
die derart klein gewählt
ist, dass der Linearmotor trotz herrschender Gleitreibung beschleunigt, aber
nach Überwindung
des Spiels, also Spannung des Seils, keine wesentliche Geschwindigkeit
oder keinen wesentlichen Impuls aufweist. Der Ruck, also die Änderung
einer Beschleunigung pro Zeit, bei Beendigung der Überwindung
des Spiels hat zwei wesentliche Ursachen. Einerseits wird bei Spannen
des Seils ein Impulsstoß durchgeführt zwischen
Linearmotor und Last, andererseits wirkt nach Spannen des Seils
die Kraft des Linearmotors auf die Linearmotor und Last.
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In
der 2 ist als weiteres
erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
ein Transportband mit Fördergütern skizziert,
das von einem Motor angetrieben wird. Im Stillstand hängt das
Transportband etwas durch und ist auch entspannt. Das Spiel ist
mindestens davon bestimmt. Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
analog zu 2 wird der
Motor durch einen Motor mit Getriebe ersetzt. In beiden Ausführungsbeispielen
gemäß 2 muss beim Einschalten
der Anlage das Spiel des Transportbandes und auch des Getriebes überwunden werden.
Jedoch ist das Spiel des Getriebes im Allgemeinen vernachlässigbar
gegenüber
dem Spiel des Transportbandes. Wiederum wird vor Beendigung die
Spannungszeitfläche
durch mindestens zeitabschnittsweises Ein- und Ausschalten der Versorgungsspannung
die Spannungszeitfläche
beeinflusst. Die charakteristischen Zeiten werden derart gewählt, dass
die Spannungszeitfläche
so klein bleibt, dass bei Beendigung des Spiels der Drehimpuls des
Antriebs genügend
klein ist, so dass höchstens
ein unwesentlicher Ruck auftritt.
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In
der 5 ist der qualitative
Verlauf des vom Motor erforderlichen Drehmoments bei einer erfindungsgemäßen Anordnung
gemäß 2 gezeigt. Bei Start der
Anlage ist zur Überwindung
der Haftreibung des Antriebs ein Moment M aufzubringen. Ist der
Antrieb in Gang gesetzt, muss nur noch das Haftreibungsmoment MR aufgebracht werden. Nach Beendigung der Überwindung des
Spiels ist die Haftreibung des Transportbandes aufzubringen, die
deutlich höhere
Werte als das Nennlastmoment ML aufweist. Die
Haftreibung des Transportbandes wird überwunden durch einerseits
das Motordrehmoment und andererseits das zusätzliche Drehmoment, das durch Abbau
der während
der Überwindung
des Spiels angesammelten Rotationsenergie entsteht.
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In
der 3 ist für eine zweidimensionale Anlage
das zweidimensionale Spiel 6 und seine zweidimensionale
Begrenzung 7 gezeigt. Diese Figur beschreibt das Spiel
für eine
ebene Transportfläche, wobei
eine Last von zwei Antrieben angetrieben wird. Einer der beiden
Antriebe treibt in x-Richtung, der andere in y-Richtung an. Die
beiden Antriebe sind fest miteinander verbunden. In der 3 ist die Position der Last
im Koordinatensystem des Schwerpunktes (xS,
yS) der beiden Antriebe eingezeichnet. Da
kein ideales Seil verwendet wird, ist die Begrenzung 7 des Spiels 6 kein
Kreis sondern eine kompliziertere Begrenzung 7. Das erfindungsgemäße Verfahren
wird analog zum beschriebenen eindimensionalen Fall angewandt. Dabei
kann die Bewegungsrichtung in beliebiger Richtung liegen, beispielsweise
in Richtung einer Ursprungsgeraden der 2. Die jeweilige Spannungszeitfläche der
beiden Antriebe wird demgemäß vor Erreichen
der Begrenzung derart klein gewählt,
dass ein ruckvermindertes Zuschalten der Versorgungsspannung im
Nennbetrieb möglich ist.
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In
weiteren nicht gezeigten Ausführungsformen
wird das erfindungsgemäße Verfahren
bei mehrdimensionalen Anlagen mit N Antrieben angewendet. In diesem
Fall ist die Begrenzung des Spiels eine N-1-dimensionale Fläche. Die
Einstellwerte der jeweiligen Eingabemittel, also die Beeinflussung
der jeweiligen charakteristischen Zeiten, werden dabei für jeden
Antrieb optimal eingestellt.
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In
weiteren nicht gezeigten Ausführungsformen
wird das erfindungsgemäße Verfahren
ebenfalls bei mehrdimensionalen Anlagen mit N Antrieben angewendet,
wobei N > 1. Einige
der Antriebe sind rotatorisch, einige translatorisch.
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In
weiteren nicht gezeigten Ausführungsformen
wird ein Sensor eingesetzt, der das Spiel detektiert. Die von ihm
detektierten Informationen werden beim erfindungsgemäßen Verfahren
verwendet zur weiteren Beeinflussung der Spannungszeitfläche. Falls
beispielsweise beim Stillstand nicht das maximale Spiel vorhanden
ist, wird die Spannungszeitfläche
kleiner gewählt.
Die Einstellung der charakteristischen Zeiten bezieht sich also
auf einen Wert, der abhängig
von den vom Sensor gelieferten Messwerten verändert wird. Dies wird mittels
einer analogen elektronischen Schaltung realisiert. In weiteren
Ausführungsformen
wird eine entsprechend digitale Realisierung gewählt.
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In
der 4a, 4b, und 4c sind
verschiedene Realisierungsmöglichkeiten
für Spannungszeitflächen vor
Beendigung der Überwindung
des Spiels, also dem Zeitpunkt t2, gezeigt.
In diesen Figuren ist die an den Motorwicklungen anliegende Spannungszeigerlänge des
Drehstromsystems aufgetragen über
der Zeit.
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Bei
den 4a und 4b ist zwischen den Motorwicklungen
und der Versorgungsspannung eine elektronische Vorrichtung zwischengeschaltet,
die die Versorgungsspannung von den Motorwicklungen trennt oder
anlegt. Die Spannungszeigerlänge
für das
Motorwicklungssystem nimmt daher abhängig vom Schaltzustand den
Wert Null oder den Wert der Versorgungsspannung an. In einem ersten
Ausführungsbeispiel
ist der Motor in Sternschaltung beschaltet und betrieben. Für diesen
Fall schließt
und öffnet
die elektronische Schaltung vorteilhaft den Sternpunkt. In einem
zweiten Ausführungsbeispiel
ist der Motor in Dreiecksschaltung betrieben. Für diesen Fall schließt und öffnet die
elektronische Schaltung die jeweiligen Leitungen zu den Motorwicklungen
unter Verwendung mehrerer elektronischer Schalter. Im ersten und
zweiten Ausführungsbeispiel
wird gemäß 4a eine Spannungszeitfläche bis
zum Zeitpunkt t2 gesteuert, die kleiner
ist als die maximal mögliche, nämlich dem
ständigen
Schließen
der Schalter, also dem ständigen
Anlegen der Versorgungsspannung. In den 4a und 4b wird
von einem Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt
t2 jeder Schalter geöffnet und somit eine kleinere
Spannungszeitfläche
vorgewählt.
Die Zeitpunkte t1 und t2 sind
an der Vorrichtung mittels Betätigung
von Eingabemitteln beeinflussbar.
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In
der 4c ist für ein weiteres
erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
das Erzeugen einer verminderten Spannungszeitfläche gezeigt, wobei die elektronische
Vorrichtung phasenanschnittgesteuerte Thyristoren aufweist. Dabei
ist auch die Spannungszeigerlänge
beeinflussbar und es können auch
verschiedene Spannungszeitverläufe
gesteuert werden. Die Spannungszeitverläufe sind wiederum mittels Betätigung von
Eingabemitteln beeinflussbar.
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In
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
wird statt der für
die 4a, 4b und 4c beschriebenen
Spannungszeigerlänge
des Drehstromsystems eine ähnliche
Größe verwendet
oder eine Größe, deren
Anwendung entsprechende Auswirkungen hat. Es eignen sich unter anderem
auch die Effektivspannung, Spitzenspannung, eine gleichgerichtete
Spannung in einer Phase oder gefilterte Werte eines Spannungsverlaufs,
wie tiefpassgefilterte Werte oder dergleichen.
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In
der 4d ist der Spannungszeitverlauf eines
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels
gezeigt. Er ist durch kontinuierliche Beeinflussung des Spannungszeigers
gekennzeichnet. In 4e ist
noch ein weiterer solcher Spannungsverlauf gezeigt, wobei vor dem
Zeitpunkt t2 der Spannungszeiger nicht den
Wert Null erreicht.
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- 1
- Linearmotor
- 2
- Last
- 3
- Seil
- 4
- Schwert
- 5
- Bahn
- 6
- Spiel
- 7
- Begrenzung
des Spiels