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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Rückspeisen von elektrischer Energie eines generatorisch arbeitenden Elektromotors, welcher über eine elektronische Leistungsschaltung an einen Gleichstromkreis angebunden ist, wobei der Gleichstromkreis mit einem Gleichspannungsnetz derart in Verbindung steht, dass der Gleichspannungskreis über ein elektrisches Bauteil an das Gleichspannungsnetz angeschlossen ist, welches einen Energiefluss nur aus dem Gleichspannungskreis in Richtung des Gleichspannungsnetzes erlaubt. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung.
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Bei der Entwicklung von längeren Bogenrotationsdruckmaschinen mit mehreren Druckwerken hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenigstens an einer Stelle der Maschine einen Bremsantrieb einzubauen, welcher für eine definierte Verspannung des antreibenden Räderzugs in der Druckmaschine sorgt. Bogenrotationsdruckmaschinen bestehen aus mehreren Druckwerken, welche über einen gemeinsamen Zahnräderzug miteinander verbunden sind, so dass im Allgemeinen ein Elektromotor genügt, um sämtliche Druckwerke anzutreiben. Befindet sich Elektromotor in der Nähe des ersten Druckwerks, so ist es sinnvoll, einen Bremsantrieb am entgegen- gesetzten Ende der Maschine anzubringen. Dieser Bremsantrieb speist ein negatives Antriebsmoment in den Räderzug ein, so dass die Zahnräder zwischen dem Elektromotor und dem Bremsantrieb gegeneinander verspannt werden und zwischen den einzelnen Zahnrädern kein Flankenwechsel erfolgen kann. Dies ist erforderlich, um Registerfehler zu minimieren. Ein negatives Antriebsmoment beim Bremsantrieb heißt jedoch nichts anderes, als dass im Bremsantrieb elektrische Energie erzeugt wird, so dass der Bremsantrieb im generatorischen Betrieb arbeitet. Aus Sicherheitsgründen muss dabei ein unbeabsichtigtes Übergehen des Bremsantriebs in den motorischen Betrieb unbedingt vermieden werden. Es ist daher erforderlich, ein unbeabsichtigtes Treiben des Bremsantriebs zuverlässig zu verhindern.
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Bei den Druckmaschinen nach dem Stand der Technik ist es möglich, durch ein Speisen des Bremsantriebs diesen als Motor zu betreiben und so ein positives Antriebsmoment in den Antriebsstrang einer Druckmaschine einzubringen. Die aus Sicherheitsgründen erforderliche sogenannte Einfehlersicherheit ist somit nicht gegeben, wodurch den erhöhten Sicherheitsanforderungen nicht genüge getan ist.
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Die Offenlegungsschrift
DE 33 04 288 A1 zeigt eine Bremsschaltung für Fahrzeuge mit Gleichstromsteller. Diese Schaltung dient dazu, bei drehstrombetriebenen Fahrzeugen mit Gleichstromzwischenkreis die beim Bremsen des Drehstrommotors erzeugte elektrische Energie in ein Gleichspannungsnetz zurückzuspeisen. Das Rückspeisen der elektrischen Energie in das Gleichspannungsnetz erfolgt dabei über ein elektrisches Bauteil in Form einer Diode.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Elektromotor derart an ein Gleichspannungsnetz anzuschließen, dass ein etwaiger auftretender Fehler zuverlässig erkannt werden kann und ein unbeabsichtigtes motorisches Treiben des Elektromotors zuverlässig unterbunden wird.
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Die vorliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Ansprüche 1 und 4 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind den Unteransprüchen und der Zeichnung zu entnehmen.
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Generatorisch arbeitende Elektromotoren werden wie eingangs erläutert in Druckmaschinen als Bremsantrieb zur Gewährleistung der Verspannung von Zahnräderzügen eingesetzt. Dabei werden sämtliche Elektromotoren, welche auf den Zahnräderzug einwirken, über ein Gleichstromnetz versorgt. Um die Elektromotoren bezüglich Geschwindigkeit und Drehmoment einfach regeln zu können, sind die Elektromotoren jeweils über eine Inverterschaltung an das Gleichstromnetz angekoppelt. Mittels der Inverterschaltung ist es möglich, den Strom des Elektromotors mittels einer Brückenschaltung stufenlos zu regeln. Außerdem lässt der Inverter einen Energietransport in beide Richtungen zu, so dass auch Strom vom Motor in das Gleichstromnetz zurückgespeist werden kann, wenn der Motor generatorisch arbeitet. Um einen motorischen Betrieb des Elektromotors zuverlässig zu verhindern, ist nun gemäß vorliegender Erfindung zwischen der Inverterschaltung und dem Anschluss des Gleichstromnetzes ein elektrisches Bauteil eingebaut, welches aufgrund seiner physikalischen Ausgestaltung elektrische Energie nur in Richtung des Gleichspannungsnetzes fließen lässt. Ein umgekehrter Energiefluss und damit ein motorisches Arbeiten des Elektromotors sind somit ausgeschlossen. Der motorische Betrieb des Elektromotors ist also nur dann möglich, wenn dieses neue elektrische Bauteil einen Fehler aufweist, so dass Strom auch in Richtung des Elektromotors fließen kann.
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Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist das elektrische Bauteil eine Diode. Dioden lassen bekanntlich den Stromfluss nur in eine Richtung zu, was genau den Anforderungen entspricht, welches ein elektrisches Bauteil aufweisen muss, um die vorliegende Erfindung zu realisieren. Die Diode zwischen dem Gleichstromnetz und dem Inverter des Elektromotors ist dabei in Sperrrichtung gepolt, so dass nur Strom vom Motor ins Netz zurückfließen kann aber nicht umgekehrt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Elektromotor ein Bremsantrieb in einer Bedruckstoffe verarbeitenden Maschine ist. Da diese Bremsantriebe besonders in langen Druckmaschinen mit mehreren Druckwerken vorkommen, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders dazu geeignet, den sicheren Betrieb eines solchen Bremsantriebs in einer Druckmaschine zu gewährleisten. Trotzdem ist die Erfindung natürlich nicht auf den Einsatz zur Ansteuerung von Bremsantrieben in Druckmaschinen beschränkt, sondern kann auch in allen anderen Maschinen verwendet werden, in denen das sichere Betreiben von generatorisch arbeitenden Elektromotoren sichergestellt werden muss.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass eine Überwachungseinrichtung für das elektrische Bauteil vorhanden ist. Mittels des elektrischen Bauteils soll die sogenannte Einfehlersicherheit garantiert werden, wozu ein Ausfall des elektrischen Bauteils einwandfrei detektiert werden muss. Wenn das elektrische Bauteil versagt, so stellt die Überwachungseinrichtung dies fest und meldet es an die Maschinensteuerung der Maschine, welche wiederum die Maschine in einen sicheren Zustand überführt, z. B. in dem die Maschine definiert heruntergefahren wird.
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Vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass die Überwachungseinrichtung einen Optokoppler beinhaltet. Der Optokoppler dient dazu, die Überwachungseinrichtung von dem Gleichstromkreis galvanisch zu trennen. Dies ist deshalb erforderlich, da die Gleichspannungsversorgung mit einer höheren Spannung von z. B. 540 Volt betrieben wird und deshalb aus Sicherheitsgründen die Überwachungsschaltung von diesem hohen Spannungspotential getrennt sein muss. Ein Optokoppler besteht dabei aus einer Leuchtdiode, welche Licht aussendet, was wiederum von einer Fotodiode empfangen wird. Die Detektion eines Fehlers in dem elektrischen Bauteil, z. B. der Diode, kann mittels nachfolgendem Verfahren erreicht werden. Solange das elektrische Bauteil in Ordnung ist, fließt durch die Leuchtdiode des Optokopplers Strom, so dass auch Licht ausgestrahlt wird. Sobald jedoch das elektrische Bauteil defekt ist, ist die Sperrwirkung des elektrischen Bauteils aufgehoben, so dass die Leuchtdiode des Optokopplers Licht in Richtung der Fotodiode emittiert, welche wiederum dieses Licht in eine elektrische Spannung umwandelt. Dieses Spannungssignal wird der Überwachungseinrichtung zugeführt und von der Überwachungseinrichtung als Fehlersignal verarbeitet. Auf diese Art und Weise kann das elektrische Bauteil zuverlässig in Bezug auf das Auftreten von Fehlern überwacht werden.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass vor Inbetriebnahme des Elektromotors das elektrische Bauteil auf Funktionstüchtigkeit geprüft wird. Indem die Überwachungseinrichtung das elektrische Bauteil noch vor Inbetriebnahme des Elektromotors überprüft, wird ein Einschalten der Maschine zuverlässig verhindert, wenn sich bei dieser Prüfprozedur herausstellt, dass das elektrische Bauteil defekt ist. Eine Inbetriebnahme der Maschine bei defektem Bauteil wird somit ausgeschlossen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das elektrische Bauteil in bestimmten Zeitintervallen regelmäßig auf Funktionsfähigkeit überprüft wird. Wenn das elektrische Bauteil vor der Inbetriebnahme überprüft worden ist, so ist es dennoch erforderlich, auch während des Betriebs der Maschine das elektrische Bauteil regelmäßig auf Fehler zu überprüfen. Nur so kann gewährleistet werden, dass die Maschine beim Auftreten eines Fehlers sofort in einen definierten Zustand gebracht wird, um einen motorischen Betrieb des Elektromotors zu verhindern.
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Außerdem kann vorgesehen sein, dass im Fall des Versagens des elektrischen Bauteils eine Fehlermeldung ausgegeben wird. Die Überwachungseinrichtung des elektrischen Bauteils steht dazu mit der Maschinensteuerung in Kontakt, so dass das Bedienpersonal auf einem an der Maschine angebrachten Bildschirm eine entsprechende Fehlermeldung angezeigt bekommt. Zweckmäßiger Weise erlischt die Fehlermeldung erst dann wieder, wenn das defekte elektrische Bauteil ausgetauscht worden ist. Auf diese Art und Weise wird dem Bedienpersonal visuell eindeutig signalisiert, welches Bauteil der Maschine defekt ist.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher beschrieben und erläutert. Es zeigt:
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Fig.: eine Stromversorgungsschaltung für einen Bremsantrieb einer Druckmaschine mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum einfehlersicheren Rückspeisen von elektrischer Energie für den Elektromotor M in einer Druckmaschine 8. Der Elektromotor M wird hierbei als Bremsantrieb benutzt, wobei sichergestellt sein muss, dass der Elektromotor M bei allen Betriebszuständen der Druckmaschine 8 nur im Bremsantrieb, d. h im generatorischen Betrieb arbeitet. Bei dem Elektromotor handelt es sich um einen Dreiphasenmotor, welcher über eine dreiphasige Brückenschaltung in einem Leistungsteil 7 an einen Gleichstromzwischenkreis angekoppelt ist. Über das Leistungsteil 7 kann sowohl elektrische Energie in den Motor M hineinfließen als auch elektrische Energie aus dem Motor M in Richtung des Gleichstromnetzes fließen. Das in der Figur gezeigte Leistungsteil 7 wird auch als Inverter bezeichnet. Mittels des Leistungsteils 7 kann der Motor M über die hier nicht gezeigte Maschinensteuerung der Druckmaschine 8 präzise geregelt werden. Der netzseitig an das Leistungsteil 7 angeschlossene Gleichstromzwischenkreis weist unter anderem zur Stabilisierung der Gleichspannung im Zwischenkreis einen Spannungsteiler bestehend aus parallel geschalteten ohmschen Widerständen 5 und Kondensatoren 6 auf. Dieser Spannungsteiler ist wiederum mit einer sogenannten Gleichstromsammelschiene S verbunden, welche eine Gleichspannung von 540 Volt zur Versorgung von Elektromotoren der Druckmaschine 8 aufweist. An dieser Gleichstromsammelschiene S und dem Gegenstück, der Erdungsschiene GND, können neben weiteren Elektromotoren auch noch weitere Gleichstromnetze anderer Spannungsebenen angeschlossen sein. Zwischen der Gleichstromsammelschiene S und dem Gleichspannungszwischenkreis mit dem Spannungsteiler in der Rückspeiseeinheit 4 befindet sich das entscheidende elektrische Bauteil, die Rückspeisediode 1. Die Rückspeisediode 1 ist dabei so gepolt, dass grundsätzlich der Strom nur vom Elektromotor M in Richtung der Gleichstromsammelschiene S fließen kann. Solange die Rückspeisediode 1 voll funktionsfähig ist, ist dadurch ein motorischer Betrieb des Elektromotors M definitiv ausgeschlossen. Die Rückspeisediode 1 wird von einer Überwachungseinrichtung 3 überwacht, welche an die zu überwachende Rückspeisediode 1 mittels eines Optokopplers 2 angekoppelt ist. Der Optokoppler 2 wiederum steht mit der Auswerteeinheit 3 der Überwachungseinrichtung in Verbindung.
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Sobald die Rückspeisediode 1 defekt ist, wird über den Optokoppler 2 ein Signal an die Auswerteeinheit 3 übertragen, welche wiederum mit der Maschinensteuerung der Druckmaschine 8 in Verbindung steht und eine Abschaltung der Maschine bewirkt. Alternativ oder zusätzlich zum Abschalten der Druckmaschine 8 kann auch eine Fehlermeldung auf einem hier nicht gezeigten Bildschirm an der Druckmaschine 8 angezeigt werden, so dass das Bedienpersonal über den aufgetretenen Fehler sofort informiert ist. Die Überprüfung der Rückspeisediode 1 erfolgt dabei sinnvoller Weise regelmäßig vor jeder neuen Inbetriebnahme der Druckmaschine 8 und außerdem auch während des Betriebs der Druckmaschine 8. Falls vor der Inbetriebnahme ein Fehler festgestellt wird, kann die Druckmaschine 8 gar nicht erst in Betrieb genommen werden. Auf diese Art und Weise ist es möglich, die zunehmend geforderte Einfehlersicherheit zu gewährleisten, da ein Defekt der Rückspeiseeinheit 4, welcher zu einem eventuellen motorischen Betrieb des Elektromotors M führt, eindeutig auf einen Fehler der Rückspeisediode 1 zurückzuführen ist, sodass bei ordnungsgemäßer Funktion der Rückspeisediode 1 ein solcher motorischer Betrieb definitiv ausgeschlossen ist. Wenn also ein Fehler auftritt, so ist die Rückspeisediode 1 defekt, welches wiederum durch die Überwachungseinrichtung festgestellt wird. Auf diese Art und Weise ist die geforderte Einfehlersicherheit gegeben und es wird den erhöhten Sicherheitsanforderungen insbesondere von Seiten der Berufsgenossenschaften Rechnung getragen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rückspeisediode
- 2
- Optokoppler
- 3
- Auswertereinheit
- 4
- Rückspeiseeinheit
- 5
- Ohmscher Widerstand
- 6
- Kondensator
- 7
- Leistungsteil
- 8
- Druckmaschine
- S
- Gleichstromsammelschiene
- GND
- Erdungsschiene
- M
- Elektromotor
