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Die
Erfindung betrifft eine Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere
einen Trommelhacker mit einer wenigstens einen Elektromotor aufweisenden Antriebseinrichtung,
welche über
eine Getriebeeinrichtung einen Zerkleinerungsrotor antreibt, der
an seinem Umfang Zerkleinerungswerkzeuge trägt und mit einer Steuereinrichtung,
welche die Antriebseinrichtung steuert. Ferner betrifft die Erfindung
ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung.
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Derartige
gattungsgemäße Zerkleinerungsvorrichtungen
sind für
eine Vielzahl von Zerkleinerungsgüter einsetzbar, beispielsweise
Holz, Hausmüll,
Industrieabfälle,
etc. Um die notwendigen Zerkleinerungskräfte aufzubringen, kann die
Antriebseinrichtung einer solchen Zerkleinerungsvorrichtung einige
Hundert Kilowatt oder gar mehr als Tausend Kilowatt Ausgangsleistung
aufweisen. Dabei wird das zu zerkleinernde Gut dem sich drehenden
Zerkleinerungsrotor zugeführt,
wobei die an dem Zerkleinerungsrotor angebrachten Werkzeuge auf
das Zerkleinerungsgut einwirken. Je nach Ausführungsform dreht der Zerkleinerungsrotor
mit einer Geschwindigkeit von einigen Umdrehungen pro Minute bis
einigen Hundert Umdrehungen pro Minute. Der Zerkleinerungsvorgang
kann extrem stoßbehaftet
sein, wodurch hohe Anforderungen an die Stabilität der Vorrichtung und insbesondere
die Lagerung der sich drehenden Teile gestellt werden. Bei einer
Vielzahl derartiger gattungsgemäßer Zerkleinerungsvorrichtungen
ist die Getriebeeinrichtung deshalb schlupfbehaftet ausgebildet,
d. h. die Drehstellung der Antriebswelle und die Drehstellung der
Abtriebswelle der Getrie beeinrichtung sind nicht fest gekoppelt, sondern
können
während
des Zerkleinerungsbetriebes variieren. Eine solche schlupfbehaftete
Getriebeeinrichtung kann beispielsweise durch ein kraftschlüssiges Treibradgetriebe
oder ein kraftschlüssiges
Zugmittelgetriebe wie ein Riemengetriebe bereitgestellt werden.
Letzteres kann im einfachsten Fall zwei Riemenscheiben umfassen,
welche über
den Riemen gekoppelt sind. Ein solches Riemengetriebe ermöglicht eine
Stoßdämpfung im
Betrieb und besitzt die Eigenschaft einer kurzzeitigen Überlastfähigkeit, die
es beispielsweise ermöglichen,
dass eine derartige Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere ausgebildet
als Trommelhacker, sogar Baumstämme
mit Durchmesser größer 1 m
bei einer hohen Durchsatzrate zerkleinern kann. Diesem Vorteil beim
Einsatz einer schlupfbehafteten Getriebeeinrichtung steht jedoch
der Nachteil entgegen, dass die Steuerung der Zerkleinerungsvorrichtung
erschwert ist.
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Ferner
müssen
aufgrund der hohen Belastung während
des Betriebs häufig
die am Zerkleinerungsrotor angebrachten Zerkleinerungswerkzeuge ausgetauscht
werden. Bei üblichen
Trommelhackern sind umfänglich
beabstandet am Zerkleinerungsrotor mehrere, beispielsweise drei
Messer, die sich jeweils über
die Längserstreckung
des Zerkleinerungsrotors ausdehnen, lösbar angebracht. Diese Hackmesser müssen häufig schon
nach wenigen Stunden Betrieb gewechselt werden. Da der Zerkleinerungsrotor
ohne weiteres mehrere Tonnen oder gar mehr als zehn Tonnen wiegen
kann, ist das Wechseln der Hackmesser zeit- und arbeitsintensiv.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen Nachteile
gattungsgemäßer Zerkleinerungsvorrichtungen
zumindest teilweise zu beheben.
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Überraschenderweise
löst die
Erfindung diese Aufgabe vorrichtungsseitig schon durch eine Zerkleinerungsvorrichtung
mit den Merkmalen von Anspruch 1. Dabei zeichnet sich die erfindungsgemäße Zerkleinerungsvorrichtung
dadurch aus, dass ein Mittel zum Ermitteln der Drehposition des
Rotors des Elektromotors und eine Sensoreinrichtung zum Ermitteln
der Drehposition des Zerkleinerungsrotors vorgesehen ist, wobei
die Sensoreinrichtung einen Ausgang zur Ausgabe eines Sensorsignals
aufweist, welcher mit einem Eingang der Steuereinrichtung verbunden
ist und wobei Informati on über
die Drehposition des Rotors des Elektromotors und des Zerkleinerungsrotors
in der Steuereinrichtung verarbeitbar sind und die Steuereinrichtung
die Antriebseinrichtung in Abhängigkeit
des Ergebnisses der Informationsverarbeitung ansteuert. Eine solche
Informationsverarbeitung kann beispielsweise darin bestehen, dass
die Positionssignale ausgewertet und zur Steuerung der Antriebseinrichtung
genutzt werden.
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Durch
die erfindungsgemäße Gestaltung
der Zerkleinerungsvorrichtung liegt in der Steuereinrichtung sowohl
Information über
die Drehposition des Rotors des Elektromotors als auch Information über die
Drehposition des Zerkleinerungsrotors vor, sodass trotz des Auftretens
von Schlupf in der Getriebeeinrichtung die Antriebseinrichtung zum
definierten Drehen des Zerkleinerungsrotors angesteuert werden kann,
beispielsweise um den Zerkleinerungsrotor in einer vorgegebenen
Ruhedrehstellung zum Stillstand zu bringen. Dabei kann diese vorgegebene Ruhedrehstellung
eine solche Drehstellung des Zerkleinerungsrotors sein, bei welcher
ein Zerkleinerungswerkzeug an einer vorgegebenen Gehäuseöffnung zum
Stillstand kommt und damit für
eine Wartung bzw. einen Austausch zugänglich wird. Bei einer vorteilhaften
Ausführungsform
können
beispielsweise nacheinander alle am Zerkleinerungsrotor angebrachten
Zerkleinerungswerkzeuge wie Hackmesser in diese Gehäuseöffnung „eingefahren” werden,
sodass sie der beschriebenen Wartung zugänglich werden. Das Ausrichten
der Werkzeuge für
die Wartung kann insofern „auf
Knopfdruck” realisiert
werden.
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Die
beschriebene Gestaltung der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung
kann in einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung auch dazu genutzt werden, dass in einer Lastphase,
d. h. im Zerkleinerungsbetrieb die Antriebseinrichtung auch in Abhängigkeit
der Kenntnis die Drehposition des Rotors des Elektromotors und der
Drehposition des Zerkleinerungsrotors die Antriebseinrichtung angesteuert
wird. Hierdurch ergibt sich eine größere Flexibilität in der
Steuerung, da Kenntnisse über
die Drehlage des Zerkleinerungsmotors beispielsweise zur Speisung
des Antriebs genutzt werden können. Ferner
können
beim Erfassen des Überschreitens
eines vorgegebenen Grenzwertes des Schlupfes bestimmte Funktionen
eingeleitet werden, insbesondere der Zerkleinerungsbetrieb unterbrochen
oder die Zufuhr des Zerkleinerungsgutes zum Zerkleinerungsgutes
angepasst werden.
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Die
Steuereinrichtung kann beispielsweise eine einzelne Mikrocontrollereinrichtung
umfassen, es ist jedoch ohne weiteres auch möglich, dass mehrere zusammenwirkende
Steuerungen eine solche Steuereinrichtung bilden.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Zweckmäßigerweise
ist die Steuereinrichtung zur Zuordnung eines Ist-Wertes einer Drehposition
des Zerkleinerungsrotors zu einem Ist-Wert der Drehposition des
Rotors des Elektromotors eingerichtet. Eine derartige Referenzierung
der Momentanwerte von Drehpositionen des Elektromotors und des Zerkleinerungsrotors
ermöglicht
einen Abgleich beider Positionen und kann beispielsweise genutzt werden,
nach dem Abgleich die Drehposition des Zerkleinerungsrotors aus
der Drehposition des Rotors des Elektromotors unter Berücksichtigung
der Getriebeabstufung in solchen Fällen zu berechnen, bei welchen
kein Schlupf im Getriebe herrscht. Diese Bedingung ist in der Regel
insbesondere im Leerbetrieb erfüllt,
d. h. in Phasen, bei welchen keine Zerkleinerungsarbeit geleistet
wird.
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Zweckmäßigerweise
kann das Mittel zum Ermitteln der Drehposition des Rotors des Elektromotors
ein Sensor, insbesondere ein Drehgeber sein. Prinzipiell sind alle
herkömmlichen
Sensoren zur Erfassung einer Drehposition verwendbar, insbesondere
Inkrementalgeber, welche fotoelektrisch, magnetisch oder mittels
Schleifkontakten arbeiten. Grundsätzlich sind jedoch auch kontinuierlich
arbeitende Sensoren einsetzbar, wie Potentiometer.
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Vorteilhaft
kann das Sensormittel zum Ermitteln der Drehposition des Zerkleinerungsrotors
als Referenzinitiator ausgebildet sein, welcher innerhalb der Zeitdauer
einer einzelnen Umdrehung des Zerkleinerungsrotors einen einzelnen
Signalimpuls abgibt und anzeigt, dass zu diesem Zeitpunkt der Zerkleinerungsrotor
eine bestimmte Dreh position einnimmt. Derartige Sensoren sind vergleichsweise
robust, so dass die Gefahr eines Ausfalls des Sensors im Vergleich
zu anderen Sensoren erniedrigt ist. Vorteilhaft kann das Signal
des Referenzinitiators als eine Art Triggersignal verwendet werden,
mit dem die Drehposition des Rotors des Elektromotors der Drehposition
des Zerkleinerungsrotors zugeordnet wird. Danach kann ausgehend
von der erfassten Drehposition des Rotors des Elektromotors unter
Berücksichtigung
der Getriebeübersetzung
auf die jeweilige Drehposition des Zerkleinerungsrotors geschlossen werden
kann, soweit betriebsbedingt kein Schlupf in der Getriebeeinrichtung
vorliegt. Darüber
hinaus ist es auch möglich,
dass als Sensormittel zum Ermitteln der Drehposition des Zerkleinerungsrotors
einer der Sensoren Verwendung findet, welcher oben stehend als brauchbar
zur Ermittlung der Drehposition des Rotors des Elektromotors beschrieben
wurde. Wird beispielsweise auch für den Zerkleinerungsrotor ein Drehgeber
ermittelt, zeigt das von diesem abgegebene Signal zu jedem Zeitpunkt
die genaue Drehposition des Zerkleinerungsrotors an, ohne dass eine
Berechnung, ausgehend von der Drehposition des Rotors des Elektromotors
unter Berücksichtigung
der Getriebeübersetzung
notwendig wäre.
In diesem Fall kann auch zu jedem Zeitpunkt ein Abgleich der Drehpositionen
des Rotors des Elektromotors mit der Drehposition des Zerkleinerungsrotors
durchgeführt werden,
was vorteilhaft für
die Steuerung der Antriebseinrichtung ist.
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Vorteilhaft
wird der Elektromotor der Antriebseinrichtung von einem, von der
Steuereinrichtung gesteuerten Frequenzumrichter gespeist. Dabei kann
der Elektromotor als Asynchron-, jedoch auch als Synchronmotor ausgebildet
sein, welche beide in der Regel dreiphasig aufgebaut sind.
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Besonders
zweckmäßig ist
es, wenn die Getriebeeinrichtung eine durch die Antriebseinrichtung angetriebene
Antriebswelle und eine den Zerkleinerungsrotor antreibende Abtriebswelle
aufweist, wobei die Antriebseinrichtung einen Hauptmotor und einen als
Elektromotor ausgebildeten Zusatzmotor umfasst. Dabei können zweckmäßigerweise
sowohl der Hauptmotor als auch der Zusatzmotor an die Antriebswelle
der Getriebeeinrichtung angekoppelt sein. Durch diese Maßnahme wird
erreicht, dass mit dem als Elektromotor ausgebildeten Zusatzmotor eine
Vorrichtung zur Verfügung steht,
die insbesondere für
eine genaue Positionierung des Zerkleinerungsrotors optimiert werden
kann, beispielsweise um den Zerkleinerungsrotor in einer vorgegebenen Drehposition
zum Stillstand zu bringen, wie es insbesondere für den Austausch von Zerkleinerungswerkzeugen
am Zerkleinerungsrotor notwendig ist. Der für die Positionieraufgabe optimierte
Zusatzmotor stellt eine hohe Genauigkeit bei der Beschleunigung
und Abbremsung des Zerkleinerungsrotors zum Erreichen der vorgegebenen
Position bereit. Diese Eigenschaften des Zusatzmotors können vorteilhafterweise
auch genutzt werden, um den Zerkleinerungsrotor vor dem Anschalten
des Hauptmotors auf eine vorgegebene Drehzahl zu beschleunigen.
Erst nach dem Erreichen dieser Drehzahl wird der Hauptmotor zugeschaltet,
welcher die eigentliche Zerkleinerungsleistung bereitstellt. Zweckmäßigerweise
wird vor dem Zuschalten des Hauptmotors der Zusatzmotor abgeschaltet,
dessen Rotor „leer” mitläuft, d.
h. vom Hauptmotor mitgeschleppt wird. In gleicher Weise kann der
Zusatzmotor nach dem Zerkleinerungsbetrieb genutzt werden, um den
aufgrund seines hohen Trägheitsmomentes
leer drehenden Zerkleinerungsrotor abzubremsen, indem der Zusatzmotor
entsprechend angesteuert wird. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn
zunächst
der Hauptmotor abgeschaltet wird und dann der Zusatzmotor, dessen
Rotor vom Hauptmotor mitgeschleppt wurde, angeschaltet und zum Abbremsen
angesteuert wird.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass bei dieser vorteilhaften Ausführungsform,
bei welcher die Antriebseinrichtung zwei Motoren mit stark unterschiedlichen
Leistungen aufweist, der Hauptmotor insbesondere als Hydraulikmotor,
als Verbrennungsmotor oder auch als Kombination daraus ausgebildet
sein kann, jedoch auch als Elektromotor, insbesondere als dreiphasiger
Asynchron- oder Synchronmotor. Das Verhältnis der Ausgangsleistungen
der beiden Motoren kann zweckmäßigerweise
größer 1:10
sein, besonders zweckmäßig größer 1:25.
Hierdurch wird erreicht, dass die erfindungsgemäße Zerkleinerungsvorrichtung
aufgrund der hohen Leistung des Hauptmotors einen hohen Durchsatz
ermöglicht,
jedoch kann andererseits mit dem sehr viel kleineren Zusatzmotor
eine genaue Positionierbarkeit des Zerkleinerungsrotors bereitgestellt
werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann der bezeichnete Elektromotor zum Be schleunigen, Abbremsen und
Positionieren des Zerkleinerungsrotors über die Getriebeeinrichtung
verwendet werden und darüber
hinaus auch den Antrieb beim eigentlichen Zerkleinerungsbetrieb
bereitstellen. Diese Ausführungsform
eignet sich insbesondere für
erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtungen,
die eine Antriebseinrichtung mit einigen zehn KW Ausgangsleistung
aufweisen, sie ist jedoch hierauf nicht beschränkt.
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Um
die mittels des Elektromotors angefahrene, vorgegebene Drehposition
des Zerkleinerungsrotors beispielsweise für Wartungsarbeiten zu fixieren, kann
eine mittels der Steuereinrichtung ansteuerbare Blockiereinrichtung
vorgesehen sein zum mechanischen Blockieren des Zerkleinerungsrotors.
Beispielsweise kann eine gesteuerte Bolzeneinrichtung vorgesehen
sein, welche fest mit dem Gehäuse
der Zerkleinerungsvorrichtung verbunden ist und einen ausfahrbaren
Bolzen aufweist, der in einen Formschluss mit dem Zerkleinerungsrotor
bringbar ist. Je nach Ausführungsform
kann dieser Bolzen an der Stirnfläche oder auch an der Mantelfläche des
Zerkleinerungsrotors in Eingriff gebracht werden zur Erzeugung des
Formschlusses und damit zum Blockieren des Rotors.
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Verfahrensseitig
löst die
Erfindung die obige Aufgabe mit einem Verfahren zum Betrieb einer
Zerkleinerungsvorrichtung, wie einem Trommelhacker, bei welcher
ein Zerkleinerungsrotor von einer, zumindest einen Elektromotor
aufweisenden Antriebseinrichtung für eine Getriebeeinrichtung
angetrieben wird, wobei die Zerkleinerungsrotor an seinem Umfang
Hackwerkzeuge wie Hackmesser trägt
und die Antriebseinrichtung von einer Steuereinrichtung gesteuert
wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet
sich dadurch aus, dass der zu einem Zeitpunkt vorliegende Ist-Wert der Drehposition
des Rotors des Elektromotors und der zu dem Zeitpunkt vorliegende
Ist-Wert der Drehposition des Zerkleinerungsrotors ermittelt werden,
wobei Information über die
Drehposition des Rotors des Elektromotors und die Drehposition des
Zerkleinerungsrotors in der Steuereinrichtung verarbeitet und die
Antriebseinrichtung in Abhängigkeit
dieser verarbeiteten Information angesteuert wird. Es sei darauf
hingewiesen, dass die Bezeichnung „ermitteln” der Drehposition eine beliebige
Art des Erfassens, d. h. Feststellen der Drehposition sein kann,
insbesonde re auch das Berechnen und/oder Messen der Drehposition
beinhalten kann.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
kann dabei nach einer Abgleichung der Drehposition des Rotors des
Elektromotors und der Drehposition des Zerkleinerungsrotors zu jedem
Zeitpunkt die vorliegende Ist-Drehposition des Zerkleinerungsrotors
berechnet werden, insbesondere unter Berücksichtigung des Ist-Wertes
der Drehposition des Rotors des Elektromotors und der Getriebeübersetzung.
Dabei kann es auch zweckmäßig sein,
diese berechnete Drehposition des Zerkleinerungsrotors regelmäßig, z.
B. jeweils nach einer Drehung des Zerkleinerungsrotors mit der realen
Drehposition zu vergleichen, welche durch das Sensormittel zur Ermittlung
der Drehposition des Zerkleinerungsrotor angezeigt wird. Auf diese
Weise ist insbesondere auch der durch die Getriebeeinrichtung verursachte
Schlupf während des
Zerkleinerungsbetriebes ermittelbar.
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Besonders
zweckmäßig ist
es, wenn der Zeitpunkt zum Abgleichen der Drehposition des Rotors
des Elektromotors und der Drehposition des Zerkleinerungsrotors
durch ein Triggersignal festgelegt wird, beispielsweise durch das
Signal eines mit dem Rotor gekoppelten Sensormittels, wie eines
Referenzinitiators, wobei das Signal eine vorgegebene Drehposition
des Zerkleinerungsrotors anzeigt.
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Besonders
zweckmäßig ist
es, wenn die Drehposition des Rotors des Elektromotors ohne äußere Sensoren,
insbesondere ohne einen Drehwertgeber ermittelt wird. Erfindungsgemäß kann die Ist-Drehposition
des Rotors des Elektromotors unter Berücksichtigung zumindest von
vorbestimmten Motorparametern und/oder Motorbetriebsparametern ermittelt,
insbesondere berechnet werden. Hierbei können die genannten vorbestimmten
Motorparameter als individueller Parametersatz für den jeweiligen Elektromotor
aufgenommen in der Steuereinrichtung abgelegt werden, so dass sie
beim Betrieb der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung
für die
Ermittlung der momentanen Drehposition des Rotors des Elektromotors
zur Verfügung
stehen. Motorbetriebsparameter bezeichnen Ist-Parameterwerte während Betriebs
des Elektromotors wie Phasenspannungen, aus denen sich zusammen
mit dem individuellen Motorparametersatz die jeweilige Ist-Drehlage
des Rotors des Elektromotors bestimmen lässt, wodurch das Vorsehen eines
externen Drehgebersensors für
den Elektromotor entfallen kann.
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Der
Elektromotor kann zweckmäßigerweise für ein genaues
Anfahren einer Ruhedrehposition des Zerkleinerungsrotors ausgelegt
sein. Hierzu ist es besonders vorteilhaft, wenn der Elektromotor
von einem Frequenzumrichter gespeist wird, sodass der Elektromotor
durch entsprechende Speisung vom Frequenzumrichter mit hoher Genauigkeit
zum Beschleunigen und Abbremsen des Zerkleinerungsrotors gesteuert
werden kann.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind in der Antriebseinrichtung
zumindest zwei Motoren vorgesehen, ein Hauptmotor zum Bereitstellen
des Antriebs während
des Zerkleinerungsbetriebes und ein als der Elektromotor ausgebildeter Zusatzmotor,
welcher mit einer Beschleunigungs-, einer Abbrems- und/oder einer
Positionierphase über Getriebeeinrichtung
auf den Zerkleinerungsrotor wirkt. Dabei können zweckmäßigerweise der Hauptmotor als
auch der Zusatzmotor parallel, d. h. gleichzeitig auf die Antriebswelle
der Getriebeeinrichtung einwirken, wobei beide Motoren zweckmäßigerweise so
angesteuert werden, dass immer nur einer der beiden die Antriebswelle
antreibt und der jeweils andere ausgeschaltet ist, d. h. dessen
Rotor mitgedreht wird als Ergebnis des Umstandes, dass beide Motoren fest
mit Antriebswelle verbunden sind.
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Es
hat sich herausgestellt, dass es zum Erreichen des Stillstandes
des Zerkleinerungsrotors in einer vorgegebenen Drehposition zweckmäßig ist, dass
der Elektromotor vor dem Anfahren der vorgegebenen Ruhedrehstellung
des Zerkleinerungsrotors bis auf eine vorgegebene Solldrehzahl beschleunigt wird
und dann der Elektromotor zum Erreichen der vorgegebenen Ruhedrehstellung
angesteuert wird. Dabei kann es zweckmäßig sein, wenn die vorgegebene
Ruhedrehstellung des Zerkleinerungsrotors durch entsprechendes Ansteuern
des Elektromotors bzw. des den Motor speisenden Frequenzumrichter gedämpft eingependelt
wird. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird der Elektromotor
jedoch so angesteuert, dass der Zerkleinerungsrotor seine vorgegebene
Ruhedrehstellung nach seiner Beschleunigung ohne Richtungsumkehr
erreicht.
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Die
Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen durch das Beschreiben einiger Ausführungsformen erläutert, wobei
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1 den
Aufbau einer erfindungsgemäß gestalteten
Zerkleinerungsvorrichtung in einer Prinzipskizze,
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2 eine
aufgebrochene Seitenansicht der in 1 dargestellten
Zerkleinerungsvorrichtung in einer Teilansicht,
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3 ein
Blockbild zur Darstellung der Speisung des Elektromotors der Zerkleinerungsvorrichtung
und
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4 Zeitablaufdiagramme
beim Anfahren einer vorgegebenen Drehposition des Zerkleinerungsrotors
zeigt.
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1 zeigt
einen erfindungsgemäß ausgebildeten
Trommelhacker 1 in einer Prinzipskizze. Der Hacker umfasst
ein Gehäuse 10,
das mittels Lager 11, 12 einen Zerkleinerungsrotor 20 trägt. Der
Rotor umfasst umfänglich
beabstandet drei Hackmesserleisten, die hier nicht dargestellt sind
und auf die unten stehend noch näher
eingegangen wird.
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Der
Zerkleinerungsrotor 20 ist mit der Abtriebswelle 34 eines
Riemengetriebes 30 verbunden. Das Riemengetriebe 30 setzt
sich dabei aus zwei Riemenscheiben 31, 32 zusammen,
welche über
einen Flachriemen 35 gekoppelt sind. Aufgrund der beschriebenen
Gestaltung des Riemengetriebes 30 kann dieses Schlupf aufweisen,
d. h. die Riemenscheiben 31, 32 können je
nach Betriebsbedingungen relativ zum Riemen 30 rutschen,
sodass beide Riemenscheiben keinen festen Drehbezug zueinander aufweisen.
Ein derartiger Schlupf tritt insbesondere bei einem stoßbehafteten
Zer kleinerungsvorgang auf, der sich beispielsweise beim Zerkleinern von
Baumstämmen
einstellt.
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Das
Riemengetriebe 30 weist eingangsseitig eine Antriebswelle 33 auf,
die im Wesentlichen starr mit der Rotorwelle 71 des Hauptmotors 70 verbunden ist,
welcher den Rotor 20 im Zerkleinerungsbetrieb antreibt.
Gleichzeitig ist die Antriebswelle 33 des Getriebes 30 wiederum
im Wesentlichen starr mit dem Rotor 41 eines Zusatzmotors 40 verbunden.
In der beschriebenen Ausführungsform
sind sowohl der Hauptmotor 70 als auch der Zusatzmotor 40 als
Dreiphasen-Asynchronmotor ausgebildet. Der Zusatzmotor 40 wird über einen
Frequenzumrichter 50 gespeist, welcher durch eine Mikrocontroller-Steuerung 60 gesteuert
wird. Die Steuerung 60 empfängt Signale des Drehgebers 42,
welcher an der Welle des Zusatzmotors 40 angebracht ist.
Die entsprechenden Signale des Drehgebers 42 geben die
jeweilige Drehposition des Rotors des Zusatzmotors 40 an,
wobei in der beschriebenen Ausführungsform
2.500 Impulse pro Umdrehung abgegeben werden, die in der Steuerung 60 zur
Steuerung des Zusatzmotors 40 verarbeitet werden. Darüber hinaus
ist die Steuerung 60 mit einem dem Zerkleinerungsrotor
zugeordneten Referenzinitiator 25 verbunden, welcher in
der beschriebenen Ausführungsform
einen einzelnen Impuls je Rotorumdrehung abgibt und der zusammen mit
den Signalen des Sensors 42 in der Steuereinrichtung 60 zum
Steuern des Frequenzumrichters und damit des Motors 40 verarbeitet
wird.
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Der
Einfachheit halber nicht dargestellt ist die Versorgung des Hauptmotors 70.
Auch dieser kann beispielsweise von einem weiteren Frequenzumrichter
gespeist werden, der von einer Steuereinrichtung, insbesondere von
der Steuereinrichtung, welche auch den Zusatzmotor steuert, gesteuert
werden.
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In
einer nicht dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsform kann der Hauptmotor 70 entfallen,
sodass dann der in 1 mit dem Bezugszeichen 40 angegebene
Elektromotor als einziger Antrieb auf die Eingangswelle 33 des
Getriebes einwirkt.
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Bei
der in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung 1 weist der
Hauptmotor 70 eine Eingangsleistung von 1.500 kW und der
Zusatzmotor 40 eine Eingangsleistung von 50 kW auf. Das
mittels der Riemenscheiben 31 und 32 sowie dem
Flachriemen 35 gebildete Riemengetriebe besitzt ein Übersetzungsverhältnis von
3,4. Der Zerkleinerungsrotor wird in der Zerkleinerungsphase bei 300
U/min. betrieben, sodass die Rotoren 41, 71 der Motoren 40, 70 im
Hackbetrieb eine Drehzahl von etwa 1.000 U/min. aufweisen. Dabei
können
die angegebenen Drehzahlen an das Zerkleinerungsgut angepasst werden.
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Wie
schon oben stehend erläutert,
sind die Rotoren 41 des Zusatzmotors 40 bzw. 71 des
Hauptmotors 70 im Wesentlichen starr mit der Antriebswelle 33 des
Getriebes 30 verbunden, es sind jedoch herkömmliche,
in 1 nicht dargestellte Maßnahmen getroffen, um Umwuchten
bzw. Nichtparallelitäten
der Wellen zueinander auszugleichen. Beim Zerkleinerungsbetrieb
ist der Zusatzmotor 40 ausgeschaltet, d. h. dessen Rotor 41 wird
vom Hauptmotor 70 mitbewegt.
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Der
Zusatzmotor 40 weist in der beschriebenen Ausführungsform
drei Funktionen auf. Er dient einerseits zum Beschleunigen des Zerkleinerungsrotors
auf dessen Nenndrehzahl. Nach dem Erreichen der Nenndrehzahl des
Zerkleinerungsrotors wird der Zusatzmotor 40 ausgeschaltet,
danach der Hauptmotor 70 zugeschaltet, welcher somit den
Antrieb für den
Zerkleinerungsbetrieb bereitstellt. Dabei wird für die erste Funktion unter
Berücksichtigung
der im Frequenzumrichter 50 bzw. in der Steuereinrichtung 60 hinterlegten
Motorparametern und einer parametrierten Beschleunigungsrampe der
Zusatzmotor 40 bestromt, welcher innerhalb eines vorgegebenen
Zeitfensters auf die parametrierte Drehzahl beschleunigt, sodass
der Zerkleinerungsrotor 20 seine Nenndrehzahl erreicht.
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Die
Beschleunigungszeit wird von der Steuereinrichtung 60 nach
der Antriebsleistung des Zusatzmotors 40, der Leistung
des Frequenzumrichters und der zu beschleunigenden Masse, insbesondere der
Masse des Zerkleinerungsrotors und des Getriebes festgelegt. In
der Steuereinrichtung 60 sind ein Drehzahlregler und ein
Momentenregler zur Einhaltung der gewünschten Drehzahl vorgesehen.
Beim Erreichen der parametrierten Drehzahl schaltet die Steuereinrichtung 60 den
Zusatzmotor 40 aus und gibt ein entsprechendes Signal zur
Steuerung des Hauptmotors 70, welche diesen anschaltet.
Da der Rotor 71 des Hauptmotors 70 schon mit der
Nenndrehzahl dreht, kann der Zerkleinerungsbetrieb nach kurzer Zeit
nach dem Umschalten der Motoren aufgenommen werden.
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Das
Verwenden einer Sensorvorrichtung zur Ermittlung der Drehposition
des Rotors des Elektromotors und einer Sensoreinrichtung zur Ermittlung der
Drehposition des Zerkleinerungsrotors und die Verarbeitung der entsprechenden
Signale in der Steuereinrichtung bietet während der Beschleunigung des
Zerkleinerungsrotors den Vorteil, dass beispielsweise eventuell
vorliegende Betriebsstörungen erfasst
werden können.
Dabei ist in der Regel davon auszugehen, dass in der Beschleunigungsphase,
die normalerweise im Leerbetrieb, d. h. ohne Zerkleinerungslast
durchgeführt
wird, kein Schlupf auftritt. Wird dennoch durch Vergleich der Signale
der beiden Drehsensoren ein zu großer Schlupf ermittelt, beendet
die Steuereinrichtung 60 die Beschleunigungsphase und leitet
eine Abschaltaktion, beispielsweise das Herunterfahren der gesamten
Anlage ein.
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Wird
im Zerkleinerungsbetrieb durch Verarbeitung der Signale der beiden
Drehsensoren ein Schlupf ermittelt, welcher einen vorgegebenen Wert überschreitet,
wird von der Steuereinrichtung 60 eine sicherheitsrelevante
Aktion ausgelöst,
beispielsweise ein entsprechender Hinweis am Display 61 angezeigt,
die Zufuhr des Zerkleinerungsgutes verringert oder eine Abschaltung
der Vorrichtung eingeleitet.
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Die
zweite Funktion des Zusatzmotors 40, siehe 1,
betrifft das Abbremsen des Rotors, beispielsweise nach der Beendigung
des Zerkleinerungsbetriebs oder nach der Einleitung einer Abschaltung
durch die Steuereinrichtung. Zunächst
wird der Hauptmotor 70 abgeschaltet. Aufgrund des hohen
Trägheitsmomentes,
insbesondere des Trägheitsmomentes
des Zerkleinerungsrotors 20 drehen danach die Rotoren 41, 71 der
beiden Motoren 40, 70 mit nahezu Betriebsdrehzahl
für den
Zerkleinerungsbetrieb, welche aufgrund Reibungsverluste dann allmählich abnimmt.
Aufgrund der hohen, in der Zerkleinerungsvorrichtung gespeicherten
Rotationsenergie kann der Zerkleinerungsrotor ohne weiteres einige zehn
Minuten weiterdrehen, bis er zum Stillstand kommt. Bei der in 1 dargestellten
erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung
kann diese Nachlaufzeit dadurch erheblich vermindert werden, dass der
Zusatzmotor 40 nach dem Ausschalten des Hauptmotors als
Generator geschaltet wird, wobei die in dem Frequenzumrichter rückgespeiste
Energie in diesem entweder wie in der gemäß 1 angegebenen
Ausführungsform
vernichtet oder rückgewonnen
wird.
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Dieser
Bremsvorgang wird im Bezug auf 2 erläutert, welche
die für
die Bremsphase wesentlichen Bauteile des Frequenzumrichters in einer Prinzipskizze
und in einer beispielhaften Ausführung zeigt.
Der Leistungsteil des Frequenzumrichters weist einen Netzgleichrichter 51 auf,
der die Wechselspannung des Eingangsnetzes in eine durch Zwischenkreiskondensatoren 52 geglättete Gleichspannung
umwandelt. Kurzzeitig auftretende, sehr hohe Ströme innerhalb des Ladevorgangs
der Zwischenkreiskondensatoren 52 werden über den
Begrenzungswiderstand 55 begrenzt und nach Beendigung des
Ladevorgangs, beispielsweise durch ein Relais 54, überbrückt. Die
Modulation, eine nach Frequenz und Amplitude variable Ausgangsspannung
zur Steuerung des Motors 40 erfolgt im ausgangsseitigen
Wechselrichter 53, welcher in der Antriebsphase, beispielsweise
in der Beschleunigungsphase, den Motor 40 dreiphasig speist.
In der Bremsphase des Zusatzmotors 40 arbeitet der Motor
als Generator, wobei dann die vom Wechselrichter 53 in
die Zwischenkreiskondensatoren 52 fließende Energie dort aufgenommen
und gespeichert wird, oder wie in der vorliegenden Ausführungsform
in einen hier nicht dargestellten Bremswiderstand abgeleitet und
dort in Wärme
umgewandelt wird. In einer weiteren Ausführungsform ist eine Rückspeisung
dieser Energie in das Eingangsnetz über entsprechende Rückspeiseeinheiten
realisiert.
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Nachdem
der Hauptmotor 70 abgeschaltet und danach der Zusatzmotor 40 angeschaltet
wurde, wird der Zusatzmotor unter Berücksichtigung von in der Steuereinrichtung
hinterlegten Motorparametern und einer parametrierten Verzögerungsrampe
durch entsprechende Speisung vom Frequenzumrichter geregelt abgebremst.
Die Verzögerungszeit
ist abhängig
von der Antriebsleistung des Zusatzmotors, der Leistung des Frequenzumrichters,
der Dimension des Bremswiderstandes sowie der in der Zerkleinerungsvorrichtung
gespeicherten Energie, welche im Wesentlichen durch das Trägheitsmoment
des Zerkleinerungsrotors und dessen Drehzahl bestimmt ist.
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Auch
in der Bremsphase kann in gleicher Weise wie bei der Beschleunigungsphase
erfasst werden, wenn ein Schlupf in der Getriebeeinrichtung auftritt
und entsprechende Maßnahmen
ergriffen werden, beispielsweise kann der Frequenzumrichter dann
zu einer verminderten Bremsleistung angesteuert werden.
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Eine
dritte Funktion des Zusatzmotors 40 besteht darin, den
Zerkleinerungsrotor in einer vorgegebenen Drehposition zum Stillstand
zu bringen, um beispielsweise bestimmte Teile des Rotors für eine Wartung
zugänglich
zu machen. Zur Erläuterung
sei zunächst
auf 3 verwiesen, welche einen Schnitt senkrecht zum
Zerkleinerungsrotor in einer Prinzipdarstellung zeigt. Der Rotor 20 dreht
sich im Betrieb zum feststehenden Gehäuse 10, siehe auch 1. Der
Zerkleinerungsrotor 20 trägt in der beschriebenen Ausführungsform
umfänglich
beabstandet drei sich parallel zur Rotorachse erstreckende Hackmesserleisten 21, 22 und 23,
die aufgrund der hohen Betriebsbelastung regelmäßig ausgetauscht werden müssen. Die
Messerleisten arbeiten mit einem feststehend zum Gehäuse angebrachten
Gegenmesser zur Zerkleinerung des nicht dargestellten Zerkleinerungsgutes
wie Baumstämmen
zusammen, wobei das Zerkleinerungsgut über eine Vielzahl von Zuführwalzen 16, 17 in
den Wirkbereich des Rotors 20 bewegt wird. Zum Auswechseln
der Hackmesserleisten 21 bis 23 muss der Zerkleinerungsrotor
so zum Stillstand gebracht werden, dass die jeweilige Messerleiste
im Bereich der durch eine Fronthaube 14 definierte Öffnung 15 im
Gehäuse
zum Stillstand kommt, sodass die Messerleiste für Wartungsarbeiten zugänglich ist.
-
Die
erfindungsgemäße Gestaltung
der Zerkleinerungsvorrichtung ermöglicht es, dass die jeweilige
Drehpositionen nicht mehr wie im Stand der Technik üblich manuell
eingestellt werden müssen, sondern
automatisch mittels entsprechender Ansteuerung des Zusatzmotors 40 angefahren
und eingestellt werden können.
Dies soll im Folgenden auch mit Bezug auf 4 erläutert werden,
welche den zeitlichen Verlauf von verschiedenen Zustandsparametern
in der Steuereinrichtung während
der Positionierung angibt.
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Zunächst wird
von dem Bediener in der beschriebenen Ausführungsform über die Eingabeeinrichtung 62,
siehe 1, eine von drei Messerpositionen ausgewählt und
der Positioniervorgang gestartet. Die Steuereinrichtung 60 steuert
nun den Frequenzumrichter zum Anfahren der vorgewählten Position.
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In
einer nicht dargestellten Ausführungsform ist
ein Teil der Intelligenz und damit der Steuerung direkt im Frequenzumrichter 50 angeordnet.
Dabei übermitteln
beide Sensoreinrichtungen ihre Signale direkt an den Frequenzumrichter,
in welchem diese verarbeitet werden. Die Steuerung 60 ist
in diesem Fall als übergeordnete
Steuerung, beispielsweise als SPS-Steuerung ausgebildet und sendet
eine digitale Anforderung der jeweiligen Rotorposition an den Frequenzumrichter.
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Der
Zusatzmotor wird bei der Positionierfahrt solange beschleunigt,
bis der am Zerkleinerungsrotor fest installierte Referenzinitiator
anspricht. Da das Signal des Referenzinitiators eine feste Position
des Zerkleinerungsrotors angibt und das Verhältnis zwischen dieser Position
und den einzelnen Messerpositionen unveränderlich ist, dient das Signal
des Referenzinitiators zur Festlegung eines Bezugs- oder Referenzpunktes
der Drehposition des Zerkleinerungsrotors. Nach der Erfassung dieses
Bezugspunktes wird der Frequenzumrichter 50 von der Steuereinrichtung 60 zum
Abbremsen des Zerkleinerungsrotors angesteuert. Dabei wird die momentane Position
des Zerkleinerungsrotors ausgehend von dem Referenzpunkt unter Berücksichtigung
der durch den Drehgeber angegebenen Drehposition des Zusatzmotors
und des Übersetzungsverhältnisses
der Getriebeeinrichtung berechnet.
-
In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird eine Kontrolle
der berechneten Position des Zerkleinerungsrotors durchgeführt und
diese nachgeführt.
Nachdem der Zerkleinerungsrotor eine volle Umdrehung weitergedreht
hat, gibt der Referenzinitiator ein weiteres Positionssignal ab,
das von der Steuerung bei dieser Ausführungsform zum Abgleich der
berechneten Position des Zerkleinerungsrotors mit der realen Position
und damit zum Kompensieren eines eventuell auch im Positionierbetrieb
auftretenden Schlupfes verwendet wird.
-
In
der beschriebenen Ausführungsform
wird eine Positionierungsregelung über einen entweder in der zentralen
Steuerung 60, siehe 1, oder
im Frequenzumrichter angeordneten Positionsregler realisiert. Die
Positionsgeschwindigkeit kann unter Berücksichtigung von Frequenzumrichterleistung, Leistung
des Zusatzmotors und Trägheitsmoment der
zu positionierenden Masse durch die Steuereinrichtung angepasst
werden. Nach der erfolgten Regelung auf die angeforderte Position
des Zerkleinerungsrotors sendet die Steuereinrichtung 60 eine
entsprechende Meldung zur Anzeige auf dem Display 61. Darüber hinaus
können
nach dem Erreichen der angeforderten Rotorposition weitere Abläufe automatisch
gestartet werden, beispielsweise das mechanische Verriegeln des
Zerkleinerungsrotors mit dem Gehäuse.
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Der
erste Graph in 4 zeigt den Zeitverlauf der
Solldrehzahl DS und der Ist-Drehzahl
DI in Abhängigkeit
der Zeit bei einer derartigen Positionierung des Zerkleinerungsrotors.
Zum Zeitpunkt t0 startet das Verfahren zum Beschleunigen des Rotors auf
die vorgegebene Drehzahl DS0, welche aufgrund der eingestellten
Parameter schon zum Zeitpunkt t1 erreicht sein sollte. Der Zusatzmotor
beschleunigt den Rotor jedoch mit der voreingestellten Parametrierungen
zum Sollwert verzögert,
erst zum Zeitpunkt t2 ist die Solldrehzahl erreicht. Zu diesem Zeitpunkt wird
von der Steuerung ein Freigabesignal FS erzeugt, welches anzeigt,
dass das Signal des Referenzinitiators nun zum Festlegen des Bezugspunktes verwendet
werden kann. Zum Zeitpunkt t3 wird das Signal des Referenzinitiators
erfasst, sodass der Frequenzumrichter nun zum Verzögern des
Zerkleinerungsrotors angesteuert wird. Zu den nachfolgenden Zeitpunkten
wird jeweils beim Erfassen des Signals des Referenzinitiators die
berechnete Position mit der realen Rotorposition des Zerkleinerungsrotors abgeglichen.
Zum Zeitpunkt t4 erreicht die Solldrehzahl schon den Wert Null,
während
die Ist-Drehzahl wiederum zeitlich nachläuft. Die Solldrehzahl wird negativ,
d. h. der Elektromotor wird über
ein Zeitintervall zwischen den Zeitpunkten t4 und t7 zum Drehen in
die Gegenrichtung angesteuert. Erst zum Zeitpunkt T7 erreicht die
Ist-Drehzahl den Wert Null, die gewünschte Position ist erreicht,
was durch das Positionssignal PE angezeigt wird, dessen steigende Flanke
für die
Einleitung weiterer Funktionen dienen kann.
-
Die
in 4 dargestellte Positionierung zeichnet sich dadurch
aus, dass der Zerkleinerungsrotor nach einer Beschleunigung auf
die vorgegebene Drehposition zum Stillstand gebracht wird. In einer nicht
dargestellten Ausführungsform
ist es auch möglich,
dass der Elektromotor so angesteuert wird, dass die vorgegebene
Ruhedrehstellung des Zerkleinerungsrotors gedämpft eingependelt wird, d.
h. der Elektromotor wird so angesteuert, dass der Zerkleinerungsrotor
selbst während
eines einzelnen Positioniervorganges um die Ruheposition pendelt,
bis er in dieser zum Stillstand kommt. Je nach Situation kann mit
diesem Verfahren die Ruheposition schneller erreicht werden im Vergleich
zu dem Verfahren, bei welchem sich der Zerkleinerungsrotor während des gesamten
Positioniervorgangs nur in eine einzige Drehrichtung bewegt.
-
- 1
- Trommelhacker
- 10
- Gehäuse
- 11,
12
- Lager
- 14
- Fronthaube
- 15
- Öffnung
- 16,
17
- Zuführwalzen
- 20
- Zerkleinerungsrotor
- 21,
22
- Hackmesserleiste
- 23
- Referenzinitiator
- 30
- Riemengetriebe
- 31
- Eingangsseitige
Riemenscheibe
- 32
- Ausgangsseitige
Riemenscheibe
- 33
- Antriebswelle
- 34
- Abtriebswelle
- 35
- Riemen
- 40
- Zusatzmotor
- 41
- Rotor
des Zusatzmotors
- 42
- Drehwertgeber
- 50
- Frequenzumrichter
- 51
- Netzgleichrichter
- 52
- Speicherkondensator
- 53
- Steuerbarer
Wechselrichter
- 54
- Steuerbarer
Bremsschalter
- 55
- Bremswiderstand
- 60
- Steuerung
- 61
- Ausgabeeinrichtung,
Display
- 62
- Eingabeeinrichtung,
Tastatur
- 70
- Hauptmotor
- 71
- Rotor
des Hauptmotors
- DS
- Solldrehzahl
- DI
- Ist-Drehzahl
- FS
- Freigabesignal
- PE
- Signal „Position
erreicht”