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Die
Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren.
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Aus
der
EP 1 331 728 A1 ist
ein Verfahren bekannt, bei dem ein Antrieb in Halteposition gebracht
wird, dort eine Bremse aktiviert wird und der Antrieb in einem Stand-By-Betrieb
betrieben wird, in welchem ein Überschreiten eines Toleranzwertes überwacht
wird und nach Überschreiten der Antrieb wieder aktiviert
wird, um die Halteposition zu erreichen. Somit ist bei aktivierter
Bremse der Regler abgeschaltet und somit Energie einsparbar. Nur
ein Überwachen der Position ist währenddessen
vorgesehen.
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Aus
der
EP 1 331 727 A1 ist
ein Verfahren bekannt, bei dem ein Antrieb in Halteposition gebracht
wird, dort eine Bremse aktiviert wird und die Reglerparameter des
Antriebs derart abgeändert werden, dass Lageabweichungen
unterhalb einer Schwelle toleriert werden. Somit bleibt der Regler
in Betrieb und verbraucht wesentlich Energie.
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Bei
der
EP 1 331 728 A1 und
der
EP 1 331 727 A1 wird
also jeweils der Antrieb oder zumindest ein Überwachungsteilsystem
des Antriebs als redundantes System bereitgehalten bereitgehalten.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei Anlagen mit elektrischen
Antrieben Sicherheit zu erhöhen.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe bei dem Verfahren nach den in Anspruch 1 und bei dem
System nach den in Anspruch 14 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige
Merkmale der Erfindung Verfahren zum Betreiben eines Systems, umfassend
einen Antrieb und ein Bremssystem, sind, dass
der Antrieb abschaltbar,
also deaktivierbar, oder aktivierbar ist und wobei das Bremssystem
ebenfalls aktivierbar oder deaktivierbar ist,
wobei ein derartiges
Verriegelungsverfahren, insbesondere im ungestörten Betrieb,
vorgesehen ist, dass stets vor Deaktivieren des Antriebs
- – zunächst die Bremse aktiviert
wird
- – dann ein Testen des Bremssystems, insbesondere ein Überprüfen
auf korrekte oder vollständige Funktion, ausgeführt
wird
- – und nach Bestehen des Tests die Bremse aktiviert
bleibt, um den Antrieb abzuschalten.
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Dies
bedeutet, dass der Antrieb erst dann deaktiviert werden kann, wenn
das Bremssystem aktiviert ist und die korrekte Funktion des Bremssystems
mit positivem Ergebnis überprüft wurde.
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Von
Vorteil ist dabei, dass kein redundantes System, wie beispielsweise
ein energieverbrauchender Antrieb bereit gehalten werden muss und
trotzdem eine hohe Sicherheit gewährleistbar ist. Denn das
Bremssystem ist direkt vor seiner andauernden Aktivierung getestet.
Hat es nun diesen Test bestanden, wird es dauerhaft aktiviert und
der Antrieb ist abschaltbar. Dass das Bremssystem trotzdem versagen
könnte, kann mit fast absoluter Sicherheit somit ausgeschlossen
werden.
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Außerdem
ist bei der Erfindung das Antriebssystem stromlos schaltbar und
somit auch bei Software-Fehlern oder sonstigen Fehlfunktionen von steuerelektronischen
Bauelementen keine Zustandsveränderung des Systems bewirkbar.
Also ist die Sicherheit erhöht.
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In
der vorliegenden Erfindung wird unter Bremssystem auch ein Haltesystem
verstanden, wobei dann statt des Bremsmoments ein Haltemoment und/oder
statt der Bremskraft eine Haltekraft wirksam ist. Somit umfasst
die Erfindung auch Haltesysteme.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein derartiges Entriegelungsverfahren,
insbesondere im ungestörten Betrieb, vorgesehen ist, dass
stets vor Aktivieren des Antriebs
- – zunächst
der Antrieb aktiviert wird,
- – dann ein Testen des Antriebs, insbesondere ein Überprüfen
auf korrekte oder vollständige Funktion, ausgeführt
wird
- – und erst nach Bestehen des Tests der Antrieb aktiviert
bleibt, um danach die Bremse abzuschalten.
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Dies
bedeutet, dass das Bremssystem erst dann deaktiviert werden kann,
wenn der Antrieb aktiviert ist und die korrekte Funktion des Antriebs
mit positivem Ergebnis überprüft wurde.
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Von
Vorteil ist dabei, dass der Antrieb erst nach Bestehen des Tests
zum Halten oder Bewegen der Last Freigabe erhält und hierzu
das Bremssystem deaktiviert wird. Somit ist wiederum ein Versagen des
Antriebs mit hoher Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen und der Antrieb
ist vor Inbetriebnahme getestet.
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Das
Entriegelungsverfahren ist also ebenso wie das Verriegelungsverfahren
ein verriegelndes Verfahren.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der ungestörte Betrieb
des Antriebs derart ausgeführt, dass
- – entweder
der Antrieb aktiviert ist,
- – das Verriegelungsverfahren ausgeführt wird,
- – die Bremse aktiviert ist,
- – oder das Entriegelungsverfahren ausgeführt wird.
Von Vorteil ist dabei, dass nur sichere Übergänge
zwischen dem Betriebszustand des aktivierten Antriebs und dem Betriebszustand
der aktivierten Bremse stattfinden. Somit ist eine hohe Sicherheit
gewährleistbar.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der ungestörte Betrieb
des Antriebs derart ausgeführt, dass
- – entweder
der Antrieb aktiviert ist,
- – das Verriegelungsverfahren ausgeführt wird,
- – die Bremse aktiviert ist,
- – ein Bremsentest ausgeführt wird, insbesondere zeitlich
regelmäßig wiederholend,
- – oder das Entriegelungsverfahren ausgeführt wird.
Von Vorteil ist dabei, dass mittels der zeitlich regelmäßig
wiederholten Bremsentests die Sicherheit weiter erhöht
ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist bei Nicht-Bestehen des Tests
ein Fehlerzustand vorgesehen, insbesondere in welchem eine Fehlerinformation
weitergemeldet und/oder angezeigt wird und/oder der Antrieb abgeschaltet
wird und/oder das Bremssystem aktiviert wird. Von Vorteil ist dabei, dass
Notmaßnahmen einleitbar und Fehlerinformationen anzeigbar
sind.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Test des Bremssystems
derart ausgeführt, dass die von einer Feder oder einem
Magneten erzeugte Anpresskraft bestimmt wird und mit einem kritischen Wert
verglichen wird, insbesondere wobei die Bestimmung mittels eines
Kraftsensors oder eines Sensors zur Bestimmung einer eindeutig von
der Kraft abhängenden physikalischen Größe
ausgeführt wird. Von Vorteil ist dabei, dass die Anpresskraft
der Bremse direkt gemessen wird und somit möglichst direkt die
Funktion der Bremse überprüft wird.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Test des Bremssystems
derart ausgeführt, dass die von einer Feder oder einem
Magneten erzeugte Bremskraft bestimmt wird und mit einem kritischen Wert
verglichen wird, insbesondere wobei die Bestimmung mittels einer
den Elektromotor des Antriebs versorgenden elektronischen Schaltung,
insbesondere Umrichter, ausgeführt wird, insbesondere indem
vom Antrieb ein eine gegen die Bremskraft wirkende Kraft erzeugt
wird und die Position der angetriebenen Last oder Welle verglichen
wird mit der Position vor Beginn des Erzeugens dieser Kraft. Von Vorteil
ist dabei, dass keine weiteren Sensoren notwendig sind – ausgenommen
der sowieso vorhandene Antrieb und ein Positionsmesssystem, wie
beispielsweise ein Winkelmesssystem, das mit der angetriebenen Welle
verbunden ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Test des Bremssystems
derart ausgeführt, dass vom Antrieb zusätzlich
zur von einer Feder oder einem Magneten erzeugten Anpresskraft eine
Kraft erzeugt wird, wobei die Position der angetriebenen Last oder
Welle verglichen wird mit der Position vor Beginn des Erzeugens
dieser Kraft. Von Vorteil ist dabei, dass ein einfacher Test der
Bremse ausführbar ist, wobei der Antrieb selbst die Testkraft
erzeugt und das mit dem Antrieb sowieso verbundene Winkelsensorsystem
zur Feststellung des Bremsentestergebnisses ausreicht.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Test des Bremssystems
derart ausgeführt, dass zunächst von einer den
Elektromotor des Antriebs versorgenden elektronischen Schaltung,
insbesondere Umrichter, das Lastmoment bestimmt wird, und dann ein
zusätzliches Moment vom Antrieb erzeugt wird, insbesondere
zusätzlich zur von einer Feder oder einem Magneten erzeugten
Anpresskraft eine Kraft erzeugt wird, wobei die Position der angetriebenen
Last oder Welle verglichen wird mit der Position vor Beginn des
Erzeugens dieser Kraft. Von Vorteil ist dabei, dass das Lastmoment
berücksichtigt wird und somit keine Überlastung
des Bremssystems über die maximal zulässige Bremskraft
oder über das maximal zulässige Bremsmoment hinaus
auftritt.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist mittels des Antriebs eine
Last horizontal oder entgegen der Gravitationskraft oder einer von
dieser bewirkten Kraftkomponente antreibbar. Von Vorteil ist dabei, dass
die Erfindung sowohl bei Hubwerken als auch bei Horizontal-Antrieben
verwendbar ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist anstatt eines Bremssystems
ein Haltesystem verwendet, wobei statt des Bremsmoments ein Haltemoment
und/oder statt der Bremskraft eine Haltekraft wirksam ist. Von Vorteil
ist dabei, dass auch ein einfaches mechanisch ausgeführtes
und somit sehr zuverlässiges Verriegelungssystem verwendbar
ist anstatt eines Bremssystems mit Reibbelägen, welche einer
höher Abnutzung unterliegen können.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Test des Haltesystems
derart ausgeführt, dass die Position eines Teils, insbesondere
eines mechanischen Riegels eines Verriegelungssystems, bestimmt
wird und mit einem kritischen Wert verglichen wird. Von Vorteil
ist dabei, dass eine einfache Positionsüberwachung des
Riegels ausreicht, wobei beispielsweise ein kostengünstiger
induktiver Sensor oder eine Lichtschranke ausreicht.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Bremssystem verwendet,
das bei aktivierter Bremse ein Spiel aufweist,
und dass der
Test des Antriebs derart ausgeführt wird, dass bei aktivierter
Bremse
- (i) die Position der angetriebenen Last
oder Welle bestimmt wird,
- (ii) der Antrieb aktiviert wird und die Last bewegt, so dass
die Veränderung der Position einen vorgebbaren Wert überschreitet,
insbesondere
wobei die Veränderung mittels einer den Elektromotor des
Antriebs versorgenden elektronischen Schaltung, insbesondere Umrichter,
bestimmt wird. Von Vorteil ist dabei, dass keine zusätzliche
elektronische Auswerteeinheit notwendig ist sondern der sowieso
zur Versorgung des Elektromotors vorhandene Umrichter verwendbar
ist. Alternativ ist auch die übergeordnete Steuerung anstatt
des Umrichters verwendbar.
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Wichtige
Merkmale der Erfindung bei dem System sind, dass der Antrieb und
das Bremssystem von einer übergeordneten Steuerung, mit
der der Antrieb zum Datenaustausch verbunden ist, aktivierbar oder
deaktivierbar sind,
wobei derartige Verriegelungsmittel vorgesehen
sind, die ein Aktivieren der Bremse und nachfolgendes Abschalten
des Antriebs erst nach Aktivieren von Testmitteln zum Testen der
Bremse zulassen,
wobei die Verriegelungsmittel in der übergeordneten Steuerung
oder im Antrieb vorgesehen sind.
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Von
Vorteil ist dabei, dass die Verriegelungsmittel als Hardware oder
als Software ausführbar sind. Bei Ausführung als
Software ist kein zusätzliches mechanisches Mittel notwendig.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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- S
- Steuerung
- F
- Frequenzumrichter
- G
- Winkelsensor
- W
- Welle
- R
- Umlenkrolle
- L
- Last
- M
- Antrieb,
umfassend Elektromotor
- B
- Bremse
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Die
Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
Ein
erfindungsgemäßes System umfasst einen Antrieb,
beispielsweise einen elektrischen Antrieb zum Antreiben einer Welle
und eine Bremse. Dieser umfasst zumindest einen Elektromotor oder
einen elektrisch versorgten Getriebemotor. Das System ist als Teil
einer Anlage oder einer Maschine vorsehbar.
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Die
Bremse ist bei einem ersten erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiel als elektromagnetisch betätigbare
Bremse ausgeführt, vorzugsweise derart, dass ein von einer
mechanischen Feder gegen eine Reibfläche gedrückter
Reibbelag die Bremskraft erzeugt, solange eine Bremsspule stromlos
ist. Bei Bestromung der Bremsspule wird die Federkraft überwunden
und somit die Bremse gelüftet.
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Wie
in dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel
dargestellt, wirken Antrieb M und Bremse B zusammen auf eine Welle
W ein. Somit werden das von einem Elektromotor des Antriebs erzeugte
Drehmoment und das Bremsmoment der Bremse B zusammengeführt
auf die Welle W, an der ein Winkelsensor G zur Bestimmung der Winkellage
der Welle W vorgesehen ist. Der Elektromotor ist von einem Frequenzumrichter
F gespeist, der mit einer Steuerung S verbunden ist. Auf der Welle
W ist eine Umlenkrolle R vorgesehen, wodurch somit eine Last L hebbar
oder senkbar ist.
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Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel wird bei der Bremse statt
der Feder ein Dauermagnet eingesetzt, so dass die Federkraft durch
die vom Dauermagneten erzeugte Magnetkraft ersetzt ist.
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In
der 1 ist ein erfindungsgemäßes
Verfahren als Zustandsdiagramm erläutert. Ist beispielsweise
der Antrieb aktiv und die Bremse inaktiv liegt der mit 7 gekennzeichnete
Zustand vor.
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Wenn
nun von der Steuerung oder vom Frequenzumrichter F selbst, insbesondere
von seiner Signalelektronik, ein Befehl zum Aktivieren der Bremse eintrifft,
wird die Bremse aktiviert und somit der Zustand 10 erreicht.
Danach wird unmittelbar ein Bremsentest ausgeführt, der
bei negativem Ausgang zum Fehlerzustand 13 führt,
bei welchem Notmaßnahmen vorgenommen werden, wie Notabschaltung
oder dergleichen.
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Bei
positivem Ausgang, also Bestehen des Bremsentests, wird ein Deaktivieren
des Antriebs ausgeführt, also beispielsweise der Antrieb
abgeschaltet. Somit ist ein sicheres Halten der Last L gewährleistet,
da die Bremse B direkt nach der Aktivierung getestet wurde. Dies
ist als Zustand 1 dargestellt.
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Trifft
zu einem späteren Zeitpunkt ein Befehl zum Aktivieren des
Antriebes ein, wird der Antrieb zunächst bei weiterhin
aktivierter Bremse aktiviert. Hiernach wird ein Antriebstest ausgeführt.
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Besteht
der Antrieb diesen Test nicht, wird wiederum der Fehlerzustand 13 ausgelöst
und die Notmaßnahmen werden gestartet.
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Besteht
der Antrieb den Test, wird die Bremse B gelöst und der
Antrieb arbeitet frei in der ihm von der Steuerung oder der Signalelektronik
des Antriebs vorgegebenen Weise.
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In
der 2 ist ein weiteres erfindungsgemäßes
Verfahren als Zustandsdiagramm erläutert, wobei ein anderes
Haltesystem anstatt einer Bremse eingesetzt ist. Ansonsten funktioniert
die Erfindung auch dort in analoger Weise. Als Haltesystem ist beispielsweise
ein mechanisches Haltesystem verwendbar. Hierbei genügt
es, um die korrekte Funktion zu überprüfen, dass
beispielsweise eine Positionsabfrage mittels eines Sensors ausgeführt
wird. Alternativ ist statt des Sensors auch ein einfacher Schalter verwendbar.
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Als
ein mechanisches Haltesystem ist beispielsweise eine Verriegelung
ausführbar, bei der ein Riegel sich erst lösen
lässt, wenn der Antrieb die Last übernommen hat
und wenn das System geringfügig entgegen der Lastrichtung
bewegt wurde. Wenn also vom Antrieb die Last der Hebevorrichtung
entgegen der Gravitationsrichtung befördert wird, ist die
korrekte Funktion nachgewiesen und die Bremse kann somit deaktiviert
bleiben, also keine Bremskraft erzeugt.
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Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel werden statt des rotatorischen
Antriebs ein Linearantrieb eingesetzt. Die Erfindung ist also in
einfacher Weise auch für Linearsysteme einsetzbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1331728
A1 [0002, 0004]
- - EP 1331727 A1 [0003, 0004]