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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Versorgung einer in der Umgebung eines Elektromotors angeordneten elektrischen Federdruckbremse mit einem Versorgungsstrom gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Oberbegriff des Anspruchs 8.
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Einem leistungsstarken Elektromotor, wie er beispielsweise als Antrieb einer Industriemaschine eingesetzt wird, ist häufig eine so genannte Federdruckbremse zugeordnet. Die Federdruckbremse dient hierbei dazu, die Motorwelle in einer sicherheitskritischen Situation (Stromausfall, Not-Aus, etc.) schnell und sicher abzubremsen. Eine Federdruckbremse wird zudem häufig als Feststellbremse verwendet, um bei ausgeschaltetem Motor ein selbsttätiges Anlaufen der Motorwelle aufgrund äußerer Kräfte sicher zu verhindern.
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Eine solche Federdruckbremse wird durch Federkraft in einer Bremsstellung vorgespannt. Sie befindet sich in ihrem Ruhezustand also in der Bremsstellung und kann – meist durch eine elektromagnetische Betätigungseinheit aus dieser Bremsstellung gelöst („gelüftet”) werden, um die Motorwelle freizugeben.
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Die häufig direkt am Motor befestigte Federdruckbremse wird üblicherweise durch einen Gleichstrom versorgt und geschaltet, die meist unabhängig von dem Motorstrom zur Verfügung gestellt wird. Die Federdruckbremse muss in diesem Fall über eine von der Motorstromleitung getrennte Versorgungsleitung separat mit einem entsprechenden Stromerzeuger verdrahtet sein. Diese Separatverdrahtung verursacht einen oft nicht unerheblichen zusätzlichen Material- und Herstellungsaufwand. In besonderem Maße ist die Separatverdrahtung einer Federdruckbremse dann von Nachteil, wenn diese zusammen mit dem zugeordneten Elektromotor ein bewegtes System bildet. Herkömmlicherweise werden in diesem Fall die zusätzlichen Versorgungsleitungen der Federdruckbremse zusammen mit der Motorstromleitung zu einem Schleppleitungsbündel zusammengefasst, das anwendungsbedingt oft eine erhebliche Länge aufweist. Ein solches Schleppleitungsbündel ist – mit wachsendem Leitungsdurchmesser zunehmend – aufwändig herzustellen und verschleißanfällig. Zudem wird auch die Führung eines solchen Leitungsbündels in der Regel mit zunehmendem Leitungsdurchmesser zunehmend komplizierter.
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Zur Lösung dieses Problems wird eine Federdruckbremse bisweilen alternativ auch aus der Motorstromleitung des zugeordneten Elektromotors mit elektrischer Energie versorgt. Hierzu wird ein sogenannter Funktionsgleichrichter mit der Motorstromleitung verschaltet, der ausgangsseitig den gleichgerichteten Versorgungsstrom für die Federdruckbremse bereitstellt. Der Einsatz eines solchen Funktionsgleichrichters ist nach herkömmlicher Technik aber lediglich bei umrichterlosen Motoren einsetzbar, die über einen Schutz oder Motorstarter mit einem Wechselstromnetz verbunden sind. Bei Elektromotoren, deren Motorstrom durch einen Umrichter erzeugt wird, ist die Versorgung der Federdruckbremse aus dem Motorstrom dagegen nicht möglich. Dies liegt insbesondere daran, dass der umrichtergesteuerte Motorstrom sehr kleine Spannungsamplituden annehmen kann, was wiederum zu einem unbeabsichtigten Auslösen („Einfallen”) der Federdruckbremse infolge zusammenbrechenden Versorgungsstroms führen kann.
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Nachteilig an der Versorgung einer Federdruckbremse aus dem Motorstrom ist zudem, dass in diesem Fall der Betrieb der Bremse an den Betrieb des Motors zwangsgekoppelt ist. Insbesondere kann die Bremse während einer Stillstandszeit des Motors und dementsprechend aussetzendem Motorstrom nicht elektrisch gelüftet werden.
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Ein gattungsgemäßes Verfahren zur Versorgung einer in der Umgebung eines Elektromotors angeordneten Federbremse mit einem elektrischen Versorgungsstrom ist aus der
DE 10 2004 013 033 B3 bekannt. Bei diesem Verfahren werden Elektromotor und Federdruckbremse nicht unabhängig voneinander versorgt. Wenn die Steuerelektronik des den Elektromotor versorgenden Umrichters versagt, funktioniert die Versorgung des Elektromotors nicht korrekt. Da die Bremsenansteuerung mittels Kondensatoren mit den Versorgungsleitungen zwischen Umrichter und Elektromotor verbunden ist, wird die Versorgung dieser Bremsenansteuerung unterbrochen, da bei Gleichspannung über die kapazitive Ankopplung keine Energie übertragen wird. Dadurch fällt die Bremse infolge stromloser Elektromagnetwicklungen der Bremse aus.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach und flexibel einsetzbares Verfahren zur elektrischen Versorgung einer in der Umgebung eines Elektromotors angeordneten elektrischen Federdruckbremse anzugeben. Der Erfindung liegt des Weiteren die Aufgabe zugrunde, eine zur Durchführung dieses Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung anzugeben.
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Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Danach ist vorgesehen, in einer Motorstromleitung zusätzlich zu einem Motorstrom einen Sekundärstrom einer verschiedenen Frequenz zu erzeugen, wobei dieser Sekundärstrom hinsichtlich seiner Frequenz und/oder (Spannungs- bzw. Stromstärken-)Amplitude derart erzeugt wird, dass er zum Antrieb des Elektromotors ungeeignet ist. In der Umgebung des Motors und der Federdruckbremse wird verfahrensgemäß ein – insbesondere im Wesentlichen diesem Sekundärstrom entsprechender – Stromanteil aus der Motorstromleitung abgezweigt. Aus diesem Stromanteil wird der Versorgungsstrom erzeugt und der Federdruckbremse zugeleitet.
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Der Begriff „Strom” wird hierbei allgemein als Synonym für ein leistungsübertragendes, in der Regel zeitabhängiges, ein- oder mehrphasiges elektrisches Signal verwendet. Ein „Strom” kann in diesem Sinne insbesondere durch eine zugeordnete elektrische Spannung, eine zugeordnete elektrische Stromstärke und/oder oder eine zugeordnete elektrische Leistung charakterisiert sein, wobei alle diese Größen in der Regel wiederum zeitabhängig variierende Werte aufweisen. Der Begriff „zusätzlich” ist dahingehend zu verstehen, dass der Motorstrom und der Sekundärstrom in derselben Motorstromleitung erzeugt werden, dass also der Sekundärstrom dem Motorstrom überlagert wird. Motorstrom und Sekundärstrom werden hierbei in der Regel zeitgleich erzeugt. Im Rahmen der Erfindung kann der Sekundärstrom aber – in der zeitlichen Umgebung einer Motorstillstandsphase – auch zeitlich versetzt oder sogar zeitlich überlappfrei alternierend zu dem Motorstrom in der Motorstromleitung erzeugt werden.
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Durch die Überlagerung des Motorstroms mit dem Sekundärstrom wird eine unabhängige Versorgung von Elektromotor und Federdruckbremse ermöglicht. Das Verfahren ist somit auch bei umrichterbetriebenen Elektromotoren einsetzbar. Durch Variation des Sekundärstroms kann zudem die der Federdruckbremse zugeführte elektrische Leistung auf besonders einfache Weise über die Motorstromleitung ferngesteuert werden. Ferner kann mittels des Sekundärstroms die Federdruckbremse auch während einer Stillstandsphase des Motors elektrisch gelüftet werden. Dies ermöglicht es insbesondere, die Bremse schon mit einer vorgegebenen Vorlaufzeit vor dem Motorstart zu lüften. Hierdurch wird sicher vermieden, dass der Motor in einer initialen Startphase gegen die noch nicht vollständig gelüftete Bremse arbeiten muss, und somit Antriebsenergie verloren geht.
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Dadurch, dass erfindungsgemäß sowohl die Federdruckbremse als auch der Elektromotor zumindest weitgehend über dieselbe Motorstromleitung versorgt werden, kann gleichzeitig der mit einer Separatverdrahtung verbundene Mehraufwand eingespart werden.
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Indem der Sekundärstrom als elektrisches Wechselsignal mit einer Frequenz erzeugt wird, die von der Frequenz des Motorstroms verschieden, insbesondere deutlich verschieden ist, wird eine schaltungstechnisch einfach umsetzbare Trennung dieser Stromanteile in der Umgebung des Motors bzw. der Federdruckbremse ermöglicht. Auf diese Weise kann besonders einfach eine Beeinflussung des Motorbetriebs durch den Sekundärstrom und/oder des Bremsbetriebs durch den Motorstrom vermieden werden.
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Die unerwünschte Beeinflussung des Motorbetriebs durch den Sekundärstrom wird dadurch vermieden, dass insbesondere der Sekundärstrom mit einer derart hohen Frequenz erzeugt wird, dass der Sekundärstrom aufgrund der mechanischen und/oder induktiven Motorträgheit keine nennenswerte Reaktion des Motors hervorruft.
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Zweckmäßigerweise wird der Sekundärstrom als Differentialmodus-Signal (differential mode signal) in mindestens zwei Phasen der Motorstromleitung erzeugt und entsprechenden Phasen des Motorstroms überlagert. Als Differentialmodus-Signal wird ein zeitlich variierendes, mehrphasiges elektrisches Signal bezeichnet, dessen Phasen sich zu jedem Zeitpunkt zu Null addieren. In bevorzugten Varianten der Erfindung wird der Sekundärstrom als dreiphasiges, sinoidales (d. h. sinusförmiges oder sinusähnliches) Drehstromsignal erzeugt. Alternativ hierzu kann der Sekundärstrom aber auch als zweiphasiges elektrisches Signal mit gegenläufig wechselnder Polung erzeugt und in zwei Phasen der Motorstromleitung eingespeist werden.
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Zweckmäßigerweise wird der Versorgungsstrom für die Federdruckbremse durch Gleichrichtung des abgezweigten Stromanteils erzeugt und liegt somit als Gleichstrom vor.
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In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird die Federdruckbremse im Zuge eines Lüftungsvorgangs „übererregt”, um den Luftvorgang zu beschleunigen. Hierbei wird der Spannungsbetrag des Versorgungsstroms zu Beginn des Lüftungsvorgangs zunächst für einen vorgegebenen Zeitraum auf einen erhöhten Überspannungswert eingestellt. Nach Ablauf dieses Übererregungszeitraums wird der Spannungsbetrag des Versorgungsstroms anschließend auf einen kleineren Haltewert abgesenkt. Die Überlagerung des Motorstroms mit dem Sekundärstrom ermöglicht hierbei eine besonders ausgeprägte Übererregung, insbesondere unabhängig von dem Betrag des Motorstroms.
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In einer weiteren zweckmäßigen Verfahrensvariante wird die Motorstromleitung zusätzlich zur Übertragung von Signalen, insbesondere Steuersignalen und/oder Sensorwerten zwischen zwei an die Motorstromleitung angeschlossenen Geräten genutzt. Bei den auf diese Weise uni- oder bidirektional kommunizierenden Geräten handelt es sich insbesondere um ein eingangsseitig an die Motorstromleitung angeschlossenes Einspeisungsgerät (insbesondere einen Wechselstrom-Umrichter) und ein den Versorgungsstrom erzeugendes Stromversorgungsgerät.
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Zur Signalübertragung in der Motorstromleitung wird vorzugsweise zusätzlich zu dem Motorstrom und dem Sekundärstrom eine Signalspannung erzeugt, deren Frequenz sowohl von der Frequenz des Motorstroms als auch der Frequenz des Sekundärstroms verschieden ist. Diese insbesondere gepulst auf die Motorstromleitung gegebene Signalspannung wird an anderer Stelle der Motorstromleitung selektiv erfasst und hinsichtlich ihres Informationsgehalts ausgelesen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Signalübertragung auch durch Frequenzmodulation des Sekundärstroms erfolgen.
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Bezüglich der Vorrichtung wird die obige Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 8. Eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 8, die aus der
DE 10 2004 013 033 B3 bekannt ist, umfasst ein Einspeisungsgerät zur Erzeugung des vorstehend beschriebenen Motorstroms und des vorstehend beschriebenen Sekundärstroms, ein Stromversorgungsgerät zur Erzeugung des Versorgungsstroms für die Federdruckbremse sowie eine Motorstromleitung, die das Einspeisungsgerät über einen Hauptstrang mit dem Elektromotor, und über einen Zweigstrang mit dem Stromversorgungsgerät verbindet. Das Stromversorgungsgerät ist dazu eingerichtet, einen Stromanteil aus der Motorstromleitung abzuzweigen, daraus den Versorgungsstrom zu erzeugen und der Bremse zuzuleiten. Um das vorstehend beschriebene Verfahren ausführen zu können, ist das Einspeisungsgerät dazu eingerichtet, in der Motorstromleitung zusätzlich zu einem Motorstrom einen Sekundärstrom zu erzeugen, dessen Frequenz sich von der Frequenz des Motorstroms unterscheidet.
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Das Einspeisungsgerät ist vorteilhafterweise durch einen Wechselstrom-Umrichter gebildet, der sowohl den Motorstrom als auch den Sekundärstrom erzeugt. Falls eine Signalübertragung innerhalb der Motorstromleitung vorgesehen ist, ist dieser Umrichter zweckmäßigerweise zusätzlich zur Erzeugung der Signalspannung bzw. zur signaltechnischen Frequenzmodulation des Sekundärstroms eingerichtet. Zur Anwendung des Verfahrens auf einen umrichterlos betriebenen Elektromotor umfasst das Einspeisungsgerät eine erste Einheit zur Erzeugung des Motorstroms, bei der es sich insbesondere um ein einfaches Schaltgerät, z. B. einen Schütz oder Motorstarter handelt, sowie eine hiervon separate zweite Einheit zur Erzeugung des Sekundärstroms. Bei dieser zweiten Einheit handelt es sich beispielsweise um einen Festfrequenz-Umrichter.
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Das den Versorgungsstrom generierende Stromversorgungsgerät kann grundsätzlich als eigenständige Baueinheit vorliegen. In einer besonders kompakten und installationstechnisch vorteilhaften Ausführung der Vorrichtung ist das Stromversorgungsgerät alternativ hierzu in einen Klemmenkasten des Elektromotors integriert.
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Der Versorgungsstrom kann der Federdruckbremse grundsätzlich über eine übliche Drahtleitung zugeführt sein. Sofern die Federdruckbremse direkt an dem Elektromotor befestigt ist, ist der Versorgungsstrom der Federdruckbremse alternativ hierzu über ein Befestigungsmittel zugeführt, das die Federdruckbremse an dem Elektromotor hält. Insbesondere erfolgt die Zuführung des Versorgungsstroms zu der Federdruckbremse über ein zur Halterung der Federdruckbremse an dem Elektromotor vorgesehenes Lagerschild und übliche Befestigungsbolzen, mit denen die Federdruckbremse an dem Elektromotor verschraubt ist.
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In einer ebenfalls besonders vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung ist eine Übertragungseinrichtung vorgesehen, die den Versorgungsstrom berührungslos an die Federdruckbremse überträgt. Die Übertragung des Versorgungsstroms erfolgt hierbei insbesondere induktiv durch eine in der Motorwelle angeordnete Übertragungsspule. Die berührungslose Übertragung des Versorgungsstroms ist vor allem in Anwendungsfällen vorteilhaft, bei denen sich die Federdruckbremse gegenüber dem Stator des Elektromotors bewegt, insbesondere bei schlupfbehafteten Antriebssystemen, bei denen die Federdruckbremse üblicherweise nicht direkt mit dem Motor gekoppelt ist, sondern abtriebsseitig einer Schlupfstelle, z. B. einer Rutschkupplung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigen:
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1 in einem schematischen Blockschaltbild einen Elektromotor mit einer zugeordneten Federdruckbremse sowie eine Vorrichtung zur elektrischen Versorgung des Elektromotors und der Bremse über eine gemeinsame Motorstromleitung,
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2 die Vorrichtung in einem schematisch vereinfachten Schaltbild,
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3 in synchronen Diagrammen den zeitlichen Verlauf der Amplitude einer Sekundärspannung, einer Signalspannung, und einer Motorspannung sowie des Betrags einer Versorgungsspannung für die Bremse im Betrieb der Vorrichtung, und
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4 und 5 in Darstellung gemäß 1 weitere Ausführungsformen der Vorrichtung.
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Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt einen (Elektro-)Motor
1. Dem Elektromotor
1 ist eine elektromagnetisch luftbare (Federdruck-)Bremse
2 zugeordnet, wie sie dem Aufbau und dem Funktionsprinzip nach z. B. in
EP 0 786 852 A1 beschrieben ist. Die Federdruckbremse
2 ist direkt an dem Elektromotor
1 befestigt und über die Motorwelle mit diesem gekoppelt.
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Der Elektromotor 1 ist über eine Motorstromleitung 3 mit einem Einspeisungsgerät 4 verbunden, das eingangsseitig wiederum an ein Wechselstromnetz 5 angeschlossen ist. Die Motorstromleitung 3 ist motorseitig in einem Klemmenkasten 6 des Elektromotors 1 an eine zugehörige Motorklemme 7 angeschlossen. An dieser Motorklemme 7 ist zudem ein Zweigstrang 8 der Motorstromleitung 3 angeklemmt, über den ein die Bremse 2 versorgendes Stromversorgungsgerät 9 mit dem Einspeisungsgerät 4 verbunden ist.
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An einer Ausgangsklemme 10 des Stromversorgungsgeräts 9 ist eine Versorgungsleitung 11 angeschlossen, die andererseits mit einem Betriebsspannungseingang 12 der Bremse 2 verbunden ist. Um die Installation des Elektromotors 1 und der zugehörigen Bremse 2 zu vereinfachen, ist die Versorgungsleitung 11 vorzugsweise zumindest teilweise im Klemmenkasten 6 des Motors 1 geführt. Optional ist auch das Stromversorgungsgerät 9 im Klemmenkasten 6 integriert.
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Das Einspeisungsgerät 4 und das Stromversorgungsgerät 9 bilden zusammen eine Vorrichtung 13, in deren bestimmungsgemäßem Betrieb über die gemeinsame Motorstromleitung 3 einerseits der Elektromotor 1 mit einer Motorspannung Um, und andererseits die Bremse 2 mit einer Versorgungsspannung Uv versorgt werden.
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Im Beispiel gemäß 1 und 2 ist das Einspeisungsgerät 4 im Wesentlichen gebildet durch einen Umrichter 14, der eine im Wechselstromnetz 5 anliegende dreiphasige Netzspannung Un in die ebenfalls dreiphasige Motorspannung Um umrichtet. Die Motorspannung Um wird hierbei durch den Umrichter 14 als sinoidales Drehspannungssignal erzeugt, dessen Frequenz und Amplitude in Anpassung an die gewünschte Motordrehzahl bzw. -leistung in einem Frequenzbereich von z. B. 0 Hz bis 50 Hz und einem Amplitudenbereich von z. B. 0 V bis 325 V pro Phase gegen Masse variiert wird. Der Umrichter 14 speist die solchermaßen erzeugte Motorspannung Um quasi als Grundschwingung in die Motorstromleitung 3 ein.
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Der Umrichter 14 überlagert dieser Motorspannung Um eine Sekundärspannung Us mit wesentlich höherer Frequenz von z. B. 500 Hz und vergleichsweise geringer Amplitude von z. B. 20 V bis 50 V gegen Masse. Die Sekundärspannung Us wird von dem Umrichter 14 als ebenfalls dreiphasige sinoidale Drehspannung erzeugt. Die Sekundärspannung Us bildet somit ein Differentialmodus-Signal, dessen drei Phasen sich zu jedem Zeitpunkt zu Null kompensieren. Jeweils eine der drei Phasen der Sekundärspannung Us wird einer zugeordneten Phase der Motorspannung Um aufmoduliert.
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Im Betrieb der Vorrichtung 13 wird unter Wirkung der Motorspannung Um in der Motorstromleitung 3 ein Motorstrom erzeugt, der den Motor 1 antreibt. Unter Wirkung der Sekundärspannung Us wird in der Motorstromleitung 3 zusätzlich hierzu ein Sekundärstrom erzeugt. Das Stromversorgungsgerät 9 zweigt im Betrieb der Vorrichtung 13 einen – im Wesentlichen diesem Sekundärstrom entsprechenden – Stromanteil A über den Zweigstrang 8 ab. Das Stromversorgungsgerät 9 erzeugt hieraus die Versorgungsspannung Uv in Form einer Gleichspannung und stellt diese zum Betrieb der Bremse 2 an der Ausgangsklemme 10 zur Verfügung.
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Durch das Einspeisungsgerät 4 wird somit im bestimmungsgemäßen Betrieb der Vorrichtung 13 die Bremse 2 über die Motorstromleitung 3 mittelbar mit einem Versorgungsstrom mitversorgt. Infolge der auf die Motorspannung Um aufmodulierten Sekundärspannung Us wird hierbei eine vom Motorbetrieb unabhängige Versorgung der Bremse 2 ermöglicht. Insbesondere kann die Bremse 2 – durch Bereitstellung der Versorgungsspannung Uv – auch dann gelüftet werden, wenn die Motorspannung Um während des Motorstillstandes aussetzt.
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Die schaltungstechnische Ausgestaltung der Vorrichtung 13 ist in 2 näher dargestellt.
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Aus dieser Darstellung ist insbesondere erkennbar, dass das Wechselstromnetz 5 und die Motorstromleitung 3 aus jeweils drei Phasen N1, N2 und N3 bzw. L1, L2 und L3 gebildet sind. Wie 2 ebenfalls zu entnehmen ist, umfasst das Stromversorgungsgerät einen (Brücken-)Gleichrichter 20 mit drei Halbbrücken, die jeweils mit einer der Phasen L1, L2, L3 verschaltet sind. Über einen den Halbbrücken nachgeschalteten Glättungskondensator ist hierbei die gleichgerichtete Versorgungsspannung Uv abgreifbar.
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In besonders einfacher Ausgestaltung der Vorrichtung 13 (nicht dargestellt) kann der Gleichrichter 20 des Stromversorgungsgeräts 9 eingangsseitig unmittelbar mit den Phasen L1 bis L3 der Motorstromleitung 3 verschaltet sein. Der Gleichrichter 20 wird somit durch die aus der Motorspannung Um und der Sekundärspannung Us gebildete Summenspannung Um + Us gespeist, deren zeitlicher Verlauf in 2 in einem Inset-Diagramm D für die Phase L1 schematisch verdeutlicht ist. Damit wird auch der Betrag der Versorgungsspannung Uv durch die Spannungsamplitude dieser Summenspannung Um + Us bestimmt. Das Stromversorgungsgerät 9 umfasst in dieser Ausführung vorzugsweise (nicht explizit dargestellte) Mittel zur Begrenzung der Versorgungsspannung Uv auf einen Maximalwert.
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In alternativer Ausgestaltung umfasst das Stromversorgungsgerät 9 gemäß 2 zusätzlich einen Hochpassfilter 21, der dem Gleichrichter 20 und der Motorklemme 7 zwischengeschaltet ist, und der selektiv die hochfrequente Sekundärspannung Us in den Zweigstrang 8 auskoppelt. Der Hochpassfilter 21 ist insbesondere durch drei Sperrkondensatoren gebildet, durch die die Phasen L1 bis L3 kapazitiv an den Hauptzweig der Motorstromleitung 3 angebunden sind. In diesem Fall wird die Versorgungsspannung Uv zumindest im Wesentlichen ausschließlich durch die Amplitude <Us> der Sekundärspannung Us bestimmt und kann somit durch den Umrichter 14 unabhängig von der Motorspannung Um gesteuert werden.
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Um die Versorgungsspannung Uv schnell zu- und abschalten zu können, umfasst das Stromversorgungsgerät 9 vorzugsweise zusätzlich einen Schalter 22, der mittels einer in das Stromversorgungsgerät 9 integrierten Steuereinheit 23 betätigbar ist. Diese Steuereinheit 23 ist wiederum signaltechnisch mit einer dem Umrichter 14 zugeordneten Steuereinheit 24 verbunden, die insbesondere durch einen Mikrocontroller gebildet ist. Im Betrieb der Vorrichtung 13 erzeugt die Steuereinheit 24 Steuersignale, nach Maßgabe derer die Steuereinheit 23 den Schalter 22 reversibel öffnet oder schließt.
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Zur Signalübertragung zwischen der Steuereinheit 24 und der Steuereinheit 23 wird die Motorstromleitung 3 benutzt. Die Steuereinheit 24 erzeugt die Steuersignale, indem sie durch entsprechende Ansteuerung des Umrichters 14 zusätzlich zu der Motorspannung Um und der Sekundärspannung Us eine hochfrequente Signalspannung Ut mit einer Frequenz von beispielsweise 5 kHz und einer geringen Spannungsamplitude von beispielsweise 1 V in die Phase L3 der Motorstromleitung 3 einspeist.
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Die Steuereinheit 23 greift diese Signalspannung Ut frequenzselektiv über eine Signalleitung 25 ab und steuert den Schalter 22 entsprechend an. Beispielsweise schließt die Steuereinheit 23 den Schalter 22, wenn und solange die Signalspannung Ut in der Phase L3 der Motorstromleitung 3 anliegt.
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Ein typisches Schaltspiel der Vorrichtung 13 ist in 3 beispielhaft dargestellt, die in synchronen Diagrammen gegen die Zeit t den jeweiligen Verlauf
- – der Amplitude <Us> der Sekundärspannung Us,
- – der Amplitude <Ut> der Signalspannung Ut,
- – der Versorgungsspannung Uv und
- – der Amplitude <Um> der Motorspannung Um
zeigt.
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Aus dieser Darstellung wird deutlich, dass die Steuereinheit 24 durch Ansteuerung des Schalters 22 die Versorgungsspannung Uv bereits um eine vorgegebene Vorlaufzeit Tv vor dem Beginn einer Betriebsphase Tb des Motors 1, und dem damit verbundenen Einsetzen der Motorspannung Um, anschaltet.
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Außerdem ist aus 3 erkennbar, dass die Bremse 2 zur Beschleunigung des Lüftungsvorgangs übererregt wird. Hierzu stellt die Steuereinheit 24 durch entsprechende Steuerung der Amplitude <Us> die Versorgungsspannung Uv während einer auf das Einschalten der Versorgungsspannung Uv folgenden Übererregungsphase Tu zunächst auf einen vergleichsweise hohen Überspannungswert Ue von beispielsweise 40 V ein. Nach Ablauf der Übererregungsphase Tu wird die Versorgungsspannung Uv dann auf einen erniedrigten Haltewert Uh von z. B. 20 V abgesenkt. Der Haltewert Uh ist derart dimensioniert, dass er gerade ausreicht, um das Einfallen der Bremse 2 sicher zu verhindern.
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Zum Ende der Betriebsphase Tb veranlasst die Steuereinheit 24 durch Abschalten der Signalspannung Ut die Öffnung des Schalters 22, wodurch die Versorgungsspannung Uv etwa zeitgleich mit der Motorspannung Um zusammenbricht, und die Bremse 2 in die Bremsstellung einfällt.
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Die Sekundärspannung Us wird auch außerhalb der Betriebsphase Tb des Motors 1 aufrechterhalten. Vorzugsweise wird sie nach dem Ende der Betriebsphase Tb sogar wieder hochgesetzt, um die Bremse 2 bei Bedarf schnell lüften zu können. Hierdurch wird erreicht, dass die an der Bremse 2 anliegende Versorgungsspannung Uv nach erneutem Schließen des Schalters 22 ohne Zeitverzug den Überspannungswert Ue annimmt.
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Eine in 4 dargestellte Variante der Vorrichtung 13 unterscheidet sich von der im Zusammenhang mit 1 beschriebenen Variante im Wesentlichen dadurch, dass hier das Einspeisungsgerät 4 aus zwei separaten Einheiten 40 und 41 gebildet ist. Die Einheit 40 dient hierbei zur Erzeugung der Motorspannung Um. Bei dieser Einheit 40 handelt es sich insbesondere um einen Schütz oder Motorstarter, der die Netzspannung Un im Wesentlichen unverändert als Motorspannung Um auf die Motorstromleitung 3 legt. Die Motorspannung Um hat in diesem Fall eine der Netzspannung Un entsprechende Frequenz von z. B. 50 Hz.
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Die Einheit 41 dient zur separaten Erzeugung der Sekundärspannung Us. Bei der Einheit 41 handelt es sich insbesondere um einen Festfrequenzumrichter, der die Netzspannung Un in die dreiphasige Sekundärspannung Us umrichtet, wobei letztere bevorzugt wiederum eine Frequenz von etwa 500 Hz und eine Spannungsamplitude von etwa 20 V bis 50 Volt pro Phase gegen Masse hat. Die Sekundärspannung Us wird gemäß 4 in einem Koppelglied 42 phasenweise der Motorspannung Um aufmoduliert.
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Bei einer weiteren Variante der Vorrichtung 13, die in 5 dargestellt ist, ist die Versorgungsleitung 11 teilweise in den Elektromotor 1 integriert. Die Kontaktierung der Bremse 2 mit der Versorgungsleitung 11 erfolgt hierbei, über Schraubbolzen 50, mit denen die Bremse 2 am Lagerschild des Motors 1 angeflanscht ist.
