DE102010007275B4 - Antriebssystem und Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems - Google Patents

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Abstract

Antriebssystem (C),umfassend einen oder mehrere elektrische Antriebe, die aus einem gemeinsamen Versorgungskreis bei motorischem Betrieb versorgbar sind, in welchen generatorisch erzeugte Energie der Antriebe einspeisbar ist,wobei im Versorgungskreis ein Energiespeicher (SP) angeordnet ist,wobei die Energiekapazität des Energiespeichers (SP) derart groß ist, dass der als elektrische Energie dem Versorgungskreis zuführbare Anteil der Energie durch Rückspeisung der maximalen gesamten mechanischen Energie des Antriebssystems (C) im Energiespeicher (SP) aufnehmbar ist,wobei eine Steuereinheit (M) vorgesehen ist, welche die Zufuhr von Energie aus einem Wechselspannungsnetz in den Versorgungskreis steuert,wobei die Steuereinheit (M) mit einem Mittel zur Erfassung einer Positionsgröße einer von einem Antrieb angetriebenen Last, wie Hubhöhe, und/oder zur Erfassung einer anderen kinematischen Größe, wie Drehzahl und/oder Geschwindigkeit, verbunden ist,wobei die Steuereinheit (M) mit einem Mittel (K3) zur Erfassung des Ladezustandes des Energiespeichers (SP) verbunden ist,wobei die Steuereinheit (M) ein Mittel zur Bestimmung eines Sollwerts für Ladezustand aufweist, welches diesen Sollwert aus der im Antriebssystem (C) vorhandenen, elektrisch rückwandelbaren Energie bestimmt, wobei die Bestimmung derart erfolgt, dass diese rückwandelbare Energie vom Energiespeicher (SP) aufnehmbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems.
  • Aus der DE 10 2007 020 184 A1 ist ein Verfahren zur energieoptimalen Ausführung von Bewegungen bei einem Regalbediengerät bekannt, wobei also Bewegungsabläufe von verschiedenen Achsen in gegenseitiger Abhängigkeit ausgeführt werden.
  • Aus der DE 10 2006 043 299 A1 ist ein Regalbediengerät bekannt, bei dem eine Rückspeisung innerhalb einer das Regalbediengerät umfassenden Anlage vorgesehen ist.
  • Aus der WO 2005 / 117 248 A1 ist ebenfalls eine Anlage mit Regalbediengeräten bekannt, bei der eine Gleichspannungsverschienung vorgesehen ist und überschüssige Energie an ein Öffentliches Versorgungsnetz rückspeisbar ist.
  • Aus der JP 2006 - 238 516 A ist als nächstliegender Stand der Technik ein Energiespeicher im Zwischenkreis eines Umrichters bekannt zur Speicherung generatorisch erzeugter Energie und zur Energieabgabe im motorischen Betrieb.
  • Aus der WO 2008 / 135 043 A2 ist ein Verfahren zur Nutzung von in mechanischelektrischen Systemen gespeicherter Energie als Regelreserve in elektrischen Versorgungsnetzen bekannt.
  • Aus der US 2008 / 0 169 138 A1 ist eine Batterieausgleichsschaltung für ein Elektroauto bekannt.
  • Aus der WO 01 / 74 699 A1 ist eine Einrichtung zur Reduktion von Netzaufnahmeleistungen bei einer Aufzugsanlage bekannt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Energieverbrauch bei elektrischen Komponenten einer Anlage zu vermindern.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Antriebssystem nach den in Anspruch 1 und bei dem Verfahren zum Betrieben eines Antriebssystems nach den in Anspruch 6 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Antriebssystem sind, dass es einen oder mehrere elektrische Antriebe umfasst, die aus einem gemeinsamen Versorgungskreis bei motorischem Betrieb versorgbar sind, in welchen generatorisch erzeugte Energie der Antriebe einspeisbar ist,
    wobei im Versorgungskreis ein Energiespeicher SP angeordnet ist,
    wobei die Energiekapazität des Energiespeichers derart groß ist, dass die maximale gesamte mechanische Energie des Antriebssystems in den Versorgungskreis bei generatorischem Betrieb einspeisbare Energie, insbesondere kinetische und potentielle Energie, im Energiespeicher aufnehmbar ist.
  • Von Vorteil ist dabei, dass Leitungsquerschnitte der die Energie vom Wechselstromnetz zuführenden Leitungen geringer wählbar ist. Denn der Energiespeicher ermöglicht die Aufnahme von generatorisch erzeugten Energiemengen, die dann wieder innerhalb der Anlage verbrauchbar sind. Auf diese Weise muss weniger Energie zugeführt werden. Außerdem sind groß dimensionierte Rückspeisungen mit zugehöriger Verkabelung einsparbar. Insbesondere ist also der Leitungsquerschnitt der aus dem Wechselstromnetz die Energie zum Antriebssystem zuführenden Leitungen derart klein wählbar, dass nur diejenige Leistung zuführbar ist, die ausreicht um alle Antriebe mit konstanter Geschwindigkeit zu bewegen, insbesondere wobei nur weniger Leistung zuführbar ist als zum mittels der Antriebe jeweils maximal erlaubten Beschleunigen aller Antriebe notwendig ist. Somit ist bei konstanter Geschwindigkeit die Reibung der Antriebe überwindbar. Zum Beschleunigen wird jedoch Energie aus dem Energiespeicher verwendet. Vorteiligerweise wird also im Energiespeicher stets genügend Energie bereitgehalten, um die Beschleunigungen ausführen, die Bewegungsabläufe benötigen, welche von der Steuereinheit vorgebbar sind. Außerdem wird der Energiespeicher auf einem derartig niedrigen Ladezustand gehalten, dass noch alle generatorisch erzeugbaren, in elektrische Energie rückwandelbaren Energiemengen aufnehmbar sind und somit kein Bremswiderstand und auch keine Rückspeisung notwendig ist.
  • Weiterer Vorteil der Erfindung ist auch, dass die vorgebbaren Bewegungsabläufe ohne Einschränkung sind. Eine Einschränkung ist nur durch die Dimensionierung und Auslegung der Antriebe selbst gegeben. Bevorzugte Bewegungsabläufe sind selbstverständlich diejenigen, bei welchen das Abbremsen durch generatorische Betriebsart der Elektromotoren der Antriebe erreicht wird und nicht durch Reibungsbremsen. Bei diesen bevorzugten Bewegungsabläufen wird also die Bremsbeschleunigung entsprechend vermindert.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der gemeinsame Versorgungskreis ein Gleichspannungskreis, insbesondere wobei jeder Antrieb einen aus dem Gleichspannungskreis versorgten Wechselrichter aufweist, der einen Elektromotor des Antriebs speist. Von Vorteil ist dabei, dass ein Zwischenkreis als Versorgungskreis verwendbar ist, so dass die Wechselrichter alle aus einer gemeinsamen unipolaren Spannungsquelle, insbesondere Gleichspannungsquelle, versorgbar sind. Der Energiefluss vom Wechselstromnetz ins Versorgungsnetz ist durch einen steuerbaren Gleichrichter, beispielsweise mit phasenanschnittsteuerbaren Thyristoren, ausführbar.
  • Erfindungsgemäß ist eine Steuereinheit vorgesehen, welche die Zufuhr von Energie aus einem Wechselspannungsnetz, insbesondere Öffentliches Versorgungsnetz, in den Versorgungskreis steuert. Von Vorteil ist dabei, dass möglichst geringe Energiemengen entnehmbar sind, so dass Energie einsparbar ist.
  • Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit mit einem Mittel zur Erfassung einer Positionsgröße einer von einem Antrieb angetriebenen Last, wie Hubhöhe, und/oder zur Erfassung einer anderen kinematischen Größe, wie Drehzahl und/oder Geschwindigkeit, verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass ein möglichst exakter Wert der mechanischen Energiemengen aus diesen erfassten Werte bestimmbar ist.
  • Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit mit einem Mittel K3 zur Erfassung des Ladezustandes des Energiespeichers SP verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass ein optimiertes Energiemanagement ausführbar ist und somit nur dann Energie aus dem Wechselstromnetz, insbesondere aus dem Öffentlichen Wechselstromnetz, zu entnehmen ist, wenn dies notwendig ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist keine Rückspeiseeinheit zwischen Öffentlichem Wechselspannungsnetz und Versorgungskreis beziehungsweise Energiespeicher angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass die Anlage kostengünstig ist und wenig Energie verbraucht.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Energiespeicher ein chemischer, elektrischer und/oder mechanischer Energiespeicher. Von Vorteil ist dabei, dass ein kostenoptimierter Speicher verwendbar ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfassen ein oder mehrere Antriebe einen Wechselrichter, der einen Elektromotor speist und aus dem Versorgungskreis versorgt wird, insbesondere wobei der Wechselrichter in Halbbrücken angeordnete Leistungshalbleiterschalter umfasst. Von Vorteil ist dabei, dass kostengünstige Bauelemente verwendbar sind.
  • Wichtig ist bei der Erfindung auch, dass das Antriebssystem in einem Regallager verwendbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass die dort zu hebenden großen Massen zu großen potentiellen Energiemengen führen, deren Rückspeisung ins Netz sehr groß dimensionierte Leitungen und Rückspeisungen erforderlich macht. Mit der Erfindung hingegen ist die Energie verbrauchbar im Antriebssystem und die zugeführten Leitungen benötigen nur geringe Leitungsq uerschnitte.
  • Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zum Betrieben eines Antriebssystems sind, dass zumindest ein elektrischer Antrieb aus einem Versorgungskreis versorgt ist, in welchem ein Energiespeicher SP angeordnet ist, wobei
    • - (i) ein Sollwert für den Ladezustand des Energiespeichers SP bestimmt wird,
    • - (ii) der Istwert des Ladezustandes des Energiespeicher SP bestimmt wird,
    • - (iii.1) solange der Istwert kleiner ist als der Sollwert aus einem Wechselspannungsnetz, insbesondere aus dem öffentlichen Versorgungsnetz, dem Energiespeicher SP ein Energiestrom gesteuert zugeführt wird, bis der Sollwert erreicht ist oder (iii.2) die Differenz zwischen Sollwert und Istwert einem Regler, insbesondere einem linearen Regler, zugeführt wird, dessen Ausgangsgröße den aus einem Wechselspannungsnetz, insbesondere aus dem öffentlichen Versorgungsnetz, dem Energiespeicher SP zugeführten Energiestrom steuert.
  • Von Vorteil ist dabei, dass der oben beschriebene optimale Soll-Ladezustand in einfacher Weise erreichbar ist. Somit steht jederzeit Energie zur Beschleunigung der Antriebe zur Verfügung und andererseits kann beim generatorischen Abbremsen der Bewegung die Energie aufgenommen werden
  • Erfindungsgemäß wird der Sollwert derart bestimmt, dass die im Antriebssystem vorhandene, elektrisch rückwandelbare Energie vom Energiespeicher aufnehmbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass keine Vernichtung oder Rückspeisung von Energie ausgeführt werden muss.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung treiben ein oder mehrere Antriebe des Antriebssystems eine bewegbare Masse an, insbesondere translatorisch und/oder rotatorisch,
    insbesondere wobei potentielle und/oder kinetische Energie des Antriebssystems rückwandelbar in elektrische Energie ist, indem ein Elektromotor eines Antriebs generatorisch betreibbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass mechanische Energie des Antriebssystems in elektrische Energie wandelbar ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Sollwert derart groß, dass die zugehörige gespeicherte Energiemenge ausreicht, um die Elektromotoren der Antriebe vom Ruhezustand auf eine Solldrehzahl zu beschleunigen. Von Vorteil ist dabei, dass stets genügend Energie im Energiespeicher bevorratet wird, so dass ein Beschleunigen der Antriebe ausführbar ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden
    • - Position und/oder Geschwindigkeit einer oder mehrerer von den Antrieben des Antriebssystems bewegbaren Massen erfasst,
    • - aus diesen erfassten Werten die mechanische Energie des Antriebssystems bestimmt wird,
    • - die generatorisch erzeugbare elektrische Energie E bestimmt wird, indem ein Wirkungsgrad berücksichtigt wird,
    • - der Sollwert L1 bestimmt wird, indem von der maximal vom Energiespeicher aufnehmbaren Energiemenge L die generatorisch erzeugbare elektrische Energie E subtrahiert wird.
  • Von Vorteil ist dabei, dass stets der optimale Ladezustand bereitgestellt wird, so dass die mechanische Energie des Antriebssystems aufnehmbar ist und die Antriebe jederzeit beschleunigbar sind.
  • Bei einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung weist
    • - die generatorisch erzeugbare elektrische Energie E bestimmt wird, indem ein Wert für die maximale potentielle Energie des Antriebssystems bestimmt wird,
    • - der Sollwert L1 bestimmt wird, indem von der maximal vom Energiespeicher aufnehmbaren Energiemenge L die generatorisch erzeugbare elektrische Energie E subtrahiert wird.
    Von Vorteil ist dabei, dass keine Erfassung von Istwerten ausgeführt werden muss und somit Sensorik einsparbar ist. Der Energiespeicher ist für jeden von der zentralen übergeordneten Steuereinheit vorgegebenen Bewegungsablauf genügend groß dimensioniert. Außerdem ist somit der Sollwert ein fester Parameter der Anlage und daher eine besonders einfache Regelung ausführbar. Eine Anlage ist für diese Ausgestaltung besonders geeignet, wenn sie nur ein oder mehrere Hubwerke aufweist oder die kinetischen Energieen jederzeit viel kleiner bleiben als die maximale potentielle Energie des Hubwerks oder der Hubwerke.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
  • Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
    • In der 1 ist ein erfindungsgemäßes Antriebssystem schematisch skizziert.
    • In der 2 ist das hierfür vorteilhafte erfindungsgemäße Betriebsverfahren erläutert.
  • Aus einem Öffentlichen Versorgungsnetz wird über einen Anlagentransformator eine elektrische Einspeisung EV zur elektrischen Versorgung der Anlage mit dem Antriebssystem C vorgesehen.
  • Das Antriebssystem C weist ein aus der Einspeisung EV versorgtes Powermodul P auf, das die Energiezufuhr an einen Energiespeicher SP steuert.
  • Der Energiespeicher SP ist vorzugsweise als elektrischer Energiespeicher, wie Kondensator, Doppelschichtkondensator oder dergleichen, ausgeführt. Alternativ oder zusätzlich sind aber auch Ausführungen als mechanischer Energiespeicher, wie Schwungmassenspeicher, oder chemische Energiespeicher, wie Batterie oder Akkumulator, verwendet werden.
  • Aus dem Energiespeicher werden Antriebe (A1, A2) versorgt, die eine oder mehrere Lasten befördern und/oder antreiben. Beispielsweise treibt ein erster Antrieb A1 ein Hubwerk an, mit welchem eine Last in die Höhe beförderbar ist, und ein zweiter Antrieb treibt die Last in vertikaler Richtung ein. Somit wird mittels motorischem Betrieb der Antriebe die mechanische Energie des Antriebssystems vergrößerbar. Translatorische Geschwindigkeiten führen zu kinetischer Energie, das Heben einer Last zu potentieller Energieerhöhung. Die Antriebe weisen auch selbst Massen auf, wie beispielsweise auch die Schwungmasse der rotierenden Teile des Antriebs. Somit trägt nicht nur die mittels der Antriebe bewegbare Last, sondern es tragen auch diese bewegten Eigen-Massen der Antriebe zur mechanischen Energie bei. Der Einfachheit halber wird hier meist nur von der Last gesprochen, zu der dann diese Eigen-Massen hinzuzurechnen sind.
  • Das Antriebssystem ist somit beispielshaft in einem Regallager zum Antreiben eines Regalbediengerätes geeignet. Es sind aber bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen aus dem Energiespeicher auch Antriebe weiterer Regalbediengeräte speisbar.
  • Die Antriebe umfassen jeweils einen Elektromotor, der zum Beschleunigen motorisch und zum Abbremsen generatorisch betreibbar ist.
  • Somit ist die kinetische und potentielle Energie der Last rückwandelbar in elektrische Energie, wobei ein jeweiliger Wirkungsgrad zu berücksichtigen ist.
  • Die Bewegungsabläufe werden über entsprechende Steuerinformationen bestimmt, die über eine zweite Kommunikationsverbindung S2 aus einer Steuereinheit für die Antriebe des Antriebssystems C geliefert werden. Dabei ist die Steuereinheit ST1 mit einer überlagerten Steuerung ST, beispielsweise Lagerrechner, zum Datenaustausch verbunden.
  • Das Antriebssystem weist eine weitere Steuereinheit M auf, die das Ladeenergiemanagement des Energiespeichers SP durchführt. Dabei ist die Steuereinheit M mit Mitteln K1 zur Erfassung einer Positionsgröße der Last, wie Hubhöhe, und/oder zur Erfassung einer Geschwindigkeit der Last verbunden. Außerdem ist sie mit einem Mittel K3 zur Erfassung des Ladezustandes des Energiespeichers SP verbunden und weist eine Kommunikationsverbindung K2 auf, mit der sie die Zufuhr von Energie vom Powermodul P zum Energiespeicher SP bestimmt.
  • In 2 ist die Beladung des Energiespeichers dargestellt.
  • Dabei bezeichnet L die durch den Energiespeicher SP maximal aufnehmbare Ladeenergiemenge.
  • La bezeichnet das Maß für die aktuell zur Verfügung stehende Energiemenge des Energiespeichers SP.
  • Lb bezeichnet das Maß für die durch den Energiespeicher SP aktuell noch maximal aufnehmbare Energiemenge, also die Differenz L - La.
  • E bezeichnet die Summer der rückwandelbaren mechanischen Energie des Antriebssystems. Dabei werden diejenigen Energiearten, welche durch generatorischen Betrieb der Antriebe in elektrische Energie rückwandelbar sind und somit dem Energiespeicher zuführbar sind, addiert, wobei der jeweilige Wirkungsgrad beim Rückwandeln berücksichtigt wird. Beispielsweise werden also die potentielle, rotative und kinetische Energie einer Last samt den zugehörigen Massen beziehungsweise Trägheitsmomente mit dem jeweiligen Wirkungsgrad multipliziert und dann die Summe gebildet. Bei Vorhandensein einer einzigen Last wird also E = m*g*h*η_1 + ½ * m *η_2* v ^ 2, wobei η_1 den Wirkungsgrad bei generatorischem Betrieb des Hubwerks und η_2 den Wirkungsgrad bei generatorischem Betrieb des horizontalen Antriebs beschreibt.
  • L1 bezeichnet die Soll-Ladeenergiemenge des Energiespeichers SP, welche von der Steuereinheit M bestimmt wird und dann vorgegeben wird. Dabei steuert die Steuereinheit M das Powermodul derart an, dass vom Powermodul P so lange Energie an den Energiespeicher SP weitergegeben wird, bis die Soll-Ladeenergiemenge L1 erreicht ist. Wenn mehr Energie im Energiespeicher SP vorhanden ist als L1, dann wird das Powermodul von der Steuereinheit M abgeschaltet.
  • Für den Sollwert L1 gilt L1 = L - E. Somit hängt der Sollwert von den kinematischen Parametern des Antriebssystems ab und ändert sich somit bei Änderung der Energiemengen.
  • Der Energiespeicher wird stets auf einem derartigen Ladezustand L1 gehalten, dass die aktuelle Energie der Antriebe rückspeisbar ist in den Energiespeicher SP.
  • Im Energiespeicher SP wird außerdem ständig genügend Energie bereitgestellt, um die Antriebe und somit die Last zu beschleunigen. Denn L1 ist so bemessen, dass die gespeicherte Energiemenge hierfür ausreicht.
  • Außerdem wird durch den hohen Ladezustand des Energiespeichers ein möglichst schnelles Beladen bei Zuschalten des Powermoduls P ermöglicht. Bei Verwendung eines Kondensators oder Doppelschichtkondensators oder eines anderen kondensatorbasierten Energiespeichers, wobei also der Innenwiderstand zu beachten ist, ist immer eine maximale Spannung verfügbar. Hierdurch wird eine optimale Leistungsausbeute erreichbar und der Energiespeicher minimal, also kostengünstig, auslegbar.
  • Des Weiteren ist die über die Einspeisung EV maximal zuzuführende Leistung genau vorherbestimmbar, so dass die leistungsbestimmenden Komponenten optimal wählbar sind.
  • Mittels des Verfahrens sind hohe dynamische Leistungen des Antriebssystems erreichbar.
  • Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist zur Vermeidung der Erfassung kinematischer Parameter des Antriebssystems als Energiemenge E ein fester Wert vorgegeben, der beispielsweise der maximalen potentiellen Energie entspricht. Auf diese Weise ist dann der Ladezustand L1 eine feste Größe und stets in der Lage, alle rückgespeisten Energiemengen aufzunehmen, da die kinetischen Energiemengen im Vergleich zur potentiellen Energiemenge klein sind.
  • Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist ein Regler gemäß 3 verwendbar. Hierbei wird wiederum aus den durch das Mittel K3 zur Erfassung des Ladezustandes des Energiespeichers SP der Wert Lb bestimmt, der die maximal aufnehmbare Energiemenge beschreibt. Außerdem wird mit dem Mittel K1 eine Erfassung kinematischer Parameter des Antriebssystems, wie Hubhöhe und/oder Geschwindigkeiten, ausgeführt. Aus den kinematischen Parametern wird die rückspeisbare Energiemenge E bestimmt und somit eine Differenz bildbar zur Energiemenge Lb. Diese Differenz wird einem Regler R, insbesondere ein linearer Regler, wie beispielsweise P-Regler, Pl-Regler oder PID-Regler, zugeführt, der den bestimmten Stellwert über die Kommunikationsverbindung K2 an das Powermodul P übermittelt. In einer ersten Ausführungsvariante ist der Stellwert binär, betrifft also ein Ein- oder ein Ausschalten des Powermoduls P. In einer zweiten Ausführungsvariante ist der Stellwert analog und steuert den von dem Powermodul P an den Energiespeicher SP übertragenen Energiestrom.
  • In der 4 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem im Unterschied zur 1 die Steuereinheit M im Powermodul integriert angeordnet ist. Somit ist die Kommunikationsverbindung K2 integriert ausgeführt, also ohne äußere Kommunikationsleitungen K2.
  • Die Rückspeisung ist bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsart im Antrieb integriert. Somit ist die generatorisch von einem Elektromotor des Antriebs erzeugte Energie rückspeisbar in die Einspeisequelle E, die bei dieser Ausführungsart als Wechselspannungsnetz ausgeführt ist.
  • Bei einer anderen Ausführungsart ist das Powermodul P über die Einspeisung EV mit Wechselstrom versorgt. Dabei umfasst das Powermodul einen Gleichrichter und gegebenenfalls Filter, wodurch eine Gleichspannungsversorgung für die Antriebe (A1, A2) bereit stellbar ist. Wenn nun einer der Antriebe generatorisch betrieben ist, wird zunächst die generatorisch erzeugte Energie vom Elektromotor des Antriebs (A1, A2) über einen den Elektromotor speisenden Wechselrichter des Antriebs (A1, A2) in den Gleichspannungskreis eingespeist. Bei Überschreiten eines kritischen Wertes an Gleichspannung im Gleichspannungskreis wird über die im Powermodul P angeordnete Rückspeisung Wechselstrom ins Wechselspannungsnetz rückgespeist.
  • Bei einer wiederum anderen Ausführungsart ist die Einspeisequelle E als Gleichspannungsnetz ausgeführt, so dass die Antriebe jeweils nur DC-AC-Wandler als Leistungselektronik aufweisen und ein zentrales Versorgungsmodul die Gleichspannung aus einer Netzwechselspannung erzeugt. Das Versorgungsmodul ist dann mit einer Rückspeisung ausstattbar, so dass die Energie des Gleichspannungskreises ins Wechselspannungsnetz rückspeisbar ist.
  • Die Rückspeisung ist als blockförmige oder sinusförmige Rückspeisung ausführbar. Bei der blockförmigen Rückspeisung wird bei Überschreiten eines kritischen Spannungswertes im Gleichspannungsnetz Energie ins Wechselspannungsnetz durchgeleitet. Bei der sinusförmigen Rückspeisung wird ein DC/AC-Wandler im Versorgungsmodul eingesetzt, so dass ein geregelter Betrieb ermöglicht ist.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist es sogar ermöglicht, keine Rückspeisung vorzusehen. Denn der Energiespeicher SP weist ein genügend großes Aufnahmevermögen auf, um die Summe aller rückspeisbaren Energiemengen aufzunehmen. Hierzu ist der Energiespeicher SP mit dem Gleichspannungskreis verbunden, aus dem die Antriebe (A1, A2) gespeist werden.
  • Bezugszeichenliste
  • C
    Antriebssystem
    EV
    Einspeisung
    P
    Powermodul
    SP
    Energiespeicher
    M
    Steuereinheit
    K1
    Mittel zur Erfassung einer Positionsgröße, wie Hubhöhe, und/oder zur Erfassung einer Geschwindigkeit
    K2
    Kommunikationsverbindung
    K3
    Mittel zur Erfassung des Ladezustandes des Energiespeichers SP
    A1
    erster Antrieb
    A2
    zweiter Antrieb
    ST
    Überlagerte Steuerung, beispielsweise Lagerrechner
    ST1
    Steuereinheit für Antriebssystem C
    S1
    erste Kommunikationsverbindung
    S2
    zweite Kommunikationsverbindung
    R
    Regler
    L
    durch den Energiespeicher SP maximal aufnehmbare Ladeenergie
    La
    Maß für die aktuell zur Verfügung stehende Energiemenge des Energiespeichers SP
    Lb
    Maß für die durch den Energiespeicher SP aktuell noch maximal aufnehmbare Energiemenge
    L1
    Soll-Ladeenergiemenge des Energiespeichers SP

Claims (10)

  1. Antriebssystem (C), umfassend einen oder mehrere elektrische Antriebe, die aus einem gemeinsamen Versorgungskreis bei motorischem Betrieb versorgbar sind, in welchen generatorisch erzeugte Energie der Antriebe einspeisbar ist, wobei im Versorgungskreis ein Energiespeicher (SP) angeordnet ist, wobei die Energiekapazität des Energiespeichers (SP) derart groß ist, dass der als elektrische Energie dem Versorgungskreis zuführbare Anteil der Energie durch Rückspeisung der maximalen gesamten mechanischen Energie des Antriebssystems (C) im Energiespeicher (SP) aufnehmbar ist, wobei eine Steuereinheit (M) vorgesehen ist, welche die Zufuhr von Energie aus einem Wechselspannungsnetz in den Versorgungskreis steuert, wobei die Steuereinheit (M) mit einem Mittel zur Erfassung einer Positionsgröße einer von einem Antrieb angetriebenen Last, wie Hubhöhe, und/oder zur Erfassung einer anderen kinematischen Größe, wie Drehzahl und/oder Geschwindigkeit, verbunden ist, wobei die Steuereinheit (M) mit einem Mittel (K3) zur Erfassung des Ladezustandes des Energiespeichers (SP) verbunden ist, wobei die Steuereinheit (M) ein Mittel zur Bestimmung eines Sollwerts für Ladezustand aufweist, welches diesen Sollwert aus der im Antriebssystem (C) vorhandenen, elektrisch rückwandelbaren Energie bestimmt, wobei die Bestimmung derart erfolgt, dass diese rückwandelbare Energie vom Energiespeicher (SP) aufnehmbar ist.
  2. Antriebssystem (C) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Versorgungskreis ein Gleichspannungskreis ist.
  3. Antriebssystem (C) nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass keine Rückspeiseeinheit zwischen Wechselspannungsnetz und Versorgungskreis beziehungsweise Energiespeicher (SP) angeordnet ist.
  4. Antriebssystem (C) nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (SP) ein chemischer, elektrischer und/oder mechanischer Energiespeicher (SP) ist.
  5. Antriebssystem (C) nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Antriebe einen Wechselrichter umfassen, der einen Elektromotor speist und aus dem Versorgungskreis versorgt wird.
  6. Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems (C) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zumindest ein elektrischer Antrieb (A1, A2) aus einem Versorgungskreis versorgt ist, in welchem ein Energiespeicher (SP) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass - (i) ein Sollwert für den Ladezustand des Energiespeichers (SP) bestimmt wird, wobei der Sollwert abhängig von mechanischen Zustandsgrößen des Antriebssystems (C) derart bestimmt wird, dass die im Antriebssystem (C) vorhandene, elektrisch rückwandelbare Energie vom Energiespeicher (SP) aufnehmbar ist, - (ii) der Istwert des Ladezustandes des Energiespeicher (SP) bestimmt wird, - (iii.1) solange der Istwert kleiner ist als der Sollwert aus einem Wechselspannungsnetz dem Energiespeicher (SP) ein Energiestrom gesteuert zugeführt wird, bis der Sollwert erreicht ist oder (iii.2) die Differenz zwischen Sollwert und Istwert einem Regler (R) zugeführt wird, dessen Ausgangsgröße den aus einem Wechselspannungsnetz dem Energiespeicher (SP) zugeführten Energiestrom steuert.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Antriebe des Antriebssystems (C) eine bewegbare Masse aufweisen und/oder antreiben, insbesondere translatorisch und/oder rotatorisch.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert derart groß ist, dass die zugehörige gespeicherte Energiemenge ausreicht, um die Elektromotoren der Antriebe vom Ruhezustand auf eine Solldrehzahl zu beschleunigen.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass - Position und/oder Geschwindigkeit einer oder mehrerer von den Antrieben des Antriebssystems (C) bewegbaren Massen erfasst werden, - aus diesen erfassten Werten die mechanische Energie des Antriebssystems (C) bestimmt wird, - die generatorisch erzeugbare elektrische Energie (E) bestimmt wird, indem ein Wirkungsgrad berücksichtigt wird, - der Sollwert (L1) bestimmt wird, indem von der maximal vom Energiespeicher (SP) aufnehmbaren Energiemenge (L) die generatorisch erzeugbare elektrische Energie (E) subtrahiert wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass - die generatorisch erzeugbare elektrische Energie (E) bestimmt wird, indem ein Wert für die maximale potentielle Energie des Antriebssystems (C) bestimmt wird, - der Sollwert (L1) bestimmt wird, indem von der maximal vom Energiespeicher (SP) aufnehmbaren Energiemenge (L) die generatorisch erzeugbare elektrische Energie (E) subtrahiert wird.
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