DE102010033195B3

DE102010033195B3 - Verfahren zur Überwachung eines Stufenschalters

Info

Publication number: DE102010033195B3
Application number: DE201010033195
Authority: DE
Inventors: Mario Schmeckebier; Manfred Stadelmayer; Karsten Viereck
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Priority date: 2010-08-03
Filing date: 2010-08-03
Publication date: 2011-11-10
Anticipated expiration: 2030-08-04
Also published as: EP2416333A1; EP2416333B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Stufenschalters mittels der „Fenstertechnik”. Zur Synchronisation wird der Drehmomentverlauf über die Zeit, der während einer Lastumschaltung ermittelt wird, differenziert. Nachfolgend wird das Minimum des differenzierten Drehmomentverlaufs ermittelt und als Zeitpunkt des Lastumschaltsprungs bewertet, der zur Synchronisation dient.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Stufenschalters, der zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Anzapfungen eines Stufentransformators dient.
Ein solches Verfahren ist aus der DE 197 44 465 C1 bekannt, die den Oberbegriff des Anspruchs 1 der vorliegenden Erfindung bildet. Bei diesem bekannten Verfahren wird während der Betätigung des Stufenschalters das Drehmoment am Antriebsmotor erfasst, gleichzeitig erfolgt eine Positionserfassung der jeweils aktuellen Position des Stufenschalters. Anschließend erfolgt eine Speicherung der über die Zeit ermittelten Werte des Drehmomentverlaufs, wobei der Drehmomentverlauf in typische Zeitbereiche zerlegt wird, in denen jeweils ein separater Soll-/Ist-Wertvergleich vorgenommen wird.
Beim bekannten Verfahren erfolgt also eine Zuordnung der entsprechenden Drehmomente über die Zeit, die wiederum mit dem bei der Lastumschaltung zurückgelegten Drehwinkel korrespondiert.
Anschließend erfolgt eine Synchronisation mittels eines Synchronimpulses. Ein solcher Synchronimpuls wird zu Beginn eines besonders charakteristischen Funktionsablaufes während der Umschaltsequenz erzeugt. Besonders vorteilhaft kann beispielsweise die Auslösung des Kraftspeichers, die ihrerseits wiederum die sprungartige Betätigung des Lastumschalters auslöst, für die Erzeugung dieses Synchronimpulses verwendet werden.
Die EP 1884965 A1 beschreibt eine Überwachung eines Stufenschalters ebenfalls durch die Drehmomenterfassung und die Verfolgung des Drehmomentverlaufes sowie den Vergleich und die Auswertung mit vorab gespeicherten Grenzwerten. Dies geschieht an Hand der Bestimmung lokaler Maxima. Diese werden mit Hilfe einer Multiplikation zweier aufeinander folgender gefilterter und anschließend differenzierter Drehmomentwerte bestimmt. Dieses Verfahren arbeitet nicht mit der Unterteilung des Drehmomentes in einzelne Fenster und bedarf insofern auch nicht einer besonderen Synchronisation.
Die DE 199 07 834 C1 beschreibt ein weiter entwickeltes Verfahren zur Drehmomenterfassung auf indirektem Wege durch die Messung der Wirkleistung, die der Antriebsmotor aufnimmt. Dabei werden mittels bekannter Messanordnungen, z. B. Strom- und Spannungswandler, Strom, Spannung und cosø am Antriebsmotor gemessen und daraus die Wirkleistung berechnet. An Hand der jeweiligen spezifischen Motorkennlinie kann dann das entsprechende Drehmoment berechnet werden. Bei diesem weiter entwickelten Verfahren wird durch eine Auswertung bereits erfolgter Schaltungen eine aktuelle Anpassung der Übertragungsfunktion erzielt.
Die DE 197 46 574 C1 beschreibt im Detail die Einteilung des Drehmomentverlaufes während der Umschaltung in typische Zeitbereiche, d. h. „Fenster”. In jedem dieser „Fenster” wird ein einziger charakteristischer Wert gebildet, dieser mit einer Parameterdatei verglichen und ihm im Ergebnis eine Kennung zugeordnet. Nur diese Kennung wird weiter verarbeitet.
Um mit der sogenannten „Fenstertechnik” der bekannten Verfahren zu arbeiten, besteht demnach die Notwendigkeit der Kenntnis des Zeitpunktes des tatsächlichen Lastumschaltersprunges zur zeitlichen Synchronisation der Lage der einzelnen Fenster.
Eine Möglichkeit, den Lastumschaltersprung zu ermitteln, ist die Schaltüberwachung. Fällt diese aus oder ist keine Schaltüberwachung im Lastumschalter vorhanden, kann die „Fenstertechnik” nach dem bekannten Verfahren nicht verwendet werden.
Eine weitere bekannte Möglichkeit zur Erfassung des Lastumschaltersprunges sind Resolver, die eine Erfassung über den Weg vornehmen.
Schließlich gibt es auch die Möglichkeit, die Selektion des Lastumschaltersprunges über eine Beschleunigungsmessung am Stufenschalterkopf vorzunehmen, da zum Zeitpunkt des Lastumschaltersprunges die maximale Beschleunigung während des gesamten Umschaltvorgangs auftritt.
Alle diese Möglichkeiten zur zuverlässigen Erfassung des Lastumschaltersprunges benötigen zusätzliche Bauteile, dies ist teuer, zudem besteht die Gefahr des Ausfallens, wie oben beschrieben.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das eine einfache Möglichkeit der Synchronisation durch eine elegante Erfassung des Lastumschaltersprunges ohne zusätzliche Bauteile gestattet.
Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Der Unteranspruch betrifft eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung.
Die Erfindung geht von der allgemeinen Idee aus, die Selektion des Lastumschaltersprunges mittels Auswertung der Drehmomentflanke zum Zeitpunkt des Lastumschaltersprunges durch Differenziation des Drehmomentverlaufes zu erreichen. Dem liegt die Überlegung zu Grunde, dass der Lastumschaltersprung durch eine plötzliche Entspannung des Kraftspeichers und damit durch einen plötzlichen Drehmomentabfall am Motorantrieb geprägt ist, wobei sich nach der Differenziation des Drehmomentverlaufes zu diesem Zeitpunkt ein negatives Maximum bildet.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Es zeigen:
1: Den schematischen Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens
2: Den typischen Drehmomentverlauf, jeweils oben dargestellt, sowie die entsprechenden Verläufe nach der Differenzierung, jeweils darunter dargestellt, und zwar
2a) Bei einer Umkehrschaltung eines Stufenschalters
2b) Bei einer Vorwählerschaltung eines Stufenschalters
3: Einen Ausschnitt eines Weiterentwickelten Verfahrens im Rahmen der Erfindung
4: Wiederum einen typischen Drehmomentverlauf, hier bei einer Umkehrschaltung vor und nach der Differenzierung, sowie die nachfolgende Ermittlung des Zeitpunktes eines definierten Lastumschaltersprunges.
Zunächst soll das in 1 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit 2 beschrieben werden. Bei der Betätigung des Stufenschalters, d. h. der Einleitung einer Umschaltung von einer Wicklungsanzapfung auf eine andere, wird zunächst das Drehmoment am Antriebsmotor des Motorantriebes ermittelt. Dies kann, muss aber nicht, wie nach dem Stand der Technik bekannt, durch Ermittlung des Wirkstromes aus den gemessenen Effektivwerten von Strom und Spannung geschehen.
Als nächstes erfolgt auf bekannte Weise die Positionserfassung des Stufenschalters.
Nachfolgend erfolgt eine Speicherung der über die Zeit ermittelten Werte des Drehmomentverlaufs. Wiederum nachfolgend erfolgt erfindungsgemäß eine Differenzierung des Drehmomentverlaufs und die Ermittlung des absoluten Minimums des Drehmomentverlaufs.
Erfindungsgemäß erfolgt die Definition des Zeitpunktes des Lastumschaltersprunges als der Zeitpunkt t, an dem das Minimum des differenzieren Verlaufs auftritt. Damit ist der Synchronisationszeitpunkt ermittelt.
Nachfolgend schließlich erfolgt – nach erfolgreicher Synchronisation – auf bekannte Weise die Zerlegung des Drehmomentverlaufes (nicht des differenzierten Drehmomentverlaufes!) in typische Zeitbereiche, d. h. „Fenster”.
Schließlich wird der bekannte Soll-/Istwert-Vergleich in jedem Fenster vorgenommen.
3 beschreibt ein weiterentwickeltes Verfahren; die modifizierten Verfahrensschritte sind durch eckige Klammern symbolisiert, die die entsprechenden Verfahrensschritte in 1, die dort ebenso geklammert sind, ersetzen.
Das weiterentwickelte Verfahren geht von der Überlegung aus, dass das gefundene Minimum des differenzierten Drehmomentverlaufes am Motorantrieb erfasst wird, beispielsweise durch eine Strom- und Spannungsmessung am dortigen Antriebsmotor. Der Abstand des tatsächlichen Lastumschaltersprunges in Relation zum Abschaltzeitpunkt des Motorantriebes ist dabei abhängig vom Ausmitteln des Motorantriebes und vom Umkehrwert. Der Umkehrwert des Motorantriebes ist durch die Verbindung mit dem entsprechenden Stufenschalter definiert. Der Grad einer Verkupplung von Motorantrieb und Stufenschalter wird durch die Präzision der Montage vereinfacht. Aus diesem Grunde wird vorteilhafterweise zusätzlich dieser Versatz berücksichtigt und nicht das nach Differenzierung ermittelte Minimum selbst dem Lastumschaltersprung gleichgesetzt, sondern zusätzlich noch eine vorbestimmte Zahl von Messwerten dazugezählt.
In 4 ist dieser Ablauf nochmals dargestellt.
Die Berechnung erfolgt dabei z. B. auf folgende Weise:

I. ein Schaltschritt = 7 Drehmomentmesswerte: M_d1.1; M_d1.2; M_d1.3; M_d1.4; M_d1.5; M_d1.6; M_d1.7; M_d2.1; M_d2.2; ...; usw.
II. Differenzbildung: M_d1.1–M_d1,7, M_d2.1–M_d2.7, M_d3.1–M_d3,7, ...
III. Suche der minimalen Differenz
IV. Definition des Lastumschaltersprunges durch Bestimmung des Zeitpunktes von vier Messwerten nach dem Zeitpunkt des berechneten Minimums der Differenziation (der 8. Messwert ist wieder der erste Wert der folgenden Subtraktion, deshalb vier Messwerte zusätzlich zum Zeitpunkt des Minimum).

Hierbei wird demnach zum Zeitpunkt ta noch ein weiterer Zeitraum Δt addiert; der resultierende neue Zeitpunkt tb wird dann als Zeitpunkt des Lastumschaltersprunges gewertet.
Der zusätzliche Zeitraum Δt wird spezifisch festgelegt; er ist abhängig von der üblichen Zeit einer Lastumschaltung beim entsprechenden Stufenschalter und der Zahl der individuell gewählten Schaltschritte.
Umfasst, wie oben dargestellt, beispielsweise ein Schaltschritt 7 Drehmomentmesswerte, wird der Zeitpunkt tb des Lastumschaltersprunges besonders vorteilhaft durch den Zeitpunkt von 4 Messwerten nach dem Zeitpunkt des tatsächlichen Minimums ta definiert. Da der 8. Messwert wieder der erste Messwert des nächsten Schaltschrittes ist, ergibt Δt = 4 Messwerte gerade die Hälfte der Dauer eines Schaltschrittes.

Claims

Verfahren zur Überwachung eines Stufenschalters, wobei während der Betätigung des Stufenschalters das Drehmoment am Antriebsmotor erfasst wird, wobei gleichzeitig eine Positionserfassung der jeweils aktuellen Position des Stufenschalters erfolgt, wobei danach eine Speicherung der über die Zeit ermittelten Werte des Drehmomentverlaufs erfolgt, wobei nachfolgend eine Synchronisation durch einen Synchronimpuls erfolgt und wobei der Drehmomentverlauf in typische Zeitbereiche zerlegt wird, in denen jeweils ein separater Soll-/Ist-Wertvergleich vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Synchronimpulses der erfasste Drehmomentverlauf differenziert wird, dass nachfolgend das Minimum des differenzierten Drehmomentverlaufes ermittelt wird, und dass der Zeitpunkt (t) des ermittelten Minimums als Zeitpunkt des Lastumschaltersprunges gewertet wird und damit den Synchronimpuls bildet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zeitpunkt des ermittelten Minimums (ta) noch ein Zeitabschnitt (Δt) einer bestimmten vorab festgelegten Zahl von Messwerten addiert wird und dass dieser neue Zeitpunkt (tb) als Zeitpunkt des Lastumschaltersprunges gewertet wird.