DE102019004845A1

DE102019004845A1 - Antriebssystem mit sicherheitsgerichteter Ansteuerung im Anschlusskasten

Info

Publication number: DE102019004845A1
Application number: DE102019004845.8A
Authority: DE
Inventors: Michael Müller
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2018-07-25
Filing date: 2019-07-12
Publication date: 2020-01-30

Abstract

Antriebssystem, aufweisend eine Steuerelektronik und einen Elektromotor mit Bremse und Sensor zur Erfassung der Winkellage einer Rotorwelle des Elektromotors,
wobei der Elektromotor einen Anschlusskasten aufweist,
wobei eine Diagnoselogik (10), welche in der Steuerelektronik angeordnet ist, eine sicherheitsgerichtete Ansteuerung (11) mittels eines Steuersignals ansteuert, insbesondere sicherheitsgerichtet ansteuert, welche eine Versorgungsspannung (13) abhängig von dem Steuersignal der Diagnoselogik (10) sperrt oder zuführt an eine Ansteuerung (8),
wobei die Ansteuerung (8) im Anschlusskasten des Elektromotors angeordnet ist,
wobei die Ansteuerung (8) abhängig von einem Ansteuersignal die Versorgungsspannung (13) einer Spulenwicklung der Bremse zuführt oder sperrt,
wobei das Ansteuersignal von der Steuerelektronik, insbesondere von einer Ansteuerlogik (5) der Steuerelektronik, über eine digitale Schnittstelle zur Ansteuerung (8) geführt ist,
wobei die Signale des Sensors (2) der Steuerelektronik und insbesondere der Diagnoselogik (10 zugeführt werden, insbesondere ebenfalls über die digitale Schnittstelle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem mit sicherheitsgerichteter Ansteuerung im Anschlusskasten.
Es ist allgemein bekannt, einen Elektromotor aus einem Umrichter zu speisen, so dass ein drehzahlgeregelter Antrieb zur Verfügung gestellt wird.
Aus der DE 10 2008 026 465 B4 ist als nächstliegender Stand der Technik ein Antriebssystem mit einer sicherheitsgerichteten Ansteuerung bekannt.
Aus der DE 10 2011 014 753 A1 ist ein Antriebssystem mit Hybridkabel bekannt.
Aus der DE 10 2007 052 445 A1 ist ein Elektromotor bekannt, in dessen Anschlusskasten ein Verbindungsmodul angeordnet ist.
Aus der DE 10 2008 010 913 A1 ist ein Elektromotor bekannt, eine elektronische Schaltung beabstandet von einem Lüfter am Motor anzuordnen.
Aus der DE 10 2010 051 413 A1 ist ein Antriebssystem mit Sicherheitssteuerung bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem sicher zu betreiben.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Antriebssystem nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Antriebssystem sind, dass es eine Steuerelektronik und einen Elektromotor mit Bremse und Sensor zur Erfassung der Winkellage einer Rotorwelle des Elektromotors aufweist,
wobei der Elektromotor einen Anschlusskasten aufweist,
wobei eine Diagnoselogik, welche in der Steuerelektronik angeordnet ist, eine sicherheitsgerichtete Ansteuerung mittels eines Steuersignals ansteuert, insbesondere sicherheitsgerichtet ansteuert, welche eine Versorgungsspannung abhängig von dem Steuersignal der Diagnoselogik sperrt oder zuführt an eine Ansteuerung,
wobei die Ansteuerung im Anschlusskasten des Elektromotors angeordnet ist,
wobei die Ansteuerung abhängig von einem Ansteuersignal die Versorgungsspannung einer Spulenwicklung der Bremse zuführt oder sperrt,
wobei das Ansteuersignal von der Steuerelektronik, insbesondere von einer Ansteuerlogik der Steuerelektronik, über eine digitale Schnittstelle zur Ansteuerung geführt ist,
wobei die Signale des Sensors der Steuerelektronik und insbesondere der Diagnoselogik zugeführt werden, insbesondere ebenfalls über die digitale Schnittstelle.
Von Vorteil ist dabei, dass ein sicherheitsgerichtetes und redundantes Aktivieren der Bremse ermöglicht ist. Zusätzlich von den geplanten Betriebsabläufen und dem zugehörigen Aktivieren oder Lüften der Bremse wird die Bremse zusätzlich aktiviert, wenn die aus den vom Sensor erfassten Winkelwerten bestimmte Drehzahl oder ihr Verlauf einen unzulässigen Bereich erreicht. Somit ist die Sicherheit erhöht und das Antriebssystem sicher betreibbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die digitale Schnittelle ein erstes und ein zweites Schnittstellenteil sowie eine Datenbusleitung zur Verbindung der beiden Schnittstellenteile auf,
wobei das erste Schnittstellenteil an der Steuerelektronik angeordnet ist,
wobei das zweite Schnittstellenteil im Anschlusskasten angeordnet ist,
insbesondere wobei das erste Schnittstellenteil ein eigenes Gehäuse aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass die digitale Schnittstelle nicht nur ein Übertragen von Ansteuerinformation der Bremse, sondern auch die vom Sensor erfassten Winkelwerte übertragbar macht. Es sind also nicht separate Leitungen von der Steuerelektronik zum Anschlusskasten des Elektromotors notwendig.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Bremse elektromagnetisch betätigbar und der Elektromagnet der Bremse weist die Spulenwicklung auf. Von Vorteil ist dabei, dass bei Stromausfall die Bremse selbsttätig, insbesondere infolge der von einem Federelement erzeugten Federkraft, aktiviert wird. Somit ist eine erhöhte Sicherheit erreichbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Bremse bei Nicht-Bestromung der Spulenwicklung aktiviert,
insbesondere und bei Bestromung gelüftet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Sicherheit erhöht ist. Nur bei Bestromung ist die Bremse gelüftet und somit der Elektromotor zur Drehbewegung frei gegeben.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung steuert die Steuerelektronik eine Leistungselektronik zur Speisung des Elektromotors an,
insbesondere wobei eine Starkstromleitung von der Leistungselektronik zum Elektromotor geführt ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Elektromotor drehzahlgeregelt betreibbar ist.
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 schematischen Abbildungen näher erläutert:

In der 1 ist ein erfindungsgemäßes Antriebssystem schematisch dargestellt.

Wie in den Figuren dargestellt, wird ein Elektromotor 1 von einer Leistungselektronik 9, insbesondere aufweisend einen Wechselrichter, gespeist und treibt eine Last 15 an.
Die Leistungselektronik 9 weist pulsweitenmoduliert ansteuerbare Leistungshalbleiter auf, deren Ansteuersignale von einer Steuerelektronik 4 erzeugt werden, die auch eine Ansteuerlogik 5 aufweist. Diese Ansteuerlogik 5 erzeugt ein Ausgangssignal zum Aktivieren oder Lüften einer elektromagnetisch betätigbaren Bremse 2, deren bei Aktivieren erzeugtes Bremsmoment in die Rotorwelle des Elektromotors 1 eingeleitet wird.
Das Ausgangssignal wird über eine digitale Schnittstelle, aufweisend Datenbusleitungen 17 und Schnittstellenteile 6 und 7, von der Steuerungselektronik 4 zum Getriebemotor übertragen, Dabei ist das erste Schnittstellenteil 6 an der Steuerungselektronik 4 angeordnet und das andere Schnittstellenteil 7 im Getriebemotor, insbesondere im Anschlusskasten des Elektromotors 1.
Dort ist auch eine Ansteuerung 8 für die Bremse 2 angeordnet, welche abhängig von der vom Schnittstellenteil 7 erhaltenen Information eine über die Versorgungsleitung 16 zugeführte Spannung an die Bremse 2, insbesondere deren Spulenwicklung, weiterleitet oder nicht.
Liegt an der Spulenwicklung die Spannung an, ist sie gelüftet. Andernfalls fällt die Bremse 2 ein.
Hierzu weist die Bremse 2 eine Ankerscheibe auf, die bei bestromter Spulenwicklung zur Spulenwicklung hin gezogen wird entgegen einer von einem Federteil erzeugter Federkraft. Bei Nichtbestromung der Spulenwicklung wird die Ankerscheibe von der Spulenwicklung mittels der vom Federteil erzeugten Federkraft weggedrückt. Bei Nicht-Bestromung der Spulenwicklung wird die mit der Spulenwicklung drehfest verbundene aber axial, also parallel zur Drehachse der Rotorwelle, verschiebbar angeordnete Ankerscheibe auf einen Bremsbelagträger geschoben, dessen auf einer ersten Seite angeordneter Bremsbelag auf eine Bremsfläche gedrückt wird und dessen auf einer anderen Seite angeordneter Bremsbelag an die Ankerscheibe angedrückt wird. Der Bremsbelagträger ist mit seiner Innenverzahnung auf eine Verzahnung axial aufgesteckt, so dass er drehfest mit der Verzahnung verbunden ist aber axial verschiebbar auf der Verzahnung angeordnet ist. Die Verzahnung ist drehfest mit der Rotorwelle verbunden.
Eine mit der Steuerungselektronik 4 verbundene sicherheitsgerichtete Ansteuerung 11 gibt eine Versorgungsspannung 13 an die Versorgungsleitung 16 frei abhängig von dem Ausgangssignal einer Diagnoselogik 10 der Steuerelektronik 4.
Die Diagnoseelektronik 10 erhält vom Sensor 3, der zur Erfassung der Winkellage der Rotorwelle eingerichtet ist, die erfassten Winkelwerte 14 und überwacht diese und/oder deren Verlauf.
Somit wird die Bremse also einerseits von der Ansteuerlogik 5 aktivierbar und andererseits von der Diagnoselogik 10. Somit ist eine redundante Abschaltung ermöglicht.
Wenn beispielsweise der Getriebemotor anhalten soll wird von der Ansteuerlogik 5 der Steuerelektronik 4 ein Abschaltsignal erzeugt, das über die Schnittstellenteile 6 und 7 samt Datenbus 17 ein Abschalten mittels der Ansteuerung 8 ermöglicht, welche die Spannungsversorgung der Spulenwicklung der Bremse 2 unterbricht.
Beispielhaft ist die Ansteuerung 8 realisierbar durch einen steuerbaren Schalter.
Wie oben erläutert, führt der andere Abschaltpfad von der Diagnoselogik 10 zur sicherheitsgerichteten Ansteuerung 11 und ist ebenfalls sicherheitsgerichtet ausgeführt.
Beispielhaft ist die sicherheitsgerichtete Ansteuerung 11ebenfalls realisierbar nach Art eines steuerbaren Schalters.
Somit ist die Bremse über einen einfachen und zusätzlichen sicherheitsgerichteten Pfad abschaltbar.
Wenn also die Ansteuerung 8 die Spulenwicklung bestromen lassen will, ist dies nur möglich, wenn die sicherheitsgerichtete Steuerung 11 die Versorgungsspannung 13 nicht abtrennt.
Vorzugsweise ist die Steuerelektronik 4 als Elektrogerät ausgeführt, insbesondere wobei die Leistungselektronik 9 im selben Gehäuse anordenbar ist. Das Elektrogerät ist in einem Schaltschrank anordenbar, so dass Starkstromleitung 18, Busleitung 17 und Versorgungsspannungsleitung 16 zum Getriebemotor 12 zugeführt werden, der sich außerhalb des Schaltschranks, also im Feld, befindet.
Die Leitungen (16, 17, 18) sind in den Anschlusskasten des Elektromotors 1 des Getriebemotors 12 geführt, wobei im Anschlusskasten die Ansteuerung 8 und das Schnittstellenteil 7 angeordnet sind. Somit ist eine zugehörige Leiterplatte im Anschlusskasten angeordnet.
Die Sensordaten 14 werden nicht nur der Diagnoselogik 10 sondern auch der Steuerelektronik 4 weitergeleitet und dort einem Regler zugeführt, dessen Ausgangssignal die Erzeugung der pulsweitenmodulierten Ansteuersignale wesentlich bestimmt.
Die Diagnoselogik 10 überwacht die aus den Sensordaten entnommenen Drehzahlwerte auf Unterschreiten einer minimalen Drehzahl und auf Überschreiten einer maximalen Drehzahl. Wenn einer der Drehzahlwerte aus diesem Drehzahlbereich austritt, also unzulässig hohe oder unzulässig niedrige Drehzahlwerte auftreten, wird ein Warnhinweis erzeugt.
Der elektrischen Anschlüsse des Sensors 3 und der Bremse 2 sind in den Anschlusskasten des Elektromotors des Getriebemotors 12 geführt.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen werden die Sensordaten 14 nicht separat, sondern zusammen mit anderen Daten des Elektromotors vom Schnittstellenteil 7 über die Datenbusleitung 17 an das Schnittstellenteil 6 mitübertragen.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist der Getriebemotor 12 nur als Elektromotor ausgeführt.
Bezugszeichenliste

1: Elektromotor
2: elektromagnetisch betätigbare Bremse
3: Sensor
4: Signalelektronik
5: Ansteuerlogik
6: Datenschnittstellenteil
7: Datenschnittstellenteil
8: Ansteuerung
9: Leistungselektronik, insbesondere aufweisend einen Wechselrichter
10: Diagnoselogik
11: sicherheitsgerichtete Ansteuerung
12: Antrieb
13: Versorgungsspannung
14: Sensordaten, insbesondere also vom Sensor erfasste Winkellage
15: Getriebemotor
16: Versorgungsleitung
17: weiterer Datenbus
18: Starkstromleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008026465 B4 [0003]
DE 102011014753 A1 [0004]
DE 102007052445 A1 [0005]
DE 102008010913 A1 [0006]
DE 102010051413 A1 [0007]

Claims

Antriebssystem, aufweisend eine Steuerelektronik und einen Elektromotor mit Bremse und Sensor zur Erfassung der Winkellage einer Rotorwelle des Elektromotors, wobei der Elektromotor einen Anschlusskasten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Diagnoselogik (10), welche in der Steuerelektronik angeordnet ist, eine sicherheitsgerichtete Ansteuerung (11) mittels eines Steuersignals ansteuert, insbesondere sicherheitsgerichtet ansteuert, welche eine Versorgungsspannung (13) abhängig von dem Steuersignal der Diagnoselogik (10) sperrt oder zuführt an eine Ansteuerung (8), wobei die Ansteuerung (8) im Anschlusskasten des Elektromotors angeordnet ist, wobei die Ansteuerung (8) abhängig von einem Ansteuersignal die Versorgungsspannung (13) einer Spulenwicklung der Bremse zuführt oder sperrt, wobei das Ansteuersignal von der Steuerelektronik, insbesondere von einer Ansteuerlogik (5) der Steuerelektronik, über eine digitale Schnittstelle zur Ansteuerung (8) geführt ist, wobei die Signale des Sensors (2) der Steuerelektronik und insbesondere der Diagnoselogik (10 zugeführt werden, insbesondere ebenfalls über die digitale Schnittstelle.
Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Schnittelle ein erstes und ein zweites Schnittstellenteil sowie eine Datenbusleitung zur Verbindung der beiden Schnittstellenteile aufweist, wobei das erste Schnittstellenteil an der Steuerelektronik angeordnet ist, wobei das zweite Schnittstellenteil im Anschlusskasten angeordnet ist, insbesondere wobei das erste Schnittstellenteil ein eigenes Gehäuse aufweist.
Antriebssystem nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse elektromagnetisch betätigbar ist und der Elektromagnet der Bremse die Spulenwicklung aufweist.
Antriebssystem nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse bei Nicht-Bestromung der Spulenwicklung aktiviert ist, insbesondere und bei Bestromung gelüftet ist.
Antriebssystem nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik eine Leistungselektronik ansteuert zur Speisung des Elektromotors, insbesondere wobei eine Starkstromleitung von der Leistungselektronik zum Elektromotor geführt ist.