DE102019102881B4

DE102019102881B4 - Verfahren und Steuergerät zum Betreiben eines Antriebstrangs mit Haupt- und Zusatzantrieb und Überlagerungsgetriebe

Info

Publication number: DE102019102881B4
Application number: DE102019102881.7A
Authority: DE
Inventors: Marcus Köhnlein; Michael Paula; Philip Schweiger
Original assignee: Renk GmbH
Current assignee: Renk GmbH
Priority date: 2019-02-06
Filing date: 2019-02-06
Publication date: 2022-06-02
Anticipated expiration: 2039-02-07
Also published as: JP7433947B2; CN111541400A; US11493126B2; JP2020129957A; DE102019102881A1; CN111541400B; US20200247238A1; KR20200096880A

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Antriebstrangs mit einer Arbeitsmaschine (10), mit einem als mit einer konstanten Drehzahl betreibbaren elektrischen Maschine ausgebildeten Hauptantrieb (11), mit einem als mit einer variablen Drehzahl betreibbaren elektrischen Maschine ausgebildeten Zusatzantrieb (12), und mit einem zwischen die beiden Antriebe (11, 12) und die Arbeitsmaschine (10) geschalteten Überlagerungsgetriebe (13) mit einer festen mechanischen Übersetzung, nämlich zum Starten des Antriebstrangs und zum Anschleppen der Arbeitsmaschine (10) auf eine definierte Soll-Drehzahl (n10-SOLL), die einem definierten Prozentsatz einer Nenndrehzahl (n10-NENN) der Arbeitsmaschine (10) entspricht,wobei der Hauptantrieb (11) über einen Direct-On-Line-Start mit direkter Ankopplung an ein Versorgungsnetz (15) gestartet wird,wobei der Zusatzantrieb (12) unter Zwischenschaltung eines Umrichters (14) mit indirekter Ankopplung an das Versorgungsnetz (15) zeitlich vor dem Hauptantrieb (11) gestartet wird, derart, dass von einem Zeitpunkt t0 bis zu einem Zeitpunkt t1 unter Anschleppen der Arbeitsmaschine (10) ausschließlich der Zusatzantrieb (12) motorisch vorwärts betrieben wird und der Hauptantrieb (11) bis zum Zeitpunkt t1 stillsteht, wobei zum Zeitpunkt t1 mit Erreichen eines definierten Schwellenwerts (S') für die Drehzahl des Zusatzantriebs (12) der Hauptantrieb (11) motorisch vorwärts und auf seine Nenndrehzahl (n11-NENN) beschleunigt wird und parallel hierzu der Zusatzantrieb (12) von Zeitpunkt t1 bis zu einem Zeitpunkt t2 motorisch vorwärts und ab Zeitpunkt t2 motorisch rückwärts betrieben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebstrangs mit einer insbesondere als Pumpe oder Kompressor ausgebildeten Arbeitsmaschine, mit einem als mit einer konstanten Drehzahl betreibbaren elektrischen Maschine ausgebildeten Hauptantrieb, mit einem als mit einer variablen Drehzahl betreibbaren elektrischen Maschine ausgebildeten Zusatzantrieb, und mit einem zwischen die beiden Antriebe und die Arbeitsmaschine geschalteten Überlagerungsgetriebe mit einer festen mechanischen Übersetzung, nämlich zum Starten des Antriebstrangs und zum Anschleppen der Arbeitsmaschine auf eine definierte Soll-Drehzahl. Ferner betrifft die Erfindung ein Steuergerät.
Dann, wenn ein Antriebsstrang mit einer zum Beispiel als Pumpe oder Kompressor ausgebildeten Arbeitsmaschine zum Anschleppen der Arbeitsmaschine gestartet werden soll, ist es aus der Praxis bereits grundsätzlich bekannt, einen als elektrische Maschine ausgebildeten Antrieb, der mit einer konstanten Drehzahl betreibbar ist, über einen sogenannten Direct-On-Line-Start (DOL-Start) mit direkter Ankopplung an ein Versorgungsnetz zu starten. Bei einem solchen Direct-On-Line-Start zieht der als elektrische Maschine ausgebildete Antrieb ein Vielfaches seines Nennstroms aus dem Versorgungsnetz, wobei hierdurch die Netzspannung des Versorgungsnetzes einbricht. Hierdurch unterliegt das Versorgungsnetz einer erheblichen Beanspruchung, der Betrieb anderer an das Versorgungsnetz angeschlossener Verbraucher kann hierdurch beeinträchtigt werden. Um diesem Problem Rechnung zu tragen, müssen bislang als Konsequenz entweder das Versorgungsnetz oder der Antrieb für den Antriebsstrang entsprechend ausgelegt werden, wodurch eine Überdimensionierung gegenüber einem sogenannten Nennbetrieb des Antriebsstrangs entsteht. Dies führt sowohl zu hohen Investitionskosten als auch zu einem schlechten Wirkungsgrad im Nennbetrieb.
Aus der DE 10 2015 006 084 A1 sowie aus der DE 10 2017 101 650 A1 sind jeweils exemplarische Antriebsstränge mit einem Überlagerungsgetriebe bekannt. Das Überlagerungsgetriebe weist eine feste mechanische Übersetzung auf und ist zwischen zwei Antriebsaggregate und eine Arbeitsmaschine geschaltet, um die Arbeitsmaschine anzutreiben.
Aus der DE 10 2014 225 738 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs bekannt, bei welchem ein mit konstanter Drehzahl betreibbarer elektrischer Hauptmotor und eine mit veränderlicher Drehzahl betreibbare elektrische Regulatormaschine aus dem Stillstand hochgefahren werden, und zwar unter Nutzung einer drehzahlabhängigen Steuerung.
DE 10 2017 104 461 A1 zeigt ein Antriebssystem mit einer Arbeitsmaschine, einem Hauptantrieb sowie Hilfsantrieben gezeigt. Der Hauptantrieb ist an ein Hauptnetz gekoppelt, die Hilfsantriebe sind über Wechselrichter an ein Hilfsnetz gekoppelt.
WO 2016/ 059 115 A1 und WO 2016/ 172 742 A1 offenbaren weiteren Stand der Technik.
Es besteht Bedarf an einem neuartigen Verfahren zum Starten eines solchen Antriebsstrangs. Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren und Steuergerät zum Betreiben eines Antriebstrangs zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebstrangs nach Anspruch 1 gelöst. Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 7. Weiterbildungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte: Der Hauptantrieb wird über einen Direct-On-Line-Start mit direkter Ankopplung an ein Versorgungsnetz gestartet. Der Zusatzantrieb wird unter Zwischenschaltung eines Umrichters mit indirekter Ankopplung an das Versorgungsnetz zeitlich vor dem Hauptantrieb gestartet. Zum Anschleppen der Arbeitsmaschine auf die definierte Soll-Drehzahl, die einem definierten Prozentsatz einer Nenndrehzahl der Arbeitsmaschine entspricht, wird der Hauptantrieb zumindest zeitweise motorisch vorwärts betrieben und auf seine Nenndrehzahl beschleunigt, wobei parallel hierzu der Zusatzantrieb zumindest zeitweise motorisch rückwärts betrieben wird.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann ein sicheres Starten des Antriebsstrangs und Anschleppen der Arbeitsmaschine auf eine definierte Soll-Drehzahl der Arbeitsmaschine, die um den definierten Prozentsatz kleiner als die Nenndrehzahl der Arbeitsmaschine ist, erfolgen. Hierbei wird zumindest zeitweise der Hauptantrieb motorisch vorwärts und der Zusatzantrieb zeitlich parallel hierzu zumindest zeitweise motorisch rückwärts betrieben. Durch diesen Betrieb kann die an sich feste mechanische Übersetzung des Überlagerungsgetriebes durch den entsprechenden Betrieb des mit variabler Drehzahl betreibbaren Zusatzantriebs elektrisch so beeinflusst werden, dass bei Erreichen der Nenndrehzahl des Hauptantriebs an der Arbeitsmaschine eine kleinere Drehzahl als die Nenndrehzahl derselben herrscht. Daraus resultiert dann ein reduziertes Drehmoment der Arbeitsmaschine. In diesem Fall muss dann der Hauptantrieb lediglich ein Drehmoment erzeugen, welches unter seinem Nennmoment liegt. Der Hauptantrieb sowie das Versorgungsnetz können dann kleiner dimensioniert werden. Es wird demnach der Zusatzantrieb aktiv zur Unterstützung eines Direct-On-Line-Starts für den Hauptantrieb in dem Antriebsstrang mit dem Übersetzungsgetriebe, welches eine feste mechanische Übersetzung aufweist, genutzt, um den Antriebsstrang ohne eine unzulässig hohe Belastung des Versorgungsnetzes zu starten.
Mit Erreichen der definierten Soll-Drehzahl an der Arbeitsmaschine oder mit Erreichen der Nenndrehzahl an dem Hauptantrieb wird der Zusatzantrieb nachfolgend zumindest zeitweise generatorisch rückwärts betrieben, wobei mit Erreichen der definierten Soll-Drehzahl an der Arbeitsmaschine oder mit Erreichen der Nenndrehzahl an dem Hauptantrieb der Umrichter angesteuert wird, um am Zusatzantrieb vom Betrieb motorisch rückwärts in den Betrieb generatorisch rückwärts zu wechseln. Sobald die Arbeitsmaschine auf ihre definierte Soll-Drehzahl angeschleppt wurde oder der Hauptantrieb seine Nenndrehzahl erreicht hat, ist der Startvorgang abgeschlossen und die Netzspannung des Versorgungsnetzes auf Ausgangsniveau. Der Zusatzantrieb wechselt dann vom motorischen in den generatorischen Betrieb, und zwar durch entsprechende Ansteuerung des Umrichters.
Ausprägungen, die nicht gemäß den Ansprüchen sind, sind Ausprägungen, in welchen der Zusatzantrieb zeitgleich mit dem Hauptantrieb oder zeitlich nach dem Hauptantrieb gestartet wird. Dann, wenn der Zusatzantrieb zeitlich nach dem Hauptantrieb gestartet wird, erfolgt dies derart, dass zunächst unter Anschleppen der Arbeitsmaschine ausschließlich der Hauptantrieb motorisch vorwärts betrieben wird und der Zusatzantrieb zunächst stillsteht, wobei nachfolgend nach Ablauf einer definierten Zeitspanne oder mit Erreichen eines definierten Schwellenwerts für die Drehzahl der Arbeitsmaschine der Zusatzantrieb parallel hierzu motorisch rückwärts betrieben wird. Die Ausprägung, in welcher der Zusatzantrieb zeitlich nach dem Hauptantrieb gestartet wird, ist von Vorteil, um in jedem Fall ein mögliches Rückwärtsdrehen der Arbeitsmaschine auszuschließen. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn im Antriebsstrang zum Beispiel als Arbeitsmaschine eine Pumpe oder ein Kompressor genutzt werden, für die ein Rückwärtsdrehen in jedem Fall verhindert werden muss. Obwohl das zeitgleiche Starten von Hauptantrieb und Zusatzantrieb oder das Starten des Zusatzantriebs zeitlich nach dem Hauptantrieb bevorzugt sind, ist es grundsätzlich auch möglich, den Hauptantrieb zeitlich nach dem Zusatzantrieb zu starten.
Das erfindungsgemäße Steuergerät ist in Anspruch 7 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

1 ein Blockschaltbild eines mit der Erfindung zu betreibenden Antriebstrangs,
2 ein Zeitdiagramm zur Verdeutlichung einer ersten Variante, die nicht gemäß den Ansprüchen ist,
3 ein Signalflussdiagramm zur Verdeutlichung weiterer Details der ersten Variante der Erfindung,
4 ein Zeitdiagramm zur Verdeutlichung einer zweiten Variante, die nicht gemäß den Ansprüchen ist,
5 ein Signalflussdiagramm zur Verdeutlichung weiterer Details der zweiten Variante der Erfindung,
6 ein Zeitdiagramm zur Verdeutlichung einer Variante der Erfindung,
7 ein Signalflussdiagramm zur Verdeutlichung weiterer Details der Variante der Erfindung, und
8 ein Zeitdiagramm zur Verdeutlichung einer vierten Variante, die nicht gemäß den Ansprüchen ist.

1 zeigt ein Blockschaltbild eines möglichen Aufbaus eines Antriebsstrangs, der mit der hier vorliegenden Erfindung betrieben werden kann.
So umfasst der Antriebsstrang eine Arbeitsmaschine 10, wobei es sich bei der Arbeitsmaschine 10 insbesondere um eine Pumpe oder um einen Kompressor handelt. Die Arbeitsmaschine 10 kann ausgehend von einem Hauptantrieb 11 sowie einem Zusatzantrieb 12 aus angetrieben werden, wobei zwischen die beiden Antriebe 11, 12 und die Arbeitsmaschine 10 ein Überlagerungsgetriebe 13 geschaltet ist.
Bei dem Hauptantrieb 11 handelt es sich um eine mit einer konstanten Drehzahl betreibbare elektrische Maschine. Dann, wenn dieser Hauptantrieb 11 eingeschaltet ist und auf seine Nenndrehzahl beschleunigt ist, läuft derselbe mit einer konstanten Drehzahl. Bei dem Zusatzantrieb 12 handelt es sich ebenfalls um eine elektrische Maschine, die mit einer variablen Drehzahl betrieben werden kann. Hierzu dient ein Umrichter 14, der zwischen ein Versorgungsnetz 15 und den Zusatzantrieb 12 geschaltet ist. Dabei kann gemäß 1 zwischen das Versorgungsnetz 15 und den Umrichter 14 ein Transformator 16 geschaltet sein.
1 zeigt als mögliche optionale Baugruppen des Antriebsstrangs eine erste Kupplung 17, die zwischen den Hauptantrieb 11 und das Überlagerungsgetriebe 13 geschaltet ist, sowie eine zweite Kupplung 18, die zwischen das Überlagerungsgetriebe 13 und die Arbeitsmaschine 10 geschaltet ist. Als weitere optionale Baugruppe zeigt 1 eine Bremse 19, die auf das Überlagerungsgetriebe 13 einwirkt.
Bei dem Überlagerungsgetriebe 13 handelt es sich um ein Überlagerungsgetriebe mit fester mechanischer Übersetzung. Das Überlagerungsgetriebe 13 kann zum Beispiel wie aus DE 10 2015 006 084 A1 oder aus DE 10 2017 101 650 A1 bekannt, ausgebildet sein. Es sind jedoch auch andere Bauformen eines Überlagerungsgetriebes 13 mit fester mechanischer Übersetzung möglich.
Gemäß 1 ist zwischen das Versorgungsnetz 15 und den Hauptantrieb 11 ein Leistungsschalter 20 geschaltet, der zum Beispiel über eine Steuerungseinrichtung 21 im Sinne des Schaltsignals 22 eingeschaltet und ausgeschaltet werden kann. Diese Steuerungseinrichtung 21 kommuniziert im Sinne des Doppelpfeils 23 mit einer weiteren Steuerungseinrichtung 24, die im Sinne des Schaltsignals 25 der Ansteuerung des Umrichters 14 dient.
Dann, wenn die Steuerungseinrichtung 21 entfällt, kann der Leistungsschalter 20 im Sinne des Schaltsignals 26 alternativ auch von der Steuerungseinrichtung 24 eingeschaltet und ausgeschaltet werden. Die Steuerungseinrichtung 21 ist demnach optional.
Für den Betrieb des Antriebsstrangs zum Starten des Antriebsstrangs und zum Anschleppen der Arbeitsmaschine 10 auf eine definierte Soll-Drehzahl wird der Steuerungseinrichtung 24 eine entsprechende Soll-Drehzahl-Vorgabe 27 bereitgestellt, und zwar entweder durch entsprechende Eingabe direkt an der Steuerungseinrichtung 24 oder alternativ ausgehend von der Steuerungseinrichtung 21.
Vorzugsweise empfängt die Steuerungseinrichtung 24 weitere Eingangsgrößen 28, insbesondere messtechnisch erfasste Drehzahlen von Arbeitsmaschine 10 und/oder Hauptantrieb 11 und/oder Zusatzantrieb 12, die messtechnisch von entsprechend an der Arbeitsmaschine 10, dem Hauptantrieb 11 und dem Zusatzantrieb 12 verbauten Drehzahlsensoren erfasst werden können.
Um einen solchen Antriebsstrang zu starten und die Arbeitsmaschine 10 aus dem Stillstand heraus auf eine definierte Soll-Drehzahl anzuschleppen, wird der Hauptantrieb 11, der mit konstanter Drehzahl betreibbar ist, über einen Direct-On-Line-Start mit direkter Ankopplung an das Versorgungsnetz 15 gestartet, und zwar dadurch, dass entweder im Sinne des Schaltsignals 22 der Leistungsschalter 20 ausgehend von der Steuerungseinrichtung 21 oder im Sinne des Schaltsignals 26 der Leistungsschalter 20 ausgehend von der Steuerungseinrichtung 24 eingeschaltet wird.
Ferner wird der Zusatzantrieb 12, der mit variabler Drehzahl betreibbar ist, unter Zwischenschaltung des Umrichters 14 mit indirekter Ankopplung an das Versorgungsnetz 15 gestartet, und zwar entweder zeitgleich mit dem Hauptantrieb 11 oder zeitlich vor dem Hauptantrieb 11 oder zeitlich nach dem Hauptantrieb 11.
Zum Anschleppen der Arbeitsmaschine 10 auf ihre definierte Soll-Drehzahl, die einem definierten Prozentsatz, zum Beispiel 70% oder 80%, der Nenndrehzahl der Arbeitsmaschine 10 entspricht, wird der Hauptantrieb 11 zumindest zeitweise motorisch vorwärts betrieben und auf seine Nenndrehzahl beschleunigt, wobei parallel hierzu der Zusatzantrieb 12 zumindest zeitweise motorisch rückwärts betrieben wird. Durch eine aktive und gesteuerte bzw. geregelte Nutzung des Zusatzantriebs 12 kann der Direct-On-Line-Start des Hauptantriebs 11 unterstützt werden, und zwar ohne dass das Versorgungsnetz 15 einer unzulässig hohen Belastung unterliegt.
Weitere Details und Varianten werden nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 bis 8 beschrieben.
2 zeigt eine Ausgestaltung, in welcher zum Starten des Antriebsstrangs und zum Anschleppen der Arbeitsmaschine 10 der Zusatzantrieb 12 und der Hauptantrieb 11 zeitgleich gestartet werden. 2 zeigt über der Zeit t mehrere Signalverläufe, nämlich mit dem Signalverlauf 29 eine Nenndrehzahl n10-NENN für die Arbeitsmaschine 10, mit dem Signalverlauf 30 eine sich unter Nutzung an der Arbeitsmaschine 10 ausgebildete Drehzahl, mit dem Signalverlauf 31 eine Drehzahl des Hauptantriebs 11 und mit dem Signalverlauf 32 eine Drehzahl des Zusatzantriebs 12.
In 2 soll beginnend mit dem Zeitpunkt t0 der Antriebsstrang gestartet und die Arbeitsmaschine 10 auf eine Soll-Drehzahl n10-SOLL angeschleppt werden. Hierbei werden in 2 gemäß den Signalverläufen 31 und 32 der Hauptantrieb 11 und der Zusatzantrieb 12 zeitgleich gestartet, und zwar derart, dass hierbei gemäß dem Signalverlauf 30 die Drehzahl der Arbeitsmaschine 10 kontinuierlich erhöht wird, und zwar auf die Soll-Drehzahl n10-SOLL, welche die Arbeitsmaschine 10 zum Zeitpunkt t1 gemäß dem Signalverlauf 30 erreicht. Die Erhöhung der Drehzahl der Arbeitsmaschine 10 muss nicht zwingend linear erfolgen. Diese Soll-Drehzahl n10-SOLL, auf welche die Arbeitsmaschine 10 angeschleppt werden soll, ist kleiner als die Nenndrehzahl 29 n10-NENN derselben, entspricht einem definierten Prozentsatz der Nenndrehzahl 29, zum Beispiel 70% oder 80% der Nenndrehzahl 29.
Zum Anschleppen der Arbeitsmaschine 10 auf die Soll-Drehzahl n10-SOLL wird bis zum Erreichen der definierten Soll-Drehzahl zum Zeitpunkt t1, also zwischen den Zeitpunkten t0 und t1, der Hauptantrieb 11 gemäß dem Signalverlauf 31 motorisch vorwärts und der Zusatzantrieb 12 zeitlich parallel hierzu motorisch rückwärts betrieben. Der Hauptantrieb 11 wird bis zum Zeitpunkt t1 auf seine Nenndrehzahl n11-NENN beschleunigt.
Der mit variabler Drehzahl betreibbare Zusatzantrieb 12 wird dabei durch entsprechende Ansteuerung des Umrichters 14 derart gesteuert oder geregelt betrieben, dass sich die in 2 durch den Signalverlauf 30 gezeigte kontinuierliche aber nicht zwingend lineare Erhöhung der Drehzahl der Arbeitsmaschine 10 ausbildet, und zwar bis zum Zeitpunkt t1 die Arbeitsmaschine 10 bis auf die definierte Soll-Drehzahl n10-SOLL angeschleppt wurde.
Zum Zeitpunkt t1 erreicht dann der Hauptantrieb 11 also seine Nenndrehzahl n11 - NENN, wobei zum Zeitpunkt t1 durch entsprechende Ansteuerung des Umrichters 14 für den Zusatzantrieb 12 vom motorisch rückwärtsdrehenden Betrieb in einen generatorisch rückwärtsdrehenden Betrieb gewechselt wird. Zum Zeitpunkt t1, also mit Erreichen der definierten Soll-Drehzahl n10-SOLL an der Arbeitsmaschine 10 und mit Erreichen der Nenndrehzahl n11-NENN an dem Hauptantrieb 11, wird der eigentliche Startvorgang des Antriebsstrangs beendet.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der Zusatzantrieb 12, der mit variabler Drehzahl betrieben werden kann, vorzugsweise als elektrische Maschine ausgebildet ist, die im Vier-Quadranten-Betrieb betrieben werden kann, also sowohl motorisch rückwärtsdrehend, als auch generatorisch rückwärtsdrehend sowie motorisch vorwärtsdrehend sowie generatorisch vorwärtsdrehend.
Weitere Details der ersten Variante, nach welcher zum Anschleppen der Arbeitsmaschine 10 der Hauptantrieb 11 und der Zusatzantrieb 12 zeitgleich gestartet werden, werden nachfolgend unter Bezugnahme auf das Signalflussdiagramm der 3 beschrieben.
In 3 visualisiert ein Block 33 den Start des Verfahrens, das nicht gemäß den Ansprüchen ist. In einem Block 34 wird überprüft, ob eine Startbedingung für den Antriebsstrang erfüllt ist. Dies kann durch Abfrage von in einem Block 35 bereitgestellten Kenngrößen erfolgen.
In Block 35 können als Kenngrößen Informationen darüber bereitgestellt werden, ob sich der Antriebsstrang im Stillstand befindet, ob der Hauptantrieb 11 bereit ist, ob die gegebenenfalls vorhandene Bremse 19 geöffnet ist und dergleichen. Wird in Block 34 festgestellt, dass Startbedingungen für den Antriebsstrang nicht erfüllt sind, so wird ausgehend von Block 34 über einen ODER-Block 36 auf Block 34 im Sinne einer Schleife zurückverzweigt, wohingegen dann, wenn in Block 34 festgestellt, dass Startbedingungen für den Antriebsstrang erfüllt sind, ausgehend von Block 34 auf Block 37 verzweigt wird. In Block 37 wird eine Startfreigabe erzeugt und an die Steuerungseinrichtung 24 und gegebenenfalls an die Steuerungseinrichtung 21 übermittelt. Der ODER-Block 36 ist ein logisches ODER.
In einem nachfolgenden Block 38 wird überprüft, ob ein Startbefehl, der in einem Block 39 bereitgestellt wird, vorliegt oder nicht vorliegt. Liegt der Startbefehl nicht vor, so wird ausgehend von Block 38 auf Block 38 im Sinne einer Schleife zurückverzweigt. Liegt hingegen der Startbefehl vor, so wird ausgehend von Block 38 auf Block 40 verzweigt, wobei dann in Block 40 ein Startbefehl für den Umrichter 14 erzeugt wird. Dabei wird in Block 40 der Zusatzantrieb 12 magnetisiert und zunächst auf einer Drehzahl von Null gehalten.
In einem nachfolgenden Block 41 wird überprüft, ob der Umrichter 14 in Block bereit ist, reitgestellt wird. Wird in Block 41 festgestellt, dass der Umrichter 14 noch nicht bereit ist, so wird ausgehend von Block 41 auf Block 41 im Sinne einer Schleife zurückverzweigt, wohingegen dann, wenn in Block 41 festgestellt wird, dass der Umrichter 14 bereit ist, ausgehend von Block 41 auf Block 43 verzweigt wird. Im Block 43 wird dann ein Freigabesignal für den Hauptantrieb 11 erzeugt, wobei dann der Hauptantrieb 11 eingeschaltet bzw. gestartet wird, und zwar durch Schließen des Leistungsschalters 20 über einen Direct-On-Line-Start unmittelbar über das Versorgungsnetz 15. Auch wird in Block 43 der Umrichter 14 eingeschaltet.
Nachfolgend wird in einem Block 44 überprüft, ob der Hauptantrieb 11 dreht, wobei ein entsprechendes Drehzahlsignal des Hauptantriebs 11 im Block 45 bereitgestellt wird. Ferner wird ausgehend von Block 43 auf Block 46 verzweigt, wobei in Block 46 überprüft wird, ob die Arbeitsmaschine 10 dreht, wobei ein entsprechendes Drehzahlsignal der Arbeitsmaschine 10 in Block 47 bereitgestellt wird.
Wird in Block 44 festgestellt, dass der Hauptantrieb 11 nicht dreht, so wird ausgehend von Block 44 auf Block 44 im Sinne einer Schleife zurückverzweigt, wohingegen dann, wenn in Block 44 festgestellt wird, dass der Hauptantrieb 11 dreht, ausgehend von Block 44 auf Block 48 verzweigt wird. In Block 48 wird der Zusatzantrieb 12 gesteuert und/oder geregelt betrieben, nämlich motorisch rückwärts, sodass sich an der Arbeitsmaschine 10 eine konstante Erhöhung der Drehzahl bis zur Soll-Drehzahl ausbildet. Der Zusatzantrieb 12 soll hierbei auf seine maximal zulässige Drehzahl motorisch rückwärts beschleunigt werden.
Wie bereits ausgeführt, wird im Block 46 überprüft, ob sich die Arbeitsmaschine 10 dreht. Ist dies nicht der Fall, so wird ausgehend von Block 46 auf den ODER-Block 36 verzweigt. Wird hingegen in Block 46 festgestellt, dass die Arbeitsmaschine 10 dreht, so wird ausgehend von Block 46 auf den UND-Block 49 verzweigt. Der UND-Block 49 ist ein logisches UND. Dann, wenn also in Block 49 einerseits ausgehend von Block 46 festgestellt wird, dass die Arbeitsmaschine 10 dreht, und zusätzlich ausgehend von Block 48 sichergestellt ist, dass der Zusatzantrieb 12 beschleunigt wird, so wird dann ausgehend von Block 49 auf Block 50 verzweigt, wobei in Block 50 überprüft wird, ob der Zusatzantrieb 12 seine maximale zulässige Drehzahl erreicht hat und damit die Arbeitsmaschine 10 ihre definierte Soll-Drehzahl erreicht hat. Wird in Block 50 festgestellt, dass dies nicht der Fall ist, so wird ausgehend von Block 50 auf Block 48 verzweigt und die Drehzahl des Zusatzantriebs 12 weiter gesteuert bzw. geregelt über den Umrichter 14 erhöht. Wird hingegen in Block 50 festgestellt, dass der Zusatzantrieb 12 seine maximale zulässige Drehzahl und damit die Arbeitsmaschine 10 ihre definierte Soll-Drehzahl erreicht hat, so wird ausgehend von Block 50 auf Block 51 verzweigt und in Block 51 das Verfahren beendet.
In der Ausführungsform der 2 und 3 werden zum Anschleppen der Arbeitsmaschine 10 auf ihre definierte Soll-Drehzahl der Haupantrieb 11 und der Zusatzantrieb 12 zeitgleich gestartet. Demgegenüber zeigen 4 und 5 eine Ausgestaltung, in welcher zum Anschleppen der Arbeitsmaschine 10 der Zusatzantrieb 12 zeitlich nach dem Hauptantrieb 11 gestartet wird, um während des Startvorgangs ein Rückwärtsdrehen der Arbeitsmaschine 10 definitiv bzw. sicher auszuschließen.
In 4 wird zum Zeitpunkt t0 wiederum mit dem Startvorgang des Antriebsstrangs bzw. dem Anschleppen der Arbeitsmaschine 10 begonnen, wobei zunächst unter Anschleppen der Arbeitsmaschine 10 (siehe Kurvenverlauf 30) ausschließlich der Hauptantrieb 11 (siehe Kurvenverlauf 31) motorisch vorwärts betrieben wird, wohingegen der Zusatzantrieb 12 (siehe Signalverlauf 32) zunächst still steht. Beginnend mit dem Zeitpunkt t1 wird nachfolgend auch der Zusatzantrieb 12 gemäß dem Signalverlauf 32 gestartet, und zwar entweder nach Ablauf einer definierten Zeitspanne nach dem Starten des Hauptantriebs 11 zum Zeitpunkt t0 oder mit Erreichen eines definierten Schwellenwerts S für die Drehzahl der Arbeitsmaschine 10.
In 4 erreicht zum Zeitpunkt t1 gemäß dem Kurvenverlauf 30 die Drehzahl der Arbeitsmaschine 10 einen entsprechenden Schwellenwert S, sodass dann zum Zeitpunkt t1 zeitlich nach dem Starten des Hauptantriebs 11 auch der Zusatzantrieb 12 gestartet wird. Beginnend mit dem Zeitpunkt t1 wird gemäß dem Kurvenverlauf 31 der Hauptantrieb 11 nach wie vor motorisch vorwärts betrieben, ferner wird zeitlich parallel hierzu gemäß dem Kurvenverlauf 32 der Zusatzantrieb 12 motorisch rückwärts betrieben, und zwar so lange, bis zum Zeitpunkt t2 die Arbeitsmaschine 10 auf ihre definierte Soll-Drehzahl n10-SOLL angeschleppt wurde bzw. der Hauptantrieb 11 seine Nenndrehzahl n11-NENN erreicht hat.
In 4 wird demnach zunächst zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 ausschließlich der Hauptantrieb 11 gestartet und motorisch vorwärts betrieben, um die Arbeitsmaschine 10 anfänglich anzuschleppen. Zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 wird der Hauptantrieb 11 motorisch vorwärts betrieben, der Zusatzantrieb 12 steht still, wobei der Stillstand des Zusatzantriebs 12 über eine Ansteuerung des Umrichters 14 oder alternativ auch über eine Bremse bereitgestellt werden kann. Zeitgesteuert oder drehzahlgesteuert zum Zeitpunkt t1 wird dann auch der Zusatzantrieb 12 gestartet und zeitlich parallel zum weiteren motorisch Vorwärtsbetrieb des Hauptantriebs 11 motorisch rückwärts betrieben. Dies erfolgt wiederum derart, dass sich zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 eine kontinuierliche Erhöhung der Drehzahl der Arbeitsmaschine 10 einstellt, bis zum Zeitpunkt t2 die Arbeitsmaschine 10 ihre definierte Soll-Drehzahl n10-Soll erreicht bzw. der Hauptantrieb 11 seine Nenndrehzahl n11-NENN erreicht hat. Dadurch, dass zum Zeitpunkt t1 der Zusatzantrieb 12 gestartet wird und motorisch rückwärts betrieben wird, wird der Gradient des Drehzahlverlaufs 30 für die Arbeitsmaschine 10 zum Zeitpunkt t1 flacher.
Sobald zum Zeitpunkt t2 der Hauptantrieb seine Nenndrehzahl n11-NENN erreicht hat bzw. die Arbeitsmaschine 10 auf ihre definierte Soll-Drehzahl n10-SOLL angeschleppt wurde, ist der eigentliche Startvorgang für den Antriebsstrang wieder beendet, der Zusatzantrieb 12 wechselt durch entsprechende Ansteuerung des Umrichters 14 in einen generatorischen Rückwärtsbetrieb.
Ein Blockschaltbild für die Verfahrensvariante der 4 zeigt 5, wobei in 5 für Blöcke bzw. Schritte, die den Blöcken der 3 entsprechen, gleiche Bezugsziffern verwendet werden. Nachfolgend wird hinsichtlich dieser Blöcke auf die Ausführungen zu 3 verwiesen, wobei für das Signalflussdiagramm der 5 nur auf solche Details nachfolgend eingegangen wird, durch die sich das Signalflussdiagramm der 5 vom Signalflussdiagramm der 3 unterscheiden.
Während im Signalflussdiagramm der 3 in Block 46 überprüft wird, ob die Arbeitsmaschine 10 dreht, wird in Block 46' der 5 überprüft, ob die Drehzahl der Arbeitsmaschine 10 größer als ein Schwellenwert ist. Ist dies der Fall, so wird ausgehend vom Block 46' aus Block 48 und andererseits auf den UND-Block 49 verzweigt. Es wird demnach nur dann der Zusatzantrieb 12 gestartet und nachfolgend motorisch rückwärts angetrieben, wenn die Drehzahl der Arbeitsmaschine 10 größer als der Schwellenwert ist bzw. den Schwellenwert erreicht hat.
Ferner zeigt 5 mit einem Block 52 eine Variante, in welcher eine Zeitverzögerung zwischen dem Starten des Hauptantriebs 11 und dem Starten des Zusatzantriebs 12 vorgesehen ist. Dann, wenn der Block 52 vorhanden ist, wird ausgehend vom Block 46' auf den UND-Block 49 jedoch nicht auf den Block 48 verzweigt. Ist der Block 52 nicht vorhanden, so wird ausgehend von Block 46' auf den Block 48 und auf den UND-Block 49 verzweigt.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt 6, wobei in 6 über der Zeit t die Kurvenverläufe 29, 30, 31 und 32 gezeigt sind. Die Ausführungsform der 6 unterscheidet sich dabei von den oben beschriebenen Ausführungsformen dadurch, dass zum Starten des Antriebsstrangs und demnach zum Anschleppen der Arbeitsmaschine 10 der Zusatzantrieb 12 zeitlich vor dem Hauptantrieb 11 gestartet wird, und zwar derart, dass zunächst unter Anschleppen der Arbeitsmaschine 10 ausschließlich der Zusatzantrieb 12 motorisch vorwärts betrieben wird und der Hauptantrieb 11 zunächst still steht, wobei nachfolgend mit Erreichen eines definierten Schwellenwerts S' für die Drehzahl des Zusatzantriebs 12 der Hauptantrieb 11 motorisch vorwärts und parallel hierzu der Zusatzantrieb 11 zunächst motorisch vorwärts und nachfolgend motorisch rückwärts betrieben wird.
So zeigt 6, das zum Zeitpunkt t0 der Antriebstrang gestartet und die Arbeitsmaschine 10 aus dem Stillstand heraus auf eine Soll-Drehzahl n10-SOLL angeschleppt werden soll, die wiederum einem Prozentsatz der Nenndrehzahl 29 der Arbeitsmaschine 10 entspricht.
Dabei wird zunächst, nämlich bis zum Zeitpunkt t1 ausschließlich der Zusatzantrieb 12 (siehe Kurvenverlauf 32) motorisch vorwärts angetrieben, wobei hierdurch gemäß dem Kurvenverlauf 30 die Arbeitsmaschine 10 angeschleppt wird. Der Hauptantrieb 11 ist stillgesetzt, wobei das Stillsetzen des Hauptantriebs 11 entweder alleine über seine Massenträgheit oder alternativ über eine Bremse oder eine sonstige Einrichtung erfolgen kann. Dann, wenn zum Zeitpunkt t1 die Drehzahl des Zusatzantriebs 12 den definierten Schwellenwert S' erreicht, insbesondere seine maximale Drehzahl, so wird beginnend mit dem Zeitpunkt t1 gemäß dem Kurvenverlauf 31 der Hauptantrieb 11 über einen DOL-Start gestartet und nachfolgend motorisch vorwärts betrieben. Basierend auf dem Drehmoment und Massenträgheiten der Arbeitsmaschine 10 wird dann parallel zum motorischen Vorwärts Betrieb des Hauptantriebs 11 die Drehzahl des Zusatzantriebs 12 synchron zur Drehzahl am Abtrieb gesenkt, wobei zum Zeitpunkt t2 am Zusatzantrieb 12 ein Wechsel vom motorischen Vorwärtsbetrieb in einen motorischen Rückwärtsbetrieb erfolgt.
Zum Zeitpunkt t3 dreht der Zusatzantrieb 12 mit seiner maximalen Drehzahl rückwärts, wobei dann gemäß dem Kurvenverlauf 30 an der Arbeitsmaschine 10 eine Drehzahl von Null herrscht. Beginnend mit dem Zeitpunkt t3 wird nun die Arbeitsmaschine 10 gemäß dem Signalverlauf 30 über den motorisch vorwärts betriebenen Hauptantrieb (siehe Signalverlauf 31) weiter angeschleppt und beschleunigt, und zwar bis zum Zeitpunkt t4 sobald die Arbeitsmaschine 10 wiederum ihre Soll-Drehzahl erreicht hat.
Sobald zum Zeitpunkt t4 die Arbeitsmaschine 10 ihre Soll-Drehzahl erreicht hat bzw. der Hauptantrieb 11 seine Nenndrehzahl erreicht hat, ist der Startvorgang abgeschlossen und für den Zusatzantrieb 12 erfolgt wiederum ein Wechsel vom motorischen Rückwärtsbetrieb in einen generatorischen Rückwärtsbetrieb, und zwar durch Ansteuerung des Umrichters 14.
Ein Signalflussdiagramm für die Verfahrensvariante der 6 ist in 7 gezeigt.
Der Block 33 der 7 visualisiert wiederum einen Start des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei nach dem Start des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Block 34 wiederum überprüft wird, ob Startbedingungen für den Antriebsstrang erfüllt sind, die in Block 35 bereitgestellt werden. Sind derartige Startbedingungen erfüllt, so wird wiederum ausgehend von Block 34 auf Block 37 verzweigt und es wird eine Startfreigabe an die oder jede der Steuerungseinrichtungen 21, 24 übermittelt. Nachfolgend wird wiederum in einem Block 38 überprüft, ob ein Startbefehl, der in Block 39 bereitgestellt wird, vorliegt, wobei dann, wenn in Block 38 festgestellt wird, dass ein derartiger Startbefehl vorliegt, ausgehend von Block 38 auf Block 40 verzweigt wird, wobei in Block 40 ein Startbefehl an den Umrichter 14 übertragen wird und der Zusatzantrieb 12 eingeschaltet und magnetisiert, jedoch zunächst auf einer Drehzahl von Null gehalten wird. Dann, wenn in Block 41 festgestellt wird, dass in Block 42 der Umrichter 14 ein Bereitschaftssignal sendet, das also in Block 41 festgestellt wird, dass der Umrichter 14 bereit ist, wird ausgehend von Block 41 auf Block 53 verzweigt, wobei im Block 53 der Hauptantrieb 11 auf einer Drehzahl von Null gehalten wird, zum Beispiel über eine Ansteuerung einer Bremse.
Ausgehend von Block 53 wird einerseits auf Block 54 und andererseits auf Block 55 verzweigt. In Block 54 wird überorüft. ob bei festgebremstem Hauptantrieb 11 die Drehzahl des Zusatzantriebs 12 den definierten Schwellenwert bzw. seine Maximaldrehzahl erreicht hat, wobei in Block 56 ein Drehzahlsignal über den Zusatzantrieb 12 bereitgestellt wird, insbesondere vom Umrichter 14. Wird in Block 54 festgestellt, dass die Drehzahl des Zusatzantriebs 12 seinen Schwellenwert bzw. seine Maximaldrehzahl noch nicht erreicht hat, so wird ausgehend von Block 54 auf Block 54 im Sinne einer Schleife zurückverzweigt, wohingegen dann, wenn in Block 54 festgestellt wird, dass die Drehzahl des Zusatzantriebs 12 den definierten Schwellenwert bzw. die Maximaldrehzahl erreicht hat, ausgehend von Block 54 auf Block 57 verzweigt wird.
Wie bereits ausgeführt, wird ausgehend von Block 53 nicht nur auf Block 54, sondern auch auf Block 55 verzweigt, wobei in Block 55 überprüft wird, ob die Drehzahl der Arbeitsmaschine größer als Null ist, ob also die Arbeitsmaschine 10 dreht, wobei eine entsprechende Drehzahl der Arbeitsmaschine 10 in Block 58 bereitgestellt wird.
Wird in Block 55 festgestellt, dass die Arbeitsmaschine 10 nicht dreht, so wird ausgehend von Block 55 auf Block 36 verzweigt, wohingegen dann, wenn in Block 55 festgestellt wird, dass die Drehzahl der Arbeitsmaschine 10 größer als Null ist, auch auf Block 57 verzweigt wird.
In Block 57 wird dann der Hauptantrieb 11 gestartet, und zwar durch entsprechende Ansteuerung des Leistungsschalters 20 über einen Direct-On-Line-Start, wobei eine gegebenenfalls zuvor aktivierte Bremse gelöst wird. Ausgehend von Block 57 wird dann auf die Blöcke 59, 60 und 61 verzweigt.
In Block 59 wird überprüft, ob der Zusatzantrieb 12 nunmehr in entgegengesetzter Drehrichtung, also im Rückwärtsbetrieb, seine Maximaldrehzahl erreicht hat. Ist dies der Fall, so wird ausgehend von Block 59 auf den UND-Block 62 verzweigt. Ist es hingegen nicht der Fall, so wird im Sinne einer Schleife auf Block 59 zurückverzweigt.
In Block 60 wird überprüft, ob der Hauptantrieb 11 seine Nenndrehzahl erreicht hat. Dann, wenn festgestellt wird, dass dies der Fall ist, wird ausgehend von Block 60 wiederum auf den UND-Block 62 verzweigt, wohingegen dann, wenn in Block 60 festgestellt wird, dass der Hauptantrieb 11 seine Nenndrehzahl noch nicht erreicht hat, im Sinne einer Schleife auf Block 60 zurückverzweigt wird, wobei für die Blöcke 59 und 60 entsprechende Drehzahlsignale in den Blöcken 63 und 64 bereitgestellt werden, nämlich in Block 63 die Drehzahl des Zusatzantriebs 12 und in Block 64 die Drehzahl des Hauptantriebs 11.
In Block 61 wird überprüft, ob die Arbeitsmaschine 10 dreht, wobei dann, wenn dies nicht der Fall ist, auf den ODER-Block 36 verzweigt wird, wohingegen dann, wenn in Block 61 festgestellt wird, dass die Arbeitsmaschine 10 dreht, auf den UND-Block 62 verzweigt wird. Die Drehzahl der Arbeitsmaschine 10 wird für den Block 61 in Block 62 bereitgestellt.
Dann, wenn sämtliche in den Blöcken 59, 60 und 61 überprüften Bedingungen erfüllt sind, wird über den UND-Block 62 auf den Block 51 verzweigt und das Verfahren beendet.
Eine weitere Variante wird unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. So betrifft 8 eine Variante, in welcher der Zusatzantrieb 12 zeitlich vor dem Hauptantrieb 11 gestartet wird, und zwar diesmal derart, dass zunächst bei stillstehender Arbeitsmaschine 10 ausschließlich der Zusatzantrieb 12 motorisch rückwärts betrieben wird und der Hauptantrieb 11 zunächst ausschließlich über den Zusatzantrieb 12 beschleunigt wird. Erst mit Erreichen eines definierten Schwellenwerts S'' für die Drehzahl des Zusatzantriebs 12 wird auch der Hauptantrieb 11 gestartet und motorisch vorwärts betrieben, wobei parallel hierzu der Zusatzantrieb 12 betrieben wird.
Weitere Details werden unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. So wird in 8 zum Zeitpunkt t0 wiederum mit dem Starten des Antriebsstrangs, beginnend zum Zeitpunkt t0 gemäß dem Signalverlauf 32 zunächst der Zusatzantrieb 12 gestartet und motorisch rückwärts betrieben. Gemäß dem Signalverlauf 30 steht zunächst die Arbeitsmaschine 10 still, wobei dies entweder über die Massenträgheit derselben oder über eine Bremse oder eine sonstige Einrichtung erfolgen kann. Der Hauptantrieb 11 wird über den Zusatzantrieb 12 gemäß dem Signalverlauf 31 beschleunigt.
Dann, wenn zum Zeitpunkt t1 die Drehzahl des Zusatzantriebs 12 einen Schwellenwert S'' erreicht hat, insbesondere seine maximale Drehzahl, so stellt sich am Hauptantrieb 11 ebenfalls eine definierte Drehzahl ein. Diese ergibt sich aus der Übersetzung des Überlagerungsgetriebes und der maximalen Drehzahl des Zusatzantriebs 12.
Beginnend mit dem Zeitpunkt t1 wird dann auch der Hauptantrieb 11 gestartet, nämlich durch einen Direct-On-Line-Start, wobei zum Zeitpunkt t1 die ggf. festgebremste Arbeitsmaschine 10 freigegeben wird. Beginnend mit dem Zeitpunkt t1 wird demnach gemäß dem Kurvenverlauf 30 die Drehzahl der Arbeitsmaschine 10 kontinuierlich erhöht, und zwar bis zum Zeitpunkt t2 der Hauptantrieb 11 seine Nenndrehzahl n11-NENN erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt ist dann die Arbeitsmaschine 10 auf ihre definierte Soll-Drehzahl, die einem definierten Prozentsatz der Nenndrehzahl 29 der Arbeitsmaschine 10 entspricht, beschleunigt worden, sodass zum Zeitpunkt t2 der eigentliche Startvorgang abgeschlossen ist.
Mit dem Zeitpunkt t2 wird für den Zusatzantrieb 12 wiederum vom motorischen Rückwärtsbetrieb in einen generatorischen Rückwärtsbetrieb gewechselt, und zwar durch Ansteuerung des Umrichters 14.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steuergerät zum Betreiben eines Antriebstrangs mit einer insbesondere als Pumpe oder Kompressor ausgebildeten Arbeitsmaschine 10, mit einem als mit einer konstanten Drehzahl betreibbaren elektrischen Maschine ausgebildeten Hauptantrieb 11, mit einem als mit einer variablen Drehzahl betreibbaren elektrischen Maschine ausgebildeten Zusatzantrieb 12, und mit einem zwischen die beiden Antriebe 11, 12 und die Arbeitsmaschine 10 geschalteten Überlagerungsgetriebe 13 mit einer festen mechanischen Übersetzung.
Das Steuergerät führt zum Starten des Antriebstrangs und zum Anschleppen der Arbeitsmaschine 10 auf eine definierte Soll-Drehzahl folgende Schritte steuerungsseitig aus:

Starten des Hauptantriebs 11 über einen Direct-On-Line-Start mit direkter Ankopplung an ein Versorgungsnetz 15.
Starten des Zusatzantriebs 12 unter Zwischenschaltung eines Umrichters 14 mit indirekter Ankopplung an das Versorgungsnetz 15 zeitgleich mit dem Hauptantrieb 11 oder zeitlich vor dem Hauptantrieb 11 oder zeitlich nach dem Hauptantrieb 11.

Betreiben des Hauptantriebs 11 und Zusatzantriebs 12 zum Anschleppen der Arbeitsmaschine 10 auf die definierte Soll-Drehzahl, die einem definierten Prozentsatz einer Nenndrehzahl der Arbeitsmaschine 10 entspricht, wobei das Steuergerät den Hauptantrieb 11 zumindest zeitweise motorisch vorwärts betreibt und auf seine Nenndrehzahl beschleunigt, wobei das Steuergerät parallel hierzu den Zusatzantrieb 12 zumindest zeitweise motorisch rückwärts betreibt.
Bezugszeichenliste

10: Arbeitsmaschine
11: Hauptantrieb
12: Zusatzantrieb
13: Überlagerungsgetriebe
14: Umrichter
15: Versorgungsnetz
16: Transformator
17: Kupplung
18: Kupplung
19: Bremse
20: Leistungsschalter
21: Steuerungseinrichtung
22: Schaltsignal
23: Datenaustausch
24: Steuerungseinrichtung
25: Schaltsignal
26: Schaltsignal
27: Soll-Drehzahl-Vorgabe
28: Eingangsgröße
29: Nenndrehzahl der Arbeitsmaschine
30: Drehzahl der Arbeitsmaschine
31: Drehzahl des Hauptantriebs
32: Drehzahl des Zusatzantriebs
33: Block
34: Block
35: Block
36: Block
37: Block
38: Block
39: Block
40: Block
41: Block
42: Block
43: Block
44: Block
45: Block
46, 46': Block
47: Block
48: Block
49: Block
50: Block
51: Block
52: Block
53: Block
54: Block
55: Block
56: Block
57: Block
58: Block
59: Block
60: Block
61: Block
62: Block
63: Block
64: Block

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Antriebstrangs mit einer Arbeitsmaschine (10), mit einem als mit einer konstanten Drehzahl betreibbaren elektrischen Maschine ausgebildeten Hauptantrieb (11), mit einem als mit einer variablen Drehzahl betreibbaren elektrischen Maschine ausgebildeten Zusatzantrieb (12), und mit einem zwischen die beiden Antriebe (11, 12) und die Arbeitsmaschine (10) geschalteten Überlagerungsgetriebe (13) mit einer festen mechanischen Übersetzung, nämlich zum Starten des Antriebstrangs und zum Anschleppen der Arbeitsmaschine (10) auf eine definierte Soll-Drehzahl (n10-SOLL), die einem definierten Prozentsatz einer Nenndrehzahl (n10-NENN) der Arbeitsmaschine (10) entspricht, wobei der Hauptantrieb (11) über einen Direct-On-Line-Start mit direkter Ankopplung an ein Versorgungsnetz (15) gestartet wird, wobei der Zusatzantrieb (12) unter Zwischenschaltung eines Umrichters (14) mit indirekter Ankopplung an das Versorgungsnetz (15) zeitlich vor dem Hauptantrieb (11) gestartet wird, derart, dass von einem Zeitpunkt t0 bis zu einem Zeitpunkt t1 unter Anschleppen der Arbeitsmaschine (10) ausschließlich der Zusatzantrieb (12) motorisch vorwärts betrieben wird und der Hauptantrieb (11) bis zum Zeitpunkt t1 stillsteht, wobei zum Zeitpunkt t1 mit Erreichen eines definierten Schwellenwerts (S') für die Drehzahl des Zusatzantriebs (12) der Hauptantrieb (11) motorisch vorwärts und auf seine Nenndrehzahl (n11-NENN) beschleunigt wird und parallel hierzu der Zusatzantrieb (12) von Zeitpunkt t1 bis zu einem Zeitpunkt t2 motorisch vorwärts und ab Zeitpunkt t2 motorisch rückwärts betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit Erreichen der definierten Soll-Drehzahl (n10-SOLL, t4) an der Arbeitsmaschine (10) und/oder mit Erreichen der Nenndrehzahl (n11-NENN, t4) an dem Hauptantrieb (11) der Zusatzantrieb (12) nachfolgend zumindest zeitweise generatorisch rückwärts betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit Erreichen der definierten Soll-Drehzahl (n10-SOLL, t4) an der Arbeitsmaschine (10) oder mit Erreichen der Nenndrehzahl (n11-NENN, t4) an dem Hauptantrieb (11) das Starten des Antriebstrangs beendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit Erreichen der definierten Soll-Drehzahl (n10-SOLL, t4) an der Arbeitsmaschine (10) und/oder mit Erreichen der Nenndrehzahl (n11-NENN, t4) an dem Hauptantrieb (11) der Umrichter (14) angesteuert wird, um am Zusatzantrieb (12) vom Betrieb motorisch rückwärts in den Betrieb generatorisch rückwärts zu wechseln.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit Erreichen einer Maximaldrehzahl des Zusatzantriebs (12) zum Zeitpunkt t1 der Hauptantrieb (11) motorisch vorwärts und parallel hierzu der Zusatzantrieb (12) von Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 motorisch vorwärts und nachfolgend motorisch rückwärts betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptantrieb (11) für seinen Stillstand über seine Massenträgheit oder eine Bremse auf Drehzahl Null gehalten wird.
Steuergerät zum Betreiben eines Antriebstrangs mit einer Arbeitsmaschine (10), mit einem als mit einer konstanten Drehzahl betreibbaren elektrischen Maschine ausgebildeten Hauptantrieb (11), mit einem als mit einer variablen Drehzahl betreibbaren elektrischen Maschine ausgebildeten Zusatzantrieb (12), und mit einem zwischen die beiden Antriebe (11, 12) und die Arbeitsmaschine (10) geschalteten Überlagerungsgetriebe (13) mit einer festen mechanischen Übersetzung, wobei das Steuergerät zum Starten des Antriebstrangs und zum Anschleppen der Arbeitsmaschine (10) auf eine definierte Soll-Drehzahl (n10-SOLL) folgende Schritte steuerungsseitig ausführt: Starten des Zusatzantriebs (12) unter Zwischenschaltung eines Umrichters (14) mit indirekter Ankopplung an das Versorgungsnetz (15) zeitlich vor dem Hauptantrieb (11), Starten des Hauptantriebs (11) über einen Direct-On-Line-Start mit direkter Ankopplung an ein Versorgungsnetz (15), Betreiben des Hauptantriebs (11) und Zusatzantriebs (12) zum Anschleppen der Arbeitsmaschine (10) auf die definierte Soll-Drehzahl (n10-SOLL), die einem definierten Prozentsatz einer Nenndrehzahl (n10-NENN) der Arbeitsmaschine (10) entspricht, derart, dass von einem Zeitpunkt t0 bis zu einem Zeitpunkt t1 unter Anschleppen der Arbeitsmaschine (10) ausschließlich der Zusatzantrieb (12) motorisch vorwärts betrieben wird und der Hauptantrieb (11) bis zum Zeitpunkt t1 stillsteht, wobei zum Zeitpunkt t1 mit Erreichen eines definierten Schwellenwerts (S') für die Drehzahl des Zusatzantriebs (12) der Hauptantrieb (11) vom Steuergerät motorisch vorwärts betrieben und auf seine Nenndrehzahl (n11-NENN) beschleunigt wird und parallel hierzu der Zusatzantrieb (12) von Zeitpunkt t1 bis zu einem Zeitpunkt t2 motorisch vorwärts und nachfolgend motorisch rückwärts betrieben wird.
Steuergerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dasselbe eingerichtet ist das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 steuerungsseitig auszuführen.