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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Betreiben eines Systems mit Energiespeicher, Versorgungsmodul, Wechselrichter und Bremse.
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Aus der
EP 1 497 913 B1 ist bekannt, dass mittels eines Bremswiderstands die im generatorischen Betrieb von Elektromotoren erzeugte Energie verringerbar ist, damit das Entstehen gefährlich hoher Spannungen verhindert wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit bei einem System mit Bremse zu erhöhen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren nach den in Anspruch 1 oder 2 und bei dem System nach den in Anspruch 7 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren nach Anspruch 1 zum Betreiben eines Systems mit Energiespeicher, Versorgungsmodul, Wechselrichter zur Speisung eines Elektromotors, und elektromagnetisch betätigbarer Bremse,
insbesondere wobei die Bremse am Elektromotor angeordnet ist,
wobei die Bremse eine Spule aufweist, insbesondere wobei zum Lüften der Bremse die Spule bestromt und zum Einfallen der Bremse die Spule stromlos betrieben wird,
wobei der gleichspannungsseitige Anschluss des Wechselrichters an einem Zwischenkreis angeschlossen ist, an welchen auch der gleichspannungsseitige Anschluss eines netzgespeisten Versorgungsmoduls und ein erster Anschluss eines DC/DC-Wandlers angeschlossen ist,
wobei der Energiespeicher an einem zweiten Anschluss des DC/DC-Wandlers angeschlossen ist, insbesondere zur Leistungsaufnahme aus dem Zwischenkreis oder Leistungsabgabe in den Zwischenkreis,
wobei, insbesondere zur Überwachung des Verschleißzustandes der Bremse, insbesondere zumindest eines Bremsbelags der Bremse,
- - der Wechselrichter abgeschaltet wird, insbesondere vom Zwischenkreis elektrisch abgetrennt wird,
- - die Spule aus dem Zwischenkreis, insbesondere über eine Bremsenansteuerung des Systems, versorgt wird, insbesondere wobei die Bremsenansteuerung am Elektromotor oder an der Bremse befestigt ist,
- - der am gleichspannungsseitigen Anschluss des Versorgungsmoduls in den Zwischenkreis fließende Strom erfasst wird,
- - der am gleichspannungsseitigen Anschluss des DC/DC-Wandlers in den Zwischenkreis fließende Strom erfasst wird,
- - die Summe der beiden Ströme gebildet wird und aus dem zeitlichen Verlauf der Summe ein Maß für den Verschleiß gebildet wird und dieses Maß auf Überschreiten eines Schwellwertes überwacht wird,
insbesondere wobei nach dem Überschreiten des Schwellwerts eine Warnmeldung angezeigt und/oder an eine übergeordnete Steuerung weitergeleitet wird.
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Von Vorteil ist dabei, dass der Strom in separaten und von der Bremse entfernten Modulen erfasst wird, wobei die Summe den erfassten Strömen verwendet wird. Auf diese Weise ist die Messtechnik, welche für die Bremsenansteuerung notwendig ist, in weit entfernten separaten Geräten oder Vorrichtungen anordenbar. Diese Messtechnik fungiert auch als Messtechnik zum Betreiben der Geräte. Insbesondere wird der DC/DC-Wandler abhängig von dem an seinem gleichspannungsseitigen Ausgang erfassten Strom gesteuert und das Versorgungsmodul wird ebenfalls abhängig von dem an seinem gleichspannungsseitigen Ausgang erfassten Strom gesteuert.
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Wichtige Merkmale bei dem Verfahren nach Anspruch 2 zum Betreiben eines Systems mit Energiespeicher, Versorgungsmodul, Wechselrichter zur Speisung eines Elektromotors, und elektromagnetisch betätigbarer Bremse,
insbesondere wobei die Bremse am Elektromotor angeordnet ist,
wobei die Bremse eine Spule aufweist, insbesondere wobei zum Lüften der Bremse die Spule bestromt und zum Einfallen der Bremse die Spule stromlos betrieben wird,
wobei der gleichspannungsseitige Anschluss des Wechselrichters an einem Zwischenkreis angeschlossen ist, an welchen auch der gleichspannungsseitige Anschluss eines netzgespeisten Versorgungsmoduls und ein erster Anschluss eines DC/DC-Wandlers angeschlossen ist,
wobei der Energiespeicher an einem zweiten Anschluss des DC/DC-Wandlers angeschlossen ist, insbesondere zur Leistungsaufnahme aus dem Zwischenkreis oder Leistungsabgabe in den Zwischenkreis,
wobei,
insbesondere zur Überwachung des Verschleißzustandes der Bremse, insbesondere zumindest eines Bremsbelags der Bremse,
in einem ersten Verfahrensschritt
- - der Wechselrichter abgeschaltet wird, insbesondere vom Zwischenkreis elektrisch abgetrennt wird,
- - die Bremse gelüftet wird, indem die Spule aus dem Zwischenkreis, insbesondere über eine Bremsenansteuerung des Systems, versorgt wird, insbesondere wobei die Bremsenansteuerung am Elektromotor oder an der Bremse befestigt ist,
- - der am gleichspannungsseitigen Anschluss des Versorgungsmoduls in den Zwischenkreis fließende Strom erfasst wird,
- - der am gleichspannungsseitigen Anschluss des DC/DC-Wandlers in den Zwischenkreis fließende Strom erfasst wird,
- - die Summe der beiden Ströme gebildet wird,
- - die am Zwischenkreis anliegende Spannung erfasst wird, insbesondere im Versorgungsmodul und/oder im DC/DC-Wandler die an dem jeweiligen gleichspannungsseitigen Anschluss anliegende Spannung erfasst wird,
- - und ein Integral des zeitlichen Verlaufs des Produkts aus der erfassten Spannung und der gebildeten Summe gebildet wird über eine Zeitspanne,
in einem weiteren Verfahrensschritt
- - der erste Verfahrensschritt zeitlich wiederkehrend durchgeführt wird und als Maß für den Verschleiß der Bremse das jeweils aktuell gebildete Integral auf Überschreitung eines zulässigen Maßes an Abweichung von einem zuvor bestimmten, insbesondere nach Inbetriebnahme zuerst bestimmten, Integral überwacht wird,
insbesondere wobei nach dem Überschreiten des Schwellwerts eine Warnmeldung angezeigt und/oder an eine übergeordnete Steuerung weitergeleitet wird.
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Von Vorteil ist dabei, dass der Strom in separaten und von der Bremse entfernten Modulen erfasst wird, wobei die Summe den erfassten Strom verwendet wird. Auf diese Weise ist die Messtechnik, welche für die Bremsenansteuerung notwendig ist, in weit entfernten separaten Geräten oder Vorrichtungen anordenbar. Diese Messtechnik fungiert auch als Messtechnik zum Betreiben der Geräte. Insbesondere wird der DC/DC-Wandler abhängig von dem an seinem gleichspannungsseitigen Ausgang erfassten Strom gesteuert und das Versorgungsmodul wird ebenfalls abhängig von dem an seinem gleichspannungsseitigen Ausgang erfassten Strom gesteuert.
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Die erfassten Ströme werden allerdings zu einer Steuerelektronik des Wechselrichters übertragen, von der auch Ansteuersignale für die Bremse, insbesondere Bremsenansteuerung erzeugt und über den Datenbus gesendet wird.
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Weiter ist von Vorteil, dass mittels der Bestimmung des Integrals ein Energiewert bestimmbar ist, der vom Verschleiß der Bremse abhängt und somit die Änderung des zeitlich wiederkehrend gemäß dem ersten Verfahrensschritt bestimmten Energiewertes abhängig vom Verschleiß ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird aus dem Zwischenkreis eine aus einem Widerstand, insbesondere Bremswiderstand, und einem steuerbaren Halbleiterschalter, insbesondere Brems-Chopper, gebildete Reihenschaltung versorgt,
wobei der steuerbare Halbleiterschalter, insbesondere Brems-Chopper, der Reihenschaltung geöffnet wird während der Wechselrichter abgeschaltet ist.
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Wichtige Merkmale bei dem System sind, dass das System ein einen netzgespeisten Gleichrichter umfassendes Versorgungsmodul aufweist, dessen gleichsspannungsseitiger Anschluss mit dem gleichspannungsseitigen Anschluss eines Wechselrichters des Systems verbunden ist und mit dem ersten gleichspannungsseitigen Anschluss eines DC/DC-Wandlers des Systems,
wobei der zweite gleichspannungsseitige Anschluss des DC/DC-Wandlers mit dem Energiespeicher, insbesondere Akkumulatoranordnung und/oder Doppelschichtkondensatoranordnung und/oder Ultracap-Anordnung, verbunden ist,
wobei am wechselspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters ein Elektromotor, insbesondere Drehstrommotor, angeschlossen ist,
wobei ein Mittel zur Erfassung des am gleichspannungsseitigen Anschluss des Versorgungsmoduls austretenden Stroms im Gehäuse des Versorgungsmoduls angeordnet ist,
wobei ein Mittel zur Erfassung des am ersten Anschluss des DC/DC-Wandlers austretenden Stroms im Gehäuse des DC/DC-Wandlers angeordnet ist,
wobei die Bremse sowohl vom Gehäuse des DC/DC-Wandlers beabstandet ist als auch vom Gehäuse des Versorgungsmoduls,
wobei das Gehäuse des DC/DC-Wandlers beabstandet ist vom Gehäuse des Versorgungsmoduls. Von Vorteil ist dabei, dass der Strom nicht in der Bremsenansteuerung erfasst werden muss sondern durch Addition der in den anderen Modulen erfassten Strömen bestimmbar ist. Die erfassten Ströme werden allerdings zu einer Steuerelektronik des Wechselrichters übertragen, von der auch Ansteuersignale für die Bremse, insbesondere Bremsenansteuerung erzeugt und über den Datenbus gesendet wird.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Versorgungsmodul mit einer Steuerelektronik des Wechselrichters mittels Datenbus ist,
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wobei der DC/DC-Wandlermodul mit einer Steuerelektronik des Wechselrichters mittels Datenbus verbunden ist. Von Vorteil ist dabei, dass die erfassten Werte an die Steuerelektronik übertragbar sind und von dieser Steuerelektronik auswertbar sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Systems mit Energiespeicher und Widerstand ausgeführt,
wobei zur Entladung des Energiespeichers dem Widerstand R eine zeitlich konstante elektrische Leistung P dauerhaft, insbesondere während einer Zeitspanne T, zugeführt wird, insbesondere bis zum praktisch vollständigen Entladen des Widertands,
insbesondere wobei die Zeitspanne T größer ist als die Zeitkonstante des durch eine an den Widerstand zugeführte, zeitlich konstante, elektrische Dauerleistung bewirkten Temperaturanstiegs des Widerstands R.
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Von Vorteil ist dabei, dass der Widerstand nicht nur kurzzeitig mit Leistung beaufschlagt wird, um die Zwischenkreisspannung abzusenken, sondern dauerhaft mit einer möglichst großen Leistung P beaufschlagt wird. Diese Leistung ist vorzugsweise derart groß, dass der Widerstand gerade noch nicht zerstört wird. Somit ist die maximal zulässige Leistung dauerhaft an die Umgebung als Wärme abführbar. Mittels dieser erfindungsgemäßen Methode ist ein möglichst kleiner Widerstandswert verwendbar, also eine schnelle Entladung des Energiespeichers ausführbar. Solche Entladungen sind im Transportfall sowie im Servicefall wichtig.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die an einer aus dem Widerstand und einem steuerbaren Halbleiterschalter, insbesondere Brems-Chopper, gebildeten Reihenschaltung anliegende Spannung U erfasst,
wobei die Reihenschaltung entweder direkt von der vom Energiespeicher zur Verfügung gestellten Spannung gespeist wird oder über einen DC/DC-Wandler aus der vom Energiespeicher zur Verfügung gestellten Spannung gespeist wird,
wobei dem steuerbaren Halbleiterschalter ein pulsweitenmoduliertes Ansteuersignal mit einem Pulsweitenmodulationsverhältnis zugeführt wird, das vom dem Wert der erfassten Spannung abhängig ist,
insbesondere wobei das Pulsweitenmodulationsverhältnis gemäß (1 / U) * (P * R) ^ ½ bestimmt ist. Von Vorteil ist dabei, dass abhängig von der Spannung das Pulsweitenmodulationsverhältnis verändert wird, insbesondere bei absinkender Spannung vergrößert wird.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der steuerbare Halbeliterschalter dauerhaft geschlossen, wenn die Spannung U einen Schwellwert unterschreitet, insbesondere wobei der Schwellwert (P * R) ^ ½ ist. Somit ist ein besonders schnelles Tiefentladen ermöglicht, wenn die maximal dem Widerstand zuführbare Leistung im zulässigen Bereich ist. Eine Pulsweitenmodulation wird dann also vermieden.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das System ein einen netzgespeisten Gleichrichter umfassendes Versorgungsmodul auf, dessen gleichsspannungsseitiger Anschluss mit dem gleichspannungsseitigen Anschluss eines Wechselrichters verbunden ist und mit dem ersten Anschluss eines DC/DC-Wandlers,
wobei der zweite Anschluss des DC/DC-Wandlers mit dem die Spannung U bereitstellenden Anschluss des Energiespeichers verbunden ist,
wobei am wechselspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters ein Elektromotor, insbesondere Drehstrommotor, angeschlossen ist. Von Vorteil ist dabei, dass das System einen Energiespeicher aufweist, welcher generatorisch erzeugte Energie des Elektromotors abpuffert und somit bei motorischer Leistungsentnahme aus dem Zwischenkreis den Leistungsbezug aus dem Wechselspannungsversorgungsnetz klein hält.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters und dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Versorgungsmoduls ein DC/DC-Steller angeordnet ist,
welcher den Leistungsfluss vom Gleichrichter zur aus Widerstand R und steuerbarem Halbeliterschalter gebildeten Reihenschaltung stoppt während des Entladens des Energiespeichers,
insbesondere so dass auf demjenigen Leistungsmodul, auf welchem die Dioden des Gleichrichters und den steuerbaren Halbeliterschalter integriert angeordnet sind, beim Entladen Wärme erzeugt wird durch entweder den steuerbaren Halbleiterschalter oder alternativ durch die Dioden des Gleichrichters. Von Vorteil ist dabei, dass der Leistungsfluss vom Wechselspannungsversorgungnetz zum Zwischenkreis hin unterbrechbar ist. Dies ist insbesondere beim Entladen wichtig.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Wechselrichter ein Leistungsmodul auf, an welchem in Halbbrücken angeordnete steuerbare Halbleiterschalter angeordnet sind. Von Vorteil ist dabei, dass die steuerbaren Halbeliterschalter als Leistungsschalter ausführbar sind und trotzdem baulich integriert, also auf einem gemeinsamen Träger, anordenbar sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Leistung P kleiner ist als die maximal vom Elektromotor über den Wechselrichter zum gleichspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters im generatorischen Betrieb des Elektromotors rückspeisbare Leistung. Von Vorteil ist dabei, dass mittels des Enegiespeicher zwar eine dauerhaft konstante Leistung abführbar ist, aber die bei generatorischer Betriebsart überschüssige Energie im Energiespeicher gespeichert werden muss.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Pulsweitenmodulationsfrequenz des Ansteuersignals während des Zuführens der Leistung P, insbesondere während der Zeitspanne T, verändert,
insbesondere als Pulsweitenmodulationsfrequenz zeitlich nacheinander unterschiedliche insbesondere diskrete Werte verwendet werden. Von Vorteil ist dabei, dass die Geräuschemission verringerbar ist oder zumindest kein monofrequenter Ton hörbar ist sondern die Schallenergie auf verschiedene Frequenzen aufteilbar ist. Der Klangeindruck wird somit akzeptabler.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der durch den Widerstand R fließende Strom I erfasst,
wobei aus der zeitlich gemittelten, über den Brems-Chopper bereitgestellten Spannung und dem zeitlich gemittelten, Strom der aktuelle Widerstandswert des Bremswiderstands bestimmt wird, insbesondere gemäß U / I,
und unter Berücksichtigung einer Kennlinie, welche die Temperaturabhängigkeit des Bremswiderstands darstellt, die aktuelle Temperatur T des jeweiligen Bremswiderstands bestimmt wird. Von Vorteil ist dabei, dass die Temperatur aus der bestimmten Spannung und dem bestimmten Strom bestimmbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird überwacht, ob die bestimmte Temperatur T des Bremswiderstands einen Schwellwert übersteigt, insbesondere wobei nach Überschreiten eine Notabschaltung des Brems-Choppers ausgeführt wird. Von Vorteil ist dabei, dass eine Zerstörung des Bremswiderstands vermeidbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die bestimmte Temperatur auf eine Solltemperatur hingeregelt, indem die Leistung P als Stellwert eines Reglers, insbesondere PI-Reglers, entsprechend gestellt wird. Von Vorteil ist dabei, dass auch bei veränderter Umgebungstemperatur maximale Leistung vom Energiespeicher an die Umgebung abführbar ist.
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Wichtige Merkmale bei dem System, insbesondere zur Durchführung eines vorgenannten Verfahrens sind, dass
das System ein einen netzgespeisten Gleichrichter umfassendes Versorgungsmodul aufweist, dessen gleichsspannungsseitiger Anschluss mit dem gleichspannungsseitigen Anschluss eines Wechselrichters des Systems verbunden ist und mit dem ersten gleichspannungsseitigen Anschluss eines DC/DC-Wandlers des Systems,
wobei der zweite gleichspannungsseitige Anschluss des DC/DC-Wandlers mit dem Energiespeicher, insbesondere Akkumulatoranordnung und/oder Doppelschichtkondensatoranordnung und/oder Ultracap-Anordnung, verbunden ist,
wobei am wechselspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters ein Elektromotor, insbesondere Drehstrommotor, angeschlossen ist. Von Vorteil ist dabei, dass für Transportzwecke oder Wartungszwecke der Energiespeicher entladbar ist. Dieses Entladen ist schnell ausführbar, weil ein sehr niedriger Ohm'scher Widerstandswert verwendbar ist. Denn mittels Erfassung der an der Reihenschaltung anliegenden Spannung ist durch eine entsprechend geeignete Pulsweitenmodulation eine konstante Leistung an den Widerstand abführbar und auch bei tiefen Spannungen eine schnelle Entladung ausführbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters und dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Versorgungsmoduls ein DC/DC-Steller angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass der Leistungsfluss vom Gleichrichter zum Zwischenkreis hin beeinflussbar ist, insbesondere abschaltbar. Außerdem ist das am gleichspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters vorhandene Spannungsniveau unterschiedlich vom Zwischenkreisniveau, also vom Niveau der Spannung am gleichspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters oder des Versorgungsmoduls.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein mit dem Bremswiderstand in Reihe geschalteter steuerbarer Halbleiterschalter im Gehäuse des DC/DC-Wandlers angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass der steuerbare Halbleiterschalter integriert mit der sonstigen Elektronik des DC/DC-Wandlers ausführbar ist und mit diesem dann auch entwärmbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein mit dem Bremswiderstand in Reihe geschalteter steuerbarer Halbleiterschalter auf einem Leistungsmodul integriert, welches in Halbbrücken angeordnete Dioden und/oder steuerbare Halbleiterschalter aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass der Gleichrichter mit dem steuerbaren Halbleiterschalter integriert und zusammen entwärmbar ausgeführt ist. Da jedoch beim Entladen des Energiespeichers mittels des Widerstands, insbesondere Bremswiderstands, der Leistungsfluss vom Gleichrichter zum Zwischenkreis hin mittels des Wandler gestoppt, insbesondere aufgetrennt ist, treten die Verlustleistungen der Dioden des Gleichrichters und die Verlustleistung des steuerbaren Halbleiterschalters nur alternativ auf.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Leistungsmodul im Gehäuse des Wechselrichters oder des Versorgungsmoduls angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass der steuerbare Halbleiterschalter integriert im Leistungsmodul anordenbar ist und somit die Entwärmung des steuerbaren Leistungsmoduls mit der Entwärmung des Leistungsmoduls ausführbar ist, insbesondere mittels eines Kühlkörpers, welcher die Verlustwärme der in Halbbrücken angeordneten steuerbaren Halbleiterschalter des Wechselrichters und den dem Widerstand zugeordneten, steuerbaren Halbleiterschalter an die Umgebung abführt.
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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.
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Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:
- In der 1 ist ein erfindungsgemäßes System schematisch dargestellt.
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Wie in der Figur gezeigt, stellt ein von einem Wechselspannungsversorgungsnetz 8 gespeistes Versorgungsmodul 1 an seinem gleichspannugnsseitigen Anschluss eine unipolare Spannung zur Verfügung.
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An diesem Anschluss ist der gleichspannungsseitige Anschluss eines Wechselrichters 2 angeschlossen, wobei am wechselspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters 2 vom Wechselrichter 2 eine Drehspannung einem Elektromotor 4, insbesondere Wechselstrommotor, insbesondere Drehstrommotor, zur Verfügung gestellt wird.
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Der Wechselrichter 2 wird von einer Steuerelektronik 3 angesteuert. Insbesondere erzeugt die Steuerelektronik 3 pulsweitemodulierte Ansteuersignale für die steuerbaren Halbleiterschalter des Wechselrichters, welche in parallel zueinander geschalteten Halbbrücken angeordnet sind, wobei diese Parallelschaltung von Halbbrücken aus der unipolaren Spannung speisbar ist, also aus dem Zwischenkreis.
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Baulich sind diese Halbleiterschalter, insbesondere also sechs steuerbare Halbleiterschalter auf einem Modul integriert, auf welchem auch ein weiterer steuerbarer Halbleiterschalter integriert ist, der als Brems-Chopper bezeichenbar ist.
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Der Brems-Chopper ist mit einem Widerstand, der als Bremswiderstand bezeichenbar ist, in Reihe geschaltet, wobei diese Reihenschaltung ebenfalls aus der unipolaren Spannung speisbar ist.
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An dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Versorgungsmoduls 1 ist auch ein Anschluss eines DC/DC-Wandlers 5 angeschlossen, so dass dieser DC/DC-Wandler 5 parallel zum Wechselrichter 2 geschaltet ist.
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Am anderen Anschluss des DC/DC-Wandlers 5 ist ein Energiespeicher 6 angeschlossen. Somit ermöglicht der DC/DC-Wandler 5 einen Leistungsfluss vom Energiespeicher 6 zum die unipolare Spannung aufweisenden Zwischenkreis oder umgekehrt. Dies gilt auch dann, wenn der Betrag der unipolaren Spannung sehr unterschiedlich ist zum Betrag der am Energiespeicher 6 anliegenden Spannung ist.
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Der Energiespeicher 6 ist als Elektrolytkondensatoranordnung, als Doppelschichtkondensatoranordnung und/oder vorzugsweise als Akkumulatoranordnung ausführbar.
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Das Versorgungsmodul 1 ist als netzgespeister Gleichrichter ausführbar. Vorzugsweise ist aber zwischen dem netzgespeisten Gleichrichter und dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Versorgungsmoduls 1, insbesondere also Zwischenkreis, ein DC/DC-Steller angeordnet, so dass der Leistungsfluss vom Wechselspannungsversorgungsnetz 8 in den Zwischenkreis hinein steuerbar ist. hierzu weist das Versorgungsmodul 1 ein Mittel zur Erfassung der Spannung U am gleichspannungsseitigen Anschluss des Versorgungsmoduls 1, insbesondere also Zwischenkreis, auf. Außerdem ist ein Mittel zur Erfassung des am gleichspannungsseitigen Anschluss des Versorgungsmoduls 1 in den Zwischenkreis fließenden Stroms I_1 im Versorgungsmodul 1 angeordnet.
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Die erfassten Werte dieser Spannung U und dieses Stroms I_1 werden in digitale Werte umgewandelt und mittels eines Datenbusses 11 an die Steuerelektronik 3 des Wechselrichters 2 übertragen.
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Der Gleichrichter weist vorzugsweise wiederum ein Modul auf, auf dem die Dioden des Gleichrichters integriert angeordnet sind und auf dem zusätzlich ein weiterer steuerbarer Halbleiterschalter integriert ist, der als Brems-Chopper bezeichenbar ist.
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Der Brems-Chopper ist mit einem weiteren Widerstand, der als Bremswiderstand bezeichenbar ist, in Reihe geschaltet, wobei diese Reihenschaltung ebenfalls aus dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters speisbar ist.
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Der DC/DC-Wandler 5 umfasst ebenfalls einen weiteren steuerbaren Halbleiterschalter integriert ist, der als Brems-Chopper bezeichenbar ist.
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Dieser Brems-Chopper ist mit einem weiteren Widerstand, der als Bremswiderstand bezeichenbar ist, in Reihe geschaltet, wobei diese Reihenschaltung ebenfalls aus dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters oder aus der am Energiespeicher 6 anliegenden Spannung speisbar ist.
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Somit sind mehrere Brems-Chopper im System vorsehbar und der Energiespeicher 6 auf diese Weise durch mehrere Widerstände entladbar, insbesondere gleichzeitig. Die Entladung des Energiespeichers wird kontrolliert ausgeführt.
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Dies ist nicht nur bei Transport des Energiespeichers wichtig, sondern auch bei Wartungen am System, wenn der Energiespeicher entladen werden soll. Außerdem ist ein Entladen auch bei speziellen Sorten von Energiespeichern wichtig, wenn ein Memory-Effekt verhindert werden soll. Beispielsweise werden NiCd-Akkumulatoren zeitlich regelmäßig entladen.
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Das erfindungsgemäße Entladen erfolgt derart, dass der Brems-Chopper des jeweiligen Bremswiderstands abhängig von der unipolaren Spannung oder von der an der aus dem Bremswiderstand und dem zugehörigen Brems-Chopper gebildeten Reihenschaltung anliegenden Spannung U derart angesteuert wird, dass dem jeweiligen Bremswiederstand R eine konstante Leistung dauerhaft zugeführt wird.
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Diese dauerhaft bis zur praktisch vollständigen Entladung des Energiespeichers dem jeweiligen Bremswiderstand zugeführte elektrische Leistung P ist möglichst hoch vorgegeben. Vorzugsweise gleicht sie also der Nennleistung des Bremswiderstands R.
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Hierzu wird die Spannung U erfasst und der jeweilige Brems-Chopper vorzugsweise mit einem Pulsweitenmodulationsverhältnis (1 / U) * (P * R) ^ ½ angesteuert. Auf diese Weise bleibt die dem jeweiligen Bremswiderstand zugeführte Leistung auch bei absinkender Spannung U konstant.
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Insbesondere ist die Nennleistung, also auch die Leistung P, kleiner als die im generatorischen Betrieb des Elektromotors vom Elektromotor 4 über den Wechselrichter 2 maximal rückspeisbare Leistung.
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Der Ohm'sche Widerstand des jeweiligen Bremswiderstandes R kann somit sehr klein gewählt werden und daher eine praktisch vollständige Entladung in kurzer Zeit erreicht werden.
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Wenn die Spannung einen Schwellwert unterschreitet ist die Pulsweitenmodulation sogar ersetzbar durch ein dauerhaftes Schließen des steuerbaren Schalters. Auf diese Weise ist eine besonders schnelle Tiefentladung ermöglicht. Sobald dann die Spannung einen zweiten, noch kleineren Schwellwert unterschreitet, wird dann der Schalter wieder geöffnet, um die Akkumulatorzellen gegen Zerstörung zu schützen.
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In der beschriebenen Weise ist also Energie aus dem Zwischenkreis über die Bremswiderstände in Wärme umwandelbar.
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Wenn die aus dem Bremswiderstand und dem ihm zugeordneten Brems-Chopper gebildete Reihenschaltung direkt aus der am Energiespeicher anliegenden Spannung gespeist wird, ist ein tiefes Entladen des Energiespeichers in einfacher Weise ermöglicht, weil der DC/DC-Wandler ohne Mindestspannung nicht arbeiten kann und somit unterhalb der Mindestspannung keine Entladung durch die Bremswiderstände ausführbar ist. Denn die aus dem jeweiligen Brems-Chopper und dem Bremswiderstand (7, 8, 12) gebildete Reihenschaltung ist nur indirekt über den DC/DC-Wandler 5 von dem Energiespeicher versorgt.
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Bei Entladen des Energiespeichers das Versorgungsmodul keine elektrische Leistung aus dem Wechselspannungsversorgungnetz zum Zwischenkreis durchleitete.
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Der DC/DC-Wandler 5 weist an seinem dem Zwischenkreis zugewandten Anschluss ebenfalls ein Mittel zur Erfassung des vom DC/DC-Wandler 5 in den Zwischenkreis fließenden Stroms I_2 auf. Außerdem weist der DC/DC-Wandler 5 auch ein Mittel zur Erfassung der Spannung U des Zwischenkreises auf.
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Die erfassten Werte dieser Spannung U und/oder dieses Stroms I_2 werden in digitale Werte umgewandelt und mittels eines Datenbusses 11 an die Steuerelektronik 3 des Wechselrichters 2 übertragen.
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Am Elektromotor 4 ist eine elektromagnetisch betätigbare Bremse 9 angeordnet, die einen Magnetkörper aufweist, welcher mit dem Statorgehäuse des Elektromotors verbunden ist.
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In einer in bezogen auf die Drehachse der Rotorwelle des Elektromotors Umfangsrichtung sich erstreckende, axial gerichtete Vertiefung des Magnetkörpers ist eine Spule aufgenommen, die von einer Bremsenansteuerung 10 gesteuert bestromt wird, also bestromt wird oder nicht.
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Zur Bestromung wird die Spule aus der Spannung U des Zwischenkreises gespeist, also aus dem Zwischenkreis versorgt. Vorzugsweise ist ein steuerbarer Halbleiterschalter mit der Spule in Reihe geschaltet und die so gebildete Reihenschaltung aus der Spannung U des Zwischenkreises versorgt.
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Mit der Rotorwelle ist ein Bremsbelagträger drehfest, aber axial verschiebbar verbunden. Hierzu wird die Rotorwelle mit einer Verzahnung versehen, wobei der Bremsbelagträger eine entsprechende Innenverzahnung aufweist, welche auf die Verzahnung aufgesteckt ist.
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Der Bremsbelagträger weist axial beidseitig jeweils einen Bremsbelag auf.
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Eine drehfest mit dem Magnetkörper verbundene, aus ferromagnetischem Material, wie Stahl, gefertigte Ankerscheibe ist drehfest, aber axial bewegbar mit dem Magnetkörper verbunden, indem Bolzen durch Ausnehmungen der Ankerscheibe hindurchragen, welche mit dem Magnetkörper fest, insbesondere lösbar und fest, verbunden sind.
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Ein am Magnetkörper abgestütztes Federelement drückt die Ankerscheibe vom Magnetkörper weg, solange die Spule nicht bestromt ist.
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Dabei wird die Ankerscheiben auf den die Bremsbeläge aufweisenden Bremsbelagträger gedrückt, der wiederum auf eine Bremsfläche eines Lagerschildes drückt, das mit dem Statorgehäuse fest verbunden ist.
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Wenn die die Spule bestromt wird, wird die Ankerscheibe entgegen der Federkraft zum Magnetkörper hin angezogen. Der für das Überwinden der Federkraft notwendige Stromwert wird als Anzugsstrom bezeichnet.
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Ein für dieses dauerhafte Lüften der Bremse notwendiger Stromwert, insbesondere also ein Wert des für das Lüften der Bremse notwendigen Stroms, wird als Haltestrom bezeichnet.
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Erfindungsgemäß wird die Differenz, insbesondere zwischen Haltestrom und Anzugsstrom, bestimmt und daraus auf den Verschleiß der Bremsbeläge geschlossen. Somit ist eine Überwachung auf Verschleiß der Bremse ausführbar.
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Zu Beginn der Bestromung der Spule wächst infolge der Induktivität L der Spule der Strom im Wesentlichen proportional mit der Zeit an. Sobald jedoch der Anzugsstrom erreicht ist, beginnt die ankerscheibe zum Magnetkörper hin sich zu bewegen. Je näher sie dem Magnetkörper kommt, erhöht sich die Induktivität der Spule 9, wodurch ein langsameres Ansteigen des Stromes bewirkt wird.
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Der somit zu Beginn der Bewegung der Ankerscheibe im Stromverlauf beobachtbare Knick ermöglicht eine sehr einfache und präzise Bestimmung des Anzugsstroms.
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Abhängig vom Verschleiß der Bremsbeläge ist die Ankerscheibe zu Beginn weiter entfernt und somit ein höherer Anzugsstrom notwendig, so dass der zu bestimmende Differenzbetrag zwischen Haltestrom und Anzugsstrom kleiner wird.
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Bei der Bestimmung wird der Wechselrichter 2 elektrisch abgetrennt vom Zwischenkreis. Außerdem werden alle Brems-Chopper geöffnet.
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Als Strom wird die Summe des Werts des von dem im Versorgungsmodul 1 angeordneten Mittels zur Stromerfassung erfassten Stroms I_1 und des Werts des von dem im DC/DC-Wandler 5 angeordneten Mittels zur Stromerfassung erfassten Stroms I_2 gebildet, da die Spule aus dem Zwischenkreis versorgt ist und somit diese Summe den in die Spule fließenden Strom darstellt.
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Das Versorgungsmodul 1 ist ebenso wie der DC/DC-Wandler über den Datenbus 11 mit der Steuerelektronik 3 des Wechselrichters 2 verbunden, so dass die erfassten Werte in der Steuerelektronik 3 ausgewertet werden.
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Erfindungsgemäß wird also der Strom in dem Versorgungsmodul 1 und der Strom in dem DC/DC-Wandler 5 erfasst, wobei diese beiden Vorrichtungen eigene Gehäuse aufweisen und voneinander separat, also beabstandet sind. Diese Vorrichtungen bilden keine bauliche Einheit. Die Bremsenansteuerung 10 hingegen benötigt keine Mittel zur Stromerfassung. Bei zusätzlicher Spannungserfassung gilt Gleiches für die Spannung.
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In Weiterbildung wird der Verlauf der Spannung U beim Lüften der Bremse überwacht. Auch im zeitlichen Verlauf der Spannung U ist beim Beschleunigen der Ankerscheibe beim Überwinden der Federkraft des Federelements eine charakteristische Änderung erkennbar.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Wert einer Energie bei dem Lüftvorgang ermittelt. Hierzu wird das Integral des Produktes aus der erfassten Spannung U und der Summe über eine feste Zeitspanne gebildet. Die Zeitspanne ist dabei derart groß, dass der durch die Spule fließende Strom nach dem Lüften seinen stationären Wert erreicht.
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Zeitlich wiederkehrend wird auch wieder ein Wert der Energie bei jeweiligen weiteren Lüftvorgängen bestimmt. Durch Vergleich der Werte, insbesondere durch Bestimmung der Differenz zwischen dem aktuellen Wert an Energie und dem ersten Wert an Energie, ist ebenfalls der Verschleiß auf ein Überschreiten eines zulässigen Maßes überwachbar.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird der durch den jeweiligen Bremswiderstand fließende Strom erfasst und aus der über den Brems-Chopper bereitgestellten, zeitlich gemittelten Spannung sowie dem erfassten und zeitlich gemittelten Strom der aktuelle Widerstandswert des Bremswiderstands bestimmt und unter Berücksichtigung einer Kennlinie, welche die Temperaturabhängigkeit des Bremswiderstands darstellt, die aktuelle Temperatur des jeweiligen Bremswiderstands bestimmt.
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Somit ist einerseits überwachbar, ob die Temperatur des Bremswiderstands einen Schwellwert übersteigt und somit eine Notabschaltung des Brems-Choppers notwendig ist. Andererseits ist alternativ eine an die bestimmte Temperatur angepasste Leistung einstellbar. Dies bedeutet, dass die Leistung P der Temperatur nachgeführt wird. Somit ist eine Änderung der Umgebungstemperatur oder eine Verschlechterung des vom Bremswiderstand an die Umgebung wirkenden Wärmeübergangswiderstands berücksichtigbar.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird keine konstante Pulsweitenmodulationsfrequenz verwendet, sondern die Pulsweitenmodulationsfrequenz wird zeitabschnittsweise oder kontinuierlich verändert. Auf diese Weise ist eine weniger störende Geräuschemission bewirkbar.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen werden statt des Wechselrichters 2 mehrere Wechselrichter 2 parallel vom Zwischenkreis versorgt. Bei der erfindungsgemäßen Verschleißbestimmung werden alle Wechselrichter elektrisch abgetrennt, also deren steuerbare Halbleiterschalter geöffnet, und jeweils zugehörigen Brems-Chopper ebenfalls geöffnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Versorgungsmodul
- 2
- Wechselrichter
- 3
- Steuerelektronik
- 4
- Elektromotor
- 5
- DC/DC-Wandler
- 6
- Energiespeicher
- 7
- Bremswiderstand
- 8
- Wechselspannungsversorgungsnetz
- 9
- elektromagnetisch betätigbare Bremse
- 10
- Bremsenansteuerung
- 11
- Datenbus
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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