DE19748911A1 - Linearantriebssystem - Google Patents
LinearantriebssystemInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Linearantriebssystem, umfassend eine
Statoranordnung mit einer Mehrzahl von in einer Anordnungslängsrichtung
aufeinanderfolgenden Statorabschnitten, wobei jeder Statorabschnitt
wenigstens eine Statorwicklung aufweist, eine Energiequelle zur Versorgung
der Statorabschnitte mit elektrischer Energie, eine Schalteranordnung mit
jeweils einer Schaltervorrichtung für jeden Statorabschnitt, um in Ab
hängigkeit von einer Schaltstellung jeder der Schaltervorrichtungen
wahlweise elektrische Energie von der Energiequelle zu den den Schaltvor
richtungen jeweils zugeordneten Statorabschnitten zu leiten, eine Ansteuer
vorrichtung zum Ansteuern jeder Schaltervorrichtung der Schalteranord
nung, um zum Zuführen elektrischer Energie zu wenigstens einem ausge
wählten Statorabschnitt die dem wenigstens einen ausgewählten Stator
abschnitt zugeordnete Schaltervorrichtung in einen ersten Schaltzustand zu
bringen oder/und in diesem zu halten, und die den nicht ausgewählten
Statorabschnitten zugeordneten Schaltervorrichtungen in einen zweiten
Schaltzustand zu bringen oder/und in diesem zu halten, wenigstens eine
bezüglich der Statoranordnung in der Anordnungslängsrichtung bewegbare
Läuferbaugruppe mit wenigstens einer Wechselwirkungsvorrichtung, welche
durch Wechselwirkung mit einem in den Statorabschnitten erzeugten
Magnetfeld eine zwischen der wenigstens einen Läuferbaugruppe und der
Statoranordnung wirkende Antriebs/Brems-Kraft erzeugt.
Ein derartiges, im Stand der Technik bekanntes Linearantriebssystem ist in
Fig. 2a schematisch gezeigt. Das Linearantriebssystem umfaßt eine
allgemein mit 10s bezeichnete Statoranordnung mit einer Mehrzahl an in
einer Anordnungslängsrichtung aufeinanderfolgend angeordneten einzelnen
Statorabschnitten 12s. Die einzelnen Statorabschnitte sind über diesen
jeweils zugeordnete Schaltervorrichtungen 12s über eine Ansteuerleitung
16s mit einem Umrichter 18s als Energiequelle verbunden. Vom Umrichter
18s werden zur Versorgung der einzelnen Statorabschnitte 12s mit
elektrischer Energie periodisch Spannungsimpulse alternierender Polarität
erzeugt. Die einzelnen Statorabschnitte umfassen Wicklungen mit einer
Mehrzahl an Windungen und bei Schließen der jeweils zugeordneten
Schaltervorrichtungen 24s und dementsprechend er Versorgung ver
schiedener Statorabschnitte 12s mit elektrischer Energie wird durch die
Wicklungen in den einzelnen Statorabschnitten ein Magnetfeld erzeugt.
Dieses Magnetfeld wirkt auf eine Läuferbaugruppe 20s ein, welche in der
Anordnungslängsrichtung L bezüglich der Statoranordnung 10s bewegbar
ist. Die Läuferbaugruppe 20s weist eine Wechselwirkungsvorrichtung,
beispielsweise einen Permanentmagneten, auf, welcher in Wechselwirkung
mit dem in den einzelnen Statorabschnitten 12s erzeugten Magnetfeld tritt
und dabei eine vortreibende Kraft für die Läuferbaugruppe 20s erzeugt.
Die einzelnen Schaltervorrichtungen 24s stehen unter Ansteuerung einer in
Fig. 2a nicht dargestellten Ansteuervorrichtung. Durch Zufuhr entsprechen
der Ansteuersignale können die Schaltervorrichtungen 24s durch die
Ansteuervorrichtung in einen geschlossenen Zustand gebracht werden, um
bestimmten der Statoranordnungen 12s elektrische Energie vom Umrichter
18s zuzuführen. Dazu wird beispielsweise die Positionierung der Läuferbau
gruppe 20s bezüglich der Statoranordnung 10s erfaßt und es werden
lediglich diejenigen der Statorabschnitte 12s mit elektrischer Energie
versorgt, welche unmittelbar der Läuferbaugruppe 20s gegenüberliegen.
Dies führt zu einer beträchtlichen Stromeinsparung, da lediglich diejenigen
Statorabschnitte 12s bestromt werden, welche tatsächlich zum Vortrien
beitragen. Bei dem in Fig. 2a dargestellten bekannten Linearantriebssystem
besteht jedoch folgendes Problem. Man betrachte beispielsweise die beiden
Statorabschnitte 12s' und 12s'', welche im momentanen Zustand
wenigstens teilweise durch die Läuferbaugruppe 20s in der Anordnungs
längsrichtung L überlappt sind. Von diesen Statorabschnitten 12s' und 12s''
ist der Statorabschnitt 12s' vollständig von der Läuferbaugruppe 20s'
überlappt, wohingegen der Statorabschnitt 12s'' nur teilweise überlappt ist.
Dies führt dazu, daß durch die Wechselwirkung beispielsweise des
Dauermagneten in der Läuferbaugruppe 20s mit dem Statorabschnitt 12s'
und dem Statorabschnitt 12s'' im erstgenannten Statorabschnitt eine relativ
starker Gegenspannung induziert wird, d. h. der elektrische Widerstand des
Statorabschnitts 12s' ist relativ groß. Da der Statorabschnitt 12s'' nur
teilweise von der Läuferbaugruppe 20s überlappt ist, wird in diesem eine
geringere Gegenspannung induziert, so daß der elektrische Widerstand in
diesem Statorabschnitt 12s'' geringer ist als im Statorabschnitt 12s'.
Würden nun die beiden zugeordneten Schaltervorrichtungen 24s' und 24s''
zum Erzeugen der vortreibenden Kraft geschlossen werden, so hätte dies
aufgrund der Parallelschaltung der einzelnen Statorabschnitte 12s' zur
Folge, daß der Strom hauptsächlich in demjenigen der Statorabschnitte
fließt, welcher den geringeren elektrischen Widerstand aufweist. Dies wäre
jedoch der Statorabschnitt 12s'', der nur teilweise durch die Läuferbau
gruppe 20s' bzw. deren Wechselwirkungsvorrichtung überlappt ist. Das
heißt, es wird elektrische Energie von dem an sich zum Vortrieb wesentlich
beitragenden Statorabschnitt 12s' abgezogen, was einen deutlichen
Effizienzverlust zur Folge hat.
Um dies zu vermeiden, ist ein Linearantriebssystem entwickelt und benutzt
worden, wie es in Fig. 2b gezeigt ist. Bei diesem nach dem sogenannten
"Frog-Leap"-Verfahren arbeitenden Linearantriebssystem sind zwei
Umrichter 18v, 18v' vorgesehen, welche über jeweilige Schalter 24v bzw.
24v' mit den zugeordneten Statorabschnitten 12v elektrisch verbindbar
sind. Bei diesem Verfahren können unmittelbar aufeinander folgende
Statorabschnitte 12v jeweils durch verschiedene Umrichter 18v bzw. 18v'
bestromt werden, so daß das vorangehend angesprochene Problem des
bevorzugten Stromflusses durch denjenigen Statorabschnitt, in welchem der
geringere elektrische Widerstand vorhanden ist, hier vermieden werden
kann. Dieses Linearantriebssystem erfordert jedoch die doppelte Anzahl an
Schaltern und Umrichtern und ist somit sowohl in konstruktiver als auch in
schaltungstechnischer Hinsicht äußerst aufwendig.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Linearantriebssystem
vorzusehen, welches mit möglichst geringem Energieaufwand betrieben
werden kann und welches gleichzeitig in konstruktiver und schaltungs
technischer Hinsicht einfach aufgebaut ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Linearantriebssystem,
umfassend eine Statoranordnung mit einer Mehrzahl von in einer Anord
nungslängsrichtung aufeinanderfolgenden Statorabschnitten, wobei jeder
Statorabschnitt wenigstens eine Statorwicklung aufweist, eine Energiequelle
zur Versorgung der Statorabschnitte mit elektrischer Energie, eine Schalter
anordnung mit jeweils einer Schaltervorrichtung für jeden Statorabschnitt,
um in Abhängigkeit von einer Schaltstellung jeder der Schaltervorrichtungen
wahlweise elektrische Energie von der Energiequelle zu den den Schaltvor
richtungen jeweils zugeordneten Statorabschnitten zu leiten, eine Ansteuer
vorrichtung zum Ansteuern jeder Schaltervorrichtung der Schalteranord
nung, um zum Zuführen elektrischer Energie zu wenigstens einem ausge
wählten Statorabschnitt die dem wenigstens einen ausgewählten Stator
abschnitt zugeordnete Schaltervorrichtung in einen ersten Schaltzustand zu
bringen oder/und in diesem zu halten, und die den nicht ausgewählten
Statorabschnitten zugeordneten Schaltervorrichtungen in einen zweiten
Schaltzustand zu bringen oder/und in diesem zu halten, wenigstens eine
bezüglich der Statoranordnung in der Anordnungslängsrichtung bewegbare
Läuferbaugruppe mit wenigstens einer Wechselwirkungsvorrichtung, welche
durch Wechselwirkung mit einem in den Statorabschnitten erzeugten
Magnetfeld eine zwischen der wenigstens einen Läuferbaugruppe und der
Statoranordnung wirkende Antriebs/Brems-Kraft erzeugt.
Bei dem Linearantriebssystem gemäß der vorliegenden Erfindung sind die
Statorabschnitte zur Versorgung mit elektrischer Energie von der Energie
quelle in einer Serienschaltungsanordnung angeordnet und die Schaltervor
richtungen sind zu den jeweils zugeordneten Statorabschnitten schaltungs
mäßig parallel angeordnet.
Mit dieser Anordnung der Statorabschnitte und der Schaltervorrichtungen
kann erreicht werden, daß das ungewünschte Abziehen elektrischer Energie
von denjenigen Statorabschnitten, welche wesentlich zur Erzeugung der
Vortriebskraft beitragen, vermieden wird. Da die Statorabschnitte seriell
geschaltet sind, fließt zwangsweise durch alle zur Erzeugung der Vortriebs
kraft beitragenden Statorabschnitte der gleiche Strom. Diejenigen Stator
abschnitte, welche aufgrund der Tatsache, daß sie momentan nicht zur
Erzeugung einer Vortriebskraft beitragen können, nicht mit elektrischer
Energie zu versorgen sind, werden durch entsprechende Ansteuerung ihrer
jeweils zugeordneten bzw. zu diesen parallel geschalteten Schaltervor
richtungen durch diese Schaltervorrichtungen überbrückt, so daß der
elektrische Strom aufgrund des deutlich geringeren elektrischen Widerstands
im wesentlichen durch die Schaltervorrichtungen fließt und nicht durch die
zugeordneten Statorabschnitte. Das heißt, um die Zufuhr elektrischer
Energie zu bestimmten Statorabschnitten zu verhindern, werden diese durch
die Schaltervorrichtungen mit deutlich geringerem elektrischen Widerstand
überbrückt. Es wird somit bei relativ einfachem konstruktivem Aufbau und
bei geringem steuerungstechnischen Aufwand die Möglichkeit geschaffen,
nur diejenigen Statorabschnitte mit elektrischer Energie zu versorgen,
welche tatsächlich zur Erzeugung einer Vortriebskraft beitragen können.
Der Energieverbrauch kann weiter gesenkt werden und der Ansteuer
aufwand kann weiter reduziert werden, wenn die Statorabschnitte in
wenigstens zwei Statorabschnittgruppen aufgeteilt sind, von welchen
wenigstens eine Statorabschnittgruppe wenigstens zwei Statorabschnitte
umfaßt, und wenn die Schalteranordnung ferner eine der wenigstens einen
Statorabschnittgruppe mit zwei Statorabschnitten zugeordnete und zu den
schaltungsmäßig seriell angeordneten Statorabschnitten dieser Stator
abschnittgruppe und den den Statorabschnitten dieser Statorabschnitt
gruppe zugeordneten Schaltervorrichtungen parallel geschaltete Gruppen
schaltervorrichtung umfaßt, welche durch die Steuervorrichtung ansteuerbar
ist. Bei einer derartigen Anordnung können durch eine einzige sogenannte
Gruppenschaltervorrichtung mehrere Statorabschnitte bzw. die diesen
Statorabschnitten zugeordneten Schaltervorrichtungen überbrückt werden.
Das heißt, es wird im Überbrückungsweg einerseits der elektrische
Widerstand gemindert, andererseits ist zur Überbrückung einer Vielzahl an
Statorabschnitten lediglich die Ansteuerung einer einzigen Gruppenschalter
vorrichtung nötig.
Ferner ist bei dem erfindungsgemäßen Linearantriebssystem vorzugsweise
zwischen wenigstens zwei Statorabschnitten eine Schutzschaltervorrichtung
angeordnet, welche vorzugsweise durch die Ansteuervorrichtung zur
Unterbrechung der seriellen Verbindung zwischen den beiden Stator
abschnitten ansteuerbar ist. Eine derartige Schutzschaltervorrichtung wird
im allgemeinen dann wirksam, wenn das Linearantriebssystem nicht in
einem Vortriebskrafterzeugungszustand ist, sondern in einem Bremskraft
erzeugungszustand. In diesem Zustand wird in den einzelnen Stator
abschnitten, bzw. in deren Wicklungen, eine von der Vorbeibewegungs
geschwindigkeit der Läuferbaugruppe abhängige Spannung induziert. Die
verschiedenen Komponenten eines derartigen Linearantriebssystems sind
hinsichtlich ihrer Belastbarkeit derart ausgelegt, daß sie im wesentlichen bis
zu einer durch die Energiequelle gelieferten Spannung, dem allgemeinen im
Bereich zwischen 600 V und 700 V liegt, problemlos belastet werden
können, bei deutlich höheren Spannungswerten jedoch beschädigt werden
können. Eine Seriellschaltung von mehreren Statorabschnitten hätte jedoch
zur Folge, daß die bei Vorbeibewegung der Läuferbaugruppe darin
induzierten Spannungen addiert werden, so daß zumindest bei relativ hohen
Vorbeibewegungsgeschwindigkeiten die durch Addition erhaltene Gesamt
spannung deutlich oberhalb des Auslegungsbereichs von 600 V bis 700 V
liegt und die Beschädigung verschiedener Komponenten nicht mehr
ausgeschlossen werden kann. Dies kann jedoch vermieden werden, wenn,
wie vorangehend angesprochen, die Schutzschaltervorrichtung vorgesehen
ist, welche die serielle Anordnung unterbricht, so daß auch die Spannungs
addition unterbrochen ist. Vorzugsweise ist dabei zwischen allen einander
benachbarten Statorabschnitten jeweils eine Schutzschaltervorrichtung
angeordnet.
Praktischerweise ist die Energiequelle eine Dreiphasen-Energiequelle und
jede der Schaltervorrichtungen und gegebenenfalls die oder jede Gruppen
schaltervorrichtung umfaßt für jede Phase eine Schaltereinheit, wobei die
Schaltereinheit jeder Schaltervorrichtung bzw. Gruppenschaltervorrichtung
durch die Ansteuervorrichtung ansteuerbar ist.
Um die jeweiligen Schaltvorgänge möglichst schnell durchführen zu können,
wird vorgeschlagen, daß jede Schaltereinheit ein Paar parallel geschalteter
Thyristoren umfaßt, wobei jeder Thyristor eines Paars in seinem ge
schlossenen, leitenden Schalterzustand in einer Stromflußrichtung leitend
ist, welche der Stromflußrichtung des anderen Thyristors des Paars
entgegengesetzt ist.
Die schaltungsmäßig serielle Anordnung der einzelnen Statorabschnitte ist
dann besonders wirksam, wenn die Erstreckungslänge der wenigstens einen
Wechselwirkungsvorrichtung in der Anordnungslängsrichtung wenigstens
das Zweifache der Erstreckungslänge jedes Statorabschnitts in der
Anordnungslängsrichtung beträgt. Als Beispiel kann hier genannt werden,
daß die einzelnen Statorabschnitte eine Länge im Bereich von 2 Metern
aufweisen und die Wechselwirkungsvorrichtung bzw. die Läuferbaugruppe
eine Länge im Bereich von 5 Metern aufweist.
Bei dem erfindungsgemäßen Linearantriebssystem ist der erste Schaltzu
stand ein offener, nicht leitender Schaltzustand und der zweite Schaltzu
stand ist ein geschlossener, leitender Schaltzustand.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die eingangs
genannte Aufgabe durch ein gattungsgemäßes Linearantriebssystem gelöst,
bei dem die Statorabschnitte zur Versorgung mit elektrischer Energie von
der Energiequelle in einer Parallelschaltung angeordnet sind und bei
welchem von den Statorabschnitten diejenigen als ausgewählte Stator
abschnitte mit Energie versorgt sind, welche sich in der Anordnungslängs
richtung mit der wenigstens einen Wechselwirkungsvorrichtung der
Läuferbaugruppe im wesentlichen vollständig überlappen.
Das heißt, es werden lediglich diejenigen der Statorabschnitte ausgewählt
und mit Energie versorgt, welche aufgrund der nahezu vollständigen oder
der vollständigen Überlappung mit der Wechselwirkungsvorrichtung der
Läuferbaugruppe einen wesentlichen Beitrag zur Vortriebskraft liefern
können, so daß das eingangs angesprochene Problem bei der aus dem
Stand der Technik bekannten Parallelschaltungsanordnung beseitigt werden
kann, bei welcher durch Zuschaltung einer nur teilweise überlappten
Statoranordnung der Strom im wesentlichen durch diese Statoranordnung
mit geringerem elektrischen Widerstand fließt.
Ein derartiges Linearantriebssystem ist besonders dann sehr effizient, wenn
die Erstreckungslänge der wenigstens einen Wechselwirkungsvorrichtung
in der Anordnungslängsrichtung ein Vielfaches der Erstreckungslänge jedes
Statorabschnitts in der Anordnungslängsrichtung, vorzugsweise das Drei- bis
Siebenfache beträgt. Als Beispiel könnte hier genannt werden, daß die
wenigstens eine Wechselwirkungsvorrichtung bzw. die Läuferbaugruppe
eine Länge im Bereich von 15 Metern aufweist und jeder Statorabschnitt
eine Länge im Bereich von 2 Metern aufweist.
Auch hier ist es wieder vorteilhaft, wenn die Energiequelle eine Dreiphasen-
Energiequelle ist und wenn jede Schaltervorrichtung für wenigstens zwei
Phasen jeweils eine, Schaltereinheit umfaßt, wobei jede der Schaltereinheiten
jeder Schaltervorrichtung durch die Ansteuervorrichtung ansteuerbar ist.
Um die einzelnen Schaltvorgänge wieder möglichst schnell durchführen zu
können, wird vorgeschlagen, daß jede Schaltereinheit ein Paar parallel
geschalteter Thyristoren umfaßt, wobei jeder Thyristor eines Paars in
seinem geschlossenen Schalterzustand in einer Stromflußrichtung leitend
ist, welche der Stromflußrichtung des anderen Thyristors des Paars
entgegengesetzt ist. Eine weitere Verringerung des schaltungstechnischen
Aufwands kann bei dieser Parallelschaltungsanordnung der einzelnen
Statorabschnitte dadurch erhalten werden, daß jede Schaltervorrichtung für
zwei Phasen jeweils eine Schaltereinheit umfaßt und daß bei der dritten
Phase keine Schaltereinheit vorgesehen ist.
Das erfindungsgemäße Linearantriebssystem umfaßt vorzugsweise ferner
bei wenigstens einem, vorzugsweise jedoch bei allen Statorabschnitten eine
Bremskraft-Erzeugungsschaltung.
Diese Bremskraft-Erzeugungsschaltung kann beispielsweise parallel zu dem
jeweils zugeordneten Statorabschnitt eine Serienschaltung aus einer
Bremsschaltervorrichtung, wenigstens einem Widerstand und wenigstens
einem Kondensator umfassen. Da durch die Bremskraft-Erzeugungs
schaltung auch eine Sicherheitsfunktion zu erfüllen ist, d. h. beispielsweise
bei Übergang in einen undefinierten Beschaltungszustand oder bei Strom
ausfall dafür Sorge getragen werden muß, daß die Läuferbaugruppe sich
nicht in ungebremster Art und Weise bezüglich der Statoranordnung
bewegt, wird vorgeschlagen, daß die Bremsschaltervorrichtung eine
normalerweise offene Sicherheitsschaltervorrichtung umfaßt, welche bei
Unterschreiten eines Schwellenlaststroms und/oder einer Schwellenlast
spannung in einen geschlossenen, leitenden Zustand schaltet.
Alternativ oder zusätzlich ist es jedoch auch möglich, daß die Brems
schaltervorrichtung durch die Ansteuervorrichtung ansteuerbar ist, um
beispielsweise während eines normalen Betriebszustands in gezielter Art und
Weise in bestimmten Bereichen eine Abbremsung der Läuferbaugruppe
herbeiführen zu können.
Das erfindungsgemäße Linearantriebssystem umfaßt vorzugsweise ferner
eine Positionserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Relativpositionierung
der Läuferbaugruppe bezüglich der Statoranordnung und zum Erzeugen
eines die Relativpositionierung wiedergebenden Positionssignals für die
Ansteuervorrichtung, wobei die Ansteuervorrichtung dazu ausgebildet ist,
in Abhängigkeit von dem Positionssignal bestimmte der Statorabschnitte zur
Versorgung mit elektrischer Energie auszuwählen und die diesen ausgewähl
ten Statorabschnitten zugeordneten Schaltervorrichtungen und gegebenen
falls Gruppenschaltervorrichtungen in den ersten Schaltzustand zu stellen.
Die Energiequelle ist vorzugsweise ein Umrichter.
Bei diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der erste Schaltzustand
ein geschlossener, leitender Schaltzustand und der zweite Schaltzustand ist
ein offener, nicht leitender Schaltzustand.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein
Verfahren zum Betreiben eines Linearantriebssystems, wobei das Linear
antriebssystem umfaßt: eine Statoranordnung mit einer Mehrzahl von in
einer Anordnungslängsrichtung aufeinanderfolgenden Statorabschnitten,
wobei jeder Statorabschnitt wenigstens eine Statorwicklung aufweist, eine
Energiequelle zur Versorgung der Statorabschnitte mit elektrischer Energie,
eine Schalteranordnung mit jeweils einer Schaltervorrichtung für jeden
Statorabschnitt, um in Abhängigkeit von einer Schaltstellung jeder der
Schaltervorrichtungen wahlweise elektrische Energie von der Energiequelle
zu den den Schaltervorrichtungen jeweils zugeordneten Statorabschnitten
zu leiten, eine Ansteuervorrichtung zum Ansteuern jeder Schaltervorrichtung
der Schalteranordnung, um zum Zuführen elektrischer Energie zu wenig
stens einem ausgewählten Statorabschnitt die dem wenigstens einen
ausgewählten Statorabschnitt zugeordnete Schaltervorrichtung in einen
geschlossenen, leitenden Schaltzustand zu bringen oder/und in diesem zu
halten, und die den nicht ausgewählten Statorabschnitten zugeordneten
Schaltervorrichtungen in einen offenen, nicht leitenden Schaltzustand zu
bringen oder/und in diesem zu halten, wenigstens eine bezüglich der
Statoranordnung in der Anordnungslängsrichtung bewegbare Läuferbau
gruppe mit wenigstens einer Wechselwirkungsvorrichtung, welche durch
Wechselwirkung mit einem in den Statorabschnitten erzeugten Magnetfeld
eine zwischen der wenigstens einen Läuferbaugruppe und der Statoranord
nung wirkende Antriebs/Brems-Kraft erzeugt, eine Positionserfassungsein
richtung zum Erfassen einer Relativpositionierung der Läuferbaugruppe
bezüglich der Statoranordnung, wobei die Statorabschnitte zur Versorgung
mit der elektrischen Energie von der Energiequelle in einer Parallelschal
tungsanordnung angeordnet sind und wobei von den Statorabschnitten
diejenigen als ausgewählte Statorabschnitte mit Energie versorgt werden,
welche sich in der Anordnungslängsrichtung mit der wenigstens einen
Wechselwirkungsvorrichtung der Läuferbaugruppe im wesentlichen
vollständig überlappen, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
- a) Erfassen der Relativpositionierung der Läuferbaugruppe bezüglich der Statoranordnung,
- b) Ermitteln derjenigen Statorabschnitte, welche der Läuferbaugruppe derart gegenüberliegen, daß die Statorabschnitte von der wenigstens einen Wechselwirkungsvorrichtung der Läuferbaugruppe in der Anordnungslängsrichtung im wesentlichen vollständig überlappt sind,
- c) Auswählen der im Schritt b) ermittelten Statorabschnitte zur Versorgung mit Energie von der Energiequelle,
wobei zumindest während einer Relativbewegung von Läuferbaugruppe und
Statoranordnung die Schritte a) bis c) sukzessive wiederholt werden.
Bei Linearantriebssystemen, in welchen verschiedene Statorabschnitte
wahlweise zu- und abschaltbar sind, um dadurch elektrische Energie
einzusparen, ist es,wichtig, daß die Schaltvorgänge zum Zu- und Abschalten
der Statorabschnitte in sehr kurzer Zeit vorgenommen werden. Es werden
daher in den Schalteranordnungen, durch welche die Statorabschnitte zu- und
abgeschaltet werden, im allgemeinen Thyristoren verwendet, da diese
sehr kurze Schaltzeiten aufweisen und bei hohen Lastströmen betrieben
werden können. Thyristoren werden derart betrieben, daß sie bei Anliegen
einer Lastspannung durch einen Ansteuerimpuls, d. h. Ansteuerstromimpuls,
geschlossen werden, d. h. in einen leitenden Zustand gebracht werden. Ist
das Schließen einmal vorgenommen, so bleibt der Thyristor in seinem
geschlossenen leitenden Zustand, bis der über den Thyristor hinweg
fließende Laststrom einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet. Bei
Linearantriebssystemen besteht jedoch das Problem, daß die an den
Thyristoren anliegende Lastspannung oder der fließende Laststrom oftmals
undefinierte Zustände annehmen bzw. daß dann, wenn an den Thyristor ein
Ansteuersignalimpuls zum Schließen desselben angelegt wird, der durch den
Thyristor hindurch fließende Laststrom nicht mit ausreichender Schnelligkeit
ansteigt. Dies hat zur Folge, daß der Ansteuerimpuls bereits wieder
abgefallen ist, bevor der über den Thyristor hinweg fließende Laststrom den
Schwellenwert überschritten hat. Dies kann zu dem Problem führen, daß
trotz Zufuhr von Ansteuersignalimpulsen verschiedene der Schaltervor
richtungen der Schalteranordnung nicht in den geschlossenen, leitenden
Zustand gebracht werden, so daß auch der zugeordnete Statorabschnitt
nicht in den gewünschten Betriebszustand gebracht werden kann.
Um dieses Problem zu beseitigen, schlägt die vorliegende Erfindung gemäß
einem weiteren Aspekt ein Ansteuersystem zum Ansteuern einer Schalter
anordnung vor, wobei die Schalteranordnung wenigstens einen Thyristor
umfaßt, welcher zum Zuführen eines Ansteuersignals von der Ansteuervor
richtung in einen geschlossenen, leitenden Zustand bringbar ist. Die
Ansteuervorrichtung umfaßt dem wenigstens einen Thyristor zugeordnet
eine Gleichstrom-Schließsignalerzeugungsvorrichtung, um den wenigstens
einen Thyristor im wesentlichen während der gesamten Zeitdauer, während
welcher dieser im,geschlossenen, leitenden Zustand zu erhalten ist, ein
Gleichstrom-Schließsignal zuzuführen.
Es ist somit möglich, unabhängig von der Anstiegszeit des Laststroms oder
von den bestimmten Betriebszuständen des Linearantriebssystems den
Thyristor für eine definierte Zeitdauer in den leitenden Zustand zu bringen,
ohne daß die Gefahr besteht, daß der zugeordnete Statorabschnitt nicht in
den gewünschten Betriebszustand gebracht werden kann.
Die Gleichstrom-Schließsignalerzeugungsvorrichtung kann eine mit dem
wenigstens einen Thyristor über Schaltermittel verbundene Gleichstrom
quelle umfassen, wobei die Schaltermittel durch Zufuhr eines Schaltsignals
in einen geschlossenen, leitenden Zustand bringbar sind.
Beispielsweise kann die Gleichstromquelle eine Batterie, einen Akkumulator,
eine Wechselstromquelle mit nachgeschaltetem Gleichrichter oder der
gleichen umfassen.
Es wird vorgeschlagen, daß die Schaltermittel direkt oder indirekt durch ein
optisches Schaltsignal in den geschlossenen, leitenden Zustand bring bar
sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird vor
geschlagen, daß eine Ansteuervorrichtung wenigstens einen Thyristor
umfaßt, welcher ein schneller Thyristor ist.
Aufgrund der Verwendung schneller Thyristoren kann das folgende im Stand
der Technik aufgetretene Problem vermieden werden. Es ist häufig
vorgekommen, daß nach dem Nulldurchgang eines von einem Umrichter als
Energiequelle gelieferten Spannungsimpulssignals und vor dem Auftreten
des nächsten Spannungsimpulses die als Schalter verwendeten Thyristoren
zwar zunächst in den offenen, nicht leitenden Zustand übergegangen sind,
jedoch bei Auftreten des nächsten Spannungsimpulses wieder zugeschaltet
haben, d. h. wieder in den leitenden Zustand gegangen sind, obgleich kein
Ansteuersignal angelegen hat. Dies kann möglicherweise dadurch begründet
sein, daß aufgrund der relativ schnellen Abfolge der einzelnen Spannungs
impulse vom Umrichter eine vollständige Ladungsträgerverarmung im
Thyristor noch nicht aufgetreten ist, d. h. die vorhandene Raumladung bei
Auftreten des nächsten Spannungsimpulses noch ausreichend war, um den
Thyristor in einen leitenden Zustand zu schalten.
Dieses Problem kann bei Verwendung schneller Thyristoren vermieden
werden.
Dazu weist der schnelle Thyristor vorzugsweise eine Freiwerdezeit im
Bereich von 30% bis 80%, vorzugsweise ca. 50% des Impulsabstands
von an den Thyristor angelegten Lastimpulsen auf.
Beispielsweise kann die Freiwerdezeit des schnellen Thyristors im Bereich
von 30 µs bis 100 µs liegen.
Der Impulsabstand kann der zeitliche Abstand zwischen zwei unmittelbar
aufeinander folgenden Lastimpulsen gleicher Polarität sein oder kann der
zeitliche Abstand zwischen zwei unmittelbar aufeinander folgenden
Lastimpulsen unterschiedlicher Polarität sein.
Bei einem Linearantriebssystem, bei dem mehrere Statorabschnitte durch
entsprechende Ansteuerung einer jeweils zugeordneten Schaltervorrichtung
wahlweise mit elektrischer Energie versorgbar sind, ist es aus Sicherheits
aspekten wichtig, die jeweiligen Schaltervorrichtungen hinsichtlich ihrer
Funktionsfähigkeit zu überprüfen. Wird festgestellt, daß eine Schaltervor
richtung nicht in der erwarteten Art und Weise arbeitet, so muß diese durch
eine andere Schaltervorrichtung ersetzt werden, um somit eine sichere
Funktionsweise des gesamten Systems zu gewährleisten.
Die vorliegende Erfindung sieht daher gemäß einem weiteren Aspekt ein
Verfahren zur Funktionsüberprüfung einer Schalteranordnung vor, wobei die
Schalteranordnung wenigstens eine durch ein Ansteuersignal von einer
Ansteuervorrichtung in einen geschlossenen Zustand bringbare Schaltervor
richtung, vorzugsweise Thyristorschaltervorrichtung, umfaßt. Das Verfahren
umfaßt die Schritte:
- a) Feststellen, ob ein Ansteuersignal zum Schalten der Schaltervor richtung in einen geschlossenen, leitenden Zustand an der Schalter vorrichtung anliegt,
- b) Feststellen, ob ein Spannungsabfall über die Schaltervorrichtung hinweg größer ist als eine vorbestimmte Schwellenspannung,
- c) in Abhängigkeit von den Feststellungsergebnissen der Schritte a) und b) bestimmen, ob ein Fehler in der wenigstens einen Schaltervor richtung aufgetreten ist.
Es kann somit beispielsweise festgestellt werden, daß kein Fehler der
Schaltervorrichtung vorliegt, wenn im Schritt a) festgestellt wird, daß kein
Ansteuersignal anliegt, und im Schritt b) festgestellt wird, daß der
Spannungsabfall größer als die Schwellenspannung ist. Das heißt, in einem
derartigen Zustand, in dem kein Ansteuersignal vorliegt, d. h. die Schalter
vorrichtung in einem offenen, nicht leitenden Zustand sein sollte, kann
aufgrund des relativ großen Spannungsabfalls festgestellt werden, daß
durch die Schaltervorrichtung hindurch kein Strom fließt.
Weiter kann festgestellt werden, daß ein Fehler aufgetreten ist, wenn im
Schritt a) festgestellt wird, daß kein Ansteuersignal anliegt, und im Schritt
b) festgestellt wird, daß der Spannungsabfall kleiner als die Schwellen
spannung ist.
In dem Falle, daß bestimmt wird, daß ein derartiger Fehler in der Schaltvor
richtung aufgetreten ist, ist es vorteilhaft abzuwarten, bis das Ansteuersi
gnal sich zweimal geändert hat. Das heißt, es wird abgewartet, bis das
Ansteuersignal beispielsweise von einem Hochzustand auf einen Nieder
zustand und dann wieder auf einen Hochzustand gegangen ist, so daß
dementsprechend auch der Ansteuerzustand der Schaltervorrichtung sich
beispielsweise von einem geschlossenen, leitenden Zustand, zu einem
offenen, nicht leitenden Zustand und wieder auf einen geschlossenen,
leitenden Zustand ändern hätte sollen. Ist diese zweimalige Änderung des
Ansteuersignals festgestellt worden und ist der Spannungsabfall immer noch
kleiner als die Schwellenspannung, so kann mit relativ großer Sicherheit
festgestellt werden, daß die vorangehend vorgenommene Fehlerbestimmung
nicht auf einem einmal fehlerhaft ausgegebenen Signal beruht hat, sondern
daß tatsächlich ein Fehler der Schaltervorrichtung aufgetreten ist.
Weiter kann bestimmt werden, daß kein Fehler in der Schaltervorrichtung
aufgetreten ist, wenn im Schritt a) bestimmt wird, daß ein Ansteuersignal
anliegt und wenn im Schritt b) bestimmt wird, daß der Spannungsabfall
kleiner als die Schwellenspannung ist. Das heißt, dies ist ein Zustand, in
welchem dann, wenn die Schaltervorrichtung leitend sein sollte, tatsächlich
ein Strom über diese hinweg fließt, was beispielsweise durch den geringen
Spannungsabfall erkennbar ist.
Das Auftreten eines Fehlerzustands kann dann festgestellt werden, wenn
im Schritt a) bestimmt wird, daß ein Ansteuersignal an liegt und im Schritt
b) bestimmt wird, daß der Spannungsabfall größer als die Schwellen
spannung ist. Das heißt, dies ist ein Zustand, in dem die Schaltervorrichtung
trotz der Tatsache, daß sie leitend sein sollte, in einem nicht leitenden,
offenen Zustand ist.
Auch hier ist es wieder vorteilhaft, abzuwarten, bis das Ansteuersignal sich
zweimal verändert hat, d. h. wieder der gleiche Ansteuerzustand vorliegt,
um das einmalige Auftreten einer Fehleranzeige dann noch einmal zu
verifizieren.
Wenn die wenigstens eine Schaltervorrichtung eine Mehrzahl zueinander
parallel geschalteter Schaltereinheiten umfaßt, vorzugsweise jeweils eine
Schaltereinheit zu jeder Phase eines Dreiphasen-Energieversorgungssystems,
dann wird die Funktionsüberprüfung vorteilhafterweise bei jeder Schalter
einheit der wenigstens einen Schaltervorrichtung vorgenommen.
Wenn in einem derartigen Falle bei einer Funktionsüberprüfung die
Überprüfungen der verschiedenen Schaltereinheiten zu untereinander
uneinheitlichen Ergebnissen führen, d. h., wird bei einer Schaltereinheit
bestimmt, daß im gleichen Ansteuersignalzustand ein hoher Spannungs
abfall vorliegt, wohingegen bei der anderen Schaltereinheit bestimmt wird,
daß ein niederer Spannungsabfall vorliegt, dann ist es aus Sicherheits
gründen vorteilhaft, in jedem Falle zu bestimmen, daß ein Fehler aufgetreten
ist.
Die erfindungsgemäße Funktionsüberprüfung wird vorteilhafterweise
wiederholt, vorzugsweise periodisch durchgeführt. Das Auftreten eines
Fehlers wird nur dann definitiv bestimmt, wenn wenigstens zwei unmittelbar
aufeinander folgende Funktionsüberprüfungen zu dem Ergebnis geführt
haben, daß ein Fehler in der wenigstens einen Schaltervorrichtung
aufgetreten ist. Es kann somit vermieden werden, daß beispielsweise
aufgrund von Störsignalen erzeugte fehlerhafte Fehlerbestimmungen dazu
führen, daß das Linearantriebssystem abgeschaltet werden muß oder daß
eine Schaltervorrichtung ausgetauscht wird.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen anhand bevorzugter Ausgestaltungsformen detailliert
beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 ein Anordnungsdiagramm eines erfindungsgemäßen Linear
antriebssystems mit serieller Anordnung einzelner Stator
abschnitte;
Fig. 2a ein Linearantriebssystem des Standes der Technik mit schal
tungsmäßig paralleler Anordnung der einzelnen Statorabschnit
te;
Fig. 2b ein weiteres Linearantriebssystem des Standes der Technik mit
schaltungsmäßig paralleler Anordnung der einzelnen Stator
abschnitte, welches nach dem "Frog-Leap"-Verfahren arbeitet,
Fig. 3 ein erfindungsgemäß aufgebautes Linearantriebssystem mit
schaltungsmäßig paralleler Anordnung der einzelnen Stator
abschnitte;
Fig. 4 einen Aufbau einer Schaltervorrichtung für das erfindungs
gemäße Linearantriebssystem bei schaltungsmäßig serieller
Anordnung der einzelnen Statorabschnitte;
Fig. 5 eine erfindungsgemäße Schaltervorrichtung zur Verwendung
bei einem Linearantriebssystem mit schaltungsmäßig paralleler
Anordnung der einzelnen Statorabschnitte;
Fig. 6 ein Schaltungsdiagramm einer Schaltung, mit welcher Gleich
strom-Schließschaltsignale für einen Thyristor erzeugt werden;
Fig. 7a, 7b ein Flußdiagramm eines Verfahrens, mit welchem ein Linear
antriebssystem hinsichtlich seiner Schalteranordnungen
diagnostiziert werden kann.
Die Fig. 1 zeigt ein Linearantriebssystem, bei dem eine mit 10 bezeichnete
Statoranordnung eine Mehrzahl (wenigstens zwei) von in einer Anordnungs
längsrichtung L aufeinanderfolgend angeordneten Statorabschnitten 12
umfaßt. Die einzelnen Statorabschnitte 12 weisen jeweils zumindest eine in
den Figuren nicht gezeigte Wicklung auf. Die Statorabschnitte 12 sind, wie
in Fig. 1 erkennbar, schaltungsmäßig seriell angeordnet. Das heißt, die
Statorabschnitte 12 werden von einer Energiequelle in Form eines Umrich
ters 18 über eine Leitung 16 seriell mit elektrischer Energie versorgt.
Zwischen den einzelnen Statorabschnitten 12 und bei Bedarf auch folgend
auf die in Anordnungslängsrichtung L letzten Statorabschnitte 12 sind
einzelne Schutzschaltervorrichtungen 22, sogenannte Schütze 22,
angeordnet, welche in einem normalen, eine Vortriebskraft für eine
Läuferbaugruppe 20 erzeugenden Betriebszustand des Linearantriebs
systems in einem geschlossenen Zustand sind. Zur Erzeugung dieser
Vortriebskraft weist die Läuferbaugruppe 20 beispielsweise als Wechselwir
kungsvorrichtung 21 einen Permanentmagneten oder mehrere Permanent
magnete auf, welche in Wechselwirkung mit dem in den einzelnen
Statorabschnitten 12 erzeugten Magnetfeld treten. Alternativ kann auch die
Läuferbaugruppe 20 durch Bestromung und durch das Vorsehen jeweiliger
Spulen mit Wicklungen ein Wechselwirkungsmagnetfeld erzeugen oder kann
ein Wirbelstromerzeugungselement aufweisen, in welchem ein Wirbelstrom
erzeugt wird, dessen Magnetfeld wiederum in Wechselwirkung mit dem
durch die Statorabschnitte 12 erzeugten Magnetfeld tritt. All diese als Synchron- bzw.
Asynchronantriebssysteme bezeichneten Anordnungen sind im Stand
der Technik bekannt.
Man erkennt in Fig. 1 ferner, daß zu jedem Statorabschnitt 12 parallel
geschaltet eine Schaltervorrichtung 24 vorgesehen ist, welche ebenso wie
die vorangehend angesprochenen Schütze 22 Teil einer Schalteranordnung
26 sind. Parallel zu den jeweiligen Schaltervorrichtungen 24, und somit
auch parallel zu den einzelnen Statorabschnitten 12 ist jeweils ein aus einer
Bremsschaltervorrichtung 28, einem elektrischen Widerstand 30 und einem
Kondensator 32 gebildeter Leitungsweg vorgesehen.
Ferner sind die einzelnen Statorabschnitte 12 der Statoranordnung 10 in
einzelne Gruppen 36, 38 aufgeteilt. So ist für die beiden in Fig. 1 links
erkennbaren Statorabschnitte 12 ein Gruppenschalter 34 vorgesehen, und
für die beiden in der Darstellung der Fig. 1 rechts erkennbaren Stator
abschnitte 12 ist ebenfalls ein Gruppenschalter 34 vorgesehen. Die
Gruppenschalter 34 sind jeweils parallel zu allen in einer Gruppe 36, 38
enthaltenen Statorabschnitten 12 angeordnet und somit auch parallel zu
allen in den einzelnen Gruppen 36, 38 vorgesehenen Schaltervorrichtungen
24.
Obgleich in Fig. 1 lediglich vier einzelne Statorabschnitte 12 gezeigt sind,
die beispielsweise in zwei Gruppen 36 bzw. 38 unterteilt sind, ist es
selbstverständlich, daß das erfindungsgemäße Linearantriebssystem jede
beliebige andere Anzahl an Statorabschnitten aufweisen kann, die beliebig
zu verschiedenen Statorabschnittgruppen zusammengefaßtwerden können.
Alle vorangehend angesprochenen Schalter bzw. Schaltervorrichtungen,
d. h. die Schütze 22, die Schaltervorrichtungen 24, die Bremsschaltervor
richtungen 28 und die Gruppenschaltervorrichtungen 34 stehen bei der
Ausgestaltungsform gemäß Fig. 1 unter der Steuerung einer Ansteuervor
richtung 40, welche, wie in Fig. 1 schematisch angedeutet, über jeweilige
Ansteuersignalleitungen 41 in Ansteuerverbindung mit den jeweiligen
Schalter bzw. Schaltervorrichtungen steht, um durch Zufuhr von Ansteuer- oder
Schaltsignalen die jeweiligen Schaltervorrichtungen in ihre geschlosse
nen, leitenden Zustände zu bringen.
Ferner ist eine andeutungsweise erkennbare Positionserfassungseinrichtung
42 vorgesehen, welche beispielsweise eine Vielzahl an Positionssensoren
umfassen kann, um die Relativpositionierung der Läuferbaugruppe 20
bezüglich der Statoranordnung 10 zu erfassen. Wie durch Pfeile 44
angedeutet, gibt die Positionierungserfassungseinrichtung 42 ein der
Relativpositionierung zwischen Läuferbaugruppe 20 und Statoranordnung
10 entsprechendes Positionssignal in die Ansteuervorrichtung 40 ein.
Im folgenden wird die Funktionsweise des in Fig. 1 gezeigten Linearantriebs
systems beschrieben.
Man erkennt, daß die Läuferbaugruppe 20 in der Anordnungslängsrichtung
mit mehreren der Statorabschnitte 12 überlappt ist. Insbesondere sind dies
der rechte Statorabschnitt 12 der Statorabschnittgruppe 36 und der linke
Statorabschnitt 12 der Statorabschnittgruppe 38. Das heißt, um durch
Wechselwirkung des in den jeweiligen Statorabschnittgruppen 36, 38
erzeugten Magnetfelds mit der entsprechenden Wechselwirkungsvorrichtung
21 in der Läuferbaugruppe 20 die gewünschte Vortriebskraft zu erzeugen,
werden jeweils diejenigen Statorabschnitte 12 mit elektrischer Energie
versorgt, welche sich momentan, d. h. im momentanen Positionierungs
zustand, mit der Wechselwirkungsvorrichtung 21 der Läuferbaugruppe 20
überlappen. Im Bewegungszustand der Fig. 1 sind dies die eben angespro
chenen Statorabschnitte. Das heißt, in dem Momentanzustand, welcher in
Fig. 1 gezeigt ist, werden durch die Steuervorrichtung 40 die folgenden
Schalter bzw. Schaltervorrichtungen in einen geschlossenen, leitenden
Zustand gebracht:
- - Da der momentane Betriebszustand ein Antriebszustand ist, werden alle Schütze 22 in den geschlossenen, leitenden Zustand geschaltet;
- - Da keine der Statorabschnittgruppen 36, 38 überbrückt werden soll, werden die beiden den Statorabschnittgruppen 36, 38 zugeordneten Gruppenschaltervorrichtungen 34 in einem geöffneten, nicht leitenden Zustand gehalten;
- - Die Schaltervorrichtung 24 des in der Darstellung der Fig. 1 am weitesten links liegenden Statorabschnitts 12 wird in einen ge schlossenen, leitenden Zustand gebracht;
- - Die Schaltervorrichtung 24 des in der Darstellung der Fig. 1 am weitesten rechts liegenden Statorabschnitts 12 wird in einen geschlossenen, leitenden Zustand gebracht.
Alle anderen Schalter bzw. Schaltervorrichtungen, d. h. alle Bremsschalter
vorrichtungen 28 und die beiden Schaltervorrichtungen 24 der in der
Darstellung der Fig. 1 in der Mitte liegenden Statorabschnitte 12 werden in
einem offenen, nicht leitenden Zustand gehalten. Es wird noch einmal
darauf hingewiesen, daß die Auswahl der jeweiligen Schalter, welche in
einen geschlossenen, leitenden Zustand zu bringen sind, in Abhängigkeit
von dem der Steuervorrichtung 40 zugeführten Positionssignal vorgenom
men wird.
In dem vorangehend beschriebenen Beschaltungszustand fließt der Strom
also beispielsweise von dem Umrichter 18 zu dem in Fig. 1 links dargestell
ten Statorabschnitt 12, fließt jedoch nicht durch den Statorabschnitt 12
hindurch, sondern durch die zu diesem parallel angeordnete und im
geschlossenen, leitenden Zustand gehaltene Schaltervorrichtung 24, da
diese einen deutlich geringeren elektrischen Widerstand aufweist, als der
Statorabschnitt 12. Das heißt, es wird in diesem Beschaltungszustand dem
Statorabschnitt 12 keine oder im wesentlichen keine elektrische Energie
zugeführt. Der Strom fließt durch diese Schaltervorrichtung 24 und den
darauf folgenden Schütz 22 zu dem zweiten Statorabschnitt 12 von links
und fließt, da sowohl der zugeordnete Bremsschalter 28 als auch die
zugeordnete Schaltervorrichtung 24 offen sind, durch diesen Statorabschnitt
12 hindurch zu dem nächsten Schütz 22. In entsprechender Weise fließt der
Strom durch den nächsten Statorabschnitt 12 hindurch, da auch hier die
beiden zugeordneten Schaltervorrichtungen Bremsschaltervorrichtung 28
und Schaltervorrichtung 24 offen sind. Der Strom fließt dann über den
nächsten Schütz 22 weiter zum nächsten Statorabschnitt 12, welcher
jedoch wieder durch die geschlossene Schaltervorrichtung 24 überbrückt
ist, so daß auch hier der Strom im wesentlichen nicht durch den Stator
abschnitt 12, sondern über die Schaltervorrichtung 24 und zurück zum
Umrichter 18 fließt. Es werden also lediglich die Statorabschnitte 12 mit
elektrischer Energie versorgt, die dem Läufer 20 gegenüberliegen, so daß
in diesen Statorabschnitten 12 ein Magnetfeld zur Erzeugung einer
Vortriebskraft erzeugt wird. In den anderen Statorabschnitten wird im
wesentlichen keine Leistung verbraucht, was aus einem ökonomischen
Betrachtungspunkt äußerst vorteilhaft ist. Selbst in einem Zustand, in dem
einer der Statorabschnitte 12, in welchen ein Magnetfeld erzeugt wird, d. h.
welche mit elektrischer Energie versorgt sind, vollständig mit der Wechsel
wirkungsvorrichtung 21 der Läuferbaugruppe 20 überlappt ist und der
andere nur teilweise überlappt ist, fließt durch beide mit elektrischer Energie
versorgten Statorabschnitten 12 der gleiche elektrische Strom, so daß in
beiden in geeigneter Weise ein Magnetfeld zur Erzeugung einer Vortriebs
kraft erzeugt wird.
Bewegt sich in der Darstellung der Fig. 1 die Läuferbaugruppe 20 beispiels
weise in Anordnungslängsrichtung L nach rechts und kommt sie dabei auch
zur Überlappung mit dem am weitesten rechts dargestellten Statorabschnitt
12, so wird auch die diesem zugeordnete Schaltervorrichtung 24 wieder in
den offenen, nicht leitenden Zustand geschaltet, so daß nunmehr auch in
diesem Statorabschnitt 12 ein Magnetfeld erzeugt wird. Trift dabei die
Läuferbaugruppe 20 aus ihrer Überlappung mit dem zweiten Statorabschnitt
12 von links heraus, so daß dieser nicht mehr zur Erzeugung einer
Vortriebskraft beitragen kann, so wird dann einerseits die diesem Stator
zugeordnete Schaltervorrichtung 24 wieder in ihren geschlossenen,
leitenden Zustand gebracht, andererseits wird die dieser Statorabschnitt
gruppe 36 zugeordnete Gruppenschaltervorrichtung 34 in ihren geschlosse
nen, leitenden Zustand gebracht, so daß die gesamte Statorgruppe 36 durch
die Gruppenschaltervorrichtung 34 unter weiterer Verringerung des
elektrischen Widerstands überbrückt ist.
Entsprechendes gilt bei Bewegung in umgekehrter Richtung für die
Statorabschnittgruppe 38.
Befindet sich die Läuferbaugruppe 20 in einem Bremszustand, beispiels
weise bei Bergabfahrt oder dergleichen, so werden durch die Ansteuervor
richtung 24 zumindest all diejenigen Schütze 22 ihren offenen, nicht
leitenden Zustand gebracht, die in dem momentanen Positionierungsbereich
der Läuferbaugruppe 20 sind. Soll eine verstärkte Bremswirkung hervor
gerufen werden, so werden durch die Ansteuerung der Steuervorrichtung
40 zumindest wieder die im Positionierungsbereich der Läuferbaugruppe 20
liegenden Bremsschaltervorrichtungen 28 in ihren geschlossenen, leitenden
Zustand geschaltet.
Da in diesem Zustand die einzelnen Statorabschnitte 12 voneinander
getrennt sind, führt die durch die Vorbeibewegung der Läuferbaugruppe 20
in diesen induzierte Spannung nicht aufgrund der durch serielle Anordnung
dann entstehenden Spannungsaddition zu einem übermäßigen Spannungs
anstieg, welcher Komponenten im Antriebssystem beschädigen könnte. Es
ist hier zu berücksichtigen, daß die verschiedenen Komponenten im
allgemeinen auf eine Spannung im Bereich von 600 V bis 700 V ausgelegt
sind. Übersteigen die beim Bremsen erzeugten Spannungsspitzen diese
Normalbetriebsspannung erheblich, so wäre eine Beschädigung ver
schiedener Komponenten nicht auszuschließen. Da jedoch sämtliche
Statorabschnitte 12 voneinander getrennt sind und da bei serieller
Anordnung der einzelnen Statorabschnitte diese Statorabschnitte mit Spulen
versehen sind, welche weniger Wicklungen aufweisen, als entsprechende
Statorabschnitte in Parallelschaltung, kann das Auftreten von Spannungs
spitzen zuverlässig verhindert werden.
Das Schließen der Bremsschaltervorrichtungen 28, welches von einem
gleichzeitigen Öffnen der jeweils zugeordneten Schaltervorrichtungen 24
begleitet ist, führt dazu, daß durch die einzelnen Statorabschnitte 12, den
Widerstand 30 und den Kondensator 32 ein Resonanzschwingkreis
geschaffen ist, bei welchem aufgrund der Dimensionierung der einzelnen
Schwingkreiskomponenten eine Resonanzkurve vorliegt, die für eine
bestimmte Vorbeibewegungsgeschwindigkeit der Läuferbaugruppe 20 an
dem jeweiligen Statorabschnitt zu einer maximalen Bremskraft beiträgt.
Diese Resonanzkurve hat also bei einer bestimmten Vorbeibewegungs
geschwindigkeit einen Maximalwert und fällt dann zu höheren Geschwindig
keiten hin mit 1/v (Geschwindigkeit) ab. Das heißt, nimmt die Geschwindig
keit der Läuferbaugruppe zu, so würde die Bremskraft abnehmen. Dies ist
ein ungewünschter Effekt, der jedoch dadurch beseitigt werden kann, daß
durch die Vergrößerung des Widerstandswertes des Widerstands 30 das
Maximum der Resonanzkurve zu größeren Geschwindigkeitswerten hin
verlagert wird. Das heißt, ist bekannt, mit welcher Geschwindigkeit sich die
Läuferbaugruppe 20 bezüglich der jeweiligen Statorabschnitte bewegen
wird, so kann in jedem Statorabschnitt durch geeignete Auswahl des
Widerstandswertes des zugeordneten Widerstands 30 die für den definier
ten Geschwindigkeitsbereich optimale Bremskraft eingestellt werden.
Weitere Details zur Funktionsweise bzw. zum Aufbau derartiger Bremskraft
erzeugungsvorrichtungen sind in der deutschen Patentanmeldung mit dem
Aktenzeichen P 41 11 853.7 der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung
offenbart. Der Inhalt dieser deutschen Patentanmeldung wird hiermit durch
Bezugnahme zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung aufgenommen.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Bremsschaltervorrichtungen 28 auch
derart ausgebildet sein können, daß sie zusätzlich oder anstelle zur
Ansteuerbarkeit durch die Ansteuervorrichtung 40 automatisch von einem
offenen, nicht leitenden Schalterzustand in einen geschlossenen, leitenden
Zustand übergehen, wenn der Laststrom einen bestimmten Schwellenwert
unterschreitet, d. h. wenn beispielsweise der Umrichter 18 ausfällt. Dies
bedeutet, in diesem Zustand würde automatisch eine Bremsfunktion
eingeschaltet werden, um eine ungebremste Bewegung der Läuferbaugruppe
zu vermeiden. Auch dies ist dann begleitet von einem automatischen Öffnen
der zugeordneten Schaltervorrichtung 24.
Mit dem in Fig. 1 dargestellten Linearantriebssystem ist bei relativ geringem
schaltungstechnischem Aufwand ein äußerst energiesparender Betrieb
möglich. Dieses Linearantriebssystem mit Serienschaltung der einzelnen
Statorabschnitte ist besonders geeignet, wenn die Länge der Läuferbau
gruppe 20, d. h. deren Wechselwirkungsvorrichtung 21, in der Größen
ordnung der Länge der einzelnen Statorabschnitte liegt bzw. nicht wesent
lich länger ist. Das heißt, die Läuferbaugruppe bzw. deren Wechselwir
kungsvorrichtung,kann beispielsweise eine Erstreckungslänge in der
Anordnungslängsrichtung von ca. 5 Metern aufweisen und die einzelnen
Statorabschnitte können eine Länge im Bereich von 2 Metern aufweisen. Die
in den einzelnen Statorabschnitten vorgesehenen Spulen können eine
Windungsszahl im Bereich von 10 Windungen aufweisen.
Es wird darauf hingewiesen, daß, obgleich vorangehend ein System
beschrieben worden ist, in welchem die Läuferbaugruppe 20 sich bewegt
und die Statoranordnung 10 stationär ist, in gleicher Weise ein System
möglich ist, bei welchem die Läuferbaugruppe 20 feststeht und die
Statoranordnung 10 sich dann bewegt. Das heißt, die Ausdrücke "Läufer"
bzw. "Stator" sind hier lediglich in Anlehnung an die im Bereich von
Linearantriebssystemen üblichen Verwendungen dieser Ausdrücke
eingesetzt worden; diese Verwendung der Ausdrücke "Läufer" und "Stator"
ist jedoch hinsichtlich der jeweiligen Bewegungsmöglichkeiten in keinem
Falle als einschränkend zu betrachten. Ferner wird darauf hingewiesen, daß
das erfindungsgemäße Linearantriebssystem nicht lediglich als Antriebs
system einsetzbar ist, sondern es ebenso möglich ist, dieses System als
Lineargeneratorsystem zu betreiben, d. h. durch die Relativbewegung
zwischen Läuferbaugruppe und Statoranordnung in den einzelnen Ab
schnitten der Statoranordnung Spannungen zu induzieren und diese
nachfolgend zur Energiegewinnung zu nutzen.
Die Fig. 3 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Linearantriebssystem, bei
welchem Komponenten, welche hinsichtlich Aufbau und Funktion Kom
ponenten der mit Bezug auf Fig. 1 beschriebenen Ausgestaltungsform
entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen unter Hinzufügung eines
Anhangs "a" bezeichnet sind.
Die Statoranordnung 10a des Linearantriebssystems umfaßt wiederum eine
Vielzahl an Statorabschnitten 12a, welche in einer Anordnungslängsrichtung
L aufeinanderfolgend angeordnet sind. Wie man in Fig. 3 erkennt, sind die
Statorabschnitte 12a mit dem Umrichter 18a als Energiequelle wieder in
einer Parallelschaltungsanordnung verbunden. Das heißt, jeder der
Statorabschnitte 12a ist über eine zugeordnete Schaltervorrichtung 24a mit
einer Leitung 16a verbunden, welche zum bzw. vom Umrichter 18 weg
führt. Ferner ist jede der Schaltvorrichtungen 24a durch eine Ansteuervor
richtung 40a sowie in der vorangehend beschriebenen Ausgestaltungsform
über Ansteuerleitungen 41a zum Öffnen bzw. Schließen ansteuerbar. Die
Relativpositionierung der Läuferbaugruppe 20a bezüglich der Statoranord
nung 10a wird wieder durch eine Relativpositionierungserfassungsein
richtung 42a, beispielsweise in Form mehrerer Stellungssensoren, erfaßt
und über die Signalleitung 44a in Form eines Positionssignals in die
Steuervorrichtung 40a eingegeben.
Um das eingangs erwähnte Problem bei den Parallelschaltungsanordnungen
des Standes der Technik zu beseitigen, ist das in Fig. 3 gezeigte Linear
antriebssystem derart ausgebildet, daß durch die Ansteuervorrichtung 40a
jeweils lediglich diejenigen Schaltvorrichtungen 24a in einen geschlossenen,
leitenden Zustand geschaltet werden, deren zugeordnete Statorabschnitte
12a im wesentlichen vollständig von der Anordnungslängsrichtung mit der
Läuferbaugruppe 20a überlappt sind, so daß sie in wesentlichem Maße zur
Vortriebskrafterzeugung beitragen und nicht lediglich aufgrund des
geringeren Widerstands ein Großteil des Stroms über diese fließt. Man
erkennt dies in Fig. 3, bei welcher diejenigen Statorabschnitte 12a, welche
vollständig in der Anordnungslängsrichtung durch die Läuferbaugruppe 20a
überlappt sind, mit einem Kreuz gekennzeichnet sind; diese Statorabschnitte
werden durch Schließen der zugeordneten Schaltervorrichtungen 24a
bestromt, so daß nur diese Statorabschnitte 12a zur Vortriebskraft
erzeugung beitragen. Die beiden seitlich von den mit einem Kreuz markierten
Statorabschnitten 12a angeordneten Statorabschnitte 12a, welche sich mit
der Läuferbaugruppe 20a nur teilweise überlappen, werden nicht zu
geschaltet, so daß kein Strom über diese abfließen kann. Eine derartige
Ausgestaltung eines Linearantriebssystems ist besonders dann vorteilhaft,
wenn die Länge der Läuferbaugruppe 20a bzw. von deren Wechselwir
kungsvorrichtung 21a in der Anordnungslängsrichtung L deutlich länger ist
als diejenige der Statorabschnitte 12a. Beispielsweise findet ein derartiges
Linearantriebssystem vorteilhafterweise Anwendung, wenn die Länge des
der Läuferbaugruppe 20a in der Anordnungslängsrichtung L größer oder
gleich 10 Meter ist und dabei die Länge der Statorabschnitte 12a im Bereich
vom 2 Metern liegt. Eine derartige Länge hat zur Folge, daß auch dann,
wenn diejenigen Statorabschnitte 12a, welche sich mit der Läuferbaugruppe
20a nur teilweise überlappen, nicht bestromt werden, noch ausreichend
viele Statorabschnitte 12a vorgesehen sind, welche von der Läuferbau
gruppe 20a vollständig überlappt sind und bestromt werden, um nur durch
diese Statorabschnitte 12a eine Vortriebskraft zu erzeugen.
Da bei dieser Parallelschaltungsanordnung bereits alle einzelnen Stator
abschnitte 12a durch die jeweils zugeordneten Schaltervorrichtungen 24a
separat zu- und abschaltbar sind, sind diese auch im Bremsbetrieb, bei dem
in den einzelnen Statorabschnitten relativ hohe Spannungen induziert
werden, jeweils separat gehalten, so daß eine Spannungsaddition nicht
auftreten kann. Es sollte hier darauf hingewiesen werden, daß bei Linear
antriebssystemen, welche mit der Parallelschaltungsanordnung arbeiten, die
Wicklungszahl der Spulen in den Antriebsabschnitten höher ist als bei
Serienschaltung. So kann beispielsweise die Wicklungszahl hier im Bereich
von 30 Wicklungen liegen.
Für die vorangehend beschriebenen Schaltervorrichtungen bzw. Gruppen
schaltervorrichtungen werden vorteilhafterweise Thyristoren verwendet, da
diese sehr kurze Schaltzeiten aufweisen und bei hohen Lastströmer
einsetzbar sind. Dies ist für den Betrieb bzw. den Einsatz bei Linearantriebs
systemen eine unabdingbare Voraussetzung. Um sicherzustellen, daß bei
Vorzeichenwechsel des Laststroms, d. h. dem Nulldurchgang des Last
stroms nach Ausgabe eines Lastspannungsimpulses, der Thyristorschalter
nach dem Nulldurchgang nur dann wieder in einen leitenden Zustand geht,
wenn er durch gezielte Ansteuerung dazu gebracht werden soll, werden
gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise schnelle Thyristoren mit
einer Freiwerdezeit im Bereich vom 40 µs verwendet. Dies stellt bei einem
zeitlichen Impulsabstand der Lastimpulse von ca. 120 µs sicher, daß der
Thyristor beim nachfolgenden Anstieg des Laststroms in der gleichen
Richtung nicht wieder in einen leitenden Zustand geht. Das heißt, die relativ
kurze Freiwerdezeit kann dazu führen, daß die Ladungsträger aus dem
Thyristor im wesentlichen vollständig abgeflossen sind, bevor der Laststrom
in der gleichen Stromflußrichtung den Schwellenwert, welcher zum
Durchschalten des Thyristors erforderlich ist, wieder überschreitet.
Die Fig. 4 und 5 zeigen jeweils Thyristorschaltervorrichtungen, wie sie bei
den erfindungsgemäßen Linearantriebssystemen eingesetzt werden können.
Dabei zeigt die Fig. 4 eine Schaltervorrichtung, welche bei dem in Fig. 1
gezeigten Linearantriebssystem mit schaltungsmäßig serieller Anordnung der
Statorabschnitte 12 Anwendung findet. Da derartige Linearantriebssysteme
im allgemeinen als Dreiphasen-Systeme aufgebaut sind, weist die Schalter
vorrichtung 24 für jede der drei Phasen 50, 52, 54 eine jeweilige Schalter
einheit 56, 58, 60 auf, welche jeweils aus zwei Thyristoren 62, 64, gebildet
ist. Die Thyristoren 62, 64 sind zueinander parallel und mit zueinander
entgegengesetzten Stromleitungsrichtungen geschaltet. Jeder der Thyristo
ren ist über eine schematisch dargestellte Ansteuersignalleitung mit der
Ansteuervorrichtung 40 in Fig. 1 verbunden. Das heißt, soll durch
Geschlossenschalten einer Schaltervorrichtung 24 bei der seriellen
Anordnung der Fig. 1 einer der Statorabschnitte 12 überbrückt werden, so
werden die Thyristoren der drei Schaltereinheiten 56, 58, 60 leitend
geschaltet.
Man erkennt in Fig. 4 ferner, daß an jeder der Schaltereinheiten 56, 58, 60
durch jeweilige Spannungsmesser 70, 72, 74 die Spannungen zwischen den
beiden entgegengesetzten Endseiten der jeweiligen Schaltereinheiten 56,
58, 60 abgegriffen werden und zu einer Funktionsüberprüfungseinrichtung
76 in Form von Spannungssignalen geleitet werden. Durch die Funktions
überprüfungseinrichtung wird eine später beschriebene Diagnose der
einzelnen Schaltervorrichtungen bzw. Schaltereinheiten vorgenommen.
Die Fig. 5 zeigt eine Schaltervorrichtung 24a, welche für das in Fig. 3
gezeigte Linearantriebssystem mit schaltungsmäßig paralleler Anordnung der
einzelnen Statorabschnitte 12a geeignet ist. Die Fig. 5 zeigt schematisch die
drei Spulenabschnitte 78a, 80a, 82a der drei Phasen eines Statorabschnitts
12a. Man erkennt, daß in der Phase 78a und 82a wiederum Schalter
einheiten 84a, 86a mit jeweils zwei leitungsmäßig entgegengesetzt und
parallel zueinander geschalteten Thyristoren 88a, 90a vorgesehen sind.
Jeder der Thyristoren steht, so wie vorangehend beschrieben, wieder in
Ansteuerverbindung mit der Ansteuervorrichtung 40a. Bei einer Parallel
anordnung der Statorabschnitte 12a genügt das Vorsehen zweier Schalter
einheiten 84a, 86a bei jeder Schaltervorrichtung 24a, da durch diese beiden
Schaltereinheiten 84a, 86a der Stromfluß durch sämtliche Spulenabschnitte
78a, 80a, 82a der drei Phasen wahlweise unterbrochen oder freigegeben
werden kann, und dies in beiden Flußrichtungen. Werden nämlich die beiden
Schaltereinheiten 84a, 86a in einen nicht leitenden offenen Zustand
gebracht, so kann auch eine an der mittleren, zum Spulenabschnitt 80a
führenden Leitung anliegende Spannung nicht zum Stromfluß führen, da
durch die Unterbrechung der Schaltereinheiten 84a, 86a kein Stromflußweg
vorhanden ist. In gleicher Weise kann durch Schließen der einzelnen
Schaltereinheiten 84a, 86a, d. h. der jeweiligen darin enthaltenen Thyristo
ren für die zugeordneten Stromhalbwellen ein Stromfluß ermöglicht werden.
Es ist bekannt, daß Thyristoren dadurch in einen leitenden Zustand gebracht
werden, daß zwischen Gate und Kathode des Thyristors in Durchlaßrichtung
eine Spannung angelegt wird. Es wird durch diese Spannung und die
dadurch erzeugten Emitterströme in kurzer Zeit ein Ladungsträgerüberschuß
erzeugt, wodurch der Thyristor gezündet wird, d. h. leitend wird und auch
leitend bleibt, wenn diese Steuerspannung abgeschaltet wird. Es genügt ein
kurzer Strom- oder Spannungsimpuls zum Zünden des Thyristors. Nachdem
der Thyristor gezündet hat und der Laststrom eine vorbestimmte Schwelle
überschritten hat, bleibt der Thyristor in seinem leitenden Zustand, bis der
Laststrom die Schwelle wieder unterschreitet. Es hat sich gezeigt, daß bei
Linearantriebssystemen der Stromzustand oftmals nicht genau definierbar
ist. Dies kann unter anderem dazu führen, daß beim Anlegen eines
Zündimpulses oder Ansteuerimpulses an einen Thyristorschalter der
Laststrom nur relativ langsam ansteigt und den zum Offenhalten des
Thyristors erforderlichen Schwellenwert erst dann überschreiten würde,
wenn der Zünd- oder Ansteuerimpuls bereits wieder abgefallen ist. Das
heißt, der Zünd- oder Ansteuerimpuls hätte nicht dazu geführt, daß der
Thyristor in seinem offenen Zustand bleibt. Um dies zu vermeiden, wird
gemäß der vorliegenden Erfindung einem in einer der Schaltervorrichtungen
oder Gruppenschaltervorrichtungen verwendeten Thyristor nicht lediglich ein
Ansteuerimpuls zugeführt, sondern der Thyristor bzw. die Thyristoren der
Schaltervorrichtungen werden während der ganzen Zeit, während welcher
sie leitend gehalten werden sollen, mit einem Gleichstrom-Schließschalt
signal versorgt. Eine Schaltung, mit welcher dies vorgenommen werden
kann, ist in Fig. 6 gezeigt. Man erkennt in Fig. 6 einen Thyristor 90, der
beispielsweise in einer der Schaltervorrichtungen oder Gruppenschaltervor
richtungen, so wie vorangehend beschrieben, integriert sein kann. Dem
Thyristor 90 ist eine Gleichstrom-Schließschaltsignalerzeugungsvorrichtung
92 zugeordnet. Diese umfaßt einen Transformator 94 mit nachgeschalteter
Gleichrichterstufe 96, bestehend aus einer Diode 98 und einem Kondensator
100. Die dadurch erzeugte Gleichspannung wird über eine Signalleitung 102
und eine Signalleitung 104 zwischen dem sogenannten Gate und der
Kathode des Thyristors 90 angelegt. In der Leitung 102 ist ein Schalter 106
in Form eines pnp-Transistors vorgesehen. Der pnp-Transistor 106 wird
durch einen weiteren Transistor, nämlich einen npn-Phototransistor 108
angesteuert, welcher Teil eines Optokopplers 110 ist. Der Optokoppler 110
umfaßt ferner eine lichtemittierende Diode 112, welche durch eine
Signalleitung 114 mit der Ansteuervorrichtung verbunden ist. Das heißt, bei
Zufuhr eines Ansteuersignals über die Signalleitung 114 gibt die Diode 112
Licht ab, welches der Phototransistor 108 aufnimmt und dadurch den
Transistor 106 leitend schaltet. Somit schaltet das Licht der Diode 112
indirekt den Transistor 106. Das Ansteuersignal von der Ansteuervor
richtung wird so lange zugeführt, so lange der Thyristor 90 in seinem
leitenden Zustand gehalten werden soll. Es kann somit sichergestellt
werden, daß unabhängig vom Laststromzustand der Thyristor 90 immer für
eine definierte Zeitdauer leitend gehalten ist.
Es wird hier darauf hingewiesen, daß zur Energieversorgung anstelle des
Transformators mit dem nachgeschalteten Gleichrichter ebenso eine
Gleichstromquelle in Form einer Batterie, eines Akkumulators oder
dergleichen verwendet werden kann.
Da derartige Schalteranordnungen mit einer Vielzahl an Schaltervor
richtungen und einer noch größeren Vielzahl an Thyristoren der ständigen
Gefahr einer Fehlfunktion bzw. Beschädigung unterliegen, ist gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgesehen, daß diese
einzelnen Schaltervorrichtungen in einem Diagnoseverfahren hinsichtlich
ihrer Funktionsfähigkeit überprüft werden. Das heißt, es wird überprüft, ob,
abhängig von einem definierten Ansteuerzustand, die jeweiligen Thyristoren
oder Schalter in einem entsprechenden Schaltzustand sind. Liegt kein
Ansteuersignal an, d. h. sollte der jeweilige Thyristor in einem offenen, nicht
leitenden Zustand sein, so sollte in entsprechender Weise der Stromfluß
über den jeweiligen Schalter hinweg null sein oder einen bestimmten Wert
haben, wenn der jeweilige Schalter korrekt arbeitet.
Im folgenden wird mit Bezug auf die Fig. 7a und 7b ein Beispiel eines
derartigen Diagnoseverfahrens zur Funktionsüberprüfung von Thyristor
schaltern beschrieben. Dieses Verfahren ist insbesondere bei Schaltervor
richtungen bzw. Schaltern geeignet, bei welchen die einzelnen Thyristoren
während der Zeit, während der sie auch tatsächlich geschlossen, d. h.
leitend sein sollen, permanent mit einem Ansteuersignal versorgt werden,
da dann in einfacher Weise eine Zuordnung des tatsächlichen Schalterzu
stands zu dem Soll-Schalterzustand, welcher durch das Ansteuersignal
definiert werden kann, vorgenommen werden kann.
Im folgenden wird die Vorgehensweise bei der Funktionsüberprüfung mit
Bezug auf die Schaltervorrichtung 24 der Fig. 4 beschrieben. Es wird jedoch
darauf hingewiesen, daß eine entsprechende Funktionsüberprüfung
beispielsweise auch bei der Schaltervorrichtung 24a gemäß Fig. 5 oder bei
anderen Schaltervorrichtungen möglich ist.
Wie bereits beschrieben, ist jeder der Schaltereinheiten 56, 58, 60 eine
Spannungsmeßvorrichtung 70, 72 bzw. 74 zugeordnet, welche den
Spannungsabfall über die jeweilige Schaltereinheit 56, 58, 60 hinweg mißt.
Es wird im folgenden zunächst eine einzige der Schaltereinheit 56, 58, 60
betrachtet und mit Bezug auf diese die Vorgehensweise bei der Funktions
überprüfung beschrieben.
Nach dem Start der Funktionsüberprüfung wird zunächst in einem Schritt
S1 ein nachfolgend beschriebener Zählwert n auf 0 gesetzt. Nachfolgend
wird im Schritt S2 bestimmt, ob ein Ansteuersignal S an dem Thyristor,
d. h. dem Thyristor 62 oder dem Thyristor 64, anliegt. Dies kann beispiels
weise durch eine entsprechende Anfrage an die Ansteuervorrichtung
vorgenommen werden. Ergibt die Abfrage im Schritt S2, daß kein An
steuersignal vorliegt, so wird in einem Schritt S3 bestimmt, ob der durch die
Spannungsmeßvorrichtung 70 gemessene Spannungsabfall über die
Schaltereinheit 56 hinweg größer als ein bestimmter Schwellenwert VS ist.
Ist der gemessene Spannungsabfall V größer als der Schwellenwert VS, so
kann bestimmt werden, daß kein Fehler vorliegt, und das Programm
schreitet zurück zum Start. Dies bedeutet also, daß in einem Zustand, in
dem kein Ansteuersignal anliegt und somit die Thyristoreinheit 56 nicht
leiten sollte, auch ein entsprechend großer Spannungsabfall vorhanden ist,
was darauf hinweist, daß ein Stromfluß über diese Schaltereinheit 56
hinweg nicht vorliegt.
Wird jedoch im Schritt S3 bestimmt, daß der gemessene Spannungswert V
nicht größer als der Schwellenwert VS ist, so wird in einem nachfolgenden
Schrift S4 zunächst so lange gewartet, bis das Ansteuersignal S sich
zweimal verändert hat. Auch dies kann wieder durch eine entsprechende
Anfrage oder Überprüfung der Ansteuervorrichtung vorgenommen werden.
In diesem Schritt S4 wird also so lange gewartet, bis wieder ein Zustand
vorliegt, der der Antwort "N" im Schritt S2 entspricht, d. h. kein An
steuersignal an liegt. Es wird hier davon ausgegangen, daß ein Ansteuersi
gnal dann, wenn der Thyristor bzw. die Schaltereinheit 56 in einen leitenden
Zustand gebracht werden soll, auf einem hohen Pegel ist, und dann, wenn
ein nicht leitender Zustand vorgesehen sein soll, das Ansteuersignal auf
einem niederen Pegel, beispielsweise bei null ist.
Hat sich also das Ansteuersignal zweimal verändert, ist also von einem
niederen Pegel auf einen hohen Pegel und wieder zurück auf den niederen
Pegel gegangen, so wird in einem Schritt S5 noch einmal abgefragt, ob der
dann gemessene Spannungswert V größer als die Schwellenspannung VS
ist. Ist dies der Fall, so wird ebenfalls wieder zum Start zurückgegangen, da
dann wieder der erwartete Zustand vorliegt und davon ausgegangen werden
kann, daß das im Schritt S3 erhaltene Ergebnis auf einer kurzzeitigen
Störung beruht hat. Wird im Schritt S5 jedoch festgestellt, daß der
Spannungsabfall V nicht größer als der Schwellenwert VS ist, so wird in
einem nachfolgenden Schritt S6 überprüft, ob der die Spannung liefernde
Umrichter tatsächlich eingeschaltet ist. Auch ein Zustand, in dem aufgrund
irgendwelcher Störungen der Umrichter nicht die gewünschte Lastspannung
liefert, ist nämlich ein Zustand, in dem selbst dann, wenn kein Ansteuersi
gnal an liegt, der Spannungsabfall über die Schaltereinheit 56 hinweg nicht
größer als der Schwellenwert VS sein kann. Ergibt die Nachfrage bzw.
Überprüfung im Schritt S6, daß der Umrichter nicht an ist, d. h. nicht die
gewünschte Lastspannung liefert, so kann beispielsweise in einem Schritt
S7 eine Anzeige erfolgen, welche darauf hinweist, daß der Umrichter nicht
arbeitet, um gegebenenfalls erforderliche Maßnahmen zu ergreifen.
Ergibt die Überprüfung im Schritt S6, daß der Umrichter an ist, was
bedeutet, daß bei arbeitendem Umrichter wiederholt die Abfrage, ob der
Spannungsabfall V größer als der Schwellenwert VS ist, zu dem Ergebnis
geführt hat, daß der erforderliche Spannungsabfall nicht vorhanden ist, so
wird in einem nachfolgenden Schritt S8 1 zu dem Zählwert n addiert. Ergibt
eine Abfrage in einem Schritt S9 dann, daß der Zählwert n 2 ist, d. h. ist
dieser Fehlerzustand, in dem selbst bei Abwarten einer zweimaligen
Veränderung des Ansteuersignals S das Abfrageergebnis sich nicht
verändert hat, zweimal aufeinanderfolgend aufgetreten, so wird in einem
Schritt S10 eine Fehleranzeige erzeugt, so daß diejenige Schaltervorrichtung
bzw. Schaltereinheit, welche den Fehler aufweist, repariert oder ersetzt
werden kann. Ergibt die Frage im Schritt S9, daß der Zählwert noch nicht
2 ist, so geht die Überprüfung zurück zu einem Punkt, welcher unmittelbar
vor der Frage, ob ein Ansteuersignal anliegt oder nicht, liegt.
Ergibt die Frage, oder Überprüfung im Schritt S2, daß ein Ansteuersignal S
anliegt, so wird in einem Schritt S11 wiederum überprüft, ob der gemessene
Spannungswert V größer als der Schwellenwert VS ist. Ist der Spannungs
wert nicht größer als der Schwellenwert VS, so wird in einem nachfolgenden
Schritt S12 überprüft, ob der Umrichter tatsächlich an ist. Ergibt die Frage
oder Überprüfung im Schritt S12, daß der Umrichter tatsächlich an ist, so
geht die Verarbeitung wieder zurück zum Start, da dies ein Hinweis darauf
ist, daß bei arbeitendem Umrichter und anliegenden Steuersignal ein
Stromfluß über den über die Schaltervorrichtung bzw. Schaltereinheit
hinweg vorliegt. Ergibt die Abfrage im Schritt S12, daß der Umrichter nicht
an ist, so schreitet das Programm zum Schritt S7, um wieder anzuzeigen,
daß der Umrichter nicht arbeitet.
Wenn das Überprüfungsergebnis im Schritt S11 zu dem Ergebnis führt, daß
der gemessene Spannungsabfall V trotz anliegendem Steuersignal S größer
als der Schwellenwert VS ist, was an sich darauf hinweist, daß der
entsprechende Schalter bzw. Thyristor nicht in den leitenden Zustand
gegangen ist, so wird in einem Schritt S13 zunächst wieder abgewartet, bis
das Ansteuersignal S sich zweimal verändert hat, d. h. wieder der gleiche
Ansteuerzustand vorliegt. Ergibt eine erneute Überprüfung in einem Schritt
S14, daß der Spannungsabfall V nunmehr nicht größer als der Schwellen
wert VS ist, so geht die Verarbeitung wieder unmittelbar zum Start zurück,
da dies darauf hinweist, daß die Schaltervorrichtung bzw. die Schalter
einheit korrekterweise im leitenden Zustand ist. Es wird dann angenommen,
daß das Abfrageergebnis im Schritt S11 auf einer momentanen Störung
beruht hat. Ergibt jedoch die Abfrage im Schritt S14 erneut, daß der
Spannungsabfall V größer als der Schwellenwert VS ist, d. h. auch nach
zweimaliger Veränderung des Ansteuersignals hat sich am Leitungszust 04865 00070 552 001000280000000200012000285910475400040 0002019748911 00004 04746and
der Schaltervorrichtung bzw. Schaltereinheit nichts geändert, so geht das
Programm wieder zum Schritt S8, in welchem 1 zum Zählwert n addiert
wird. Ergibt die nachfolgende Abfrage im Schritt S9 wieder, daß der
Zählwert n 2 noch nicht erreicht hat, so geht die Verarbeitung wieder
zurück zu einem Punkt unmittelbar vor der Abfrage, ob ein Ansteuersignal
anliegt oder nicht. Ergibt die Abfrage im Schritt S9 jedoch, daß der
Fehlerzustand, daß in zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Abfragen die
Schaltervorrichtung nicht in dem erwarteten Zustand war, so wird im Schritt
S10 wieder ein Fehler angezeigt.
Mit der vorangehend beschriebenen Prozedur kann also überprüft werden,
ob jeweils abhängig von dem gewünschten Ansteuerzustand die jeweiligen
Schaltervorrichtungen bzw. Schaltereinheiten bzw. deren Thyristoren in den
gewünschten Schaltzuständen sind. Ist dies wiederholt nicht der Fall, so
wird eine Fehleranzeige erzeugt. Es ist selbstverständlich, daß dieses
Programm während des Betriebs eines Linearantriebssystems wiederholt,
vorzugsweise periodisch durchgeführt wird, um eine permanente Über
prüfung zu erhalten.
Wie bereits vorangehend beschrieben, werden bei Linearantriebssystemen
im allgemeinen Dreiphasen-Stromsysteme verwendet, so daß, wie in den
Fig. 4 und 5 erkennbar, bei zumindest zwei der Phasen einzelne Schalter
einheiten vorgesehen sein müssen. Es ist dann selbstverständlich, daß die
vorangehende Überprüfungsprozedur für jede einzelne der Schaltereinheiten
und bei jeder Schaltervorrichtung durchgeführt wird. Ergibt die Überprüfung
bei einer Schaltervorrichtung, daß die Ergebnisse einzelner Schaltereinheiten
dieser Vorrichtung uneinheitlich sind, d. h. weist beispielsweise die
Schaltereinheit 56 darauf hin, daß ein hoher Spannungsabfall vorliegt,
wohingegend die Schaltereinheit 58 darauf hinweist, daß kein Spannungs
abfall vorliegt, so ist dies ein Anzeichen dafür, daß eine der Schalter
einheiten eine Fehlfunktion aufweist, so daß in jedem Falle dann, wenn ein
uneinheitliches Ergebnis erzielt wird, eine Fehleranzeige erzeugt wird. Es
kann somit sichergestellt werden, daß selbst dann, wenn von drei
Schaltereinheiten auch nur eine einen Hinweis auf eine Fehlfunktion zeigt,
geeignete Maßnahmen zur Behebung des Mangels ergriffen werden können.
Die Überprüfung mehrerer Schaltereinheiten, d. h. mehrerer in einem
Mehrphasensystem parallel arbeitender Thyristoren oder dergleichen, ist
insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Thyristoren auf Kurzschluß
überprüft werden sollen. Das heißt, diese Überprüfung findet statt, wenn
kein Ansteuersignal an liegt, so daß dann, wenn der Umrichter Span
nungsimpulse liefert, an den einzelnen Thyristoren ein entsprechender
Spannungsabfall vorliegen sollte. Zeigt einer der Thyristoren an, daß der
entsprechend hohe Spannungsabfall nicht vorliegt, so kann dies entweder
daran liegen, daß der Thyristor einen Kurzschluß aufweist, oder daran, daß
keine Spannungsimpulse vom Umrichter geliefert werden und somit ein
entsprechender Spannungsabfall am Thyristor nicht vorliegen kann. Zeigt
eine entsprechende Überprüfung bei einem in einer anderen Phase
angeordneten Thyristor, daß trotz Fehlen eines Ansteuersignals ein hoher
Spannungsabfall vorliegt, so ist dies ein Hinweis darauf, daß der Umrichter
korrekt arbeitet und eine Lastspannung liefert; daraus kann geschlossen
werden, daß der erstgenannte Thyristor, welcher den Spannungsabfall nicht
zeigt, einen Fehler aufweist. Es kann somit durch den Vergleich der bei
mehreren Thyristoren vorgenommenen Untersuchungen sichergestellt
werden, ob das Fehlen eines zu erwartenden Spannungsabfalls an einem
Fehler von einem der Thyristoren liegt oder daran, daß der Umrichter nicht
korrekt arbeitet oder nicht in Betrieb ist. Es kann somit auf eine zusätzliche
Anordnung zum Überprüfen, ob der Umrichter in Betrieb ist, verzichtet
werden. In dem Falle, daß die Thyristoren auf Unterbrechnung zu unter
suchen sind, d. h. zu untersuchen ist, ob trotz Anliegen des Ansteuersignals
ein hoher Spannungsabfall über die Thyristoren hinweg vorhanden ist,
müssen die einzelnen Untersuchungen der in den verschiedenen Phasen
angeordneten Thyristoren nicht verglichen werden, da bereits das Erfassen
eines zu hohen Spannungsabfalls an einem der Thyristoren darauf hinweist,
daß dieser, obwohl er leitend sein sollte, nicht ausreichend leitet, und daß
eine entsprechende Lastspannung durch den Umrichter geliefert wird. Das
heißt, ein Vergleich der von den einzelnen Thyristoren in verschiedenen
Phasen erhaltenen Überprüfungsergebnisse ist in diesem Falle nicht
unbedingt erforderlich.
Claims (40)
1. Linearantriebssystem, umfassend
- - eine Statoranordnung (10) mit einer Mehrzahl von in einer Anordnungslängsrichtung (L) aufeinanderfolgenden Stator abschnitten (12), wobei jeder Statorabschnitt (12) wenigstens eine Statorwicklung aufweist,
- - eine Energiequelle (18) zur Versorgung der Statorabschnitte (12) mit elektrischer Energie,
- - eine Schalteranordnung (26) mit jeweils einer Schaltervor richtung (24) für jeden Statorabschnitt (12), um in Abhängig keit von einer Schaltstellung jeder der Schaltervorrichtungen (24) wahlweise elektrische Energie von der Energiequelle (18) zu den den Schaltvorrichtungen (24) jeweils zugeordneten Statorabschnitten (12) zu leiten,
- - eine Ansteuervorrichtung (40) zum Ansteuern jeder Schalter vorrichtung (24) der Schalteranordnung (26), um zum Zufüh ren elektrischer Energie zu wenigstens einem ausgewählten Statorabschnitt (12) die dem wenigstens einen ausgewählten Statorabschnitt (12) zugeordnete Schaltervorrichtung (24) in einen ersten Schaltzustand zu bringen oder/und in diesem zu halten, und die den nicht ausgewählten Statorabschnitten (12) zugeordneten Schaltervorrichtungen (24) in einen zweiten Schaltzustand zu bringen oder/und in diesem zu halten,
- - wenigstens eine bezüglich der Statoranordnung (10) in der
Anordnungslängsrichtung (L) bewegbare Läuferbaugruppe (20)
mit wenigstens einer Wechselwirkungsvorrichtung (21),
welche durch Wechselwirkung mit einem in den Statorab
schnitten (12) erzeugten Magnetfeld eine zwischen der
wenigstens einen Läuferbaugruppe (20) und der Statoranord
nung (10) wirkende Antriebs/Brems-Kraft erzeugt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Statorabschnitte (12) zur Versorgung mit elektrischer Energie von der Energiequelle (18) in einer Serienschaltungsanordnung angeordnet sind und daß die Schaltervorrichtungen (24) zu den jeweils zugeordneten Statorabschnitten (12) schaltungsmäßig parallel angeordnet sind.
2. Linearantriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Statorabschnitte (12) in wenigstens zwei Statorabschnittgrup
pen (36, 38) aufgeteilt sind, von welchen wenigstens eine Stator
abschnittgruppe (36, 38) wenigstens zwei Statorabschnitte (12)
umfaßt, und daß die Schalteranordnung (26) ferner eine der wenig
stens einen Statorabschnittgruppe (36, 38) mit zwei Statorabschnit
ten (12) zugeordnete und zu den schaltungsmäßig seriell angeord
neten Statorabschnitten (12) dieser Statorabschnittgruppe (36, 38)
und zu den den Statorabschnitten (12) dieser Statorabschnittgruppe
(36, 38) zugeordneten Schaltervorrichtungen (24) parallel geschaltete
Gruppenschaltervorrichtung (34) umfaßt, welche durch die Steuervor
richtung (40) ansteuerbar ist.
3. Linearantriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß zwischen wenigstens zwei Statorabschnitten (12) eine
Schutzschaltervorrichtung (22) angeordnet ist, welche vorzugsweise
durch die Ansteuervorrichtung (40) zur Unterbrechung der seriellen
Verbindung zwischen den beiden Statorabschnitten (12) ansteuerbar
ist.
4. Linearantriebssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen allen einander benachbarten Statorabschnitten (12) jeweils
eine Schutzschaltervorrichtung (22) angeordnet ist.
5. Linearantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Energiequelle (18) eine Dreiphasen-Energie
quelle (18) ist und daß die Schaltervorrichtungen (24) und gegebe
nenfalls die oder jede Gruppenschaltervorrichtung (34) für jede Phase
eine Schaltereinheit (56, 58, 60) umfaßt, wobei die Schaltereinheit
(56, 58, 60) jeder Schaltervorrichtung (24) beziehungsweise
Gruppenschaltervorrichtung (34) durch die Ansteuervorrichtung (40)
ansteuerbar ist.
6. Linearantriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
jede Schaltereinheit (56, 58, 60) ein Paar parallel geschalteter
Thyristoren (62, 64) umfaßt, wobei jeder Thyristor (62, 64) eines
Paars in seinem geschlossenen, leitenden Schalterzustand in einer
Stromflußrichtung leitend ist, welche der Stromflußrichtung des
anderen Thyristors (62, 64) des Paars entgegengesetzt ist.
7. Linearantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Erstreckungslänge der wenigstens einen
Wechselwirkungsvorrichtung (21) in der Anordnungslängsrichtung (L)
wenigstens das Zweifache der Erstreckungslänge jedes Stator
abschnitts (12) in der Anordnungslängsrichtung (L) beträgt.
8. Linearantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der erste Schaltzustand ein offener, nicht
leitender Schaltzustand ist und daß der zweite Schaltzustand ein
geschlossener, leitender Schaltzustand ist.
9. Linearantriebssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, bei
welchem die Statorabschnitte (12a) zur Versorgung mit elektrischer
Energie von der Energiequelle (18a) in einer Parallelschaltungsanord
nung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß von den
Statorabschnitten (12a) diejenigen als ausgewählte Statorabschnitte
(12a) mit Energie versorgt sind, welche sich in der Anordnungslängs
richtung (L) mit der wenigstens einen Wechselwirkungsvorrichtung
(21a) der Läuferbaugruppe (20a) im wesentlichen vollständig
überlappen.
10. Linearantriebssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die Erstreckungslänge der wenigstens einen Wechselwirkungsvor
richtung (21a) in der Anordnungslängsrichtung (L) ein Vielfaches der
Erstreckungslänge jedes Statorabschnitts (12a) in der Anordnungs
längsrichtung (L), vorzugsweise das Drei- bis Siebenfache beträgt.
11. Linearantriebssystem nach Anspruch 9 oder 10 oder dem Oberbegriff
von Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle
(18a) eine Dreiphasen-Energiequelle (18a) ist und daß jede Schalter
vorrichtung (24a) für wenigstens zwei Phasen jeweils eine Schalter
einheit (84a, 86a) umfaßt, wobei jede der Schaltereinheiten (84a,
86a) jeder Schaltervorrichtung (24a) durch die Ansteuervorrichtung
(40a) ansteuerbar ist.
12. Linearantriebssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß jede Schaltereinheit (84a, 86a) ein Paar parallel geschalteter
Thyristoren (88a, 90a) umfaßt, wobei jeder Thyristor (88a, 90a)
eines Paars in seinem geschlossenen Schalterzustand in einer
Stromflußrichtung leitend ist, welche der Stromflußrichtung des
anderen Thyristors (88a, 90a) des Paars entgegengesetzt ist.
13. Linearantriebssystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn
zeichnet, daß jede Schaltervorrichtung (24a) für zwei Phasen jeweils
eine Schaltereinheit (84a, 86a) umfaßt und daß bei der dritten Phase
keine Schaltereinheit vorgesehen ist.
14. Linearantriebssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß der erste Schaltzustand ein geschlossener,
leitender Schaltzustand ist und daß der zweite Schaltzustand ein
offener, nicht leitender Schaltzustand ist.
15. Linearantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, ferner
umfassend bei wenigstens einem, vorzugsweise allen Statorabschnit
ten (12) eine Bremskraft-Erzeugungsschaltung (28, 30, 32).
16. Linearantriebssystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bremskraft-Erzeugungsschaltung (28, 30, 32) in Parallel
schaltung zum jeweils zugeordneten Statorabschnitt (12) eine
Serienschaltung aus einer Bremsschaltervorrichtung (28), wenigstens
einem Widerstand (30) und wenigstens einem Kondensator (32)
umfaßt.
17. Linearantriebssystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bremsschaltervorrichtung (28) eine normalerweise offene
Sicherheitsschaltervorrichtung umfaßt, welche bei Unterschreiten
eines Schwellenlaststroms und/oder einer Schwellenlastspannung in
einen geschlossenen, leitenden Zustand schaltet.
18. Linearantriebssystem nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Bremsschaltervorrichtung (28) durch die Ansteuer
vorrichtung (40) ansteuerbar ist.
19. Linearantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, ferner
umfassend eine Positionserfassungseinrichtung (42; 42a) zum
Erfassen einer Relativpositionierung der Läuferbaugruppe (20; 20a)
bezüglich der Statoranordnung (10; 10a) und zum Erzeugen eines die
Relativpositionierung wiedergebenden Positionssignals für die
Ansteuervorrichtung (40; 40a), wobei die Ansteuervorrichtung (40;
40a) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem Positionssignal
bestimmte der Statorabschnitte (12; 12a) zur Versorgung mit
elektrischer Energie auszuwählen und die diesen ausgewählten
Statorabschnitten (12; 12a) zugeordneten Schaltervorrichtungen (24;
24a) und gegebenenfalls Gruppenschaltervorrichtungen (34) in den
ersten Schaltzustand zu stellen.
20. Linearantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, daß die Energiequelle (18; 18a) einen Umrichter (18;
18a) umfaßt.
21. Verfahren zum Betreiben eines Linearantriebssystems, wobei das
Linearantriebssystem umfaßt:
- - eine Statoranordnung (10a) mit einer Mehrzahl von in einer Anordnungslängsrichtung (L) aufeinanderfolgenden Stator abschnitten (12a), wobei jeder Statorabschnitt (12a) wenig stens eine Statorwicklung aufweist,
- - eine Energiequelle (18a) zur Versorgung der Statorabschnitte (12a) mit elektrischer Energie,
- - eine Schalteranordnung (26a) mit jeweils einer Schaltervor richtung (24a) für jeden Statorabschnitt (12a), um in Ab hängigkeit von einer Schaltstellung jeder der Schaltervor richtungen (24a) wahlweise elektrische Energie von der Energiequelle (18a) zu den den Schaltervorrichtungen (24a) jeweils zugeordneten Statorabschnitten (12a) zu leiten,
- - eine Ansteuervorrichtung (40a) zum Ansteuern jeder Schalter vorrichtung (24a) der Schalteranordnung (26a), um zum Zuführen elektrischer Energie zu wenigstens einem ausgewähl ten Statorabschnitt (12a) die dem wenigstens einen ausge wählten Statorabschnitt (12a) zugeordnete Schaltervorrichtung (24a) in einen geschlossenen, leitenden Schaltzustand zu bringen oder/und in diesem zu halten, und die den nicht ausgewählten Statorabschnitten (12a) zugeordneten Schalter vorrichtungen (24a) in einen offenen, nicht leitenden Schaltzu stand, zu bringen oder/und in diesem zu halten, wenigstens eine bezüglich der Statoranordnung (10a) in der Anordnungslängsrichtung (L) bewegbare Läuferbaugruppe (20a) mit wenigstens einer Wechselwirkungsvorrichtung (21a), welche durch Wechselwirkung mit einem in den Statorab schnitten (12a) erzeugten Magnetfeld eine zwischen der wenigstens einen Läuferbaugruppe (20a) und der Statoranord nung (10a) wirkende Antriebs/Brems-Kraft erzeugt,
- - eine Positionserfassungseinrichtung (42a) zum Erfassen einer Relativpositionierung der Läuferbaugruppe (20a) bezüglich der Statoranordnung (10a),
- - wobei die Statorabschnitte (12a) zur Versorgung mit der
elektrischen Energie von der Energiequelle (18a) in einer
Parallelschaltungsanordnung angeordnet sind und wobei von
den Statorabschnitten (12a) diejenigen als ausgewählte
Statorabschnitte (12a) mit Energie versorgt werden, welche
sich in der Anordnungslängsrichtung (L) mit der wenigstens
einen Wechselwirkungsvorrichtung (21a) der Läuferbaugruppe
(20a) im wesentlichen vollständig überlappen,
wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:- a) Erfassen der Relativpositionierung der Läuferbaugruppe (20a) bezüglich der Statoranordnung (10a),
- b) Ermitteln derjenigen Statorabschnitte (12a), welche der Läuferbaugruppe (20a) derart gegenüberliegen, daß die Statorabschnitte (12a) von der wenigstens einen Wechselwir kungsvorrichtung (21a) der Läuferbaugruppe (20a) in der Anordnungslängsrichtung (L) im wesentlichen vollständig überlappt sind,
- c) Auswählen der im Schritt b) ermittelten Statorabschnitte (12a)
zur Versorgung mit Energie von der Energiequelle (18a),
wobei zumindest während einer Relativbewegung von Läuferbau gruppe (20a) und Statoranordnung (10a) die Schritte a) bis c) sukzessive wiederholt werden.
22. Ansteuervorrichtung zum Ansteuern einer Schalteranordnung,
insbesondere für ein Linearantriebssystem nach einem der Ansprüche
1 bis 20, wobei die Schalteranordnung wenigstens einen Thyristor
(90) umfaßt, welcher durch Zuführen eines Ansteuersignals von der
Ansteuervorrichtung in einen geschlossenen, leitenden Zustand
bring bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuervorrichtung
dem wenigstens einen Thyristor (90) zugeordnet eine Gleichstrom-
Schließschaltsignalerzeugungsvorrichtung (92) umfaßt, um dem
wenigstens einen Thyristor (90) im wesentlichen während der
gesamten Zeitdauer, während welcher dieser im geschlossenen,
leitenden Zustand zu halten ist, ein Gleichstrom-Schließschaltsignal
zuzuführen.
23. Ansteuervorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gleichstrom-Schließschaltsignalerzeugungsvorrichtung (92)
eine mit dem wenigstens einen Thyristor (90) über Schaltermittel
(106) verbundene Gleichstromquelle (94, 96) umfaßt, wobei die
Schaltermittel (106) durch Zufuhr eines Schaltsignals in einen
geschlossenen, leitenden Zustand bringbar sind.
24. Ansteuervorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gleichstromquelle (94, 96) eine Batterie, einen Akkumulator,
eine Wechselstromquelle (94) mit nachgeschaltetem Gleichrichter
(96) oder dergleichen umfaßt.
25. Ansteuervorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Schaltermittel (106) direkt oder indirekt vermittels
eines optischen Schaltsignals in den geschlossenen, leitenden
Zustand bringbar sind.
26. Schalteranordnung, insbesondere für ein Linearantriebssystem nach
einem der Ansprüche 1 bis 20 oder/und zur Verwendung in Ver
bindung mit einer Ansteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 22
bis 25, umfassend wenigstens einen Thyristor (62, 64; 88a, 90a),
dadurch gekennzeichnet, daß der Thyristor (62, 64; 88a, 90a) ein
schneller Thyristor (62, 64; 88a, 90a) ist.
27. Schalteranordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß
der schnelle Thyristor (62, 64; 88a, 90a) eine Freiwerdezeit im
Bereich von 30 bis 80%, vorzugsweise ca. 50% des Impuls
abstands von an den Thyristor (62, 64; 88a, 90a) angelegten
Lastimpulsen aufweist.
28. Schalteranordnung nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Freiwerdezeit des schnellen Thyristors (62, 64;
88a, 90a) im Bereich von 30 bis 100 µs liegt.
29. Schalteranordnung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Impulsabstand der zeitliche Abstand zwischen zwei
unmittelbar aufeinander folgenden Lastimpulsen gleicher Polarität ist.
30. Schalteranordnung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Impulsabstand der zeitliche Abstand zwischen zwei
unmittelbar aufeinander folgenden Lastimpulsen unterschiedlicher
Polarität ist.
31. Verfahren zur Funktionsüberprüfung einer Schalteranordnung,
insbesondere bei einem Linearantriebssystem nach einem der
Ansprüche 1 bis 20 oder/und bei einer Schalteranordnung nach einem
der Ansprüche 26 bis 30, wobei die Schalteranordnung (26; 26a)
wenigstens eine durch ein Ansteuersignal (S) von einer Ansteuervor
richtung (40; 40a) in einen geschlossenen Zustand bringbare
Schaltervorrichtung (24; 24a), vorzugsweise Thyristorschaltervor
richtung, umfaßt, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
- a) Feststellen, ob ein Ansteuersignal zum Schalten der Schalter vorrichtung (24; 24a) in einen geschlossenen, leitenden Zustand an der Schaltervorrichtung (24; 24a) anliegt,
- b) Feststellen, ob ein Spannungsabfall (V) über die Schaltervor richtung (24; 24a) hinweg größer ist als eine vorbestimmte Schwellenspannung (Vs),
- c) in Abhängigkeit von den Feststellungsergebnissen der Schritte a) und b) bestimmen, ob ein Fehler in der wenigstens einen Schaltervorrichtung (24; 24a) aufgetreten ist.
32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß dann,
wenn im Schritt a) festgestellt wird, daß kein Ansteuersignal (S)
anliegt, und im Schritt b) festgestellt wird, daß der Spannungsabfall
(V) größer als die Schwellenspannung (Vs) ist, bestimmt wird, daß
kein Fehler der Schaltervorrichtung (24; 24a) vorliegt.
33. Vorrichtung nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet,
daß dann, wenn im Schritt a) festgestellt wird, daß kein Ansteuersi
gnal (s) anliegt, und im Schritt b) festgestellt wird, daß der Span
nungsbfall (V) kleiner als die Schwellenspannung (Vs) ist, bestimmt
wird, daß ein Fehler aufgetreten ist.
34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß vor der
Bestimmung, daß ein Fehler in der Schaltervorrichtung (24; 24a)
aufgetreten ist, abgewartet wird, bis der Ansteuersignalzustand sich
zweimal geändert hat, und dann, wenn nach zweimaliger Änderung
des Ansteuersignals der Spannungsabfall (V) immer noch kleiner als
die Schwellenspannung (Vs) ist, bestimmt wird, daß ein Fehler
aufgetreten ist.
35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 34, dadurch gekenn
zeichnet, daß dann, wenn im Schritt a) bestimmt wird, daß ein
Ansteuersignal (S) anliegt, und im Schritt b) bestimmt wird, daß der
Spannungsabfall (V) kleiner als die Schwellenspannung (Vs) ist,
bestimmt wird, daß kein Fehler in der Schaltervorrichtung (24; 24a)
aufgetreten ist.
36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 35, dadurch gekenn
zeichnet, daß dann, wenn im Schritt a) bestimmt wird, daß ein
Ansteuersignal (S) an liegt und im Schritt b) bestimmt wird, daß der
Spannungsabfall (V) größer als die Schwellenspannung (Vs) ist,
bestimmt wird, daß ein Fehlerzustand aufgetreten ist.
37. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß vor der
Bestimmung, daß ein Fehlerzustand aufgetreten ist, abgewartet wird,
bis der Ansteuersignalzustand sich zweimal verändert hat, und dann,
wenn nach zweimaliger Veränderung des Ansteuersignalzustands der
Spannungsabfall (V) größer ist als die Schwellenspannung (Vs),
bestimmt wird, daß ein Fehler aufgetreten ist.
38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 37, dadurch gekenn
zeichnet, daß die wenigstens eine Schaltervorrichtung (24; 24a) eine
Mehrzahl zueinander parallel geschalteter Schaltereinheiten (56, 58,
60; 84a, 86a) umfaßt, vorzugsweise jeweils eine Schaltereinheit für
jede Phase eines Dreiphasen-Energieversorgungssystems, und daß die
Funktionsüberprüfung für jede Schaltereinheit (56, 58, 60; 84a, 86a)
der wenigstens einen Schaltervorrichtug (24; 24a) durchgeführt wird.
39. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß dann,
wenn die Funktionsüberprüfungen der verschiedenen Schalter
einheiten (5,6, 58, 60; 84a, 86a) der wenigstens einen Schaltervor
richtung (24; 24a) zu verschiedenen Ergebnissen führen, bestimmt
wird, daß ein Fehler aufgetreten ist.
40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 38, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Funktionsüberprüfung wiederholt, vorzugsweise
periodisch durchgeführt wird und daß nur dann bestimmt wird, daß
bei der wenigstens einen Schaltervorrichtung (24; 24a) ein Fehler
aufgetreten ist, wenn wenigstens zwei unmittelbar aufeinander
folgende Funktionsüberprüfungen zu dem Ergebnis geführt haben,
daß in der wenigstens einen Schaltervorrichtung ein Fehler aufgetre
ten ist.
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