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Gleichlaufsteuereinrichtung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleichlaufsteuereinrichtung
für ein elektrisches Antriebssystem, das eine Mehrzahl von Antriebseinheiten mit
Je einem Motor und Je einem Abtastglied sowie eine zentrale Steuerschaltung aufweist,
die mit sämtlichen Antriebseinheiten in Steuerverbindung steht.
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Bei Hebevorrichtungen, insbesondere für Schwer- und Schienenfahrzeuge,
sind bislang verschiedene Gleichlaufvorrichtungen zur Anwendung gekommen, um für
die einzelnen Hubspindeln oder Hebezylinder einer solchen Anlage ein gleichmässiges
Anheben und Absenken über den ganzen Hubbereich sicherzustellen.
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So erfolgt beisplelswelse bei Mehrsäulen-HebebUhnen der Antrieb nur
Uber eine Spindel, bezw. einen Hebezylinder, während die anderen Spindeln Uber mechanische
Uebertragungsmittel
von der Antriebseinheit der ersten Spindel
mit angetrieben werden.
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Bei diesen bekannten Systemen hat es sich als nachteilig erwiesen,
dass durch die mechanischen Uebetragungsmittel der Arbeitsraum unter der Hebevorrichtung
und zwischen den einzelnen Säulen beengt und eingeschränkt wird. Weiterhin bedeuten
derartige Verbindungen zwischen den einzelnen Hubspindeln eine Unfallgefahr, insbesondere
wenn bei angehobener Hebebühne mechanische oder hydraulische Defekte oder Ausfälle
auftreten.
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Ferner sind auch Hebevorrichtungen bekanntgeworden, bei denen Je Hubsäule
ein eigener Antrieb vorgesehen wird.
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Für eine synchrone Steuerung der einzelnen Hubsäule zueinander sind
bislang Jedoch aufwendige und technisch komplizierte Vorrichtungen erforderlich
gewesen, welche unter anderem auch darin bestanden, dass beispielsweise Jeder Hubsäule
eine eigene Abtasteinrichtung zugeordnet wird, welche ein Hubhöhensignal liefert,
das einer Vergleichseinrichtung zugeleitet wird, welche wiederum Uber einen elektrischen
Drehstromschalter dem Drehstrommotor, welcher zum Beispiel gegenüber dem die zweite
Hubsäule antreibenden Motor vorausgeeilt ist, einen verminderten Strom zuführt.
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Diese bekannte Gleichlaufsteuerung benötigt analoge Hubstellungsgeber
mit grossem Aufwand und ist technisch kompliziert. Sie ist auch nicht für eine beliebig
grosse Anzahl von Antriebseinheiten geeignet, sondern es müsste in einem solchen
Anwendungsfall eine sehr umständliche Feststellung des Jeweils grössten und kleinsten
Hubstellungssignales erfolgen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleichlaufsteuerung
zu schaffen, welche in Hebeeinrichtungen mit einer beliebigen Anzahl von Hubsäulen
verwendet werden kann und welche keinen kontinuierlich arbeitenden Stellungsgeber
benötigt, und welche ausserdem von mechanischen Uebertragungsmitteln weitgehendst
unabhängig ist.
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Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass
als Abtastglied einer Jeden Antriebseinheit ein Drehwinkelschalter vorgesehen ist,
der Jeweils bei Erreichen eines vorgegebenen Auslösewinkels eines rotierenden Teiles
der Antriebseinheit ein Drehwinkelsignal abgibt, dass die Steuerschaltung für Jede
Antriebseinheit einen mit dem zugehörigen Drehwinkelschalter in Steuerverbindung
stehenden Leistungsschalter aufweist, dass die Steuerschaltung weiterhin für Jede
Antriebseinheit eine mit dem zugehörigen Drehwinkelschalter
in
Steuerverbindung stehende und das entsprechende Drehwinkelsignal speichernde Steuerstufe
aufweist, und dass ein für alle Antriebseinheiten gemeinsamer Wiedereinschaltauslöser
vorgesehen ist, der mit sämtlichen, den einzelnen Antriebseinheiten zugeordneten
Steuerstufen in konJunktiver Steuerverbindung (UND-Schaltung) steht.
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Der Vorteil des Erfindungsgegenstandes ist insbesondere darin zu erblicken,
dass für Jede Antriebseinheit nur ein einfacher Schalter, welcher vom Abtastglied
der Jeweiligen Antriebseinheit betätigt wird, notwendig ist, und dass weitgehend
nur von binären Schaltsignalen und nicht von analogen Signalen Gebrauch gemacht
wird. Dadurch kann in hohem Masse und mit geringem Aufwand die bekannte Relais oder
elektronische Signaltechnik angewendet werden.
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Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des Erfindungsgegenstandes
ist der Leistungsschalter einer Jeden Antriebseinheit in Abhängigkeit von dem Drehwinkelsignal
des zugehörigen Drehwinkelschalters abschaltbar.
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Dadurch wird ein besonders einfacher Aufbau der ganzen Schalteinrichtung
ermöglicht.
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Weiterhin ist es zweckmässig, für Jeden Drehwinkelschalter
den
Auslösewinkel für das Drehwinkelsignal von mehr als einer ganzen Umdrehung, vorzugsweise
von zwei Umdrehungen, vorzusehen.
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Diese Ausbildung ist besonders geeignet für eine Hubgleichlaufsteuerung,
bei welcher während des Laufes der Antriebseinheit eine Differenz von beispielsweise
ein bis zwei Umdrehungen der Hubspindel zulässig ist und nur irn Endzustand engere
Endstellungstoleranzen gefordert werden, die nur durch das Ueberschiessen nach dem
Abschalten auftreten. Dadurch ergibt sich auch eine geringe Schalthäufigkeit.
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Ferner empfiehlt es sich, dass der Drehwinkelschalter für mindestens
einen innerhalb des Auslösewinkels liegenden Zwischenwinkel ein zugeordnetes Ausgangsslgnal
aufweist.
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Dadurch wird es ebenfalls, unter Ausnützung des binären Signalaufbaus
ermöglicht, eine zusätzliche Ueberwachungsmassnahme für die einzelnen Antriebseinheiten
vorzusehen.
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Zur Erhöhung der Sicherheit eines störungsfreien Ablaufs des gesamten
Dreh- bezw. Hubvorganges ist es angebracht, dass der Wiedereinschaltauslöser ein
bis zu einem Zwischenwinkel-Ausgangssignal des Drehwinkelschalters
anstehendes
Wiedereinschaltsignal aufweist, da dadurch die Wiedereinschaltung durch einen genügend
langen Schaltbefehl sichergestellt ist.
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Besonders vorteilhaft ist es, dass ein mit dem Wiedereinschaltauslöser
und mit den Drehwinkelschaltern aller Antriebseinheiten in Steuerverbindung stehender
Ueberwachungsschalter vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von einem vorhandenen
Wiedereinschaltsignal und Je gleichzeitigem Erreichen eines Auslösewinkels durch
eine der Antriebseinheiten eine Sicherheitsschaltmassnahme auslöst.
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Dadurch kann ein Hängenbleiben einer der Antriebseinheiten, beispielsweise
durch Ueberlastung, auf einfache Weise sofort festgestellt werden, und die ganze
Anlage wird vor dem Eintreten eines Schadens abgeschaltet.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Ausbildung der Gleichlaufsteuereinrichtung
ist darin zu erblicken, dass die Ueberwachungslogik einfach geschaltet werden kann,
weil der binäre Signalablauf unmittelbar dafür eingesetzt werden kann.
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In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
in vereinfachter Form dargestellt.
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Es zeigt Fig. 1 in schematischer Weise die Cesamtschaltung einer
Gleichlaufsteuereinrichtung gemäss der Erfindung, Fig. 2 das Schaltbild einer Steuerstufe
aus der Gesamtschaltung gemäss Fig. 1, Fig. 3 ein Signal-Zeitdiagranmi zur Funktion
einer Steuerstufe der Schaltung gemäss Fig. 1, Fig. 4 das Schaltbild einer für zusätzliche
Ueberwachungszwecke dienenden Baugruppe, und Fig. 5 das Schaltbild einer weiteren
Baugruppe aus der Gesamtschaltung gemäss Fig. 1.
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Gemäss Figur 1 ist mit Ei eine von mehreren vorhandenen Antriebseinheiten
bezeichnet, wobei der hochgestellte Index i, wie auch im Folgenden, durchgehend
die laufende Nummer der Antriebseinheit, bezw. zugeordneter Schaltungsteile bezeichnet.
Jede Schaltungseinheit umfasst beispielsweise einen Antriebsmotor Mi, der mit einem
nicht näher dargestellten AntriebsobJekt Fi, beispielsweise einer Hubspindel oder
dergleichen, gekuppelt ist, sowie einen mit einem rotierenden Teil des Antriebsobjektes
Fi gekuppelten Drehwinkelschalter Gi, der mit einer, gegenüber der Motordrehzahl
passend untersetzten Steuerdrehzahl
angetrieben wird und im Beispielsfall
als Nockenschalter ausgebildet ist. Der Ncckenschalter weist für die Erzeugung beispielsweise
eines Steuerimpulses pro Steuerumdrehung einen Steuerkontakt g auf.
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Eine zentrale Steuerschaltung H ist mit sämtlichen Antriebseinheiten
E über ein zugehöriges Speise- und Steuerkabel K verbunden und umfasst entsprechend
Jeder Antriebseinheit zugeordnete Schaltstufen Li, sowie eine gemeinsame Schaltstufe
N. Die Speisung der Antriebsmotoren von einem Drehstromnetz mit den Phasen R, S,
T, sowie eine mit Minus an Masse geschaltete Gleichstromversorgung + sind über die
den Antriebseinheiten zugeordneten Schaltstufen L geführt und im Uebrigen nicht
näher dargestellt.
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Jede Schaltstufe L umfasst einen Leistungsschalter LSI in der Drehstromspeisung
des Motors der zugehörigen Antriebseinheit und ein von einer Steuerstufe LZ , bezw.
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von der gemeinsamen Schaltstufe N gesteuertes bistabiles Steuerrelais
LDI mit einer Anzugswicklung Di und einer Abwurfwicklung Di, von dessen Kontakten
ein Arbeitskontakt d1 im Steuerstromkreis der Erregerspule LSp des Leistungsschalters
LS liegt. Die Abwurfwicklung D des Steuerkreises LDi ist an einem Steuerausgang
LZai der Steuerstufe LZ angeschlossen, die ihrerseits an einem
Steuereingang
LZe über eine Steuerader des Kabels K i von i und den Kontakt g des Drehwinkelschalters
G von + Steuerimpulse erhält. Die Anzugswicklung Di des Steuer-Relais LDi wird über
einen Arbeitskontakt xi eines in der gemeinsamen Schaltstufe N enthaltenenpiedereinschaltauslösers
in Gestalt eines bistabilen Wiedereinschaltrelais NX gesteuert.
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Die gemeinsame Schaltstufe N enthält die Steuerkreise für die Anzugswicklung
X und die Abwurfwicklung X des bistabilen Wiedereinschaltrelais NX, und zwar innerhalb
des Steuerkreises der Anzugswicklung eine Serieschaltung von i i Ruhekontakten d2i
der Steuerrelais LD sämtlicher Schaltstufen Li, sowie eines Handtasters NH, und
im Steuerkreis der Abwurfwicklung einen Mindestintervallschalter NP für die Zeitbemessung
des Wiedereinschaltsignals vom Wiedereinschaltauslöser zu den Arbeitseinheiten.
Weiterhin ist in der gemeinsamen Schaltstufe N eine zusätzliche Ueberwachungsschaltung
NQ vorgesehen, die ein unzulässiges Auseinanderlaufen der Arbeitseinheiten feststellt
und in Abhängigkeit davon in die Drehstromspeisung eingreifen kann.
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In dem in Fig. 2 dargestellten Schaltungsaufbau einer Steuerstufe
LZ ist an den einzelnen Bestandteilen der
auf die Zuordnung zu
einer Antriebseinheit hinweisende Index i der Einfachheit halber fortgelassen. Ferner
sind die Schaltzustände von Relaiskontakten in dieser Darstellung durch einen überstrichenen
Kleinbuchstaben auf der betreffenden Kontaktseite für die Abfallstellung und durch
einen entsprechenden einfachen Kleinbuchstaben auf der anderen Kontaktseite für
die Anzugstellung gekennzeichnet. Die Steuerstufe umfasst ein über einen Eingang
i i aO vom Drehwinkelschalter G der betrefrenden Antriebseinheit periodisch einmal
für Jede Umdrehung ein- und ausgeschaltetes Relais LZA mit zugehörigem Umschaltkontakt
LZa. Letzteres erzeugt somit eine periodische Steuerpulsfolge mit den Schaltzuständen,
bezw. binären Signalwerten a und a. Mit dieser Puls folgte werden zwei bistabile
Relais LZB und LZC mit Anzugswicklungen B, bezw. C und Abwurfwicklungen B, bezw.
C gesteuert, und zwar über wechselseitig zugeordnete erste Umschaltkontakte LZc
und LZb1. Die Zuordnung der Schaltzustände der beiden letztgenannten Kontakte zum
Anzugs- bezw. Abfallzustand der beiden bistabilen Relais LZB und LZC ist durch die
an den Kontakten eingetragenen Kleinbuchstaben c1/c1 und bl/bl gekennzeichnet. Zwei
zweite Kontakte LZb2 und LZc2 dieser Relais sind in Serie zu + und der Abwurfwicklung
B des bereits erwähnten Steuerrelais LDi geschaltet. Die Zuordnung der Schaltzustände
ist entsprechend wie vorstehend gekennzeichnet.
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Aus diesem Schaltungsaufbau ergibt sich die in Fig. 3 durch die Abfolge
der Kontakt - Schaltzustände dargestellte Funktion der Steuerstufe mit Steuerrelais
wie folgt: In der ersten Zeile von Fig. 3 ist die Stuerpulsfolge entsprechend den
Schaltzuständen a/a angedeutet, welche die Synchrontaktung der Steuerstufe von der
Antriebseinheit her bewirkt. Durch die wechselseitige Steuerung der Relais LZB und
LZC über ihre ersten Kontakte schalten diese, wie in der zweiten und dritten Zeile
von Fig. 3 angedeutet, mit zeitlicher Versetzung um das Abfallintervall des Relais
LZA, und ausserdem mit einer bezüglich der Stuerpulsfolge halbierten Folgefrequenz.
Dadurch ergibt sich die einfache Möglichkeit, einen Schaltzustand, beispielsweise
a, in Jeder zweiten Periode der Steuerpulsfolge durch das Zusammentreffen zweier
Schaltzustände von LZB und LZC eindeutig zu kennzeichnen und für die periodische
Abschaltung der betreffenden Antriebseinheit bei Vollendung von Jeweils zwei ganzen
Umdrehungen hinzuzuziehen. Diese zwei vollen Umdrehungen stellen im Beispielsfall
den Auslösewinkel dar, der aber auch grösser oder kleiner bemessen werden kann.
Die Kombination von Schaltzuständen, im Beispielsfall b . c (d.h. KonJunktion von
b und c), bezw. das entsprechende Abwurfsignal d wird somit im Relais LD der Steuerschaltung
gespeichert
und stellt das steuernde Drehwinkelsignal dar. Dies
geschieht in der Schaltung gemäss Fig. 2 durch die Serie-Schaltung der Kontakte
LZb2 und LZc2 mit der eingetragenen Zuordnung der Schaltzustände dieser Kontakte.
In der vierten Zeile von Fig. 3 ist zum Zeitpunkt t die ent-0 sprechende Erregung
der Abwurfwicklung D mit dem Wechsel von d zu d angedeutet. Damit wird, wie in Fig.
1 angedeutet, über den Kontakt d1 der Leistungsschalter der betreffenden Antriebseinheit
ausgeschaltet. Gleichwohl werden bei infolge Massenträgheit überschiessender Drehung
der Antriebseinheit die Relais LZB und LZC weiter fortgeschaltet, sodass die entsprechend
durchlaufenen Teilintervalle der sich über zwei Umdrehungen erstreckenden Steuerperiode
registriert und im Hinblick auf die nächstfolgende Wiedereinschaltung als bereits
zurückgelegt berücksichtigt werden. Infolge der Bemessung der Steuerperiode von
zwei UmdrehungenFst also ein solches Ueberschiessen bis zu zwei Umdrehungen ohne
Summierung von Gleichlauffehlern über die gesamte Arbeitsdauer zulässig.
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Auf diese Weise werden also die einzelnen Antriebseinheiten in der
Reihenfolge der Vollendung einer Steuerperiode abgeschaltet. Die nacheilenden Antriebseinheiten
holen somit bei Jeder Steuerperiode ihren Rückstand auf. Die zuletzt abschaltende
Antriebseinheit löst, indem der
zugehörige Ruhekontakt d2i des
Steuerrelais LDi die Schliessung der Kontakt-Serie-Schaltung im Erregerkreis der
Anzugswicklung des Wiedereinschaltrelais NX vervollständigt, die Erregung sämtlicher
Anzugswicklungen Di über die Kontakte x die Wiedereinschaltung aller Antriebseinheiten
für die nächste Steuerperiode aus. Diese Wiedereinschaltung ist noch von der Betätigung
des Handtasters NH im Sinne einer Handsteuerung der Anlage abhängig.
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Der in Fig. 1 angedeutete Mindestintervallgeber NP sichert eine ausreichende
Dauer des Wiedereinschaltsignals durch entsprechend verzögerte Erregung der Abwurfwicklung
X des Wiedereinschaltrelais NX. Diese Verzögerung kann grundsätzlich mit üblichen
und nicht dargestellten Mitteln durch ein Zeitglied erfolgen. In Fig. 4 ist demgegenüber
eine Beispielsausführung mit Erregung der Abwurfwicklung X in Abhängigkeit von einer
bestimmten Bedingung hinsichtlich des Gesamt-Schaitzustandes der Relais LZB und
LZC dargestellt. Dieses Kontakt-Netzwerk enthält dritte Kontakte LZb3i und LZc3i
der Relais LZA und LZB sämtlicher Steuerstufen in der ersichtlichen Zusammenschaltung
und mit der eingetragellen Zuordnung der Schaltzustände b3i / b3-i und c3i / c3-i
. Es verwirklicht die logische Funktion P=( b1 . c-1 + b2 . c-2 + .....)= = (b-1
+ c1) . (b-2 + c2 ) .... (1).
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Diese Funktion P entspricht dem in Fig. 1 angegebenen, beJahenden
Ausgangssignal des Mindestintervallgebers NP und bewirkt die Rückstellung des Wiedereinschaltrelais
NX erst dann wieder, wenn sich keine der Antriebseinheiten mehr in dem ersten Teilintervall
nach dem Zeitpunkt t 0 befindet, d.h. den Anlaufzustand mit Sicherheit Eberwunden
hat.
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Die in Fig. 5 dargestellte Ueberwachungsschaltung NQ ist ebenfalls
ein Kontakt-Netzwerk und enthält die eingetragenen vierten Kontakte LZb4 und LZc4.
Sie verwirklicht die logische Funtkion Q = b1 . c1 + b2 . c2 + ..... + bn . cn +
+ d1 . d2 . d3 ...... dn (2), (n = Gesamtzahl der Antriebseinheiten) und macht die
Drehstromversorgung aller Antriebseinheiten davon abhängig, dass ein Zustand, bei
dem eine der Antriebseinheiten noch in dem übernächsten Teilintervall nach t (siehe
0 Fig. 3) ist und eine andere Antriebseinheit bereits das Ende einer Steuerperiode
erreicht, nicht auftritt.
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Entsprechend können auch andere Paarungen von Schaltzuständen, die
ein unerwünschtes oder unzulässiges Auseinanderlaufen der Jeweils am weitesten vcreilenden
und Jeweils am weitesten nacheilenden Antriebseinheit
kennzeichnet,
durch entsprechende logische Funktionen gekennzeichnet und für Ueberwachungsmassnahmen
herangezogen werden.
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L e e rs e i t e