DE3320023A1

DE3320023A1 - Steuervorrichtung fuer einen gleichstrommotor-antrieb

Info

Publication number: DE3320023A1
Application number: DE19833320023
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Winterthur Klaussner
Original assignee: SIMONE KLAUSSNER FA
Current assignee: SIMONE KLAUSSNER FA
Priority date: 1983-02-08
Filing date: 1983-06-03
Publication date: 1984-08-09
Also published as: CH658153A5

Description

Steuervorrichtung für einen Gieichstrommotor-Antrieb
Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Steuervorrichtungen sind b-eispielsweise aus den DE-OS 29 27 234.2-14 und DE-OS 28 40 710 bekannt.
Eine in der vorgenannten DE-OS 28 40 710 beschriebene Exzenterpresse vermeidet wesentliche Nachteile bekannter zum Stand der Technik zu zählenden Pressen, bei denen die Presskraft mit einer durch einen Wechselstrommotor angetriebenen Schwungscheibe über eine Schalt- und Bremskupplung und eine Exzenterwelle auf einen Pressstempel übertragen wird, wobei die Steuerung durch Betätigen der Kupplung erfolgt. Diese bekannten Antriebssysteme sind relativ aufwendig und haben einen schlechten Wirkungsgrad, da zur Erzeugung einer bestimmten Kraft am Exzenter entsprechend üb-erdimensionierte Antriebselemente erforderlich sind, wobei ein beträchtlicher Lärm und ein stossweiser Arbeitsablauf nicht zu vermeiden sind. Zudem sind die Kupplung und das stossweise belastete Getriebe einer grosseren Abnutzung unterworfen. Die Kupplung kann auch Ursache für Pl 10 unerwünschtes Nachlaufen der Presse sein.
Bei e-iner, ebenfalls als Gegenstand der DE-OS 28 40 710 behandelten Ausbildung einer direkt, d.h. ohne Kupplung, Schwungscheibe usw. angetriebenen Exzenterpresse, wird ein genaues Stillsetzen des Exzenters, vorzugsweise im oberen Totpunkt, dadurch gewährleistet, dass der Anker des Gleichstrommotors nach Durchlaufen des unteren Totpunktes des Pleuels kurzgeschlossen wird. Die Funktion des Gleichstrommotors entspricht nun der eines Generators, wodurch dessen Schwungmoment selbsttätig sofort abgebremst wird. Nach erfolgter Bremsung kann der Haltepunkt durch die Kapazität eines Bremswiderstandes und des entsprechenden Kontaktpunktes des Endschalters bis auf + 1 mm eingestellt werden.
Durch die weiterhin gemäss DE-OS 29 27 234.2-14 bekanntgewordene Steuervorrichtung ist ein kontrollierter Dauerbetrieb möglich, der bei ständigem Wechsel zwischen Bremsen und erneutem Starten ohne Stillstand abläuft. Der Antriebsmotor wird in einer genau definierten Stellung stillgesetzt, wenn eine für den Dauerbetrieb erforderliche Startbedingung ausbleibt.
Das Abbremsen des Gleichstrommotors durch Kurzschliessen über den Widerstand des Ankers ist jedoch abhängig von verschiedene-n Parametern, 2. B. der Motortemperatur, den Kohlenbürsten-Widerständen, die sich während des Betriebes verändern können, und ebenfalls von den jeweiligen Reibungskoeffizienten im Getriebe, die zwischen warmen und kalten Zustand unterschiedlich sein können, sowie vom Widerstand der angehängten Last und der zu beschleunigenden und/oder abzubremsenden Masse.
Durch die erwähnten Einflüsse kann sich die bei gleichen Bedinungen relativ genauer Stillsetzung des Motors auf einen erwünschten Sollpunkt von etwa , 1 mm auf ein Vielfaches erhöhen.
Ausgehend von der Steuervorrichtung gemäss der DE-OS 29 27 234.2-14 liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, solche Fehlerquellen so zu kompensieren, dass eine Endgenauigkeit des Sollpunktes von etwa - 0,2 mm erzielt werden kann, wodurch besonders günstige Voraussetzungen für eine Dreh- und/oder Linearbewegung, bei-spielsweise für Pressen, Rundschalttische, Linearantriebe u.dgl. geschaffen werden.
Die vorgenannte Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausbildungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 12 und deren Anwendung in den Ansprüchen 13 und 14 definiert.
Durch die erfindungsgemässe Steuervorrichtung ist eine ständige intermittierende Korrektur der Endgenauigkeit des Haltepunktes gewährleistet, indem bei Verspätung der Referenzmarke mindestens eine Winkelinformation, vorzugsweise ein Impulsschritt, im Rechner addiert und beim Horeilen der Referenzmarke mindestens eine Winkelinformation vom Eingabewert subtrahiert wird.
Gemäss den Anwendungsansprüchen ist die Steuervorrichtung auf eine einfache Weise vielfach anwendbar, so beispielsweise an Pressen, Rundschalttischen, Lioearantrieben, wie Kettenantrieben, u.dgl. und, zwar durch die Möglichkeit des Austausches des Bremswiderstandes und des Drehgebers, vorzugsweise der Impulsscheibe, die Wahl der Drehrichtung des Drehgebers entsprechend dem Verwendungszweck und der erforderlichen Genauigkeit.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt, wobei die gesamte Steuervorrichtung mit der Bezugszahl 1 bezeichnet ist. Der Anker eines Gleichstrommotors 2 ist iiber einen Gleichrichter 17 an eine Wecilselstromquelle 18 angeschlossen. Zwischen dem Gleichrichter 17 und dem Gleichstrommotor 2 ist ein binäres Startschaltwerk 12 mit einem vorgeschalteten Starter 11 und einem Worwiderstand 14 angeordnet und mit einem binären Bremsschaltwerk 15 elektrisch verbunden.
Das Bremsschaltwerk 15 ist einerseits zwischen das Startschaltwerk 12 und dem Minus-Pol des Gleichstrommotors 2 und andererseits über den Bremswiderstand 13 an dessen Plus-Pol angeschlossen. An einer Abtriebswelle 4 des Gleichstrommotor Antriebes ist ein Drehgeber 5, vorzugsweise eine Impulsscheibe 51 drehfest angeordnet, an deren Oberfläche ringförmig entlang des Aussenumfanges angeordnete Winkelinformationen 6 auf 3600 gleichmässig verteilt sind. Die Impulsscheibe 51 ist mindestens von einem Impulszähler 71 und/oder 72, und einem Schalter 9 segmentartig teilweise überdeckt, wobei für den Schalter 9 eine Referenzmarke 8 vorgesehen ist, und die Impulszähler 71,72 und der Schalter 9 mit einem Rechner 10 elektrisch verbunden sind. Der Rechner 10 ist einerseits ausgangsseitig mit dem-Bremsschaltwerk 15 und andererseits mit dem Starter 11 ein-und ausgangsseitig elektrisch verbunden. Parallel zum Bremsschaltwerk 15 ist zur Laufzeitüberwachung einer Umdrehung der Abtriebswelle 4 zur Bremseinleitung ein Zeitglied 16 angeordnet.
Nach- einer Störung erfolgt die Rückstellung über eine Handtaste 22. Durch einen zum Startschaltwerk 12 parallel geschalteten Schliesskontakt 19 mit einem vorgeschalteten Widerstand 20 kann eine Reduzierung der Motordrehzahl und damit eine Kriechgangsteuerung erreicht werden.
Zum Einleiten einer optimalen Bremsung errechnet der Rechner 10 die erforderliche Anzahl von Schaltschritten entsprechend den Winkelinformationen 6, beispielsweise Oeffnungen an der Impulsscheibe 51, aufgrund der inneren Widerstände an den Bürsten, der Kapazität des Bremswiderstandes 13, der mechanischen Last und der Reibungskoeffizienten, bedingt durch die Betrienstemperatur des Antriebssystems, bei welcher das Bremsschaltwerk 15 im Betrie ist.
Die Eingabewerte erhält der Rechner 10 huber mindestens einen Impulszähler 71,72 sowie den Schalter 9, der die eferenzarke 8 meldet. Der Impulszähler 71 kann beispielsweise 1080 Impulse pro eine Umdrehung der Impulsscheibe 51 an den Rechner 10 weiterleiten.Die Auswertung erfolgt durch Abfragung des Schalters 9. Wird der Schalter 9 durch die Referenzmarke 8 nach erfolgtem Startsignal durch den Starter 11 rechtzeitig nicht erreicht, so wird vom Rechner 10 bei der folgenden Betätigung des Antriebes die Einleitung des Bremsvorganges verzögert. Wird er jedoch überschritten, so wird das Bremssignal beschleunigt. Dieser Vorgang widerholt sich intermittierend so lange bis die Referenzmarke 8 den Schalter 9 genau erreicht.
Die Abweichungskorrektur erfolgt bei Nichterreichen des Schalters 9 durch die Referenzmarke -8 beispielsweise durch Addition um einen Schaltschritt oder bei Ueberschreiten des Schalters 9 durch die Referenzmarke 8 durch Subtraktion um einen Schaltsch-ritt.
Die erforderliche Genauigkeit kann entsprechend der Anzahl von Winkelinformationen 6 auf 3600 des Umfanges der Impulsscheibe 51 gewählt werden, d.h. bei einer Impulsscheibe 51 mit 360 Impulsen (=Schaltschritten)eine Genauigkeit von + 1,00 mit 720 Impulsen (=Schaltschritten)eine Genauigkeit von + 0,5 und mit 1080 Impulsen (=Schaltschritten)eine Genauigkeit von f 0,330 Durch die genaue Einhaltung des Sollpunktes nach Stillsetzung des Motors von etwa +0,2 mm sind die Voraussetzungen geschaffen worden, einen direkten Gleichstrommotor-Antrieb, d.h.ohne Kupplung, Schwungsscheibe u.dgl. auch f-ür weitere Anwendungen, wie beispielsweise für Rundschalttische, Kettenantriebe u.ä.
einzusetzen.
Für spezielle Fälle kann mit Vorteil der Cleichstrommotor 2 in beiden Drehrichtungen betrieben werden. Für diesen Fall ist ein zusätzlicher Impulszähler 72 vorgesehen, der in gleicher Weise wie der Impulszcihler 71 symmetrisch zum Schalter 9 angeordnet ist. Dadurch ist ein linearer oszillierende Bewegungsablauf mit gleichen Kontrollfunktionen wie bei intermittierender Drehbewegung gewährleistet.
Die vorteilhaften, an sich bekannten Eigenschaften des Gleichstrommotors, wirken sich zusätzlich günstig aus, insbesondere in bezug auf die Ueberwindung eines hohen Losbrechmomentes durch eine kurzfristig mögliche, etwa fünffache Ueberlastung des Nenndrehmomentes des Gleichstrommotors. Ein weiterer grosser Vorteil besteht auch in der sinusförmigen Abbremsung der Masse ohne Stösse und Lärmentwicklung und der hohe Wirkungsgrad des Gleichstrommotors.
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Claims

Patentansprüche Steuervorrichtung für einen Antrieb mit einem Gleichstrommotor mit einem damit drehfest verbundenen Reduziergetriebe, mit einem Bremsschaltwerk zur Stillsetzung des Gleichstrommotors über einen Bremswiderstand, ferner mit einem Starter für den Antrieb, einem Endschalter zum Einleiten des Abbremsens, sowie einem Zeitglied, dadurch gekennzeichnet, dass abtriebswellenseitig am Gleichstrommotor (2) ein von mindestens einem Winkelabnehmer (71,72) teilweise mit Abstand überdeckter Drehgeber (5) drehfest angeordnet ist, und der Endschalter als ein über eine am Drehgeber (5) vorgesehene Referenzmarke (8) auslösbarer Schalter (9) ausgebildet ist, und dass der Winkelabnehmer (71,72) Winkelinformationen (6) und der Schalter (9) die Referenzmarken-Lage über Uebermittlungsleitungen einem Rechner (10) zuleitet.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehgeber (5) im Uhrzeigersinn und/oder Gegenuhrz-eigersinn bewegbar ist.
3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner (10) einerseits ausgangsseitig mit dem Bremsschaltwerk (15) und andererseits ein- und ausgangsseitïg mit dem Starter (11) elektrisch verbunden ist.
4. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslösung des Bremsschaltwerkes (15) durch den Rechner (10) bei Nichterreichen der Referenzmarke (8) in vcrbestimmter Lage des Drehgebers (5) verzögert, und bei Ueberschreiten der Referenzmarke (8) über den Schalter (9) beschleunigt erfolgt.
5. Steuervorrichtung nacti Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Dauerlauf mit Bremswegunterbrechnung die Referenzmarke (8) abschaltbar ist.
6. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehgeber (5) eine Impulsscheibe (51) ist, an deren Oberfläche die Winkelinformationen (6) gleichmässig über deren Umfang ringförmig angeordnet sind, und die Winkelabnehmer als Impulszähler (71,72) ausgebildet sind, und dass die Impulsscheibe (51) von Impulszählern (71,72) segmentartig teilweise überdeckt sind.
7. Steuervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelinformationen (6) schlitzartige Oeffnungen in der Impulsscheibe (5) sind.
8. Steuervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelinformationen (6) photoelektrische Elemente sind.
9. Steuervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelinformationen (6) Kontraststriche sind.
lO.Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehgeber (5) ein Drehkondensator ist.
ll.Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehgeber (5) ein Potentiometer ist.
12. Steuervorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkel informationen (6) analog messbar und auswertbar sind.
13. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzmarke (8) eine definierte Oeffnung ist.
14. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzmarke (8) ein Permanentmagnet ist.
15. Anwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung für eine intermittierende Bewegungssteuerung einer Antriebsmaschine verwendet wird.
16. Anwendung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine oszillierende Bewegungssteuerung in Linearrichtung erfolgt.