DE4335917C2 - Antrieb zur Erzeugung einer Umkehr- oder Pendelbewegung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antrieb zur Erzeugung einer Umkehr- oder Pendelbewegung wie z. B. das Läuten einer Glocke.

Alle bis heute vorhandenen Systeme zum Betreiben von Umkehr- oder Pendelbewegungen umfassen folgende Elemente:

• 1. 1). einen Motor und dessen Positionsgeber;
• 2. 2). elektronische Elemente (Mikroprozessor, Speicher, usw. ...) zur Steuerung des Motors, die ihre Informationen vom obigen Positionsgeber erhalten;
• 3. 3). eine Leistungselektronik, die mittels statischer Leistungs-Umschalt-Relais das Zerlegen der Impulse im Hinblick auf die Steuerung des Motors in einer Drehrichtung und an­ schließend in die andere übernimmt.

Diese Elemente sind stets getrennt.

Außerdem erfolgt in den bis heute vorhandenen Systemen die Leistungssteuerung EIN/AUS und die Umkehrung des Motors mit Hilfe von zwei, in zwei Phasen angeordneten, statischen Re­ lais, und die Umkehrung wird mit Hilfe von zwei Umkehrrelais durchgeführt, die zwischen diesen statischen Relais und dem Motor angeordnet werden, wobei die dritte Phase ständig einge­ schaltet bleibt. Hierbei ist unter einem statischen Relais ein elektronisches Relais zu verstehen. Ein solches System ist in der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zugrunde­ liegenden DE 33 10 567 A1 dargestellt, bei dem die dritte Phase einen Steuerschalter zum Umschalten in einen anderen Betriebsmodus aufweist.

Das Umschalten dieser Umkehrrelais erfolgt theoretisch ohne Strom und Spannung.

Tatsächlich jedoch zieht das Umschalten der Relais durch das Vorhandensein der dritten Phase eine Anlegung von Spannung an die Klemmen der statischen Relais nach sich, und die hohe du/dt bewirkt für einen sehr kurzen Moment das Auslösen dieser statischen Relais. Dies erzeugt einen Lichtbogen an den Klem­ men der Umkehrrelais und zieht den Einsatz von Umkehrrelais nach sich, die so dimensioniert sind, als ob sie unter Last umschalten müßten.

Außerdem müssen die statischen Relais, die aus diesem Grunde ebenfalls großzügig dimensioniert sein müssen, geschützt sein, um die Überschläge zu vermeiden, die durch die beim Umkehren der Relais oder beim Zurückspringen der Umkehrrelais erzeugte du/dt verursacht werden.

Aus diesem Grund bedienen sich diese Systeme einer Elektronik, die in mehrere unterschiedliche, durch eine Verdrahtung ver­ bundene Karten aufgeteilt ist, sowie im allgemeinen eine am Motor befindliche Meßwertgeber-Karte, eine Mikroprozessor- Steuerkarte und eine Leistungsrelais-Karte bzw. Platine.

So ist es auch einer der Zwecke der vorliegenden Erfindung, eine Monoblock-Einrichtung zum Betreiben einer Umkehr- oder Pendelbewegung zu liefern, die einen Motor und ein Kontroll- und Steuerungssystem umfaßt und die es ermöglicht, die vor­ stehend beschriebenen Störungen zu beseitigen. Hierbei wird unter einer Monoblock-Einrichtung eine im wesentlichen kompakt angeordnete Einrichtung verstanden.

Ein weiterer Zweck der Erfindung ist es, eine derartige Ein­ richtung zu liefern, deren Kontroll- und Steuerungssystem äußerst reduziert ist und mit einer geringen Anzahl von Bau­ elementen die vorbezeichnete Wirkung erzielt.

Diese Zwecke sowie andere, die in der Folge beschrieben sind, werden durch einen Antrieb zur Erzeugung einer Umkehr- oder Pendelbewegung erreicht, der einen mit Drehstrom gespeisten Motor und dessen Kontroll- und Steuersystem umfaßt, das aus einem Motorpositionsgeber, einer Motorelektronikbaugruppe, die Informationen von dem Geber erhält, und einer Leistungselek­ tronik, die zwei durch je in einer Stromphase liegende stati­ sche Relais beinhaltet, und zwei dazu in Reihe liegenden elek­ tromagnetischen Umkehrrelais, die mit dem Motor verbunden sind, besteht, wobei der Antrieb gemäß der vorliegenden Erfin­ dung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Leistungselektronik ein elektromagnetisches Relais umfaßt, das in der dritten Stromphase angeordnet ist, so daß die dritte Phase immer in dem Moment abgeschaltet ist, in dem die beiden in den beiden anderen Phasen befindlichen Umkehrrelais umgeschaltet werden. Hierdurch wird jegliche Induktionsspannung an den Klemmen der statischen Relais vermieden.

Vorteilhafterweise sind die beiden statischen Relais Thyristo­ ren.

Vorzugsweise besteht der Positionsgeber des Motors aus zwei opto-elektronischen oder magnetischen Sensoren, die in der Nähe der Motorwelle angebracht sind.

Vorteilhafterweise sind die Motorelektronikbaugruppe, die Leistungselektronik und der Positionsgeber auf demselben, formschlüssig mit dem Motor verbundenen Träger angebracht.

Die folgende Beschreibung, die keinerlei begrenzenden Charak­ ter hat, muß in Verbindung mit den beigefügten Abbildungen gelesen werden, von denen:

• - die Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht eines mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung ausgerüsteten Motors darstellt;
• - die Fig. 2 eine Seitenansicht dieses Motors und dieser Einrichtung ist;
• - die Fig. 3 ein Schaltschema ist; und
• - die Fig. 4 bis 10 die Funktion der Einrichtung in Abhängigkeit von den verschiedenen Betriebsstufen des Motors darstellen.

Wie man auf Fig. 1 erkennen kann, umfaßt die Monoblock- Einrichtung zum Betreiben einer Umkehr- oder Pendelbe­ wegung einen mit Drehstrom gespeisten Motor 1 und dessen Kontroll- und Steuersystem, das in einer Baugruppe mit der Referenz 2 bezeichnet ist.

Der Motor 1 hat eine Welle 3, an deren einem Ende ein Rad 4 angeordnet ist, das über einen Riemen 5 und ein geeignetes Getriebe oder eine Untersetzung einen Ge­ genstand wie z. B. eine Glocke in eine Umkehr- oder Pen­ delbewegung versetzt.

Zur Steuerung dieses Motors 1 ist ein Kontroll- und Steuerungssystem 2 vorgesehen, das aus einem Positions­ geber 6 besteht, der zwei opto-elektronische oder magne­ tische Sensoren 7 und 8 beinhaltet, die um ein Rad 9 herum angeordnet sind, welches sich auf der Welle 3 des Motors 1 befindet. Diese Sensoren haben den Zweck, die Drehrichtung, den Drehwinkel und die Drehzahl des Motors 1 zu bestimmen.

Die durch die Sensoren 7 und 8 empfangenen Informationen werden an einen Mikroprozessor 10 übertragen, der dann in Abhängigkeit von diesen Informationen und den bereits eingegebenen Parametern die Drehung der Welle 3 des Motors 1 steuert.

Gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird in jeder der beiden Phasen 1 und 2, ph1 und ph2, ein sta­ tisches Relais 11, 12, z. B. ein Thyristor, angeordnet, der mit einem Umkehrrelais 13 und 14 verbunden ist.

In die dritte Phase ph3 des den Motor 1 versorgenden Stroms wird ein Relais 15 angeordnet. Die aus den beiden statischen Thyristor-Unterbrechern 11 und 12, den beiden Umkehrrelais 13 und 14 und dem Relais 15 bestehende Bau­ gruppe bildet die Leistungselektronik.

Die Funktion dieser Baugruppe wird in Verbindung mit den Abb. 4 bis 10 beschrieben.

Die Fig. 4 stellt den Zustand der Leistungselektronik bei Stillstand des Motors 1 dar. Wenn der Stromkreis geschlossen ist, wird der Motor 1 in Drehrichtung nach rechts entsprechend Pfeil F1 (Fig. 5) angetrieben.

Hat sich die Welle 3 des Motors 1 um den gewünschten Winkel gedreht, so wird die Drehbewegung durch Abschal­ ten der statischen Relais 11 und 12 angehalten (Abb. 6). Vor Umkehrung der Phasen ph1 und ph2 wird das Relais 15 geöffnet (Fig. 7); anschließend erfolgt die Umkehrung der Phasen, was eine Bewegung der Umkehrelais 13 und 14 nach sich zieht (Fig. 8); das Relais 15 kann dann ge­ schlossen werden (Fig. 9). Der Durchfluß des Stroms steuert folglich die Drehung des Motors 1 in die andere Drehrichtung entsprechend Pfeil F2 aufgrund der Aktivie­ rung der statischen Relais 11 und 12 (Fig. 10).

Da die Phasenumkehrung bei abgeschalteter Phase 3 er­ folgt, liegt kein Potential auf den gemeinsamen Punkten der Umkehrrelais 13 und 14, wodurch keine du/dt bei den statischen Relais 11 und 12 erzeugt wird. Deswegen gibt es auch keine induktiven Belastungen mehr an den Kon­ taktklemmen der Umkehrrelais 13 und 14.

Die Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann auf einem Flachträger wie z. B. einer Karte 16 angeordnet werden: dabei befinden sich die Sensoren 7 und 8 auf der einen Seite und die anderen Elemente auf der anderen Seite. Diese Karte 16 kann am Motor 1 befestigt werden, wobei die Sensoren 7 und 8 zum Zahnrad 9 hin gerichtet sind.

Eine Ausführungsvariante besteht darin, die Anordnung der Relais zu ändern. Man kann sich z. B. ein Montage­ schema vorstellen, bei dem sich das statische Relais 11 in der dritten Phase ph3 und das Relais 15 in der ersten Phase ph1 befindet, während alle anderen Elemente unver­ ändert bleiben. Mit anderen Worten, das Relais 15 ist in einer Phase und jedes der statischen Relais 11, 12 in einer der anderen Phasen angeordnet.

Die Umkehrrelais 13 und 14 besitzen je eine Spule. Um zu vermeiden, daß bei Ausfall einer dieser Spulen nur eines dieser Umkehrrelais aktiviert wird, wodurch zwei Phasen kurzgeschlossen würden, sind diese Spulen in Reihe ge­ schaltet.

Claims (5)

1. Antrieb zur Erzeugung einer Umkehr- oder Pendelbewegung, umfassend einen mit Drehstrom gespeisten Motor und dessen Kontroll- und Steuersystem bestehend aus einem Motorposi­ tionsgeber, einer Motorelektronikbaugruppe, die Informa­ tionen von besagtem Geber erhält, und einer Leistungselek­ tronik, die zwei je in einer Stromphase liegende statische Relais beinhaltet, und zwei dazu in Reihe liegende elek­ tromagnetische Umkehrrelais, die mit dem genannten Motor verbunden sind, dadurch gekennzeich­ net, daß die Leistungselektronik ein elektromagnetisches Relais (15) umfaßt, das in der dritten Stromphase (ph3) angeordnet ist, so daß die erwähnte dritte Phase immer in dem Moment abeschaltet ist, in dem die beiden in den bei­ den anderen Phasen (ph1 und ph2) befindlichen Umkehrrelais (13, 14) umgeschaltet werden.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die statischen Relais (11, 12) Thyri­ storen aufweisen.

3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Positionsgeber (6) aus zwei opto-elektronischen oder magnetischen Sensoren (7 und 8) besteht, die in der Nähe der Motorwelle (3) des Motors (1) angeordnet sind.

4. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Umkehrrelais (13, 14) eine Spule besitzt, welche Spulen in Reihe geschaltet sind.

5. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Kontroll- und Steuersystem (2) des Motors (1) auf einem Träger (16) befindet, der an diesem Motor (1) befestigt ist.