EP3915185A1 - Antriebssystem und verfahren zum betreiben eines antriebssystems mit elektromagnetisch betätigbrer bremse - Google Patents

Antriebssystem und verfahren zum betreiben eines antriebssystems mit elektromagnetisch betätigbrer bremse

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Publication number
EP3915185A1
EP3915185A1 EP20700964.8A EP20700964A EP3915185A1 EP 3915185 A1 EP3915185 A1 EP 3915185A1 EP 20700964 A EP20700964 A EP 20700964A EP 3915185 A1 EP3915185 A1 EP 3915185A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coil
voltage
semiconductor switch
drive system
current
Prior art date
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Pending
Application number
EP20700964.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Timo Hufnagel
Hans Jürgen KOLLAR
Christopher Reichert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Original Assignee
SEW Eurodrive GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by SEW Eurodrive GmbH and Co KG filed Critical SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Publication of EP3915185A1 publication Critical patent/EP3915185A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F16D2121/14—Mechanical
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Definitions

  • the invention relates to a drive system and a method for operating a
  • the invention is therefore based on the object of achieving an efficient mode of operation of the brake.
  • the object is achieved in the drive system according to the features specified in claim 1 and in the method according to the features specified in claim 12.
  • the drive system has an electromagnetically actuable brake, an electric motor, in particular a three-phase motor, and an electronic circuit, the brake having an energizable coil, in particular a brake coil, the electronic circuit having a rectifier, an upper controllable one
  • the advantage here is that the brake can be operated effectively. Because the brake is below defined due to the power supply controlled via the upper semiconductor switch
  • Conditions can be monitored for wear, because initially the voltage provided to the brake can be controlled to a voltage value.
  • rapid de-excitation of the brake is made possible by using a varistor, i.e. a component whose resistance is initially high-resistance at low voltages and then becomes low-resistance at high voltages.
  • a varistor i.e. a component whose resistance is initially high-resistance at low voltages and then becomes low-resistance at high voltages.
  • there is a component parallel to the varistor which can be implemented as a semiconductor switch and can thus be controlled in an even lower resistance range.
  • the varistor can essentially be short-circuited by means of the closed semiconductor switch.
  • the coil forms a series circuit with a shunt resistor and the upper controllable semiconductor switch, which is supplied from the DC voltage.
  • the advantage here is that the current can be detected in a simple manner.
  • the shunt resistor can be arranged at zero potential, so that the control electronics can also be arranged at zero potential and therefore no electrical isolation between the
  • the freewheeling diode forms one with the varistor
  • the component is a lower controllable one
  • the free-wheeling diode is connected to the lower potential of the direct voltage with a first connection.
  • the advantage here is that the lower semiconductor switch is protected by the free-wheeling diode. It is also between the collector and Another freewheeling diode is arranged in the emitter of the respective semiconductor switch, so that the build-up of high voltages is avoided when the semiconductor switch is switched.
  • the shunt resistor is connected to a first connection both to the lower semiconductor switch and to the upper semiconductor switch.
  • the advantage here is that the shunt resistor is connected to the zero potential and thus no galvanic decoupling between the control electronics and the
  • control electronics generate the control signal for the upper semiconductor switch and the control signal for the lower semiconductor switch and detects the DC voltage and the voltage drop across the shunt resistor
  • Divided voltage divider is detected.
  • the advantage here is that the control electronics control the operation of the brake.
  • the respective semiconductor switch is actuated when the coil is energized or de-energized. In particular, it is also a pulse width modulated
  • control electronics has a first regulator, which adjusts the voltage detected directly or in a divided manner to a coil
  • the voltage value is kept constant for a first time period, so that a diagnosis of the brake can be carried out under defined boundary conditions during this time period.
  • the current profile can be monitored and a kinking of the current profile caused by the loose movement of the armature disk and thus caused by the associated change in inductance can thus be detected.
  • the associated current value can be used as an initial value for subsequent control.
  • the control electronics of the coil provide a voltage value by
  • a pulse width modulation ratio of the control signal for the upper semiconductor switch is determined, in particular thus the voltage is controlled.
  • the advantage here is that the voltage value is provided in a controlled manner. This enables the brake to be operated efficiently, since the wear on the brake linings can be determined and the brake can be operated accordingly.
  • control electronics have a second controller, which regulates the current detected by means of the shunt resistance to a target current, in that the second controller uses the pulse width modulation ratio of the
  • the advantage here is that current-controlled operation is made possible and thus energy-saving and thus efficient continuous operation is possible.
  • control electronics have a switching means which either activates the first or the second controller, in particular and deactivates the other.
  • control electronics have a means for determining the wear of a brake pad of a brake pad carrier of the brake, to which the course of the detected current determined by means of the shunt resistor is fed and which has a means for determining a kink in the course and the amount of current at the kink.
  • the shunt resistor is connected to the
  • Zero potential electrically connected in particular the control electronics being supplied from a supply voltage, the lower potential of which is the zero potential, in particular in such a way that the voltage dropping at the shunt resistor is fed directly to the control electronics, in particular thus without galvanic isolation, for detecting in particular the current flowing through the coil.
  • the advantage here is that galvanic decoupling can be saved.
  • the drive system has an electromagnetically actuable brake which has a coil, the voltage applied to the coil being controlled to a voltage value in a first method step, in particular by depending on a voltage detected in a divided manner , in particular between the upper potential of the DC voltage provided by a rectifier and a zero potential, a pulse width modulation ratio is determined for that pulse width modulated control signal which is fed to an upper semiconductor switch, so that the voltage applied to the coil reaches the voltage value, and that in a second following the first process step
  • Shunt resistance is detected and regulated to a setpoint, in particular by determining a pulse width modulation ratio for that pulse-width-modulated control signal which is fed to an upper semiconductor switch, so that the current flowing through the coil is regulated to the setpoint.
  • the advantage here is that a voltage value of the coil is initially provided in a controlled manner and thus a defined voltage of the coil is available, so that the current profile can be precisely determined and thus a buckling can be precisely determined.
  • the voltage provided by the rectifier is made available for a period of time (T 1) before the first method step of the coil.
  • T 1 a period of time before the first method step of the coil.
  • the coil current can be built up as quickly as possible at the beginning.
  • the course of the current flowing through the coil is detected during the first method step and the value of the current associated with a buckling or collapse of the time course of the current flowing through the coil is determined.
  • the advantage here is that it is easy to determine the kinking of the current profile when the armature disk is lifted off.
  • the current is detected by means of a shunt resistor which is arranged at the same potential, in particular zero potential, as that
  • Control or regulation executing signal electronics of the drive system is that galvanic isolation can be saved.
  • Figure 1 is a schematic circuit diagram of an inventive
  • the drive system has an electric motor M and an electromagnetically actuable brake, the one generated by the brake
  • Braking torque is fed to the rotor of the electric motor.
  • the brake has a coil with inductance L which, when energized, attracts an armature disk against the spring force generated by a spring element, so that a brake pad carrier connected to the rotor in a rotationally fixed but axially displaceable manner protrudes from one
  • the braking surface is permanently connected to the coil.
  • the armature disk is connected to the coil in a rotationally fixed but axially movable manner. When the coil is not energized, the armature disk is pressed by the spring element against the brake lining carrier, which is thus pressed onto the braking surface.
  • the braking surface is on the
  • Armature disk is arranged facing away from the brake pad carrier.
  • the coil To release the brake, the coil must be energized, to apply the brake, the coil must be de-energized, i.e. de-energized.
  • the de-excitation i.e. the breakdown of current flowing through the coil
  • the brake control has a rectifier 1, which is supplied from two phases of a three-phase voltage network (L1, L2).
  • the rectifier 1 thus sets one at its DC voltage connection
  • DC voltage is available, which can be designated as an intermediate circuit voltage. and has an upper potential Uz + and a lower potential Uz-
  • a series circuit is supplied from the DC voltage, which has an upper semiconductor switch T1, a lower semiconductor switch T2 and a diode D1.
  • the upper semiconductor switch T1 is between the upper potential Uz +
  • the lower semiconductor switch T2 is arranged in series with the diode D1, this series circuit being supplied between the lower potential Uz- of the direct voltage and electrical ground, that is to say zero potential.
  • the inductance L of the coil is between the lower potential Uz der
  • DC voltage and electrical ground that is to say zero potential, are supplied with existing voltage, a shunt resistor Rs being arranged in the supply line of the inductance L, the first connection of which is connected to the electrical ground, in particular zero potential, and the other connection to the inductance L.
  • a free-wheeling diode is connected in parallel to each of the two semiconductor switches (T1, T2).
  • Control electronics implemented as signal electronics, generate the control signals (3, 6) for the two semiconductor switches T1 and T2.
  • the control electronics 2 is a voltage divider, which consists of a
  • the control electronics 2 generate such a pulse-width-modulated control signal 3 for the upper half-liter switch T 1 that this one for energizing the coil of the coil
  • This voltage value is, for example, 200 volts, regardless of the direct voltage actually provided by the rectifier. So that's a
  • the course of the current detected by means of the shunt resistance is monitored. As soon as the armature disc begins to move, the There is a kink or a brief dip because the inductance of the coil changes.
  • the course can be determined as precisely as possible, in particular the current value of the kink, and from this the value of the air gap to be overcome by the armature disk, which is a measure of the abrasion of the
  • a varistor V1 is connected in parallel to the lower semiconductor switch T2. If the upper semiconductor switch T 1 is opened for de-excitation, the current of the coil is released via the varistor V1. The field generated by the coil is thus reduced and the spring element presses the armature disk onto the brake lining carrier in such a way that it is pressed against the braking surface.
  • control electronics actuate the lower semiconductor switch T2 in such a way that it closes and thus the current of the coil flows through the transistor and the magnetic field is thus reduced.
  • the lower semiconductor switch T2 can remain open to de-energize the coil or, alternatively, can be closed for faster de-energization.
  • the control electronics 2 Since the shunt resistor Rs is connected to the ground potential with its first connection, the control electronics 2 is able to detect the voltage drop across the shunt resistor without galvanic isolation, in order to determine the current flowing through the coil.
  • the upper semiconductor switch T1 As described above, the upper semiconductor switch T1
  • Control electronics 2 detected and a pulse width modulation ratio determined and a correspondingly modulated control signal is supplied to the upper semiconductor switch T1.
  • the voltage value can thus be controlled very precisely. If a variable voltage or a higher DC voltage is provided by the rectifier, the voltage value is provided in a controlled manner by means of the respectively adapted pulse width modulation ratio.
  • the current detected by means of the shunt resistor Rs is regulated to a desired value by means of a linear regulator, in particular a PI regulator, by again using the pulse width modulation ratio as the manipulated variable and thus providing a corresponding voltage to the coil.
  • the described diagnosis that is to say monitoring of the current profile
  • the current strength is carried out when the current profile kinks, that is to say the armature disk is lifted off, so that the wear on the brake can be determined.
  • the upper semiconductor switch T1 permanently closed, ie closed continuously.
  • the highest possible voltage is effective in order to cause the steepest possible current rise.
  • the period of time is so short that the kink cannot be reached in the course of the current. Then the voltage value for the first time period is described using the
  • Voltage control is provided and the current control is carried out again in the second period.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Stopping Of Electric Motors (AREA)
  • Braking Arrangements (AREA)

Abstract

Antriebssystem und Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems, aufweisend eine elektromagnetisch betätigbare Bremse, einen Elektromotor (M) und eine elektronische Schaltung, wobei die Bremse eine bestrombare Spule (L), insbesondere Bremsspule, aufweist, wobei die elektronische Schaltung einen Gleichrichter (1), einen oberen steuerbaren Halbleiterschalter (T1), eine Freilaufdiode (D1) und einen Varistor (V1) aufweist, wobei mittels Schließen oder pulsweitenmoduliertem Ansteuern des oberen steuerbaren Halbleiterschalters (T1) der Spule (L) eine von dem Gleichrichter (1) bereitgestellte Gleichspannung (UZ+, UZ-) zur Verfügung stellbar ist und mittels Öffnen des oberen steuerbaren Halbleiterschalters (T1) ein bei der Entregung der Spule (L) von der Spule getriebener Strom durch die Freilaufdiode (D1) und den Varistor (V1) oder ein parallel zum Varistor (V1) geschaltetes Bauelement (T2) sich frei läuft und/ oder fließt.

Description

ANTRIEBSSYSTEM UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINES ANTRIEBSSYSTEMS MIT
ELEKTROMAGNETISCH BETÄTIGBRER BREMSE
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem und ein Verfahren zum Betreiben eines
Antriebssystems.
Es ist allgemein bekannt, eine Bremsspule einer elektromagnetisch betätigbaren Bremse mit Gleichstrom anzusteuern, um die Bremse zu lüften oder einfallen zu lassen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine effiziente Betriebsweise der Bremse zu erreichen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Antriebssystem nach den in Anspruch 1 und bei dem Verfahren nach den in Anspruch 12 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale bei dem Antriebssystem sind, dass es eine elektromagnetisch betätigbare Bremse, einen Elektromotor, insbesondere Drehstrommotor, und eine elektronische Schaltung aufweist, wobei die Bremse eine bestrombare Spule, insbesondere Bremsspule, aufweist, wobei die elektronische Schaltung einen Gleichrichter, einen oberen steuerbaren
Halbleiterschalter, eine Freilaufdiode und einen Varistor aufweist, wobei mittels Schließen oder pulsweitenmoduliertem Ansteuern eines oberen steuerbaren Halbleiterschalters der Spule eine von einem Gleichrichter bereitgestellte Gleichspannung zur Verfügung stellbar ist und mittels Öffnen des oberen steuerbaren Halbleiterschalters ein bei der Entregung der Spule von der Spule getriebener Strom durch die Freilaufdiode und den Varistor oder ein parallel zum Varistor geschaltetes Bauelement sich freiläuft und/oder fließt. Von Vorteil ist dabei, dass die Bremse effektiv betreibbar ist. Denn die Bremse ist infolge der über den oberen Halbleiterschalter gesteuerten Leistungszufuhr unter definierten
Bedingungen überwachbar auf Verschleiß, weil anfangs die der Bremse bereit gestellte Spannung auf einen Spannungswert steuerbar ist. Außerdem ist eine schnelle Entregung der Bremse ermöglicht, indem ein Varistor verwendet wird, also ein Bauteil, dessen Widerstand bei kleinen Spannungen zunächst hochohmig ist und bei großer Spannung dann niederohmig wird. Außerdem ist parallel zum Varistor ein Bauelement vorhanden, das als Halbleiterschalter ausführbar ist und somit in einen noch niedrigeren Widerstandbereich steuerbar ist. Mittels des geschlossenen Halbleiterschalters ist der Varistor im Wesentlichen kurzschließbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung bildet die Spule mit einem Shuntwiderstand und dem oberen steuerbaren Halbleiterschalter eine Reihenschaltung, welche aus der Gleichspannung versorgt ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Strom in einfacher Weise erfassbar ist. Außerdem ist der Shuntwiderstand auf Nullpotential anordenbar, so dass die Steuerelektronik ebenfalls auf Nullpotential anordenbar ist und daher keine galvanische Trennung zwischen dem
Shuntwiderstand und der Steuerelektronik notwendig ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung bildet die Freilaufdiode mit dem Varistor eine
Reihenschaltung, welche der aus der Spule und dem Shuntwiderstand gebildeten
Reihenschaltung parallelgeschaltet ist. Von Vorteil ist dabei, dass der bei der Entregung sich freilaufende Strom über die Diode und den Varistor geführt ist. Somit ist der Strom nur bei der Entregung auf diesem Pfad führbar, nicht aber beim Bestromen der Spule.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Bauelement ein unterer steuerbarer
Halbleiterschalter, insbesondere wobei bei Schließen des unteren steuerbaren Halbeliterschalters der von der Spule bei deren Entregung getriebene Strom ganz oder im Wesentlichen durch den unteren Halbleiterschalter fließt, insbesondere also der Varistor hochohmig bleibt. Von Vorteil ist dabei, dass ein schnelles Entregen der Spule ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Freilaufdiode mit einem ersten Anschluss mit dem unteren Potential der Gleichspannung verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass der untere Halbleiterschalter über die Freilaufdiode geschützt ist. Außerdem ist zwischen Kollektor und Emitter des jeweiligen Halbleiterschalters eine weitere Freilaufdiode angeordnet, so dass beim Schalten des Halbleiterschalters der Aufbau von hohen Spannungen vermieden wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Shuntwiderstand mit einem ersten Anschluss sowohl mit dem unteren Halbleiterschalter als auch mit dem oberen Halbleiterschalter verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass der Shuntwiderstand mit dem Nullpotential verbunden ist und somit keine galvanische Entkopplung zwischen der Steuerelektronik und dem
Shuntwiderstand notwendig ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung erzeugt eine Steuerelektronik das Ansteuersignal für den oberen Halbleiterschalter und das Ansteuersignal für den unteren Halbleiterschalter und erfasst die Gleichspannung sowie die am Shuntwiderstand abfallende Spannung
insbesondere als durch die Spule fließender Strom, insbesondere wobei die Spannung zwischen dem oberen Potential der Gleichspannung und einem Nullpotential mittels eines insbesondere aus zwei Widerständen gebildeten
Spannungsteilers herabgeteilt erfasst wird. Von Vorteil ist dabei, dass die Steuerelektronik den Betrieb der Bremse steuert. Dabei wird beim Bestromen oder beim Entregen der Spule der jeweilige Halbleiterschalter betätigt. Insbesondere ist auch ein pulsweitenmoduliertes
Ansteuern des oberen Halbleiterschalters ausführbar. Außerdem wird der untere
Halbleiterschalter nur dann angesteuert, wenn entsprechende Parameter zur
Schnellentregung bei Inbetriebnahme des Antriebssystems eingegeben sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Steuerelektronik einen ersten Regler auf, welchem die an der Spule direkt oder herabgeteilt erfasste Spannung auf einen
Spannungswert, insbesondere Sollwert hin regelt, indem der erste Regler als Stellgröße das Pulsweitenmodulationsverhältnis des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals des oberen Halbleiterschalters aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass der Spannungswert für eine erste Zeitdauer konstant gehalten wird, so dass während dieser Zeitdauer eine Diagnose der Bremse unter definierten Randbedingungen ausführbar ist. Dabei ist der Stromverlauf überwachbar und somit ein durch das Losbewegen der Ankerscheibe bewirktes und somit durch die zugehörige Induktivitätsänderung bewirktes Einknicken des Stromverlaufs detektierbar. Der zugehörige Stromwert ist als Anfangswert für eine nachfolgende Regelung verwendbar. Bei einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung stellt die Steuerelektronik der Spule einen Spannungswert bereit, indem abhängig von der herabgeteilt erfassten Spannung,
insbesondere zwischen dem oberen Potential der Gleichspannung des Gleichrichters und dem Nullpotential, ein Pulsweitenmodulationsverhältnis des Ansteuersignals für den oberen Halbleiterschalter bestimmt wird, insbesondere also die Spannung gesteuert wird. Von Vorteil ist dabei, dass der Spannungswert gesteuert bereitgestellt wird. Dabei ist ein effizientes Betreiben der Bremse ermöglicht, da der Verschleiß der Bremsbeläge bestimmbar ist und die Bremse entsprechend betreibbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Steuerelektronik einen zweiten Regler auf, welcher den mittels des Shuntwiderstands erfassten Strom auf einen Sollstrom hin regelt, indem der zweite Regler als Stellgröße das Pulsweitenmodulationsverhältnis des
pulsweitenmodulierten Ansteuersignals des oberen Halbleiterschalters aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass ein stromgeregeltes Betreiben ermöglicht ist und somit ein energiesparender und somit effizienter Dauerbetrieb ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Steuerelektronik ein Umschaltemittel auf, welches entweder den ersten oder den zweiten Regler aktiviert, insbesondere und den jeweils anderen deaktiviert. Von Vorteil ist dabei, dass einerseits eine Diagnose des Zustands des Bremsbelags ermöglicht ist und andererseits ein effizienter Dauerbetrieb ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Steuerelektronik ein Mittel zur Bestimmung des Verschleißes eines Bremsbelags eines Bremsbelagträgers der Bremse auf, welchem der mittels des Shuntwiderstandes erfasste Verlauf des erfassten Stroms zugeführt wird und welches ein Mittel zur Bestimmung eines Knicks im Verlauf und des Strombetrags beim Knick aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass eine Bestimmung des Verschleißes des Bremsbelags einfach und sicher, also effizient, ausführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Anschluss des Shuntwiderstands mit dem
Nullpotential elektrisch verbunden, insbesondere wobei die Steuerelektronik aus einer Versorgungsspannung versorgt ist, deren unteres Potential das Nullpotential ist, insbesondere so, dass die am Shuntwiderstand abfallende Spannung der Steuerelektronik direkt, insbesondere also ohne galvanische Trennung, zugeführt wird zur Erfassung insbesondere des durch die Spule fließenden Stromes. Von Vorteil ist dabei, dass eine galvanische Entkopplung einsparbar ist.
Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems sind, dass das Antriebssystem eine elektromagnetisch betätigbare Bremse aufweist, welche eine Spule aufweist, wobei in einem ersten Verfahrensschritt die an der Spule anliegende Spannung auf einen Spannungswert hingesteuert wird, insbesondere indem abhängig von einer herabgeteilt erfassten Spannung, insbesondere zwischen oberem Potential der von einem Gleichrichter bereit gestellten Gleichspannung und einem Nullpotential, ein Pulsweitenmodulationsverhältnis für dasjenige pulsweitenmodulierte Ansteuersignal bestimmt wird, welches einem oberen Halbleiterschalter zugeführt wird, so dass die an der Spule anliegende Spannung den Spannungswert erreicht, und dass in einem zweiten nach dem ersten Verfahrensschritt nachfolgenden
Verfahrensschritt der durch die Spule fließende Strom, insbesondere mittels eines
Shuntwiderstands, erfasst und auf einen Sollwert hin geregelt wird, insbesondere indem ein Pulsweitenmodulationsverhältnis für dasjenige pulsweitenmodulierte Ansteuersignal bestimmt wird, welches einem oberen Halbleiterschalter zugeführt wird, so dass der durch die Spule fließende Strom auf den Sollwert hin geregelt wird.
Von Vorteil ist dabei, dass anfangs ein Spannungswert der Spule gesteuert bereitgestellt wird und somit eine definierte Spannung der Spule zur Verfügung steht, so dass der Stromverlauf präzise bestimmbar ist und somit ein Einknicken präzise bestimmbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vor dem ersten Verfahrensschritt der Spule die vom Gleichrichter bereit gestellte Spannung für eine Zeitspanne (T 1) zur Verfügung gestellt. Von Vorteil ist dabei, dass der Spulenstrom zu Beginn möglichst schnell aufbaubar ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird während des ersten Verfahrensschritts der Verlauf des durch die Spule fließenden Stroms erfasst und der bei einem Einknicken oder Einbrechen des zeitlichen Verlaufs des durch die Spule fließenden Stroms gehörige Wert des Stromes bestimmt. Von Vorteil ist dabei, dass ein Bestimmen des Einknickens des Stromverlaufs beim Abheben der Ankerscheibe einfach bestimmbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Strom mittels eines Shuntwiderstands erfasst wird, der auf demselben Potential, insbesondere Nullpotential, angeordnet wie auch die das
Steuern oder Regeln ausführende Signalelektronik des Antriebssystems. Von Vorteil ist dabei, dass eine galvanische T rennung einsparbar ist.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen
Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:
In der Figur 1 ist ein schematischer Schaltplan einer erfindungsgemäßen
Bremsenansteuerung eines Antriebssystems dargestellt.
Wie in den Figuren dargestellt, weist das Antriebssystem einen Elektromotor M und eine elektromagnetisch betätigbare Bremse auf, wobei das von der Bremse erzeugte
Bremsmoment dem Rotor des Elektromotors zugeleitet wird.
Die Bremse weist eine Spule mit Induktivität L auf, welche bei Bestromung eine Ankerscheibe entgegen der von einem Federelement erzeugten Federkraft anzieht, so dass ein mit dem Rotor drehfest aber axial verschiebbar verbundener Bremsbelagträger sich von einer
Bremsfläche lösen kann. Die Bremsfläche ist fest verbunden mit der Spule Die Ankerscheibe ist drehfest aber axial bewegbar mit der Spule verbunden. Bei Nichtbestromung der Spule wird die Ankerscheibe von dem Federelement gegen den Bremsbelagträger gedrückt, welcher somit auf die Bremsfläche gedrückt wird. Dabei ist die Bremsfläche auf der von der
Ankerscheibe abgewandten Seite des Bremsbelagträgers angeordnet.
Zum Lüften der Bremse muss die Spule also bestromt werden, zum Einfallen der Bremse muss die Spule unbestromt, also entregt werden. Je schneller die Entregung, also der Abbau von durch die Spule fließendem Strom, erreicht wird, desto schneller fällt die Bremse ein.
Die Bremsenansteuerung weist einen Gleichrichter 1 auf, welcher aus zwei Phasen eines Drehstromspannungsnetzes (L1 , L2) versorgt wird.
Der Gleichrichter 1 stellt somit an seinem gleichspannungsseitigen Anschluss eine
Gleichspannung zur Verfügung, welche als Zwischenkreisspannung bezeichenbar ist. und ein oberes Potentials Uz+ aufweist sowie ein unteres Potential Uz- Aus der Gleichspannung ist eine Reihenschaltung versorgt, welche einen oberen Halbleiterschalter T1 , einen unteren Halbleiterschalter T2 und eine Diode D1 aufweist.
Der obere Halbleiterschalter T1 ist dabei zwischen dem oberen Potential Uz+ der
Gleichspannung und elektrisch Masse, also Nullpotential, versorgt. Der untere Halbleiterschalter T2 ist mit der Diode D1 in Reihen angeordnet, wobei diese Reihenschaltung zwischen dem unteren Potential Uz- der Gleichspannung und elektrisch Masse, also Nullpotential, versorgt ist.
Die Induktivität L der Spule ist aus der zwischen dem unteren Potential Uz- der
Gleichspannung und elektrisch Masse, also Nullpotential, bestehenden Spannung versorgt, wobei in der Zuleitung der Induktivität L ein Shuntwiderstand Rs angeordnet ist, welcher mit seinem ersten Anschluss mit der elektrischen Masse, insbesondere Nullpotential, verbunden ist und mit dem anderen Anschluss mit der Induktivität L.
Jedem der beiden Halbleiterschalter (T1 , T2) ist jeweils eine Freilaufdiode parallelgeschaltet.
Eine als Signalelektronik realisierte Steuerelektronik 2 erzeugt die Ansteuersignale (3, 6) für die beiden Halbleiterschalter T1 und T2.
Der Steuerelektronik 2 wird die über einen Spannungsteiler, welcher aus einer
Reihenschaltung aus einem ersten Widerstand R1 und einem zweiten Widerstand R2 gebildet ist, herabgeteilte Spannung zugeführt, welche zwischen dem oberen Potential Uz+ und elektrisch Masse besteht. Die herabgeteilte Spannung wird erfasst.
Die Steuerelektronik 2 erzeugt ein derart pulsweitenmoduliertes Ansteuersignal 3 für den oberen Halbeliterschalter T 1 , dass dieser zur Bestromung der Spule der Spule einen
Spannungswert zur Verfügung stellt, der kleiner ist als der Betrag der Spannung zwischen dem oberen Potential Uz+ und elektrisch Masse.
Dieser Spannungswert ist beispielsweise 200 Volt unabhängig von der wirklich von dem Gleichrichter zur Verfügung gestellten Gleichspannung. Somit ist also ein
Weitspannungsbetrieb in verschiedenen Dreh ström netzen ermöglicht. Dabei bleibt der Spannungswert jedoch stets derselbe. Auf diese Weise ist eine Diagnose der Bremse beim einleiten des Lüftvorgangs ermöglicht. Denn nach dem Einschalten der Bremse, also
Bereitstellen des Spannungswertes, wird der Verlauf des mittels des Shuntwiderstandes erfassten Stromes überwacht. Sobald die Ankerscheibe sich zu bewegen anfängt, weist der Verlauf einen Knick oder kurzzeitigen Einbruch auf, weil die Induktivität der Spule sich dabei ändert.
Da der Spannungswert sehr exakt vorgebbar ist, ist ein möglichst genaues Bestimmen des Verlaufs ermöglicht, insbesondere des Stromwertes des Knicks, und daraus der Wert des von der Ankerscheibe zu überwindenden Luftspalts, welcher ein Maß für den Abrieb der
Bremsbeläge des Bremsbelagträgers darstellt.
Ein möglichst präzises Erzeugen des Spannungswertes ist daher wichtig für eine möglichst genaue Bestimmung des Abriebs.
Dem unteren Halbleiterschalter T2 ist ein Varistor V1 parallel zugeschaltet. Wird zur Entregung der obere Halbleiterschalter T 1 geöffnet, läuft sich der Strom der Spule über den Varistor V1 frei. Somit wird das von der Spule erzeugte Feld abgebaut und das Federelement drückt die Ankerscheibe auf den Bremsbelagträger derart, dass dieser gegen die Bremsfläche gedrückt wird.
Wird jedoch eine schnellere Entregung der Spule vorgegeben, steuert die Steuerelektronik den unteren Halbleiterschalter T2 derart an, dass dieser schließt und somit der Strom der Spule über den Transistor fließt und somit das Magnetfeld abgebaut wird.
Wird also der obere Halbleiterschalter T1 geöffnet, kann der untere Halbleiterschalter T2 zur Entregung der Spule geöffnet bleiben oder alternativ zur schnelleren Entregung geschlossen werden.
Da der Shuntwiderstand Rs mit seinem ersten Anschluss mit dem Massepotential verbunden ist, ist die Steuerelektronik 2 ohne galvanische Trennung in der Lage, die am Shuntwiderstand abfallende Spannung zu erfassen, um somit den durch die Spule fließenden Strom zu bestimmen.
Wie oben beschrieben, wird zum Lüften der Spule der obere Halbleiterschalter T1
geschlossen, wobei zuvor auf jeden Fall der untere Halbleiterschalter T2 geöffnet wird. ln einem ersten Zeitabschnitt wird dann die herabgeteilte erfasste Spannung von der
Steuerelektronik 2 erfasst und ein Pulsweitenmodulationsverhältnis bestimmt und ein entsprechend moduliertes Ansteuersignal dem oberen Halbleiterschalter T1 zugeführt wird. Somit ist der Spannungswert sehr genau steuerbar. Wenn also vom Gleichrichter eine variable Spannung oder eine höhere Gleichspannung bereitgestellt wird, wird mittels des jeweils angepassten Pulsweitenmodulationsverhältnisses der Spannungswert gesteuert bereitgestellt.
In einem auf den ersten Zeitabschnitt nachfolgenden zweiten Zeitabschnitt wird eine
Stromregelung ausgeführt. Dabei wird der mittels des Shuntwiderstands Rs erfasste Strom mittels eines linearen Reglers, insbesondere PI-Regler, auf einen Sollwert hin geregelt, indem als Stellwert wiederum das Pulsweitenmodulationsverhältnis verwendet wird und somit eine entsprechende Spannung der Spule bereitgestellt wird.
Während des ersten Zeitabschnitts wird die beschrieben Diagnose, also Überwachung des Stromverlaufs ausgeführt und die Stromstärke beim Knick des Stromverlaufs, also das Abheben der Ankerscheibe, ausgeführt, so dass der Verschleiß der Bremse bestimmbar ist.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird beim Lüften vor dem
beschriebenen ersten Zeitabschnitt zunächst für eine Zeitspanne der obere Halbleiterschalter T1 dauerhaft geschlossen, also ununterbrochen geschlossen. Somit ist die höchstmöglich verfügbare Spannung wirksam, um einen möglichst steilen Stromanstieg zu bewirken. Die Zeitspanne ist derart kurz gewählt, dass der Knick im Stromverlauf nicht erreichbar ist. Danach wird für den ersten Zeitabschnitt der Spannungswert mittels der beschriebenen
Spannungssteuerung bereitgestellt und nachfolgend im zweiten Zeitabschnitt wiederum die Stromregelung ausgeführt.
Bezugszeichenliste
1 Gleichrichter
2 Steuerelektronik
3 Ansteuersignal für oberen Halbleiterschalter
4 herabgeteilte Zwischenkreisspannung
5 Spannung am Shuntwiderstand
6 Ansteuersignal für oberen Halbleiterschalter
Rs Shuntwiderstand
R1 erster Widerstand
R2 zweiter Widerstand
T1 oberer Halbleiterschalter
T2 unterer Halbleiterschalter
D1 Diode
V1 Varistor
L Induktivität der Bremsspule
Uz+ oberes Potential der Zwischenkreisspannung Uz- unteres Potential der Zwischenkreisspannung M Elektromotor

Claims

Patentansprüche:
1. Antriebssystem, aufweisend eine elektromagnetisch betätigbare Bremse, einen
Elektromotor, insbesondere Drehstrommotor, und eine elektronische Schaltung, wobei die Bremse eine bestrombare Spule, insbesondere Bremsspule, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung einen Gleichrichter, einen oberen steuerbaren Halbleiterschalter, eine Freilaufdiode und einen Varistor aufweist, wobei mittels Schließen oder pulsweitenmoduliertem Ansteuern eines oberen steuerbaren Halbleiterschalters der Spule eine von einem Gleichrichter bereitgestellte Gleichspannung zur Verfügung stellbar ist und mittels Öffnen des oberen steuerbaren Halbleiterschalters ein bei der Entregung der Spule von der Spule getriebener Strom durch die Freilaufdiode und den Varistor oder ein parallel zum Varistor geschaltetes Bauelement sich freiläuft und/oder fließt.
2. Antriebssystem nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Spule mit einem Shuntwiderstand und dem oberen steuerbaren Halbleiterschalter eine Reihenschaltung bildet, welche aus der Gleichspannung versorgt ist, und/oder dass die Freilaufdiode mit dem Varistor eine Reihenschaltung bildet, welche der aus der Spule und dem Shuntwiderstand gebildeten Reihenschaltung parallelgeschaltet ist.
3. Antriebssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bauelement ein unterer steuerbarer Halbleiterschalter ist, insbesondere wobei bei Schließen des unteren steuerbaren Halbeliterschalters der von der Spule bei deren Entregung getriebene Strom ganz oder im Wesentlichen durch den unteren Halbleiterschalter fließt, insbesondere also der Varistor hochohmig bleibt.
4. Antriebssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Freilaufdiode mit einem ersten Anschluss mit dem unteren Potential der Gleichspannung verbunden ist.
5. Antriebssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Shuntwiderstand mit einem ersten Anschluss sowohl mit dem unteren Halbleiterschalter als auch mit dem oberen Halbleiterschalter verbunden ist.
6. Antriebssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Steuerelektronik das Ansteuersignal für den oberen Halbleiterschalter und das
Ansteuersignal für den unteren Halbleiterschalter erzeugt und die Gleichspannung sowie die am Shuntwiderstand abfallende Spannung insbesondere als durch die Spule fließender Strom erfasst, insbesondere wobei die Spannung zwischen dem oberen Potential der Gleichspannung und einem Nullpotential mittels eines insbesondere aus zwei Widerständen gebildeten
Spannungsteilers herabgeteilt erfasst wird.
7. Antriebssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuerelektronik einen ersten Regler aufweist, welchem die an der Spule direkt oder herabgeteilt erfasste Spannung auf einen Spannungswert, insbesondere Sollwert hin regelt, indem der erste Regler als Stellgröße das Pulsweitenmodulationsverhältnis des
pulsweitenmodulierten Ansteuersignals des oberen Halbleiterschalters aufweist oder dass die Steuerelektronik der Spule einen Spannungswert bereit stellt, indem abhängig von der herabgeteilt erfassten Spannung, insbesondere zwischen dem oberen Potential der
Gleichspannung des Gleichrichters und dem Nullpotential, ein
Pulsweitenmodulationsverhältnis des Ansteuersignals für den oberen Halbleiterschalter bestimmt wird, insbesondere also die Spannung gesteuert wird.
8. Antriebssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuerelektronik einen zweiten Regler aufweist, welcher den mittels des Shuntwiderstands erfasste Strom auf einen Sollstrom hin regelt, indem der zweite Regler als Stellgröße das Pulsweitenmodulationsverhältnis des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals des oberen Halbleiterschalters aufweist.
9. Antriebssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
wobei die Steuerelektronik ein Umschaltemittel aufweist, welches entweder des ersten oder den zweiten Regler aktiviert, insbesondere und den jeweils anderen deaktiviert.
10. Antriebssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuerelektronik ein Mittel zur Bestimmung des Verschleißes eines Bremsbelags eines Bremsbelagträgers der Bremse aufweist, welchem der mittels des Shuntwiderstandes erfasste Verlauf des erfassten Stroms zugeführt wird und welches ein Mittel zur Bestimmung eines Knicks im Verlauf und des Strombetrags beim Knick aufweist.
11. Antriebssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Anschluss des Shuntwiderstands mit dem Nullpotential elektrisch verbunden ist, insbesondere wobei die Steuerelektronik aus einer Versorgungsspannung versorgt ist, deren unteres Potential das Nullpotential ist, insbesondere so, dass die am Shuntwiderstand abfallende Spannung der Steuerelektronik direkt, insbesondere also ohne galvanische Trennung, zugeführt wird zur Erfassung insbesondere des durch die Spule fließenden Stromes.
12. Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems, insbesondere nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Antriebssystem eine elektromagnetisch betätigbare Bremse aufweist, welche eine Spule aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt die an der Spule anliegende Spannung auf einen
Spannungswert hingesteuert wird, insbesondere indem abhängig von einer herabgeteilt erfassten Spannung, insbesondere zwischen oberem Potential der von einem Gleichrichter bereit gestellten Gleichspannung und einem Nullpotential, ein Pulsweitenmodulationsverhältnis für dasjenige pulsweitenmodulierte Ansteuersignal bestimmt wird, welches einem oberen Halbleiterschalter zugeführt wird, so dass die an der Spule anliegende Spannung den Spannungswert erreicht, und dass in einem zweiten nach dem ersten Verfahrensschritt nachfolgenden
Verfahrensschritt der durch die Spule fließende Strom, insbesondere mittels eines
Shuntwiderstands, erfasst und auf einen Sollwert hin geregelt wird, insbesondere indem ein Pulsweitenmodulationsverhältnis für dasjenige pulsweitenmodulierte Ansteuersignal bestimmt wird, welches einem oberen Halbleiterschalter zugeführt wird, so dass der durch die Spule fließende Strom auf den Sollwert hin geregelt wird.
13. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
vor dem ersten Verfahrensschritt der Spule die vom Gleichrichter bereit gestellte Spannung für eine Zeitspanne (T1) zur Verfügung gestellt wird.
14. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
während des ersten Verfahrensschritts der Verlauf des durch die Spule fließenden Stroms erfasst und der bei einem Einknicken oder Einbrechen des zeitlichen Verlaufs des durch die Spule fließenden Stroms gehörige Wert des Stromes bestimmt wird.
15. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Strom mittels eines Shuntwiderstands erfasst wird, der auf demselben Potential, insbesondere Nullpotential, angeordnet ist wie auch die das Steuern oder Regeln ausführende Signalelektronik des Antriebssystems.
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