EP3947229A1 - Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung zum unterbrechen einer drehmomenterzeugung durch eine von einer leistungsversorgungseinrichtung versorgte antriebsmaschine einer aufzuganlage - Google Patents

Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung zum unterbrechen einer drehmomenterzeugung durch eine von einer leistungsversorgungseinrichtung versorgte antriebsmaschine einer aufzuganlage

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EP3947229A1
EP3947229A1 EP20714610.1A EP20714610A EP3947229A1 EP 3947229 A1 EP3947229 A1 EP 3947229A1 EP 20714610 A EP20714610 A EP 20714610A EP 3947229 A1 EP3947229 A1 EP 3947229A1
Authority
EP
European Patent Office
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signal
power
control
input
safety
Prior art date
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Pending
Application number
EP20714610.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Adrian SCHALLER
Thomas Eilinger
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.)
Inventio AG
Original Assignee
Inventio AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Inventio AG filed Critical Inventio AG
Publication of EP3947229A1 publication Critical patent/EP3947229A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66B—ELEVATORS; ESCALATORS OR MOVING WALKWAYS
    • B66B1/00—Control systems of elevators in general
    • B66B1/24—Control systems with regulation, i.e. with retroactive action, for influencing travelling speed, acceleration, or deceleration
    • B66B1/28—Control systems with regulation, i.e. with retroactive action, for influencing travelling speed, acceleration, or deceleration electrical
    • B66B1/30—Control systems with regulation, i.e. with retroactive action, for influencing travelling speed, acceleration, or deceleration electrical effective on driving gear, e.g. acting on power electronics, on inverter or rectifier controlled motor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66B—ELEVATORS; ESCALATORS OR MOVING WALKWAYS
    • B66B1/00—Control systems of elevators in general
    • B66B1/24—Control systems with regulation, i.e. with retroactive action, for influencing travelling speed, acceleration, or deceleration
    • B66B1/28—Control systems with regulation, i.e. with retroactive action, for influencing travelling speed, acceleration, or deceleration electrical
    • B66B1/30—Control systems with regulation, i.e. with retroactive action, for influencing travelling speed, acceleration, or deceleration electrical effective on driving gear, e.g. acting on power electronics, on inverter or rectifier controlled motor
    • B66B1/308—Control systems with regulation, i.e. with retroactive action, for influencing travelling speed, acceleration, or deceleration electrical effective on driving gear, e.g. acting on power electronics, on inverter or rectifier controlled motor with AC powered elevator drive
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66B—ELEVATORS; ESCALATORS OR MOVING WALKWAYS
    • B66B11/00—Main component parts of lifts in, or associated with, buildings or other structures
    • B66B11/04—Driving gear ; Details thereof, e.g. seals
    • B66B11/043—Driving gear ; Details thereof, e.g. seals actuated by rotating motor; Details, e.g. ventilation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66B—ELEVATORS; ESCALATORS OR MOVING WALKWAYS
    • B66B5/00—Applications of checking, fault-correcting, or safety devices in elevators
    • B66B5/02—Applications of checking, fault-correcting, or safety devices in elevators responsive to abnormal operating conditions
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P3/00—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters
    • H02P3/06—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter
    • H02P3/18—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing an ac motor

Definitions

  • Safety torque shut-off device for interrupting a
  • the present invention relates to a safety torque cut-off device for interrupting a torque generation by one of a
  • the invention also relates to an inverter device for providing electrical drive power for a drive machine of an elevator system and to an elevator system equipped therewith.
  • an elevator car is typically built using a
  • the drive machine is shifted vertically between different height levels to stop positions on different floors where passengers should be able to get into and out of the elevator car. In order not to endanger the passengers, it must be ensured that the elevator car is not shifted any further while a passenger is getting on or off.
  • regulations such as the European standard EN81-20: 2014 may require that suitable technical measures are used to ensure that torque generation by the drive machine is reliable, for example in response to a predetermined signal from a safety chain of the elevator system can be temporarily prevented. It may be required here that the technical measures to be used must result in the drive machine not being able to be supplied with electrical drive power during a period in which the predetermined signal is output.
  • Technical devices that can be used to reliably interrupt a torque generation by a drive machine are also referred to as safety torque shut-off devices or STO (safety torque off).
  • CN 104355195 describes a safety torque cut-off circuit and an elevator safety control system. This is done in response to a Control signal temporarily interrupted a power supply to a power unit that supplies a drive machine.
  • Power supply device supplied drive machine of an elevator system can be reliably and temporarily interrupted and which is simple and inexpensive to set up, install and / or maintain. Furthermore, there may be a need for an inverter device with the aid of which electrical drive power can be provided for a drive machine of an elevator system and the provision of the drive power can be temporarily interrupted in a targeted, reliable and / or simple manner. Finally, there may be a need for an elevator installation with such an inverter device.
  • a safety torque switch-off device for interrupting a torque generation by a drive machine of an elevator system, which is supplied by a power supply device.
  • the power supply device here has a
  • the power supply device is configured in such a way that electrical power applied to the power input is at least partially passed on to the power output in a controlled manner by the power switches and the power switches are passed on by the driver circuit as a function of signals sent by a signal generator device via a first plurality of signal outputs to signal inputs of the driver circuit can be created.
  • Safety torque shut-off device has a control input and a second plurality of signal input connections and signal output connections. Each of the signal outputs of the signal generator device is connected to one of the
  • Signal input connections can be connected and each of the signal inputs of the Driver circuit can be connected to one of the signal output connections.
  • Each of the signal input connections is in each case via a first and a second signal transmission switch connected in series with an associated one of the
  • Signal output terminals can be electrically connected in that both the first signal transmission switch and the second signal transmission switch are switched to a conductive switching state.
  • the control input is electrically connected to a first and a second control unit, the first control unit switching the switching states of all first signal transmission switches controlled by a control signal applied to the control input and the second control unit switching switching states of all second signal transmission switches controlled by the control signal applied to the control input.
  • an inverter device for providing electrical drive power for a drive machine of an elevator installation.
  • the inverter device has a
  • Signal generating device a power supply device and a
  • the signal generator device is configured to generate control signals, the signal generator device having a first plurality of signal outputs.
  • the power supply device is with a
  • Power input a power output, several connected to the power input and the power output power switches and a driver circuit that controls the power switch.
  • the power supply device is configured in such a way that electrical power applied to the power input is at least partially passed on to the power output, controlled by the power switch, and the power switch is passed on to the power output by the driver circuit as a function of signals sent by a signal generator device via a first plurality of signal outputs to the signal inputs of the Driver circuit are applied, can be controlled.
  • each of the signal outputs of the signal generator device is to be connected to one of the signal input connections and each of the signal inputs of the driver circuit to one of the
  • an elevator installation which has an inverter device according to an embodiment of the second aspect of the invention, a main power source for providing electrical power at the power input of the power supply device of FIG
  • Inverter device and an electric drive machine, which is connected to the power output of the power supply device.
  • CN 104355195 is a prior art
  • Performance unit meet the high security requirements.
  • this hardware must be able to cope with the high electrical power to be regulated by the power supply and be able to reliably interrupt it temporarily if necessary
  • the safety torque cut-off device described herein is used to cause the power supply device, for example an inverter device, to temporarily not forward any electrical power to a drive machine connected to it, although the power supply device itself is uninterrupted by a
  • Main power source can be supplied with electrical power.
  • the safety torque shut-off device is configured to interact with a driver circuit which controls power switches in the power supply device.
  • the driver circuit can be part of an inverter which, in addition to the driver circuit, also includes the one to be controlled by it
  • Power supply device with the power switches and possibly further electronics can include.
  • a driver circuit generally serves to control the function of the power switches in the power supply device as a function of signals applied to the driver circuit.
  • the signals are generally generated by a signal generating device such as a digital signal processor (DSP) in an inverter control and applied to signal inputs of the driver circuit.
  • DSP digital signal processor
  • the driver circuit can then switch power switches such as several IGBTs
  • Bipolar transistor with insulated gate electrode (English: insulated-gate bipolar transistor, IGBT for short)) in the power supply device to cause it to pass on at least part of the electrical power made available by the main power source to the drive machine of the elevator system .
  • the safety torque cut-off device proposed herein is connected between the signal generator device and the driver circuit of the power supply device.
  • the safety torque shut-off device serves to forward the signals generated by the signal generator device to the driver circuit.
  • the safety torque shut-off device is additionally configured to be able to temporarily and reliably interrupt a forwarding of signals generated by the signal generator device to the driver circuit in a controllable manner.
  • the safety torque shut-off device has at least one control input and a plurality of signal input connections and signal output connections, referred to herein as a second plurality.
  • the second plurality is the same size or greater than the first plurality of
  • Safety torque shut-off device at least as many signal input connections and signal output connections as there is on the signal generating device There are signal outputs. Accordingly, each of the signal outputs of the
  • Signal generating device can be connected to one of the signal input connections. Furthermore, each of the signal inputs of the driver circuit can be connected to one of the
  • a signal generator device which is designed for example with a digital signal processor, has at least six signal outputs in order to be able to control the three phases with two power switches of a three-phase current used for power supply in the power supply device in the desired manner.
  • the safety torque shut-off device is accordingly to be equipped with six or more signal input connections and six or more signal output connections
  • Signals present in the signal generator device can thus be passed on from the signal input connections of the safety torque shut-off device connected to them to their signal output connections. From there, the signals are sent to the signal inputs of the driver circuit. In response to the signals received, the driver circuit can in turn control the power switch of the power supply device in a suitable manner to supply electrical power to the power output of the
  • a first and a second signal transmission switch are provided in the safety torque shut-off device between each of the signal input connections and the assigned signal output connection. These two signal transmission switches are connected to one another in series. Accordingly, when both signal transmission switches are switched to an electrically conductive switching state, an electrical connection between the respective signal input connection and the associated
  • Signal output connection can be established. However, if at least one of these If the signal transmission switch is open, that is to say switched to a non-electrically conductive switching state, an electrical connection between the respective signal input connection and the associated signal output connection is interrupted.
  • the first signal transmission switch is controlled by a first control unit and the second signal transmission switch is controlled by a second control unit. Both control units are electrically connected to the control input of the safety torque cut-off device and receive an applied control signal from this, according to which the switching states of the first and second signal transmission switches are then controlled. In this way, a high level of redundancy can be achieved in the safety torque shut-off device and thus the safety with which the safety torque shut-off device prevents the electrical transmission of signals from the signal generator device to the driver circuit if necessary.
  • electrically connected means that the connection is electrical, that is to say by means of an electrically conductive current path between the points to be connected.
  • An electromagnetic connection such as that produced by a transformer, is not an electrical connection for the purposes of this application.
  • the safety torque shut-off device can be configured in such a way that its signal transmission switches are only closed and thus signal transmission from the signal generator device to the driver circuit is only established when a corresponding signal is present at the control input of the safety torque shut-off device.
  • a signal can be an electrical voltage different from zero and thus represent a logical “1”. If there is no such signal at the control input, the first control unit should control all of the first signal transmission switches connected to it to open and the second control unit should control all of the second connected to it
  • Control signal transmission switch to open. This will make the electrical Connection between the signal input connections and the signal output connections interrupted.
  • each of the electrical feed-throughs is opened by opening signal transmission switches is interrupted when there is no signal at the control input of the safety torque cut-off device which explicitly instructs the signal transmission switch to close.
  • the safety torque shut-off device with its signal transmission switches and control units should be designed in such a way that, in the absence of a signal which indicates that no interruption of the torque generation by the drive machine is currently to be effected, the transmission of signals from the signal generator device to the driver circuit is automatically interrupted and in this way the power supply is interrupted by the power supply device to the prime mover, so that the prime mover can certainly not generate any torque.
  • Signal generating device can be activated, other circuit breakers in the power supply device can be excluded, since the safety torque cut-off device proposed here ensures that in the event of an interruption at least five connections are interrupted and thus at most one of the circuit breakers is still activated by the driver circuit. This is sufficient, since only one IGBT is controlled if there is a remaining connection. The alternator will in this case with the resultant
  • each of the signal transmission switches can be designed with a semiconductor switch which is conductive in a normal state, which in the absence of a
  • Control voltage at a gate connection causes an electrical connection between the signal input connection assigned to the signal transmission switch and a ground potential and, when the control voltage is applied to the gate connection, interrupts the electrical connection between the signal input connection assigned to the signal transmission switch and a ground potential.
  • each of the control units can be configured to apply the control voltage to the gate connections of all signal transmission switches assigned to the respective control unit as a function of the control signal applied to the control input.
  • the signal transmission switches of the safety torque cut-off device can be designed as semiconductor switches, for example in the form of MOSFETs, which in their normal state are electrically conductive, ie are normally conductive semiconductor switches.
  • Such semiconductor switches typically have three connections, which are often referred to as drain, source and gate.
  • a control voltage applied to the gate connection can decide whether or not an electrically conductive connection is established between the drain connection and the source connection. With one that acts electrically conductive in the normal state
  • Such a semiconductor switch has an electrical connection between the drain connection and the source connection without applying a control voltage to the gate connection, whereas such an electrical connection is interrupted when a control voltage is applied to the gate connection.
  • Such normally conductive semiconductor switches can advantageously be used for the embodiment mentioned, for example by connecting their drain connection to the
  • Signal input terminal of the safety torque shut-off device is connected and its source terminal is connected to a ground potential.
  • no control voltage is applied to the gate connection and the semiconductor switch is thus electrically conductive, a signal that may be generated by the signal generator device and applied to the signal input connection is inevitably transmitted via the
  • a normally conductive semiconductor switch connected in this way acts like one that is normally open, i.e. non-electrically conductive switch. Only when the control voltage is applied to the gate connection of the semiconductor switch is the electrical connection to the ground potential interrupted, so that the signal from the signal generator device that is present at the drain connection is transmitted to the
  • Signal output connection of the safety torque shut-off device can be forwarded.
  • two normally conductive semiconductor switches connected in series are switched between each of the signal input connections and the associated signal output connection. Even if one of these semiconductor switches is, for example, due to a defect despite missing
  • control signal should not establish an electrical connection with the ground potential, such an electrical connection will most likely be effected at least at the second semiconductor switch and, in the absence of a control signal, a derivation of the signal from the signal generating device to the ground potential will be ensured.
  • the first control unit is connected to the semiconductor switch, which is the first
  • Signal transmission switch serves, connected and delivers its control signal to its gate terminal
  • the second control unit is independently connected to the other semiconductor switch, which serves as a second signal transmission switch, and delivers its control signal to its gate terminal.
  • each of the control units can have an optocoupler which is configured for this, depending on the one on the
  • both the first control unit and the second control unit can each have an optocoupler.
  • Such an optocoupler can have two components which optically communicate with one another.
  • a first component can depend on the voltage applied to the control input of the safety torque cut-off device, i.e. by the control signal and, depending on the control signal received, causing the second component to generate the electrical control voltage with which the semiconductor switch at its gate terminal is controlled by optical communication.
  • a circuit in which the first component of the optocoupler is integrated is in this case galvanically decoupled from another circuit in which the second component of the optocoupler is received.
  • the control signal which is intended to indicate whether torque generation by the prime mover is to be momentarily interrupted or not, cannot undesirably influence the signals generated by the signal generator device and possibly forwarded to the driver circuit of the inverter.
  • the optocoupler can have a light source to be activated by the control signal applied to the control input and a photodiode unit that generates the control voltage through illumination by the light source.
  • the optocoupler can comprise a light source as the first component, for example in the form of an LED, which when the control signal is sent to the
  • Control input of the safety torque switch-off device is applied and thus the control unit containing the optocoupler is reached, activated and thus emits light.
  • the optocoupler can then have a photodiode unit which, when it is illuminated, generates an electrical voltage corresponding to the control voltage.
  • the light source and the photodiode unit can be positioned relative to one another and coordinated with one another in such a way that the light emitted by the light source when activated is received by the photodiode unit and stimulates it to generate the control voltage required to control the semiconductor switch.
  • the above-described photodiode unit can according to a specific
  • Embodiment have two photodiodes connected in series.
  • Each of the photodiodes can preferably generate only part of the required control voltage. Only through the series connection of the two photodiodes can the total required for controlling the semiconductor switches
  • Control voltage are generated. In this way, the safety of the entire circuit can be further increased, since the control voltage can only be generated by the optocoupler when the light source has been activated in response to an applied control signal and then both photodiodes due to the the light source received its share of the control voltage for the
  • the safety torque shut-off device can preferably be designed with hardware in accordance with a safety integrity level SIL3 and a hardware fault tolerance of at least 1.
  • the safety torque shut-off device can be constructed with particularly safe hardware components and these hardware components interact or be interconnected with one another in a particularly safe manner, so that the safety torque shut-off device with a hardware fault tolerance of at least 1 meets the requirements of a safety integrity level SIL3, as defined in the IEC 61508 standard .
  • the fulfillment of the safety integrity level SIL3 can be achieved, for example, with the hardware configurations described herein.
  • the safety torque switch-off device can also be designed without programmable components.
  • SFF Safe Failure Fraction
  • the safety torque shut-off device can preferably be equipped or constructed exclusively with components that are not are programmable and which therefore cannot change their functional or physical properties following an adaptable program.
  • the safety torque switch-off device can be designed with its hardware in such a way that it can be used for purposes in power supply devices for drive machines in different elevator systems without having to be adapted for a particular application by special software.
  • the hardware can be certified once for this purpose. Additional purpose-specific certifications can usually be omitted. In particular, this can reduce the maintenance effort.
  • Embodiments of the safety torque shut-off device described herein can be used advantageously in particular in inverter devices according to the second aspect of the invention in order to be able to interrupt a signal transmission between a signal generator device and a power supply device in a controlled manner.
  • the signal generator device can be designed as a DSP, which can generate PWM signals (pulse-width-modulated signals) adapted to requirements and transmit them to the driver circuit for controlling the power supply device.
  • PWM signals pulse-width-modulated signals
  • the power supply device can have an IGBT driver circuit and three upper and three lower IGBTs.
  • the IGBTs can be controlled by the IGBT driver circuit, depending on control signals generated by the signal generator device and passed through the safety torque shut-off device, to at least partially forward electrical power present at the power input to the power output in a controlled manner.
  • a part of an inverter serving as a power supply device for example, can have two sets of IGBTs, an upper set and a lower set each comprising three IGBTs.
  • Each of the IGBTs is controlled by the driver circuit, the driver circuit controlling the IGBTs as a function of the control signals it receives from the signal generating device.
  • Embodiments of the safety torque cut-off device described herein or the inverter device equipped with it can be used in an elevator system according to an embodiment of the third aspect of the invention in order to be able to ensure, if necessary, that the drive machine of the elevator system cannot temporarily generate any torque and thus the one driven by the drive machine Elevator cabin cannot be unintentionally shifted. In this way, safety can be increased during the operation of the elevator system.
  • an operating state in the elevator system can be monitored with the aid of a so-called safety chain.
  • Several door switches can be part of this safety chain, the safety chain only being closed when all door switches are closed.
  • a signal to be transmitted through the safety chain when the safety chain is closed can serve as a control signal to the control input of the safety torque cut-off device. Accordingly, the control signal is only present at the control input when the safety chain is closed, i.e. when all door switches and the associated elevator doors are closed. Only in this case can the drive machine of the elevator system be supplied with power.
  • the control signal at the control input of the safety torque switch-off device is omitted, whereupon this reliably prevents the torque generation by the drive machine of the elevator system. This ensures that the elevator car cannot be moved by the drive machine as long as at least one of the elevator doors is not completely closed.
  • FIG. 1 shows an elevator installation according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 2 shows an inverter device according to an earlier concept.
  • FIG 3 shows an inverter device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows a circuit for a safety torque shut-off device according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 1 shows an elevator installation 1 with an elevator car 3 and a counterweight 5, which with the aid of a suspension element 7 from a drive machine 9 within a
  • Elevator shaft can be shifted vertically.
  • the drive machine 9 is supplied with electrical power from an inverter device 11.
  • Inverter device 11 comprises a power supply device 13, which is fed with electrical power from a main power source 71 at a power input 21 and which is controlled by a signal generator device 17 via signals. If necessary, for example if the elevator car 3 stops on a floor and elevator doors are open to allow passengers to get on or off, it may be necessary to ensure that the elevator car 3 is not temporarily moved.
  • Such switches, relays or contactors are now to be replaced by the use of electronic circuits.
  • Such electronic circuits can be advantageous in terms of lower cost, lower noise and / or higher reliability than conventional switches, relays or contactors.
  • a safety torque shut-off device 15 is connected between the signal generator device 17 and the power supply device 13, with the aid of which torque generation of the drive machine 9 supplied by the power supply device 13 can be reliably interrupted.
  • the signal generator device 17 and the safety torque shut-off device 15 are jointly part of an inverter control 19.
  • the safety torque shut-off device should be used for or in
  • Inverter devices from different manufacturers and thus can be used with different construction concepts.
  • the circuit for the safety torque shut-off device has been added as shown in FIG. 3. In this way, even in the event of a fault in one of the ducts, the power is reliably separated from the drive machine, even in the event of a fault in the power unit. iii)
  • the switching of the safety torque shut-off device should preferably be implemented in the inverter control or on its circuit board, which can be used unchanged in various inverter variants. Such an approach can reduce the effort required to certify each variant of inverters.
  • the circuit of the safety torque shut-off device should be certified according to EN81-20: 2014 and EN81-1: 1998 in order to be able to use the inverter in areas in which the new standard is not accepted. As a consequence, it may be preferred to switch the safety torque cut-off device in accordance with EN61800-5-2: 2007 with a
  • Fault tree that means, for example, a fault tolerance of three components (transistors) in EN81.
  • a safety torque cut-off device 15 is therefore proposed for an inverter device 11, as is shown by way of example in FIG. 3.
  • the inverter device 11 differs from the earlier concept shown in FIG. 2 mainly with regard to the structure of the safety torque cut-off device 15.
  • the inverter device 11 is supplied with electrical power in the form of a three-phase current at a power input 21 from a main power source 71.
  • the electrical power supplied is conducted to power switches 25 in the form of three upper IGBTs 67 and three lower IGBTs 69.
  • the electrical power is then passed on to a power output 23 of the power supply device 13.
  • the drive machine 9 of the elevator installation 1 is connected to this power output 23.
  • the IGBTs 67, 69 are controlled by a common driver circuit 27 in the form of an IGBT driver circuit 65.
  • the IGBT driver circuit 65 controls each of the three upper and three lower IGBTs 67, 69 in response to PWM signals that were generated by the signal generator device 17 in the inverter control 19.
  • Signal generating device 17 is here with a signal input connection 35 of Safety torque shut-off device 15 connected. Furthermore, each of six signal inputs 31 of the driver circuit 27 is connected to a signal output connection 37 of the safety torque cut-off device 15.
  • Signal transmission switch 38 was provided, the concept presented here provides for two signal transmission switches 39, 41 connected in series to be provided between each of the signal input connections 35 and the associated signal output connection 37. By switching both the first signal transmission switch 39 and the second signal transmission switch 41 to a conducting state, an electrically conducting connection can be established between the respective signal input connection 35 and the associated signal output connection 37.
  • a first control unit 43 and a second control unit 45 independent of this are provided in the safety torque cut-off device 15 (shown only very schematically in FIG. 3). Both control units 43, 45 are electrically connected to a control input 33 of the safety torque cut-off device 15 and can receive via this control input 33, for example, a control signal to be used to control a temporary interruption of the torque generation of the drive machine. For example, such a control signal can be supplied by a safety chain of the elevator installation 1.
  • the first control unit 43 switches the switching states of all the first signal transmission switches 39, whereas the second control unit 45 switches the switching states of all the second ones
  • Signal transmission switch 41 controls.
  • Fig. 4 is a possible embodiment of a circuit for a
  • Safety torque shut-off device 15 is shown.
  • the control input 33 is electrically connected both to the first control unit 43 and to the second control unit 45.
  • Each of the two control units 43, 45 has its own optocoupler 53.
  • In the respective optocoupler 53 is one Light source 57 is provided, for example in the form of an LED. Depending on the control signal applied to the control input 33, the light source 57 is excited to emit light or not.
  • the optocoupler 53 also has a photodiode unit 59.
  • the photodiode unit 59 is galvanically decoupled from the rest of the optocoupler 53 and in particular from the control input 33.
  • Each photodiode unit 59 comprises two photodiodes 61 which are connected to one another in series. When light hits the photodiodes 61, they generate an electrical voltage similar to a solar cell.
  • Each photodiode unit 59 is connected on one side to a ground potential 55 and on an opposite side to gate terminals 49 of a plurality of semiconductor switches 47.
  • the photodiode unit 59 of the optocoupler 53 of the first control unit 43 is connected to the gate connections 49 of semiconductor switches 47, which serve as second signal transmission switches 41, whereas the
  • Photodiode unit 59 of the optocoupler 53 of the second control unit 45 is connected to the gate terminals 49 of semiconductor switches 47, which serve as first signal transmission switches 39.
  • the semiconductor switches 47 are designed as switches that are electrically conductive in the normal state and are connected in such a way that, in the absence of a control voltage at the respective gate terminal 49, they establish an electrical connection between one of the signal input terminals 35, to which a drain terminal or a source terminal of the semiconductor switch 47 is connected, and a ground potential 51 cause. In this case, any electrical voltage signal that may be present at the respective signal input terminal 35 is sent via the semiconductor switch 47 to the
  • Ground potential 51 is derived and therefore cannot be passed on to the signal output connection 37 electrically connected to the signal input connection 35.
  • a transmission of signals from the signal generator device 17 that are present at the signal input connections 35 is thus reliably interrupted in the absence of a control voltage at the gate connections 49.
  • Ground potential 51 interrupted, so that the signals of the signal generator device 17 are forwarded to the respective signal output connections 37.
  • the driver circuit 27 connected to it can then control the power supply device 13 to pass a desired electrical power through to the drive machine 9.
  • the circuit for the safety torque shut-off device 15 can be implemented with the topology shown in FIG. 4.
  • the input of the safety chain is used to control the LEDs of two optocouplers 53.
  • the photovoltaic outputs of the optocouplers which are designed with several photodiodes connected in series, are used to control the gates of normally conductive semiconductor components. As long as no voltage is applied to their gates, for example due to switched off LEDs in the optocoupler or a malfunction in an optocoupler, the six PWM signals that were generated by the DSP are connected to the ground potential GND
  • the electrical or electronic system of the safety torque cut-off device can be placed in the inverter control or on the inverter control board. Therefore it can be more static for different variants
  • Inverters can be used without further certification of the
  • the safety circuit is only supplied with power by the safety circuit itself and does not require any additional supply.
  • the safety chain no longer needs to feed large coils of switches, relays or contactors so that its own power supply including a copper wire diameter in the conducting cables can be reduced.
  • the proposed safety torque shut-off device can consist of a cost-effective and robust electrical or electronic system that meets all requirements.
  • a higher effort compared to previously used solutions can have significant advantages in terms of maintainability

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Abstract

Es wird eine Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung (15) zum Unterbrechen einer Drehmomenterzeugung durch eine von einer Leistungsversorgungseinrichtung(13), welche beispielsweise Teil einer Wechselrichtereinrichtung (11) sein kann,versorgte Antriebsmaschine (9) einer Aufzuganlage (1) beschrieben. Die Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung (15) umfasst einen Steuereingang (33) und mehrere Signaleingangsanschlüsse(35) und Signalausgangsanschlüsse(37). Signalausgänge (29) einer Signalerzeugereinrichtung (17) sind an einen der Signaleingangsanschlüsse (35) und Signaleingänge (31) einer Treiberschaltung (27) an einen der Signalausgangsanschlüsse (37) anschließbar. Jeder der Signaleingangsanschlüsse (35) ist jeweils über einen ersten und einen zweiten miteinander in Serie verschaltete Signalübertragungsschalter (39, 41) mit einem zugeordneten der Signalausgangsanschlüsse (37) elektrisch durchleitend verbindbar, indem sowohl der erste Signalübertragungsschalter (39) als auch der zweite Signalübertragungsschalter (41) in einen durchleitenden Schaltzustand geschaltet werden. Der Steuereingang (33) ist mit einer ersten und einer zweiten Steuereinheit (43, 45) verbunden, wobei die erste Steuereinheit (43) gesteuert durch ein an dem Steuereingang (33) anliegendes Steuersignal Schaltzustände aller ersten Signalübertragungsschalter (39) schaltet und die zweite Steuereinheit (45) gesteuert durch das an dem Steuereingang (33) anliegende Steuersignal Schaltzustände aller zweiten Signalübertragungsschalter (41) schaltet.

Description

Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung zum Unterbrechen einer
Drehmomenterzeugung durch eine von einer Leistungsversorgungseinrichtung versorgte Antriebsmaschine einer Aufzuganlage
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung zum Unterbrechen einer Drehmomenterzeugung durch eine von einer
Leistungsversorgungseinrichtung versorgte Antriebsmaschine einer Aufzuganlage. Ferner betrifft die Erfindung eine Wechselrichtereinrichtung zum Bereitstellen einer elektrischen Antriebsleistung für eine Antriebsmaschine einer Aufzuganlage sowie eine damit ausgestattete Aufzuganlage.
In einer Aufzuganlage wird eine Aufzugkabine typischerweise mithilfe einer
Antriebsmaschine vertikal zwischen verschiedenen Höhenniveaus hin zu Stopppositionen an unterschiedlichen Stockwerken, an denen Passagiere in die Aufzugkabine einsteigen und aussteigen können sollen, verlagert. Um die Passagiere nicht zu gefährden, muss dabei sichergestellt sein, dass die Aufzugkabine, während ein Passagier ein- oder aussteigt, nicht weiter verlagert wird.
Um dies gewährleisten zu können, kann in Regularien wie beispielsweise der europäischen Norm EN81-20:2014 gefordert sein, das unter Einsatz geeigneter technischer Maßnahmen sichergestellt wird, dass eine Drehmomenterzeugung durch die Antriebsmaschine beispielsweise in Reaktion auf ein vorbestimmtes Signal von einer Sicherheitskette der Aufzuganlage zuverlässig temporär unterbunden werden kann. Hierbei kann gefordert sein, dass die einzusetzenden technischen Maßnahmen dazu führen müssen, dass die Antriebsmaschine während eines Zeitraums, in dem das vorbestimmte Signal ausgegeben wird, nicht mit elektrischer Antriebsleistung versorgt werden kann. Technische Einrichtungen, die zu einem zuverlässigen Unterbrechen einer Drehmomenterzeugung durch eine Antriebsmaschine eingesetzt werden können, werden auch als Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtungen oder STO (safety torque off) bezeichnet.
In der CN 104355195 werden eine Sicherheitsdrehmomentabschaltschaltung sowie ein Aufzug-Sicherheit-Steuersystem beschrieben. Dabei wird in Reaktion auf ein Steuersignal temporär eine Stromversorgung zu einer Leistungseinheit, welche eine Antriebsmaschine versorgt, unterbrochen.
Es kann unter anderem ein Bedarf an einer Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung bestehen, mithilfe derer eine Drehmomenterzeugung durch eine von einer
Leistungsversorgungseinrichtung versorgte Antriebsmaschine einer Aufzuganlage zuverlässig temporär unterbrochen werden kann und welche einfach und kostengünstig aufgebaut, zu installieren und/oder zu warten ist. Ferner kann ein Bedarf an einer Wechselrichtereinrichtung bestehen, mithilfe derer eine elektrische Antriebsleistung für eine Antriebsmaschine einer Aufzuganlage bereitgestellt werden kann und dabei die Bereitstellung der Antriebsleistung gezielt, zuverlässig und/oder in einfach technisch zu realisierender Weise temporär unterbrochen werden kann. Schließlich kann ein Bedarf an einer Aufzuganlage mit einer solchen Wechselrichtereinrichtung bestehen.
Einem solchen Bedarf kann durch den Gegenstand eines der unabhängigen Ansprüche entsprochen werden. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen
Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung definiert.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Sicherheitsdrehmoment- abschalteinrichtung zum Unterbrechen einer Drehmomenterzeugung durch eine von einer Leistungsversorgungseinrichtung versorgte Antriebsmaschine einer Aufzuganlage vorgeschlagen. Die Leistungsversorgungseinrichtung weist hierbei einen
Leistungseingang, einen Leistungsausgang, mehrere mit dem Leistungseingang und dem Leistungsausgang verbundene Leistungsschalter und eine die Leistungsschalter steuernde Treiberschaltung auf. Die Leistungsversorgungseinrichtung ist dazu konfiguriert, dass eine an dem Leistungseingang anliegende elektrische Leistung gesteuert durch die Leistungsschalter zumindest teilweise an den Leistungsausgang weitergeleitet wird und die Leistungsschalter von der Treiberschaltung in Abhängigkeit von Signalen, die von einer Signalerzeugereinrichtung über eine erste Vielzahl von Signalausgängen an Signaleingänge der Treiberschaltung angelegt werden, gesteuert werden. Die
Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung weist einen Steuereingang und eine zweite Vielzahl jeweils von Signaleingangsanschlüssen und von Signalausgangsanschlüssen auf. Jeder der Signalausgänge der Signalerzeugereinrichtung ist dabei an einen der
Signaleingangsanschlüsse anschließbar und jeder der Signaleingänge der Treiberschaltung ist an einen der Signalausgangsanschlüsse anschließbar. Jeder der Signaleingangsanschlüsse ist jeweils über einen ersten und einen zweiten miteinander in Serie verschaltete Signalübertragungsschalter mit einem zugeordneten der
Signalausgangsanschlüsse elektrisch durchleitend verbindbar, indem sowohl der erste Signalübertragungsschalter als auch der zweite Signalübertragungsschalter in einen durchleitenden Schaltzustand geschaltet werden. Der Steuereingang ist elektrisch mit einer ersten und einer zweiten Steuereinheit verbunden, wobei die erste Steuereinheit gesteuert durch ein an dem Steuereingang anliegendes Steuersignal Schaltzustände aller ersten Signalübertragungsschalter schaltet und die zweite Steuereinheit gesteuert durch das an dem Steuereingang anliegende Steuersignal Schaltzustände aller zweiten Signalübertragungsschalter schaltet.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Wechselrichtereinrichtung zum Bereitstellen einer elektrischen Antriebsleistung für eine Antriebsmaschine einer Aufzuganlage beschrieben. Die Wechselrichtereinrichtung weist eine
Signalerzeugereinrichtung, eine Leistungsversorgungseinrichtung und eine
Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung auf. Die Signalerzeugereinrichtung ist zum Erzeugen von Steuersignalen konfiguriert, wobei die Signalerzeugereinrichtung eine erste Vielzahl von Signalausgängen aufweist. Die Leistungsversorgungseinrichtung ist mit einem
Leistungseingang, einem Leistungsausgang, mehreren mit dem Leistungseingang und dem Leistungsausgang verbundenen Leistungsschaltem und einer die Leistungsschalter steuernden Treiberschaltung ausgestattet. Dabei ist Die Leistungsversorgungseinrichtung dazu konfiguriert, dass eine an dem Leistungseingang anliegende elektrische Leistung gesteuert durch die Leistungsschalter zumindest teilweise an den Leistungsausgang weitergeleitet wird und die Leistungsschalter von der Treiberschaltung in Abhängigkeit von Signalen, die von einer Signalerzeugereinrichtung über eine erste Vielzahl von Signalausgängen an Signaleingänge der Treiberschaltung angelegt werden, gesteuert werden. Lür die Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung soll gelten, dass jeder der Signalausgänge der Signalerzeugereinrichtung an einen der Signaleingangsanschlüsse und jeder der Signaleingänge der Treiberschaltung an einen der
Signalausgangsanschlüsse angeschlossen ist. Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Aufzuganlage beschrieben, die eine Wechselrichtereinrichtung gemäß einer Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung, eine Hauptleistungsquelle zum Bereitstellen einer elektrischen Leistung an dem Leistungseingang der Leistungsversorgungseinrichtung der
Wechselrichtereinrichtung, und eine elektrische Antriebsmaschine, welche an den Leistungsausgang der Leistungsversorgungseinrichtung angeschlossen ist, aufweist.
Mögliche Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung können unter anderem und ohne die Erfindung einzuschränken als auf nachfolgend beschriebenen Ideen und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
Wie einleitend bereits angegeben, ist im Stand der Technik CN 104355195 eine
Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung für eine Aufzuganlage bekannt, mithilfe derer temporär eine Stromversorgung zu einer Leistungseinheit, die die Antriebsmaschine der Aufzuganlage versorgt, unterbrochen werden kann. Allerdings erfolgt bei diesem bekannten Ansatz die Unterbrechung der Leistungsversorgung an die Antriebsmaschine durch einen direkten Eingriff in die Stromversorgung der Leistungseinheit beispielsweise einer Wechselrichtereinrichtung, mithilfe derer ein von einer Hauptleistungsquelle bereitgestellter elektrischer Strom geregelt an die Antriebsmaschine geliefert wird. Zum Unterbrechen der Leistungsversorgung muss dabei entsprechende Hardware direkt an der Leistungseinheit vorgesehen werden. Daher muss dieser Hardware den für die
Leistungseinheit geltenden hohen Sicherheitsanforderungen genügen. Außerdem muss diese Hardware den hohen von der Leistungsversorgung zu regelnden elektrischen Leistungen gewachsen sein und diese bei Bedarf zuverlässig temporär unterbrechen können
Im Gegensatz zu dem vorangehend beschriebenen Ansatz dient die hierin beschriebene Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung dazu, die Leistungsversorgungseinrichtung beispielsweise einer Wechselrichtereinrichtung dazu zu veranlassen, temporär keine elektrische Leistung an eine an sie angeschlossene Antriebsmaschine weiterzuleiten, obwohl die Leistungsversorgungseinrichtung selbst ununterbrochen von einer
Hauptleistungsquelle mit elektrischer Leistung versorgt werden kann. Hierzu ist die Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung dazu konfiguriert, mit einer Treiberschaltung, welche Leistungsschalter in der Leistungsversorgungseinrichtung steuert, zusammenzuwirken. Die Treiberschaltung kann dabei Teil eines Wechselrichters sein, der neben der Treiberschaltung die von ihr zu steuernde
Leistungsversorgungseinrichtung mit den Leistungsschaltem sowie gegebenenfalls weitere Elektronik umfassen kann. Eine solche Treiberschaltung dient im Allgemeinen dazu, die Funktion der Leistungsschalter in der Leistungsversorgungseinrichtung in Abhängigkeit von an die Treiberschaltung angelegten Signalen zu steuern. Die Signale werden dabei im Allgemeinen von einer Signalerzeugereinrichtung wie beispielsweise einem Digital-Signal-Prozessor (DSP) in einer Wechselrichtersteuerung generiert und an Signaleingänge der Treiberschaltung angelegt. In Abhängigkeit von diesen Signalen kann die Treiberschaltung dann Leistungsschalter wie zum Beispiel mehrere IGBTs
(Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (englisch: insulated-gate bipolar transistor, kurz IGBT)) in der Leistungsversorgungseinrichtung geeignet steuern, um diese dazu zu veranlassen, zumindest einen Anteil der von der Hauptleistungsquelle zur Verfügung gestellten elektrischen Leistung an die Antriebsmaschine der Aufzuganlage weiterzugeben.
Die hierin vorgeschlagene Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung wird zwischen die Signalerzeugereinrichtung und die Treiberschaltung der Leistungsversorgungseinrichtung geschaltet. Dabei dient die Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung dazu, die von der Signalerzeugereinrichtung generierten Signale an die Treiberschaltung weiterzuleiten. Allerdings ist die Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung ergänzend dazu konfiguriert, eine Weiterleitung von durch die Signalerzeugereinrichtung generierten Signalen an die Treiberschaltung steuerbar temporär zuverlässig unterbrechen zu können.
Hierzu verfügt die Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung über zumindest einen Steuereingang und über eine hierin als zweite Vielzahl bezeichnete Mehrzahl von Signaleingangsanschlüssen und Signalausgangsanschlüssen.
Die zweite Vielzahl ist dabei gleich groß oder größer als die erste Vielzahl von
Signalausgängen der Signalerzeugereinrichtung. Anders ausgedrückt weist die
Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung wenigstens genauso viele Signaleingangs anschlüsse und Signalausgangsanschlüsse auf, wie es an der Signalerzeugereinrichtung Signalausgänge gibt. Dementsprechend kann jeder der Signalausgänge der
Signalerzeugereinrichtung an einen der Signaleingangsanschlüsse angeschlossen werden. Ferner kann jeder der Signaleingänge der Treiberschaltung an einen der
Signalausgangsanschlüsse der Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung angeschlossen werden.
Typischerweise verfügt eine Signalerzeugereinrichtung, die beispielsweise mit einem Digital-Signal-Prozessor ausgebildet ist, über mindestens sechs Signalausgänge, um die drei Phasen mit je zwei Leistungsschaltem eines zur Leistungsversorgung eingesetzten Drehstroms in der Leistungsversorgungseinrichtung in gewünschter Weise steuern zu können. Dementsprechend ist die Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung mit sechs oder mehr Signaleingangsanschlüssen und sechs oder mehr Signalausgangsanschlüssen auszustatten
Von der Signalerzeugereinrichtung generierte und an den Signalausgängen der
Signalerzeugereinrichtung anliegende Signale können somit von den damit verbundenen Signaleingangsanschlüssen der Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung an deren Signalausgangsanschlüsse weitergeleitet werden. Von dort aus gelangen die Signale dann zu den Signaleingängen der Treiberschaltung. Die Treiberschaltung wiederum kann in Reaktion auf die erhaltenen Signale die Leistungsschalter der Leistungsversorgungs einrichtung geeignet steuern, um elektrische Leistung am Leistungsausgang der
Leistungsversorgungseinrichtung für die Antriebsmaschine der Aufzuganlage bereitzustellen.
Um eine Signalübertragung von der Signalerzeugereinrichtung durch die Sicherheits- drehmomentabschalteinrichtung hindurch hinzu der Treiberschaltung gesteuert und zuverlässig unterbrechen zu können, sind in der Sicherheitsdrehmomentabschalt- einrichtung zwischen jedem der Signaleingangsanschlüsse und dem zugeordneten Signalausgangsanschluss jeweils ein erster und ein zweiter Signalübertragungsschalter vorgesehen. Diese beiden Signalübertragungsschalter sind in Serie miteinander verschaltet. Dementsprechend kann, wenn beide Signalübertragungsschalter in einen elektrisch durchleitenden Schaltzustand geschaltet sind, eine elektrische Verbindung zwischen dem jeweiligen Signaleingangsanschluss und dem zugehörigen
Signalausgangsanschluss etabliert werden. Wenn jedoch zumindest einer dieser Signalübertragungsschalter geöffnet ist, das heißt in einen nicht elektrisch durchleitenden Schaltzustand geschaltet ist, ist eine elektrische Verbindung zwischen dem jeweiligen Signaleingangsanschluss und dem zugehörigen Signalausgangsanschluss unterbrochen.
Um eine Zuverlässigkeit bzw. eine Sicherheit, mit der die Signalübertragung durch die Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung hindurch gesteuert unterbrochen werden kann, zu erhöhen, d.h. um ein Sicherheitslevel der Sicherheitsdrehmomentabschalt- einrichtung zu maximieren, ist vorgesehen, dass der erste Signalübertragungsschalter von einer ersten Steuereinheit gesteuert wird und der zweite Signalübertragungsschalter von einer zweiten Steuereinheit gesteuert wird. Beide Steuereinheiten sind dabei mit dem Steuereingang der Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung elektrisch verbunden und erhalten von dieser ein anliegendes Steuersignal, gemäß dem die Schaltzustände des ersten bzw. zweiten Signalübertragungsschalters dann gesteuert werden. Auf diese Weise lässt sich in der Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung eine hohe Redundanz erzielen und damit die Sicherheit, mit der die Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung im Bedarfsfall die elektrische Durchleitung von Signalen von der Signalerzeugereinrichtung hin zu der Treiberschaltung unterbindet, maximieren.
Elektrisch verbunden bedeutet vorangehend und im Folgenden, dass die Verbindung elektrisch, das heisst durch einen elektrisch leitenden Strompfad zwischen den zu verbinden Punkten ausgebildet ist. Eine elektromagnetische Verbindung, wie sie beispielsweise durch einen Transformator hergestellt wird ist im Sinne dieser Anmeldung keine elektrische Verbindung.
Insbesondere kann die Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung derart konfiguriert sein, dass ihre Signalübertragungsschalter ausschließlich dann geschlossen sind und somit ausschließlich dann eine Signalübertragung von der Signalerzeugereinrichtung hin zu der Treiberschaltung etabliert wird, wenn am Steuereingang der Sicherheitsdrehmoment- abschalteinrichtung ein entsprechendes Signal anliegt. Beispielsweise kann ein solches Signal eine von null verschiedene elektrische Spannung sein und damit eine logische„1“ repräsentieren. Wenn kein solches Signal am Steuereingang anliegt, soll die erste Steuereinheit alle mit ihr verbundenen ersten Signalübertragungsschalter dazu ansteuem, zu öffnen und die zweite Steuereinheit soll alle mit ihr verbundenen zweiten
Signalübertragungsschalter dazu ansteuem, zu öffnen. Hierdurch wird die elektrische Verbindung zwischen den Signaleingangsanschlüssen und den Signalausgangs anschlüssen unterbrochen.
Selbst für den Fall, dass eine der Steuereinheiten kein korrektes Steuersignal liefert und/oder einer der Signalübertragungsschalter aufgrund beispielsweise eines Defektes nicht öffnet, wird die elektrische Verbindung zwischen dem zugehörigen Signaleingangs anschluss und dem Signalausgangsanschluss dennoch unterbrochen, da die jeweils andere Steuereinheit korrekt den mit ihr verbundenen Signalübertragungsschalter öffnet.
Da bei der hier vorgeschlagenen Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung in allen elektrischen Durchleitungen zwischen einem der Signaleingangsanschlüsse und einem zugehörigen Signalausgangsanschluss jeweils zwei Signalübertragungsschalter in Serie miteinander verschaltet vorgesehen sind und jeder dieser Signalübertragungsschalter von einer anderen Steuereinheit gesteuert wird, ist sichergestellt, dass jede der elektrischen Durchleitungen durch Öffnen von Signalübertragungsschaltem unterbrochen wird, wenn an dem Steuereingang der Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung kein Signal anliegt, welches explizit ein Schließen der Signalübertragungsschalter anweist.
Anders ausgedrückt soll die Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung mit ihren Signal übertragungsschaltem und Steuereinheiten derart ausgestaltet sein, dass bei Fehlen eines Signals, welches angibt, dass derzeit keine Unterbrechung der Drehmomenterzeugung durch die Antriebsmaschine bewirkt werden soll, automatisch die Durchleitung von Signalen von der Signalerzeugereinrichtung hin zu der Treiberschaltung unterbrochen wird und auf diese Weise die Leistungsversorgung durch die Leistungsversorgungs einrichtung an die Antriebsmaschine unterbrochen wird, sodass die Antriebsmaschine mit Sicherheit kein Drehmoment erzeugen kann.
Da hierbei mit hoher Sicherheit nicht nur einige sondern alle elektrischen Verbindungen zwischen den Signalausgängen der Signalerzeugereinrichtung und den Signaleingängen der Treiberschaltung unterbrochen werden, kann auch sichergestellt werden, dass es nicht zu unerwünschten Effekten durch Übersprechen (cross talk) kommt. Insbesondere kann ein unerwünschtes Übersprechen von Signalen an ununterbrochenen Verbindungen auf unterbrochene Verbindungen, welches zu einem zu einem ungewünschten Ansteuem der Treiberschaltung führen könnte, vermieden werden. Auch ein Übersprechen von denjenigen Leistungsschaltem in der Leistungsversorgungseinrichtung, welche durch die Treiberschaltung von Signalen über ununterbrochene Verbindungen von der
Signalerzeugereinrichtung aktiviert werden, auf andere Leistungsschalter in der Leistungsversorgungseinrichtung kann ausgeschlossen werden, da durch die hier vorgeschlagene Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung gewährleistet wird, dass im Unterbrechungsfall mindestens fünf Verbindungen unterbrochen werden und somit maximal noch einer der Leistungsschalter durch die Treiberschaltung aktiviert wird. Dies ist ausreichend, da bei einer verbleibenden Verbindung nur noch ein IGBT angesteuert wird. Die Wechselstrommaschine wird in diesem Fall mit der resultierend
Gleichspannung beaufschlagt, was unproblematisch ist.
Die zuvor beschriebene Funktionalität der Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung kann auf unterschiedliche Weise strukturell implementiert werden.
Gemäß einer möglichen und vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann beispielsweise jeder der Signalübertragungsschalter mit einem in einem Normalzustand leitenden Halbleiterschalter ausgebildet sein, welcher bei einem Fehlen einer
Steuerspannung an einem Gate-Anschluss eine elektrische Verbindung zwischen dem dem Signalübertragungsschalter zugeordneten Signaleingangsanschluss und einem Erdungspotenzial bewirkt und bei Anliegen der Steuerspannung an dem Gate-Anschluss die elektrische Verbindung zwischen dem dem Signalübertragungsschalter zugeordneten Signaleingangsanschluss und einem Erdungspotenzial unterbricht. Dabei kann jede der Steuereinheiten dazu konfiguriert sein, abhängig von dem an dem Steuereingang anliegenden Steuersignal die Steuerspannung an die Gate-Anschlüsse aller der jeweiligen Steuereinheit zugeordneter Signalübertragungsschalter anzulegen.
Anders ausgedrückt können die Signalübertragungsschalter der Sicherheitsdrehmoment- abschalteinrichtung als Halbleiterschalter beispielsweise in Form von MOSFETs ausgebildet sein, die in ihrem Normalzustand elektrisch leitend wirken, d.h. normal leitende Halbleiterschalter sind. Solche Halbleiterschalter verfügen typischerweise über drei Anschlüsse, welche oft als Drain, Source und Gate bezeichnet werden. Eine an den Gate-Anschluss angelegte Steuerspannung kann dabei darüber entscheiden, ob zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss eine elektrisch leitende Verbindung etabliert wird oder nicht. Bei einem im Normalzustand elektrisch leitend wirkenden solchen Halbleiterschalter besteht ohne Anlegen einer Steuerspannung an den Gate- Anschluss eine elektrische Verbindung zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source- Anschluss, wohingegen bei Anlegen einer Steuerspannung an den Gate-Anschluss eine solche elektrische Verbindung unterbrochen wird.
Für die genannte Ausführungsform können solche normal-leitenden Halbleiterschalter vorteilhaft eingesetzt werden, indem beispielsweise ihr Drain- Anschluss mit dem
Signaleingangsanschluss der Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung verbunden wird und ihr Source-Anschluss mit einem Erdungspotenzial verbunden wird. Solange keine Steuerspannung an dem Gate-Anschluss anliegt und der Halbleiterschalter somit elektrisch leitend ist, wird ein eventuell von der Signalerzeugereinrichtung generiertes und an dem Signaleingangsanschluss anliegendes Signal zwangsläufig über den
Halbleiterschalter an das Erdungspotenzial abgeleitet und kann somit nicht den
Signalausgangsanschluss und die damit verbundene Treiberschaltung erreichen. Faktisch wirkt ein derart verschalteter normal-leitender Halbleiterschalter somit wie ein im Normalzustand geöffneter, d.h. nicht elektrisch durchleitender Schalter. Erst wenn an den Gate-Anschluss des Halbleiterschalters die Steuerspannung angelegt wird, wird die elektrische Verbindung zu dem Erdungspotenzial unterbrochen, sodass das an dem Drain- Anschluss anliegende Signal der Signalerzeugereinrichtung an den
Signalausgangsanschluss der Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung weitergeleitet werden kann.
Um zu gewährleisten, dass auch im Falle eines Fehlverhaltens einer der Halbleiterschalter ein sicheres Unterbrechen einer Signaldurchleitung durch die Sicherheitsdrehmoment- abschalteinrichtung gewährleistet ist, werden zwischen jedem der Signaleingangs anschlüsse und dem zugehörigen Signalausgangsanschluss jeweils zwei in Serie miteinander verschaltete normal-leitende Halbleiterschalter geschaltet. Selbst wenn einer dieser Halbleiterschalter beispielsweise aufgrund eines Defekts trotz fehlendem
Steuersignal keine elektrische Verbindung mit dem Erdungspotenzial hersteilen sollte, wird höchst wahrscheinlich zumindest an dem zweiten Halbleiterschalter eine solche elektrische Verbindung bewirkt und damit bei fehlendem Steuersignal ein Ableiten des von der Signalerzeugereinrichtung stammenden Signals an das Erdungspotenzial gewährleistet. Durch Einsatz der vorgeschlagenen, im Normalzustand leitenden Halbleiterschalter und der beschriebenen Verschaltung derselben kann sichergestellt werden, dass bei Fehlen einer Steuerspannung eine Übertragung von durch die Signalerzeugereinrichtung generierten Signalen durch die Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung hindurch zuverlässig unterbrochen wird.
Um sicherzustellen, dass allen Halbleiterschaltem das gewünschte Steuersignal zugeleitet wird, ist die erste Steuereinheit jeweils mit dem Halbleiterschalter, der als erster
Signalübertragungsschalter dient, verbunden und liefert ihr Steuersignal an dessen Gate- Anschluss, wohingegen die zweite Steuereinheit unabhängig davon jeweils mit dem anderen Halbleiterschalter, der als zweiter Signalübertragungsschalter dient, verbunden ist und ihr Steuersignal an dessen Gate-Anschluss liefert. Hierdurch können zwei voneinander unabhängige Pfade zum Steuern der beiden hintereinandergeschalteten Halbleiterschalter etabliert und somit eine sicherheitssteigemde Redundanz bei der Steuerung der Halbleiterschalter bewirkt werden.
Gemäß einer konkretisierten Ausführungsform kann jede der Steuereinheiten einen Optokoppler aufweisen, welcher dazu konfiguriert ist, abhängig von dem an dem
Steuereingang anliegenden Steuersignal die elektrische Steuerspannung an den Gate- Anschlüssen aller der jeweiligen Steuereinheit zugeordneter Signalübertragungsschalter zu etablieren.
Anders ausgedrückt kann sowohl die erste Steuereinheit als auch die zweite Steuereinheit jeweils einen Optokoppler aufweisen. Ein solcher Optokoppler kann zwei optisch miteinander kommunizierende Bauelemente aufweisen. Ein erstes Bauelement kann dabei von der an dem Steuereingang der Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung anliegenden Spannung, d.h. von dem Steuersignal, gesteuert werden und dabei je nach empfangenem Steuersignal durch optische Kommunikation das zweite Bauelement dazu veranlassen, die elektrische Steuerspannung, mit der der Halbleiterschalter an dessen Gate-Anschluss gesteuert wird, zu generieren.
Ein Stromkreis, in dem dabei das erste Bauelement des Optokopplers integriert ist, ist hierbei von einem anderen Stromkreis, in dem das zweite Bauelement des Optokopplers aufgenommen ist, in vorteilhafter Weise galvanisch entkoppelt. Hierdurch kann beispielsweise sichergestellt werden, dass das Steuersignal, welches angeben soll, ob eine Drehmomenterzeugung durch die Antriebsmaschine momentan unterbrochen werden soll oder nicht, die von der Signalerzeugereinrichtung generierten und gegebenenfalls an die Treiberschaltung des Wechselrichters weiter zu leitenden Signale nicht in unerwünschter Weise beeinflussen kann.
Gemäß einer weiter konkretisierten Ausführungsform kann der Optokoppler eine von dem an dem Steuereingang anliegenden Steuersignal zu aktivierende Leuchtquelle und eine durch Beleuchtung durch die Leuchtquelle die Steuerspannung generierende Photodiodeneinheit aufweisen.
Mit anderen Worten kann der Optokoppler als erstes Bauelement eine Leuchtquelle beispielsweise in Form einer LED umfassen, die, wenn das Steuersignal an den
Steuereingang der Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung angelegt ist und somit die den Optokoppler enthaltende Steuereinheit erreicht, aktiviert wird und somit Licht emittiert. Als zweites Bauelement kann der Optokoppler dann eine Photodiodeneinheit aufweisen, die, wenn sie beleuchtet wird, eine der Steuerspannung entsprechende elektrische Spannung generiert.
Die Leuchtquelle und die Photodiodeneinheit können dabei derart relativ zueinander positioniert sein und aufeinander abgestimmt sein, dass das bei Aktivierung durch die Leuchtquelle emittierte Licht von der Photodiodeneinheit empfangen wird und diese dazu anregt, die zum Steuern der Halbleiterschalter benötigte Steuerspannung zu generieren.
Die zuvor beschriebene Photodiodeneinheit kann dabei gemäß einer konkreten
Ausführungsform zwei in Serie verschaltete Photodioden aufweisen.
Jede einzelne der Photodioden kann dabei vorzugsweise lediglich einen Teil der benötigten Steuerspannung generieren. Erst durch die Serienverschaltung beider Photodioden kann die zum Steuern der Halbleiterschalter benötigte gesamte
Steuerspannung erzeugt werden. Auf diese Weise kann die Sicherheit der gesamten Schaltung weiter erhöht werden, da von dem Optokoppler die Steuerspannung ausschließlich dann generiert werden kann, wenn die Leuchtquelle in Reaktion auf ein anliegendes Steuersignal aktiviert wurde und dann beide Photodioden aufgrund des von der Leuchtquelle empfangenen Lichts ihren Anteil der Steuerspannung für die
Halbleiterschalter generieren.
Vorzugsweise kann die Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung mit Hardware gemäß eines Sicherheitsintegritätslevels SIL3 und einer Hardwarefehlertoleranz von wenigstens 1 ausgebildet sein.
Anders ausgedrückt kann die Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung mit besonders sicheren Hardwarekomponenten aufgebaut sein und diese Hardwarekomponenten in besonders sicherer Weise miteinander interagieren bzw. verschaltet sein, sodass die Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung mit einer Hardwarefehlertoleranz von wenigstens 1 den Anforderungen eines Sicherheitsintegritätslevels SIL3, wie er im IEC 61508 Standard definiert ist, entspricht.
Durch eine Implementierung mit einer derart sicher ausgebildeten Hardware kann erreicht werden, dass die Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung eine Drehmomenterzeugung der Antriebsmaschine einer Aufzuganlage mit sehr hoher Zuverlässigkeit unterbrechen kann und somit den sehr hohen Sicherheitsanforderungen an den Betrieb einer
Aufzuganlage gerecht wird.
Die Erfüllung des Sicherheitsintegritätslevels SIL3 kann beispielsweise mit den hierin beschriebenen hardwaremäßigen Ausgestaltungen erreicht werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann ferner die Sicherheitsdrehmoment- abschalteinrichtung ohne programmierbare Bauelemente ausgebildet sein.
Anders ausgedrückt werden nur sogenannte A-Bauteile, beispielsweise Transistoren, jedoch keine B-Bauteile, wie beispielsweise Mikroprozessoren verwendet. Dies führt zu besseren Sicherheitsparametem, das heisst zu einer tieferen Ausfallwahrscheinlichkeit und dadurch zu einer besseren Einstufüng. Weiter wird auch die sogenannte Safe Failure Fraction (SFF) reduziert, wodurch tiefere Anforderungen an die Fehlerkennung erfüllt werden müssen.
Anders ausgedrückt kann die Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung vorzugsweise ausschließlich mit Bauelementen ausgestattet sein bzw. aufgebaut sein, welche nicht programmierbar sind und welche somit nicht einem anpassbaren Programm folgend ihre funktionalen oder physikalischen Eigenschaften ändern können.
Durch den Verzicht auf programmierbare Bauelemente kann erreicht werden, dass die hier vorgeschlagene Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung nicht für verschiedene Versionen von Software jeweils neu hinsichtlich einzuhaltender Sicherheits
qualifikationen zertifiziert werden muss. Stattdessen kann die Sicherheitsdrehmoment- abschalteinrichtung mit ihrer Hardware derart konzipiert sein, dass sie für Einsatzzwecke bei Leistungsversorgungseinrichtungen für Antriebsmaschinen in unterschiedlichen Aufzuganlagen eingesetzt werden kann, ohne dass sie für einen jeweiligen Einsatzzweck durch spezielle Software angepasst werden müsste. Die Hardware kann für diesen Zweck einmalig zertifiziert werden. Zusätzliche Einsatzzweck-spezifische Zertifizierungen können im Regelfall entfallen. Hierdurch kann insbesondere ein Wartungsaufwand reduziert werden.
Ausführungsformen der hierin beschriebenen Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung können insbesondere in Wechselrichtereinrichtungen gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung vorteilhaft eingesetzt werden, um dort eine Signalübertragung zwischen einer Signalerzeugereinrichtung und einer Leistungsversorgungseinrichtung gesteuert unterbrechen zu können.
Die Signalerzeugereinrichtung kann hierbei als DSP ausgebildet sein, der bedarfsgerecht angepasste PWM-Signale (pulsweiten-modulierte Signale) generieren und zum Steuern der Leistungsversorgungseinrichtung an deren Treiberschaltung übermitteln kann.
Gemäß einer konkretisierten Ausführungsform kann dabei die Leistungsversorgungs einrichtung eine IGBT-Treiberschaltung sowie drei obere und drei untere IGBTs aufweisen. Die IGBTs können dabei von der IGBT-Treiberschaltung in Abhängigkeit von durch die Signalerzeugereinrichtung erzeugten Steuersignalen, welche durch die Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung hindurchgeleitet wurden, dazu angesteuert werden, an dem Leistungseingang anliegende elektrische Leistung gesteuert zumindest teilweise an den Leistungsausgang weiterzuleiten. Anders ausgedrückt kann ein als Leistungsversorgungseinrichtung dienender Teil beispielsweise eines Wechselrichters über zwei Sätze von IGBTs verfügen, wobei sowohl ein oberer Satz also ein unterer Satz jeweils drei IGBTs umfasst. Jeder der IGBTs wird dabei von der Treiberschaltung gesteuert, wobei die Treiberschaltung die IGBTs abhängig von den Steuersignalen, die sie von der Signalerzeugereinrichtung empfängt, steuert.
Ausführungsformen der hierin beschriebenen Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung bzw. der damit ausgestatteten Wechselrichtereinrichtung können in einer Aufzuganlage gemäß einer Ausführungsform des dritten Aspekts der Erfindung eingesetzt werden, um im Bedarfsfall sicherstellen zu können, dass die Antriebsmaschine der Aufzuganlage temporär keinerlei Drehmoment erzeugen kann und somit die von der Antriebsmaschine angetriebene Aufzugkabine nicht unbeabsichtigt verlagert werden kann. Hierdurch kann eine Sicherheit beim Betrieb der Aufzuganlage gesteigert werden.
Beispielsweise kann in der Aufzuganlage ein Betriebszustand mithilfe einer sogenannten Sicherheitskette überwacht werden. Teile dieser Sicherheitskette können mehrere Türschalter sein, wobei die Sicherheitskette ausschließlich dann geschlossen ist, wenn alle Türschalter geschlossen sind. Ein bei geschlossener Sicherheitskette durch die Sicherheitskette zu übermittelndes Signal kann als Steuersignal an den Steuereingang der Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung dienen. Dementsprechend liegt an dem Steuereingang ausschließlich dann das Steuersignal an, wenn die Sicherheitskette geschlossen ist, d.h. wenn alle Türschalter und die damit verbundenen Aufzugtüren geschlossen sind. Nur in diesem Fall kann die Antriebsmaschine der Aufzuganlage mit Leistung versorgt werden. Sobald die Sicherheitskette unterbrochen wird, entfällt das Steuersignal an dem Steuereingang der Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung, woraufhin diese zuverlässig die Drehmomenterzeugung durch die Antriebsmaschine der Aufzuganlage unterbindet. Damit ist sichergestellt, dass die Aufzugkabine von der Antriebsmaschine nicht bewegt werden kann, solange zumindest eine der Aufzugtüren nicht vollständig geschlossen ist.
Es wird daraufhingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen einerseits der Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung und andererseits der damit ausgestatteten Wechselrichtereinrichtung bzw. der gesamten Aufzuganlage beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, übertragen, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die
Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
Fig. 1 zeigt eine Aufzuganlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine Wechselrichtereinrichtung gemäß eines früheren Konzepts.
Fig. 3 zeigt eine Wechselrichtereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 zeigt eine Schaltung für eine Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den verschiedenen Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale
Fig. 1 zeigt eine Aufzuganlage 1 mit einer Aufzugkabine 3 und einem Gegengewicht 5, die mithilfe eines Tragmittels 7 von einer Antriebsmaschine 9 innerhalb eines
Aufzugschachts vertikal verlagert werden können. Die Antriebsmaschine 9 wird dabei von einer Wechselrichtereinrichtung 11 mit elektrischer Feistung versorgt. Die
Wechselrichtereinrichtung 11 umfasst eine Feistungsversorgungseinrichtung 13, welche an einem Feistungseingang 21 mit elektrischer Feistung von einer Hauptleistungsquelle 71 gespeist wird und welche von einer Signalerzeugereinrichtung 17 über Signale gesteuert wird. Im Bedarfsfall, zum Beispiel wenn die Aufzugkabine 3 an einem Stockwerk hält und Aufzugtüren geöffnet sind, um ein Ein- oder Aussteigen von Passagieren zu ermöglichen, kann es erforderlich sein, sicherzustellen, dass die Aufzugkabine 3 temporär keinesfalls bewegt wird.
Für Aufzuganlagen war es lange üblich, statische Wechselrichter mit Schaltern, Relais oder Schützen auszustatten, um die Leistungsversorgung sicher und zuverlässig von der Antriebsmaschine 9 trennen zu können.
Solche Schalter, Relais oder Schütze sollen nun durch Verwendung elektronischer Schaltkreise ersetzt werden. Solche elektronischen Schaltkreise können vorteilhaft hinsichtlich niedrigerer Kosten, geringerer Geräuschentwicklung und/oder höherer Zuverlässigkeit als herkömmliche Schalter, Relais oder Schütze sein.
Zwischen die Signalerzeugereinrichtung 17 und die Leistungsversorgungseinrichtung 13 wird hierzu eine Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung 15 geschaltet, mithilfe derer eine Drehmomenterzeugung der von der Leistungsversorgungseinrichtung 13 versorgten Antriebsmaschine 9 zuverlässig unterbrochen werden kann. Die Signalerzeuger einrichtung 17 und die Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung 15 sind gemeinsam Teil einer Wechselrichtersteuerung 19.
In offiziellen Regularien wie beispielsweise den europäischen Normen EN61800-5- 2:2007 und EN81-20:2014 bzw. deren Vorgängerversion EN81.1: 1998 sind Vorgaben und Erfordernisse angegeben, die beim Bau bzw. Betrieb von Aufzuganlagen zu berücksichtigen sind.
Zusätzlich zu diesen Vorgaben und Erfordernissen können folgende weitere Vorgaben definiert werden, die einen wesentlichen Einfluss auf die Auslegung einer Schaltung für eine Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung haben können: i) Um zu vermeiden, dass eine Software Teil einer Zertifizierung von
Aufzugkomponenten wird, kann es zu bevorzugen sein, die
Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung ohne eine Verwendung jeglicher
programmierbarer Logik-Bauelemente zu realisieren. Diese Maßnahme kann einen Aufwand für Wartung oder Ähnliches reduzieren. ii) Die Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung sollte für bzw. in
Wechselrichtereinrichtungen verschiedener Hersteller und somit mit verschiedenen Baukonzepten einsetzbar sein.
Diese Anforderung kann einen erheblichen Einfluss auf die Sicherheitsfunktion haben. Frühere Konzepte von Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtungen konnten in der in Fig. 2 dargestellten Weise ausgelegt sein. Sie bestanden aus einer 2-Kanal-Struktur, von denen jede entweder die PWM-Signale zu den drei oberen IGBTs oder den drei unteren IGBTs einer Feistungsversorgungseinrichtung unterbrechen konnte. Ein Versagen bei einem der Kanäle führte dazu, dass entweder die oberen oder die unteren IGBTs nicht unterbrochen wurden. Es wurde angenommen, dass es ausreichen würde, alle oberen IGBTs oder alle unteren IGBTs abzuschalten, um den Wechselrichter daran zu hindern, ein rotierendes Feld in dem Wechselstrom-Motor der angeschlossenen Antriebsmaschine zu induzieren, wodurch ein Drehmoment aufgebaut würde und der Motor zu Rotationen veranlasst würde. Daher musste ein Übersprechen (cross talk) zwischen den PWM- Signalen für die obere Seite und für die untere Seite in der IGBT-Gate-Treiberschaltung ausgeschlossen werden können. Ein solches Fehlverhalten kann jedoch für bestimmte Feistungsmodule nicht zuverlässig ausgeschlossen werden. Daher wurde, wie weiter unten beschrieben, die Schaltung für die Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung wie in Fig. 3 dargestellt ergänzt. Auf diese Weise wird selbst bei einem Fehler in einem der Kanäle die Feistung von der Antriebsmaschine zuverlässig getrennt, sogar für den Fall eines Fehlers in der Feistungseinheit. iii) Die Schaltung der Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung sollte vorzugsweise in der Wechselrichtersteuerung bzw. auf deren Platine realisiert werden, welche unverändert in verschiedenen Varianten von Wechselrichtern eingesetzt werden kann. Ein solches Vorgehen kann den Aufwand zum Zertifizieren jeder Variante von Wechselrichtern reduzieren. iv) Die Schaltung der Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung sollte gemäß EN81- 20:2014 und EN81-1: 1998 zertifiziert sein, um in der Fage zu sein, den Wechselrichter in Bereichen zu verwenden, in denen der neue Standard nicht akzeptiert wird. Als Konsequenz kann es bevorzugt sein, die Schaltung der Sicherheitsdrehmoment- abschalteinrichtung in Übereinstimmung mit EN61800-5-2:2007 mit einem
Sicherheitsintegritätslevel SIL3 und einer Hardwarefehlertoleranz von wenigstens 1 sowie in Übereinstimmung mit EN81-1 : 1998 § 14.1 zu realisieren, wodurch die notwendige Hardwarefehlertoleranz erhöht wird, um die Anforderungen des
Fehlerbaums das heisst beispielweise eine Fehlertoleranz von drei Komponenten (Transistoren) in EN81 zu erfüllen.
Unter Berücksichtigung der genannten Vorgaben und Erfordernisse wird somit eine Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung 15 für eine Wechselrichtereinrichtung 11 vorgeschlagen, wie sie beispielhaft in Fig. 3 dargestellt ist. Die Wechselrichtereinrichtung 11 unterscheidet sich dabei von dem in Fig. 2 dargestellten früheren Konzept hauptsächlich hinsichtlich des Aufbaus der Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung 15.
Die Wechselrichtereinrichtung 11 wird dabei an einem Feistungseingang 21 von einer Hauptleistungsquelle 71 mit elektrischer Feistung in Form eines Drehstroms versorgt. In der Feistungsversorgungseinrichtung 13 der Wechselrichtereinrichtung 11 wird die zugeführte elektrische Feistung an Feistungsschalter 25 in Form von drei oberen IGBTs 67 und drei unteren IGBTs 69 geleitet. Je nach Schaltzustand der IGBTs 67, 69 wird die elektrische Feistung dann an einen Feistungsausgang 23 der Feistungsversorgungs- einrichtung 13 weitergegeben. An diesen Feistungsausgang 23 ist die Antriebsmaschine 9 der Aufzuganlage 1 angeschlossen.
Die IGBTs 67, 69 werden von einer gemeinsamen Treiberschaltung 27 in Form einer IGBT-Treiberschaltung 65 gesteuert. Die IGBT-Treiberschaltung 65 steuert dabei jeden der drei oberen und drei unteren IGBTs 67, 69 in Reaktion auf PWM-Signale, welche von der Signalerzeugereinrichtung 17 in der Wechselrichtersteuerung 19 erzeugt wurden.
Um die Weiterleitung der PWM-Signale von der Signalerzeugereinrichtung 17 an die Treiberschaltung 27 im Bedarfsfall unterbrechen zu können, ist zwischen die
Signalerzeugereinrichtung 17 und die Treiberschaltung 27 die Sicherheitsdrehmoment- abschalteinrichtung 15 geschaltet. Jeder von sechs Signalausgängen 29 der
Signalerzeugereinrichtung 17 ist dabei mit einem Signaleingangsanschluss 35 der Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung 15 verbunden. Ferner ist jeder von sechs Signaleingängen 31 der Treiberschaltung 27 mit einem Signalausgangsanschluss 37 der Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung 15 verbunden.
Im Gegensatz zu dem in Fig. 2 dargestellten früheren Konzept, bei dem zwischen jedem der Signaleingangsanschlüsse 35 und dem zugeordneten Signalausgangsanschluss 37 in der Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung 15 lediglich ein einzelner
Signalübertragungsschalter 38 vorgesehen war, ist bei dem hier vorgestellten Konzept vorgesehen, zwischen jedem der Signaleingangsanschlüsse 35 und dem zugehörigen Signalausgangsanschluss 37 zwei in Serie verschaltete Signalübertragungsschalter 39, 41 vorzusehen. Indem sowohl der erste Signalübertragungsschalter 39 als auch der zweite Signalübertragungsschalter 41 in einen durchleitenden Zustand geschaltet werden, kann eine elektrisch durchleitender Verbindung zwischen dem jeweiligen Signaleingangs anschluss 35 und dem zugehörigen Signalausgangsanschluss 37 etabliert werden.
Um Schaltzustände der ersten und zweiten Signalübertragungsschalter 39, 41 unabhängig voneinander schalten zu können, sind in der Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung 15 eine erste Steuereinheit 43 und eine von dieser unabhängige zweite Steuereinheit 45 vorgesehen (in Fig. 3 nur sehr schematisch dargestellt). Beide Steuereinheiten 43, 45 sind mit einem Steuereingang 33 der Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung 15 elektrisch verbunden und können über diesen Steuereingang 33 beispielsweise ein zum Steuern einer temporären Unterbrechung der Drehmomenterzeugung der Antriebsmaschine einzusetzendes Steuersignal empfangen. Beispielsweise kann ein solches Steuersignal von einer Sicherheitskette der Aufzuganlage 1 geliefert werden. Die erste Steuereinheit 43 schaltet dabei die Schaltzustände aller ersten Signalübertragungsschalter 39, wohingegen die zweite Steuereinheit 45 die Schaltzustände aller zweiten
Signalübertragungsschalter 41 steuert.
In Fig. 4 ist eine mögliche Ausgestaltung einer Schaltung für eine
Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung 15 dargestellt.
Der Steuereingang 33 ist sowohl mit der ersten Steuereinheit 43 als auch mit der zweiten Steuereinheit 45 elektrisch verbunden. Jede der beiden Steuereinheiten 43, 45 verfügt über einen eigenen Optokoppler 53. In dem jeweiligen Optokoppler 53 ist eine Leuchtquelle 57 beispielsweise in Form einer LED vorgesehen. Je nach anliegendem Steuersignal an dem Steuereingang 33 wird die Leuchtquelle 57 dazu angeregt, Licht zu emittieren oder nicht. Der Optokoppler 53 verfügt ferner über eine Photodiodeneinheit 59. Die Photodiodeneinheit 59 ist galvanisch von dem Rest des Optokopplers 53 und insbesondere von dem Steuereingang 33 entkoppelt. Jede Photodiodeneinheit 59 umfasst zwei Photodioden 61, welche in Serie miteinander verschaltet sind. Wenn Licht auf die Photodioden 61 trifft, generieren diese ähnlich wie eine Solarzelle eine elektrische Spannung.
Jede Photodiodeneinheit 59 ist an einer Seite mit einem Erdungspotenzial 55 und an einer entgegengesetzten Seite mit Gate-Anschlüssen 49 mehrerer Halbleiterschalter 47 verbunden. Die Photodiodeneinheit 59 des Optokopplers 53 der ersten Steuereinheit 43 ist im dargestellten Beispiel mit den Gate-Anschlüssen 49 von Halbleiterschaltem 47, die als zweite Signalübertragungsschalter 41 dienen, verbunden, wohingegen die
Photodiodeneinheit 59 des Optokopplers 53 der zweiten Steuereinheit 45 mit den Gate- Anschlüssen 49 von Halbleiterschaltem 47, die als erste Signalübertragungsschalter 39 dienen, verbunden ist.
Die Halbleiterschalter 47 sind dabei als im Normalzustand elektrisch leitende Schalter ausgebildet und derart angeschlossen, dass sie bei einem Fehlen einer Steuerspannung an dem jeweiligen Gate-Anschluss 49 eine elektrische Verbindung zwischen einem der Signaleingangsanschlüsse 35, mit dem ein Drain- Anschluss oder ein Source-Anschluss des Halbleiterschalters 47 verbunden ist, und einem Erdungspotenzial 51 bewirken. In diesem Fall wird ein eventuell an dem jeweiligen Signaleingangsanschluss 35 anliegendes elektrisches Spannungssignal über den Halbleiterschalter 47 an das
Erdungspotenzial 51 abgeleitet und kann somit nicht an den mit dem Signaleingangs anschluss 35 elektrisch verbundenen Signalausgangsanschluss 37 weitergeleitet werden. Eine Durchleitung von an den Signaleingangsanschlüssen 35 anliegenden Signalen der Signalerzeugereinrichtung 17 ist bei fehlender Steuerspannung an den Gate-Anschlüssen 49 somit zuverlässig unterbrochen.
Nur wenn an dem Steuereingang 33 der Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung 15 ein Steuersignal anliegt, welches die Photodioden 57 der beiden Optokoppler 53 dazu veranlasst Licht auf die jeweilige Photodiodeneinheit 59 zu schicken und die Photodioden 61 daraufhin gemeinsam eine ausreichend hohe Steuerspannung an den Gate-Anschlüssen 49 aller mit ihnen verbundener Halbleiterschalter 47 generieren, können die
Halbleiterschalter 47 in einen nicht-leitenden Zustand schalten. Damit wird die elektrische Verbindung zwischen den Signaleingangsanschlüssen 35 und dem
Erdungspotenzial 51 unterbrochen, sodass die Signale der Signalerzeugereinrichtung 17 an die jeweiligen Signalausgangsanschlüsse 37 weitergeleitet werden. In Reaktion auf den Empfang dieser Signale kann dann die damit verbundene Treiberschaltung 27 die Leistungsversorgungseinrichtung 13 dazu ansteuem, eine gewünschte elektrische Leistung an die Antriebsmaschine 9 durchzuleiten.
Zusammengefasst und mit anderen Worten ausgedrückt kann die Schaltung für die Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung 15 mit der in Fig. 4 dargestellten Topologie realisiert werden. Der Eingang der Sicherheitskette wird verwendet, um die LEDs zweier Optokoppler 53 anzusteuem. Die photovoltaischen Ausgänge der Optokoppler, die mit mehreren in Serie verschalteten Photodioden ausgestaltet sind, werden verwendet, um die Gates von normal- leitenden Halbleiterbauelementen anzusteuem. Solange keine Spannung an deren Gates angelegt ist, beispielsweise aufgrund abgeschalteter LEDs in dem Optokoppler oder einer Fehlfunktion in einem Optokoppler, werden die sechs PWM- Signale, die durch den DSP erzeugt wurden, mit dem Erdungspotenzial GND
kurzgeschlossen und daher daran gehindert, an die Leistungseinheit durchgeleitet zu werden. Sobald die LEDs der Optokoppler aktiviert sind, wird eine negative Spannung an die Gate-Anschlüsse der Halbleiterschalter angelegt, was diese dazu bringt, hoch- impedant zu werden. Hierdurch werden die sechs PWM-Signale unverändert durch die Schaltung der Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung hindurchgeleitet.
Die verwendete Topologie für die Sicherheitsschaltung der
Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung kann folgende signifikante Vorteile ermöglichen:
- das elektrische bzw. elektronische System der Sicherheitsdrehmomentabschalt- einrichtung kann in der Wechselrichtersteuerung bzw. auf der Wechselrichtersteuerung- Platine platziert werden. Daher kann sie für verschiedene Varianten statischer
Wechselrichter eingesetzt werden, ohne dass eine weitere Zertifizierung der
Sicherheitsfunktion benötigt würde.
- Da es keine Anforderungen an die Leistungsversorgungseinrichtung bzw. die
Leistungsplatine gibt, ist diese nicht Teil der Zertifizierung. - Das Weiterleiten der an den Signaleingangsanschlüssen der Sicherheits- drehmomentabschalteinrichtung anliegenden Signale an das Erdungspotenzial eignet sich besser für verschiedene Topologien von Leistungsversorgungseinrichtungen. Das reduziert die Notwendigkeit, zusätzliche Treiberschaltungen nachträglich hinzuzufügen.
- Da die Sicherheitsschaltung mit einem fehler-sicheren Prinzip aufgebaut ist, gibt es keine Fehlerzustände, die detektiert werden können. Daher ist es nicht länger ein
Erfordernis, die Sicherheitsschaltung nach jeder Fahrt zu öffnen, was den Aufbau der Aufzugsteuerung vereinfachen kann.
- Die Sicherheitsschaltung wird lediglich durch die Sicherheitsschaltung selbst mit Leistung versorgt und benötigt keine zusätzliche Versorgung.
- Die Sicherheitskette braucht nicht länger große Spulen von Schaltern, Relais oder Schützen versorgen, sodass ihre eigene Leistungsversorgung einschließlich eines Kupferdrahtdurchmessers in den durchleitenden Kabeln reduziert werden kann.
Zusammenfassend kann die vorgeschlagene Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung aus einem kosteneffizienten und robusten elektrischen bzw. elektronischen System bestehen, dass alle Anforderungen erfüllt. Ein höherer Aufwand im Vergleich zu bisher verwendeten Lösungen kann wesentliche Vorteile bei der Wartungsfähigkeit
ermöglichen. Außerdem gibt es keine Anforderungen an die angeschlossene
Leistungsversorgungseinrichtung und die Sicherheitsschaltung.
Abschließend ist daraufhinzuweisen, dass Begriffe wie„aufweisend“,„umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie„eine“ oder„ein“ keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei daraufhingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims

Patentansprüche
1. Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung (15) zum Unterbrechen einer Drehmomenterzeugung durch eine von einer Leistungsversorgungseinrichtung (13) versorgte Antriebsmaschine (9) einer Aufzuganlage (1),
wobei die Leistungsversorgungseinrichtung (13) einen Leistungseingang (21), einen Leistungsausgang (23), mehrere mit dem Leistungseingang (21) und dem
Leistungsausgang (23) verbundene Leistungsschalter (25) und eine die Leistungsschalter (25) steuernde Treiberschaltung (27) aufweist, und wobei die
Leistungsversorgungseinrichtung (13) dazu konfiguriert ist, dass eine an dem
Leistungseingang (21) anliegende elektrische Leistung gesteuert durch die
Leistungsschalter (25) zumindest teilweise an den Leistungsausgang (23) weitergeleitet wird und die Leistungsschalter (25) von der Treiberschaltung (27) in Abhängigkeit von Signalen, die von einer Signalerzeugereinrichtung (17) über eine erste Vielzahl von Signalausgängen (29) an Signaleingänge (31) der Treiberschaltung (27) angelegt werden, gesteuert werden;
wobei die Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung (15) einen Steuereingang (33) und eine zweite Vielzahl jeweils von Signaleingangsanschlüssen (35) und von
Signalausgangsanschlüssen (37) aufweist, wobei jeder der Signalausgänge (29) der Signalerzeugereinrichtung (17) an einen der Signaleingangsanschlüsse (35) und jeder der Signaleingänge (31) der Treiberschaltung (27) an einen der Signalausgangsanschlüsse (37) anschließbar ist;
wobei jeder der Signaleingangsanschlüsse (35) jeweils über einen ersten und einen zweiten miteinander in Serie verschaltete Signalübertragungsschalter (39, 41) mit einem zugeordneten der Signalausgangsanschlüsse (37) elektrisch durchleitend verbindbar ist, indem sowohl der erste Signalübertragungsschalter (39) als auch der zweite
Signalübertragungsschalter (41) in einen durchleitenden Schaltzustand geschaltet werden; wobei der Steuereingang (33) mit einer ersten und einer zweiten Steuereinheit (43, 45) elektrisch verbunden ist und die erste Steuereinheit (43) gesteuert durch ein an dem Steuereingang (33) anliegendes Steuersignal Schaltzustände aller ersten
Signalübertragungsschalter (39) schaltet und die zweite Steuereinheit (45) gesteuert durch das an dem Steuereingang (33) anliegende Steuersignal Schaltzustände aller zweiten Signalübertragungsschalter (41) schaltet.
2. Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung nach Anspruch 1, wobei die
Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung (15) sechs Signaleingangsanschlüsse (35) und sechs Signalausgangsanschlüsse (37) aufweist.
3. Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jeder der Signalübertragungsschalter (39, 41) mit einem in einem Normalzustand leitenden Halbleiterschalter (47) ausgebildet ist, welcher bei einem Fehlen einer Steuerspannung an einem Gate-Anschluss (49) eine elektrische Verbindung zwischen dem dem Signalübertragungsschalter (39, 41) zugeordneten
Signaleingangsanschluss (35) und einem Erdungspotenzial (51) bewirkt und bei Anliegen der Steuerspannung an dem Gate-Anschluss (49) die elektrische Verbindung zwischen dem dem Signalübertragungsschalter (39, 41) zugeordneten Signaleingangsanschluss (35) und einem Erdungspotenzial (51) unterbricht, und
wobei jede der Steuereinheiten (43, 45) dazu konfiguriert ist, abhängig von dem an dem Steuereingang (33) anliegenden Steuersignal die Steuerspannung an die Gate-Anschlüsse (49) aller der jeweiligen Steuereinheit (43, 45) zugeordneter Signalübertragungsschalter (39, 41) anzulegen.
4. Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung nach Anspruch 3, wobei jede der Steuereinheiten (43, 45) einen Optokoppler (53) aufweist, welcher dazu konfiguriert ist, abhängig von dem an dem Steuereingang (33) anliegenden Steuersignal die elektrische Steuerspannung an den Gate-Anschlüssen (49) aller der jeweiligen Steuereinheit (43, 45) zugeordneter Signalübertragungsschalter (39, 41) zu etablieren.
5. Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung nach Anspruch 4, wobei der
Optokoppler (53) eine von dem an dem Steuereingang (33) anliegenden Steuersignal zu aktivierende Leuchtquelle (57) und eine durch Beleuchtung durch die Leuchtquelle (57) die Steuerspannung generierende Photodiodeneinheit (59) aufweist.
6. Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung nach Anspruch 5, wobei die
Photodiodeneinheit (59) zwei in Serie verschaltete Photodioden (61) aufweist.
7. Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung (15) mit Hardware gemäß eines Sicherheitsintegritätslevels SIL3 und einer Hardwarefehlertoleranz von wenigstens 1 ausgebildet ist.
8. Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung (15) ohne
programmierbare Bauelemente ausgebildet ist.
9. Wechselrichtereinrichtung (19) zum Bereitstellen einer elektrischen
Antriebsleistung für eine Antriebsmaschine (9) einer Aufzuganlage (1), wobei die Wechselrichtereinrichtung (19) aufweist:
- eine Signalerzeugereinrichtung (17) zum Erzeugen von Steuersignalen, wobei die Signalerzeugereinrichtung (17) eine erste Vielzahl von Signalausgängen (29) aufweist;
- eine Leistungsversorgungseinrichtung (13) mit einem Leistungseingang (21), einem Leistungsausgang (23), mehreren mit dem Leistungseingang (21) und dem
Leistungsausgang (23) verbundenen Leistungsschaltem (25) und einer die
Leistungsschalter (25) steuernden Treiberschaltung (27), wobei die
Leistungsversorgungseinrichtung (13) dazu konfiguriert ist, dass eine an dem
Leistungseingang (21) anliegende elektrische Leistung gesteuert durch die
Leistungsschalter (25) zumindest teilweise an den Leistungsausgang (23) weitergeleitet wird und die Leistungsschalter (25) von der Treiberschaltung (27) in Abhängigkeit von Signalen, die von einer Signalerzeugereinrichtung (17) über eine erste Vielzahl von Signalausgängen (29) an Signaleingänge (31) der Treiberschaltung (27) angelegt werden, gesteuert werden; und
- eine Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung (15) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jeder der Signalausgänge (29) der Signalerzeugereinrichtung (17) an einen der Signaleingangsanschlüsse (35) und jeder der Signaleingänge (31) der
Treiberschaltung (27) an einen der Signalausgangsanschlüsse (37) angeschlossen ist.
10. Wechselrichtereinrichtung nach Anspruch 9, wobei die Signalerzeugereinrichtung (17) mit einem Digital-Signal -Prozessor (63) ausgebildet ist.
11. Wechselrichtereinrichtung nach einem der Ansprüche 9 und 10, wobei die Leistungsversorgungseinrichtung (13) eine IGBT-Treiberschaltung (65) sowie drei obere IGBTs (67) und drei untere IGBTs (69) aufweist, wobei die oberen und unteren IGBTs (67, 69) von der IGBT-Treiberschaltung (65) in Abhängigkeit von durch die Signalerzeugereinrichtung (17) erzeugten Steuersignalen, welche durch die
Sicherheitsdrehmomentabschalteinrichtung (15) hindurchgeleitet wurden, dazu angesteuert werden, an dem Leistungseingang (21) anliegende elektrische Leistung gesteuert zumindest teilweise an den Leistungsausgang (23) weiterzuleiten.
12. Aufzuganlage (1) aufweisend:
- eine Wechselrichtereinrichtung (11) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11;
- eine Hauptleistungsquelle (71) zum Bereitstellen einer elektrischen Leistung an dem Leistungseingang (21) der Leistungsversorgungseinrichtung (13) der
Wechselrichtereinrichtung (11); und
- eine elektrische Antriebsmaschine (9), welche an den Leistungsausgang (23) der Leistungsversorgungseinrichtung (13) angeschlossen ist.
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