WO2011103854A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern einer bremse - Google Patents

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WO2011103854A1
WO2011103854A1 PCT/DE2011/000127 DE2011000127W WO2011103854A1 WO 2011103854 A1 WO2011103854 A1 WO 2011103854A1 DE 2011000127 W DE2011000127 W DE 2011000127W WO 2011103854 A1 WO2011103854 A1 WO 2011103854A1
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WO
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brake
electric motor
comparison
parameter
operating
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PCT/DE2011/000127
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Levermann
Original Assignee
Hanning Elektro-Werke Gmbh & Co. Kg
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0244—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for braking
    • F03D7/0248—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for braking by mechanical means acting on the power train
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T13/00—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems
    • B60T13/74—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive
    • B60T13/741—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive acting on an ultimate actuator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/90—Braking
    • F05B2260/902—Braking using frictional mechanical forces
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting the operating state of a brake, in particular a wind turbine brake, wherein a brake shoe of the brake is moved by means of an actuating element in a braking position in which the brake shoe presses with a braking force against a brake pad, and is moved to a non-braking position in which the brake shoe does not rest on the brake pad, that the actuator is coupled directly or via a transmission with an electric motor, which is controlled by means of an actuator.
  • the invention relates to a method for controlling an electric motor and an apparatus for performing the method according to the preamble of the claim.
  • a brake for wind turbines in which a brake shoe acting on a brake shoe for reciprocating the same is coupled to an electric drive.
  • the electric drive comprises an electric motor which is coupled via a lever with a transmission which converts the pivoting movement into an axial movement.
  • the transmission has an axially displaceable and rotatably guided in a housing spindle element, at one end of the brake shoe firmly
  • CONFIRMATION COPY is arranged.
  • detectors such as strain gauges can be used for this, but they are susceptible to errors in relatively harsh environmental conditions.
  • the object of the present invention is therefore to provide a method and a device for detecting the operating state of a brake or controlling the electric motor that automatically maintain an optimal operating state of the brake and malfunctions can be detected in a simple manner.
  • the inventive method in conjunction with the preamble of claim 1 is characterized in that at least one operating parameter of the electric motor and / or the actuator is measured and evaluated to the effect that at least one brake power or engine wear related state variable is determined.
  • operating parameters of an electric motor and / or an actuating unit are used to determine at least one braking-force-related state variable.
  • the braking force-related state quantity is also the operating state of the brake is known, which can be compensated for by changing the state variable by appropriate control means. If, for example, detected by detecting the current flow of the electric motor, that the predetermined braking force due to wear of the brake pad occurs only later in time, with a brake shoe of the brake from the non-braking position in the braking position must cover a larger travel, the brake power-related state variable is assigned to a degree of wear.
  • a change in the state variable can be checked by comparing the measured operating parameters with predetermined comparison parameters, whereupon, when the comparison parameters are exceeded, the setpoint specification is changed so that an extended travel path is set.
  • the determination of the at least one state variable can be used to change a desired value specification such that an adaptation of the current manipulated variable to the changed state variable takes place.
  • the invention in conjunction with the preamble of claim 11, characterized in that the comparison parameters are stored in a microprocessor-based comparison unit, at the output side followed by a directly acting on the electric motor actuator.
  • the particular advantage of the device according to the invention is that no additional detectors have to be attached to the electric motor or to the brake shoe in order to determine braking-force-related state variables.
  • the operating state of the brake or the braking-force-related state variable is effected solely by electrical operating parameters of the electric motor, which are compared in a comparison unit with predetermined comparison parameters.
  • the at least one comparison parameter forms a threshold value, which leads to a change in the setting parameters or the setpoint specification when exceeding or falling short of at least one of the measured operating parameters. It can thus be adapted to current conditions, an operating condition of the brake, so that the functionality of the brake is maintained at a same level.
  • the predetermined comparison parameters are stored in a comparison database, so that one by one either individual comparison parameters or time profiles of comparison parameters can be compared with the corresponding operating parameters.
  • the comparative data Bank assigned to a microcontroller and can be initialized or updated in a simple manner, depending on the application.
  • the comparison unit has a computer or a microprocessor (microcontroller), which optionally calculates a compensation value by which the original desired value is changed.
  • the comparison unit thus generates a modified setpoint value that is transmitted to an actuating unit and / or a control unit when there is a significant change in the braking-force-related state variable.
  • the electric motor is thus always optimally activated as a function of the braking-force-related state variable.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a device according to the invention for controlling a brake
  • FIG. 2 shows a block diagram of a comparison unit of FIG
  • FIG. 3 shows a flow chart of a comparison program that runs in a computer of the comparison unit.
  • a device according to the invention for controlling an electric brake is preferably used in brakes of a wind power plant or in a solar tracking device.
  • a brake 1 of the wind turbine is used to decelerate wind turbine blades and has a by a travel s linearly adjustable brake shoe 2, which acts in a braking position with a predetermined braking force on a stationary brake pad 3 of a brake housing 4 and spaced apart in a non-braking position to the brake pad 3 is, see braking position indicated by dashed line in Figure 1.
  • the brake shoe 2 is axially fixed to an actuator 5 of a transmission G.
  • the transmission G may be formed, for example, as a spindle gear or ball screw or planetary roller screw.
  • the transmission G is coupled to an electric motor M, which is preferably arranged coaxially with the transmission G.
  • the electric motor M may be formed, for example, as a synchronous motor or asynchronous motor, wherein a rotor of the same on the input side is coupled to the transmission G.
  • An actuating unit 6, which may have, for example, a pulse width modulation device and a converter unit, acts on the motor M.
  • the inverter unit can be For example, have a rectifier, a DC link and an inverter.
  • the device has a regulator unit 7 and a comparison unit 8.
  • the comparison unit 8 has a microcontroller 9 as a computer and a comparison database 10, by means of which, depending on the current operating state of the brake 1, a desired value S s oii is variable.
  • the comparison unit 8 electrical operating parameters B is the electric motor M and / or the actuator 6 is supplied.
  • At least a magnitude of voltage U and / or magnitude of current I and / or phase angle and / or mean of the magnitude of voltage U and / or the current intensity I over a time interval and / or a power magnitude P, Q can be transmitted, for example, by the adjusting unit 6 .
  • These operating parameters Bi st are continuously compared with predetermined and, for example, stored in the comparison database 10 comparison parameters B v .
  • the comparison parameters B v each form a threshold value st is exceeded by the corresponding measured operating parameter Bj_ for generating a compensation value A leads to the the desired value Ss o ii is changed into a modified target value
  • the predetermined comparison parameters B v are dimensioned so that when over / underrun at least one of the same occurs the change of the braking force-related state variable Z.
  • the brake power-related Stand size Z mean the current state of wear of the brake 1. For example, if the wear of the brake 1 has increased, the brake shoe 2 must be moved by a larger travel s to press with the predetermined braking force on the brake pad. The electric current or the torque generated by the electric motor M thus adjusts itself later in time, so that the deteriorated state of wear of the brake 1 is closed by comparing the current time characteristic I (t) with a predetermined and stored current profile (comparison parameter B v ) can be.
  • the selected current operating parameters Bi St are dependent on wear-related characteristic values of the electric motor M and / or braking-force-related characteristic values of the brake shoe 2 and / or the brake lining 3. These characteristic values can be used to define the braking-force-related and / or motor wear-related state variable. If necessary, external sensor signals can be used for this purpose. From Figure 3 it can be seen that when it exceeds the comparison parameter B v by the current B is a change in the state variable Z is detected, see comparison step 12. As a consequence, the target value S so ii, which is sequentially interrogated in constant time intervals T, to the compensation value a is increased to the modified setpoint S * so ii, step 12.
  • the setpoint S so n or the modified setpoint S * so n are applied to an input of the controller unit 7, which may have, for example, a PID controller or PI controller.
  • the controller unit 7 downstream actuating unit 6 is so generated by a the setpoint values S as n, S * ii predetermined control signal, with which the electric motor M is powered.
  • the number of revolutions of the motor can be specified in order to effect the predetermined travel path s of the brake shoe 2.
  • a torque and thus a predetermined holding force acting on the brake pad 3 can be generated via the stator current.
  • a return branch 14 leads to the input of the control unit 7, so that the electric motor M is always controlled to the desired value S * S oii in dependence on the current operating parameters T t , which are determined in the control unit 6.
  • operating parameters Bi St determined on the electric motor M and / or on the transmission G can also be supplied to the comparison unit 8 and / or the control unit 7.
  • the determined operating parameters Bi St can be an indication of state variables such as wear, noise, loops, corrosion of the electric motor M and / or the brake shoe 2 and the brake pad 3.
  • the wear of the brake pads 3, the amount of braking force and tolerances in the brake housing 4 are taken into account.
  • it can be determined by comparison with comparison data stored in the comparison database 10 whether limit values are exceeded.
  • the limit values serve here as absolute comparison data values which, as threshold values, effect a correction of the motor drive by applying the checking program described above and stored in the computer 9.
  • Increases, for example, surprisingly, the current consumption of the electric motor M can be determined by checking the operating parameters B * is n so generated in the comparing unit 8, a modified target value S which causes a corresponding correction control signal.
  • the electric motor M can be brought to a standstill, or a reversal of motion of the electric motor M is initiated in order to eliminate the fault condition.
  • a rotational and / or vertical movement of the solar modules can be controlled. This relates in particular to the tracking of the solar modules as a function of the current position of the sun, the electric motor M being used to drive and brake the solar modules.
  • the electric motor M can only be controlled, wherein the control unit 7 and the return branch 7 are omitted.
  • the current operating parameter B ist of the electric motor M is measured and stored in the comparison database 10 as reference data.
  • This reference data is used as comparison data for the measured in the further course of the operation of another operational parameter B is.
  • individual or several operating parameters can thus be monitored and evaluated over a longer period of time.
  • the aging of the electric motor M or the brake can be determined as a function of the operating intensity.
  • operating parameters in the same or different lengths of time intervals can be checked for deviation from the reference data determined during commissioning.
  • the comparison is not limited to individual values, but may also relate to time profiles of operating parameters.
  • the invention also enables the isolated recognition of the operating state of the electric motor M.
  • operating parameters Bi st of the electric motor are determined and evaluated exclusively in a non-braking position of the control element 2.
  • the evaluation comprises the comparison of the current operating parameter Bi St with a predetermined stored operating parameter B v .
  • This makes it possible to determine a motor wear-related state variable Z, by means of which the wear of the electric motor M can be concluded. It is possible to determine the degree of wear of the electric motor M thus what influence on the timing of replacement of the electric motor M by a new or reconditioned electric motor M. For example, if a motor wear-dependent boundary parameter exceeded B v .st by the measured operational parameters Bj, is a Error signal generated and transmitted to a monitoring unit.
  • a limiting current intensity value of the electric motor M can serve as the limit parameter, and if this limit parameter is exceeded during ongoing operation of the electric motor M, for example, it can be concluded that a bearing of the electric motor M is only able to function to a limited extent or not at all.
  • an exchange of components of the electric motor M or of the entire electric motor M can now be prepared and carried out.
  • the error signal can be transmitted wirelessly or via a cable to a central monitoring unit. This ensures that the electric motor M has a high reliability.
  • the wind turbine can also operate in a grinding operation.
  • the actuator 2 is in a "dragging" braking operation with less braking force to the brake pad 3 as in a "standing” braking operation in which a maximum braking force acting on the brake pad 3.
  • the grinding braking operation enables damped movement of the wind wheels in certain operating situations.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen des Betriebszustandes einer Bremse, insbesondere einer Windkraftanlagen-Bremse, wobei eine Bremsbacke der Bremse mittels eines Stellelementes in eine Bremsstellung verbracht wird, in der die Bremsbacke mit einer Bremskraft gegen einen Bremsbelag drückt, und in eine Nichtbremsstellung verbracht wird, in der die Bremsbacke nicht an dem Bremsbelag anliegt, dass das Stellelement direkt oder über ein Getriebe mit einem Elektromotor gekoppelt ist, der mittels einer Stelleinheit angesteuert wird, wobei mindestens ein Betriebsparameter des Elektromotors und/oder der Stelleinheit gemessen und ausgewertet wird dahingehend, dass mindestens eine bremskraftbezogene oder motorabnutzungsbezogene Zustandsgröße ermittelt wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer Bremse
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen des Betriebszustandes einer Bremse, insbesondere einer Windkraftanlagen-Bremse, wobei eine Bremsbacke der Bremse mittels eines Stellelementes in eine Bremsstellung verbracht wird, in der die Bremsbacke mit einer Bremskraft gegen einen Bremsbelag drückt, und in eine Nichtbremsstellung verbracht wird, in der die Bremsbacke nicht an dem Bremsbelag anliegt, dass das Stellelement direkt oder über ein Getriebe mit einem Elektromotor gekoppelt ist, der mittels einer Stelleinheit angesteuert wird.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines Elektromotors und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
Aus der WO 03/076818 AI ist eine Bremse für Windkraftanlagen bekannt, bei der eine auf eine Bremsscheibe wirkende Bremsbacke zur Hin- und Herbewegung derselben mit einem elektrischen Antrieb gekoppelt ist. Der elektrische Antrieb umfasst einen Elektromotor, der über einen Hebel mit einem die Schwenkbewegung in eine Axialbewegung umsetzenden Getriebe gekoppelt ist. Das Getriebe weist ein axial verschiebbar und drehfest in einem Gehäuse geführtes Spindelelement auf, an dessen einem Ende die Bremsbacke fest
BESTÄTIGUNGSKOPIE angeordnet ist. Um stets eine optimale Ansteuerung der Bremse mittels des elektrischen Antriebs zu ermöglichen, ist es wünschenswert, stets Informationen über den Betriebszustand der Bremse zu erhalten. Hierzu können beispielsweise Detektoren wie Dehnmessstreifen eingesetzt werden, die jedoch bei relativ rauen Umgebungsbedingungen fehleranfällig sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen des Betriebszustandes einer Bremse bzw. Steuern des Elektromotors anzugeben, dass auf einfache Weise selbsttätig ein optimaler Betriebszustand der Bremse aufrechterhalten und Fehlfunktionen erkannt werden können.
Zur Lösung der Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Betriebsparameter des Elektromotors und/oder der Stelleinheit gemessen und ausgewertet wird dahingehend, dass mindestens eine bremskraftbezogene oder motorabnutzungsbezogene Zustandsgröße ermittelt wird.
Nach der Erfindung werden Betriebsparameter eines Elektromotors und/oder einer Stelleinheit dazu genutzt, zumindest eine bremskraftbezogene Zustandsgröße zu ermitteln. Ohne das gesonderte Detektoren vorgesehen sind, kann vorzugsweise aus elektrischen Betriebsparametergrößen auf die bremskraftbezogene Zustandsgröße geschlossen werden. Sobald die bremskraftbezogene Zustandsgröße bekannt ist, ist auch der Betriebszustand der Bremse bekannt, der bei Veränderung der Zustandsgröße durch entsprechende Steuermittel ausgeglichen werden kann. Wird beispielsweise durch Erkennen des Stromverlaufs des Elektromotors festgestellt, dass die vorgegebene Bremskraft infolge eines Verschleißes des Bremsbelages erst zeitlich später eintritt, wobei eine Bremsbacke der Bremse von der Nichtbremsstellung in die Bremsstellung einen größeren Verfahrweg zurücklegen muss, wird die bremskraftbezogene Zustandsgröße einem Verschleißgrad zugeordnet. Eine Änderung der Zustandsgröße kann durch Vergleich der gemessenen Betriebsparameter mit vorgegebenen Vergleichsparametern überprüft werden, woraufhin bei Überschreitung der Vergleichsparameter die Sollwertvorgabe so verändert wird, dass ein verlängerter Fahrweg eingestellt wird.
Nach der Erfindung kann die Ermittlung der mindestens einen Zustandsgröße dazu genutzt werden, eine Sollwertvorgabe so zu ändern, dass eine Anpassung der aktuellen Stellgröße an die geänderte Zustandsgröße erfolgt.
Vorteilhaft kann aus den für die Steuerung des Elektromotors ohnehin vorliegenden elektrischen Betriebsparametern ein die Sollwertvorgabe verändernder Ausgleichswert bestimmt werden, der abhängig von der bremskraftbezogenen Zustandsgröße ist. Die gemessenen elektrischen Betriebsparameter korrespondieren hierbei insbesondere zu der Funktionsfähigkeit bzw. Haltekraft der Bremse. Zur Lösung der Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichsparameter in einer mikroprozessorgestützten Vergleichseinheit abgespeichert sind, an der sich ausgangsseitig eine auf den Elektromotor unmittelbar einwirkende Stelleinheit anschließt.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass keine zusätzlichen Detektoren an dem Elektromotor oder an der Bremsbacke angebracht werden müssen, um bremskraftbezogene Zustandsgrößen zu ermitteln. Der Betriebszustand der Bremse bzw. der bremskraftbezogenen Zustandsgröße erfolgt allein durch elektrische Betriebsparameter des Elektromotors, die in einer Vergleichseinheit mit vorgegebenen Vergleichsparametern verglichen werden. Der mindestens eine Vergleichsparameter bildet einen Schwellwert, der bei Über-/Unterschreiten durch zumindest einen der gemessenen Betriebsparameter zu einer Änderung der Stellparameter bzw. der Sollwertvorgabe führt. Es kann somit ein Betriebszustand der Bremse an aktuelle Rahmenbedingungen angepasst werden, so dass die Funktionsfähigkeit der Bremse auf einem gleichen Niveau aufrechterhalten wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die vorgegebenen Vergleichsparameter in einer Vergleichsdatenbank gespeichert, so dass nach und nach entweder einzelne Vergleichsparameter oder zeitliche Verläufe von Vergleichsparametern mit den entsprechenden Betriebsparametern verglichen werden können. Vorzugsweise ist die Vergleichsdaten- bank einem Mikrokontroller zugeordnet und kann in Abhängigkeit von dem Anwendungsfall auf einfache Weise initialisiert oder aktualisiert werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Vergleichseinheit einen Rechner bzw. einen Mikroprozessor (Mikrokontroller) auf, der gegebenenfalls einen Ausgleichswert berechnet, um den der ursprüngliche Sollwert verändert wird. Die Vergleichseinheit generiert somit bei signifikanter Änderung der bremskraftbezogenen Zustandsgroße einen veränderten Sollwert, der auf eine Stelleinheit und/oder eine Regeleinheit übertragen wird. Der Elektromotor wird somit stets in Abhängigkeit von der bremskraftbezogenen Zustandsgroße optimal angesteuert.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Steuern einer Bremse,
Figur 2 ein Blockschaltbild einer Vergleichseinheit der
Vorrichtung gemäß Figur 1 und Figur 3 einen Ablaufplan eines Vergleichsprogramms , das in einem Rechner der Vergleichseinheit abläuft.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Steuern einer elektrischen Bremse wird vorzugsweise in Bremsen einer Windkraftanlage oder in einer Solarnachführungseinrichtung eingesetzt .
Eine Bremse 1 der Windkraftanlage dient zur Abbremsung von Windradflügeln und weist eine um einen Verfahrweg s linear verstellbare Bremsbacke 2 auf, die in einer Bremsstellung mit einer vorgegebenen Bremskraft auf einen ortsfesten Bremsbelag 3 eines Bremsgehäuses 4 einwirkt und in einer Nichtbremsstellung beabstandet zu dem Bremsbelag 3 angeordnet ist, siehe Bremsstellung durch gestrichelte Linie in Figur 1 angedeutet.
Die Bremsbacke 2 ist axialfest mit einem Stellelement 5 eines Getriebes G verbunden. Das Getriebe G kann beispielsweise als Spindelgetriebe oder Kugelspindelgetriebe oder Planetenrollengewindetrieb ausgebildet sein. Das Getriebe G ist mit einem Elektromotor M gekoppelt, der vorzugsweise koaxial zu dem Getriebe G angeordnet ist. Der Elektromotor M kann beispielsweise als Synchronmotor oder Asynchronmotor ausgebildet sein, wobei ein Rotor desselben eingangsseitig mit dem Getriebe G gekoppelt ist. Auf den Motor M wirkt eine Stelleinheit 6 ein, die beispielsweise eine Pulsweitenmodulationseinrichtung und eine Umrichtereinheit, aufweisen kann. Die Umrichtereinheit kann bei- spielsweise einen Gleichrichter, einen Zwischenkreis sowie einen Wechselrichter aufweisen.
Weiterhin weist die Vorrichtung eine Reglereinheit 7 und eine Vergleichseinheit 8 auf. Die Vergleichseinheit 8 weist einen Mikrokontroller 9 als Rechner sowie eine Vergleichsdatenbank 10 auf, mittels derer in Abhängigkeit von dem aktuellen Betriebszustand der Bremse 1 ein Sollwert Ssoii veränderbar ist. Hierzu werden der Vergleichseinheit 8 elektrische Betriebsparameter Bist des Elektromotors M und/oder der Stelleinheit 6 zugeführt. Als Betriebsparameter Bist können beispielsweise mindestens eine Spannungsgröße U und/oder Stromgröße I und/oder Phasenwinkel und/oder Mittelwert der Spannungsgröße U und/oder der Stromstärke I über ein Zeitintervall und/oder eine Leistungsgröße P, Q beispielsweise von der Stelleinheit 6 übermittelt werden. Diese Betriebsparameter Bist werden laufend mit vorgegebenen und beispielsweise in der Vergleichsdatenbank 10 abgespeicherten Vergleichsparametern Bv verglichen. Die Vergleichsparameter Bv bilden jeweils einen Schwellwert, der bei Überschreitung durch den korrespondierenden gemessenen Betriebsparameter Bj_st zur Erzeugung eines Ausgleichswertes A führt, um den der Sollwert Ssoii verändert wird in einen modifizierten Sollwert
«-> soll ·
Die vorgegebenen Vergleichsparameter Bv sind so bemessen, dass bei Über/-Unterschreiten mindestens eines derselben die Änderung der bremskraftbezogenen Zustandsgröße Z eintritt. Beispielsweise kann die bremskraftbezogene Zu- Standsgröße Z den aktuellen Verschleißzustand der Bremse 1 bedeuten. Falls beispielsweise der Verschleiß der Bremse 1 zugenommen hat, muss die Bremsbacke 2 um einen größeren Verfahrweg s bewegt werden, um mit der vorgegebenen Bremskraft auf den Bremsbelag zu drücken. Der elektrische Strom bzw. das durch den Elektromotor M erzeugte Drehmoment stellt sich somit zeitlich später ein, so dass durch Vergleich des aktuellen zeitlichen Stromverlaufs I(t) mit einem vorgegebenen und abgespeicherten Stromverlauf (Vergleichsparameter Bv) auf den verschlechterten Verschleißzustand der Bremse 1 geschlossen werden kann. Tritt in signifikanter Weise eine Verschlechterung des Verschleißzustands ein, was infolge einer Überschreitung des Vergleichsparameters Bv durch den aktuellen Betriebsparameter Bist festgestellt werden kann, wird in der Vergleichseinheit der Ausgleichswert A berechnet, um den der vorgegebene Sollwert Sson vergrößert wird. Der modifizierte Sollwert S*Soii bewirkt nun, dass das Stellelement 5 bzw. die Bremsbacke 2 um einen größeren Verfahrweg s in die Bremsstellung verfahren wird, um die erforderliche vorgegebene Haltekraft aufzubauen.
Es ist ersichtlich, dass die ausgewählten aktuellen Betriebsparameter BiSt abhängig sind von abnutzungsbezogenen Kennwerten des Elektromotors M und/oder bremskraftbezogenen Kennwerten der Bremsbacke 2 und/oder des Bremsbelags 3. Diese Kennwerte können zur Definition der bremskraftbezogenen und/oder motorabnutzungsbezogenen Zustandsgröße herangezogen werden. Falls erforderlich können auch externe Sensorsignale hierfür herangezogen werden. Aus Figur 3 ist ersichtlich, dass bei Überschreitung des Vergleichsparameter Bv durch den aktuellen Bist eine Änderung der Zustandsgröße Z erkannt wird, siehe Vergleichsschritt 12. Als Konsequenz wird der Sollwert Ssoii , der sequentiell in konstanten Zeitintervallen T abgefragt wird, um den Ausgleichswert A erhöht zu dem modifizierten Sollwert S* soii , Schritt 12. Ist der aktuelle Betriebsparameter Bist kleiner oder gleich dem Vergleichsparameter Bv, bedeutet dies, dass die bremskraftbezogene Zustandsgröße Z unverändert bzw. sich innerhalb eines vorgegebenen Schwankungsbereichs befindet, so dass in einem zweiten Ergebnisschritt 13 der Sollwert Ssoii gleich gehalten wird.
Der Sollwert Sson oder der modifizierte Sollwert S*son werden an einen Eingang der Reglereinheit 7 angelegt, die beispielsweise einen PID-Regler oder PI-Regler aufweisen kann. In der der Reglereinheit 7 nachgeordneten Stelleinheit 6 wird ein durch die Sollwerte Sson, S*soii vorgegebenes Stellsignal erzeugt, mit dem der Elektromotor M gespeist wird. Beispielsweise kann die Zahl der Umdrehungen des Motors vorgegeben werden, um den vorgegebenen Verfahr- weg s der Bremsbacke 2 zu bewirken. Alternativ kann beispielsweise über den Statorstrom ein Drehmoment und somit eine vorgegebene, auf den Bremsbelag 3 wirkende Haltekraft erzeugt werden. Am Ausgang der Stelleinheit 6 führt ein Rücklaufzweig 14 an den Eingang der Reglereinheit 7, so dass in Abhängigkeit von den aktuellen Betriebsparametern Bist , die in der Stelleinheit 6 ermittelt werden, der Elektromotor M stets auf den Sollwert S*Soii geregelt wird. Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform können auch am Elektromotor M und/oder am Getriebe G ermittelte Betriebsparameter BiSt der Vergleichseinheit 8 und/oder der Reglereinheit 7 zugeführt werden.
Die ermittelten Betriebsparameter BiSt können ein Hinweis sein auf Zustandsgrößen wie Verschleiß, Geräusch, Schleifen, Korrosion des Elektromotors M und/oder der Bremsbacke 2 bzw. des Bremsbelags 3. Insbesondere können die Abnutzung der Bremsbeläge 3, die Höhe der Bremskraft und Toleranzen im Bremsgehäuse 4 berücksichtigt werden. Beispielsweise kann durch Vergleich mit in der Vergleichsdatenbank 10 abgespeicherten Vergleichsdaten festgestellt werden, ob Grenzwerte überschritten werden. Die Grenzwerte dienen hierbei als absolute Vergleichsdatenwerte, die als Schwellwerte durch Anwenden des oben beschriebenen und im Rechner 9 gespeicherten Überprüfungsprogramms eine Korrektur der Motoransteuerung bewirken. Steigt beispielsweise überraschend die Stromaufnahme des Elektromotors M, kann durch Überprüfung der Betriebsparameter Bist in der Vergleichseinheit 8 eine modifizierte Sollvorgabe S*son erzeugt werden, die ein entsprechendes Korrekturstellsignal bewirkt .
Beispielsweise kann der Elektromotor M zum Stillstand gebracht werden, oder es wird eine Bewegungsumkehr des Elektromotors M eingeleitet, um den Störzustand zu beheben . Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise in Solarnachführungssystemen eingesetzt, kann eine rotatorische und/oder vertikale Bewegung der Solarmodule gesteuert werden. Dies betrifft insbesondere das Nachführen der Solarmodule in Abhängigkeit von dem aktuellen Sonnenstand, wobei der Elektromotor M zum Antrieb und zum Bremsen der Solarmodule eingesetzt wird.
Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform kann der Elektromotor M lediglich gesteuert werden, wobei die Reglereinheit 7 und der Rücklaufzweig 7 wegfallen .
Nach einer Ausführungsform der Erfindung werden bei Installation der Bremse, also bei Inbetriebnahme des Elektromotors M die aktuellen Betriebsparameter Bist des Elektromotors M gemessen und in der Vergleichsdatenbank 10 als Referenzdaten abgespeichert. Diese Referenzdaten dienen als Vergleichsdaten für die im weiteren Verlauf des Betriebs gemessenen weiteren Betriebsparameter Bist. Vorteilhaft können somit einzelne oder mehrere Betriebsparameter über einen längeren Zeitraum beobachtet und ausgewertet werden. Somit kann die Alterung des Elektromotors M bzw. der Bremse in Abhängigkeit von der Betriebsintensität ermittelt werden. Beispielsweise können Betriebsparameter in gleichen oder unterschiedlich langen Zeitintervallen auf Abweichung von den bei Inbetriebnahme ermittelten Referenzdaten überprüft werden. Der Vergleich beschränkt sich nicht auf einzelne Werte, sondern kann auch Zeitverläufe von Betriebsparametern betreffen. Die Erfindung ermöglicht auch das isolierte Erkennen des Betriebszustandes des Elektromotors M. Hierzu werden Betriebsparameter Bist des Elektromotors ausschließlich in einer Nichtbremsstellung des Stellelementes 2 ermittelt und ausgewertet. Die Auswertung umfasst den Vergleich des aktuellen Betriebsparameters BiSt mit einen vorgegebenen gespeicherten Betriebsparameter Bv. Hierdurch lässt sich eine motorabnutzungsbezogene Zustandsgröße Z ermitteln, mittels derer auf die Abnutzung des Elektromotors M geschlossen werden kann. Es lässt sich somit der Grad der Abnutzung des Elektromotors M bestimmen, was Einfluss hat auf den Zeitpunkt des Ersatzes des Elektromotors M durch einen neuen oder überholten Elektromotor M. Wird beispielsweise ein motorabnutzungsabhängiger Grenzparameter Bv durch den gemessenen Betriebsparameter Bj.st überschritten, wird ein Fehlersignal erzeugt und an eine Überwachungseinheit übermittelt. Als Grenzparameter kann beispielsweise ein Grenzstromstärkewert des Elektromotors M dienen, wobei bei Überschreitung dieses Grenzparameters im laufenden Betrieb des Elektromotors M beispielsweise darauf geschlossen werden kann, dass ein Lager des Elektromotors M nur eingeschränkt oder gar nicht funktionsfähig ist. Als Reaktion kann nun ein Austausch von Bauteilen des Elektromotors M bzw. des gesamten Elektromotors M vorbereitet und durchgeführt werden. Das Fehlersignal kann drahtlos oder über ein Kabel an eine zentrale Überwachungseinheit übermittelt werden. Hierdurch ist gewährleistet, dass der Elektromotor M eine hohe Betriebssicherheit aufweist. Es sei angemerkt, dass die Windkraftanlage auch in einem schleifenden Betrieb arbeiten kann. Hierbei liegt das Stellelement 2 in einem „schleifenden" Bremsbetrieb mit geringerer Bremskraft an dem Bremsbelag 3 an als in einem „stehenden" Bremsbetrieb, in dem eine maximale Bremskraft auf den Bremsbelag 3 einwirkt. Der schleifende Bremsbetrieb ermöglicht eine gedämpfte Bewegung der Windräder in bestimmten Betriebssituationen.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zum Erkennen des Betriebszustandes einer Bremse, insbesondere einer Windkraftanlagen-Bremse, wobei eine Bremsbacke der Bremse mittels eines Stellelementes in eine Bremsstellung verbracht wird, in der die Bremsbacke mit einer Bremskraft gegen einen Bremsbelag drückt, und in eine Nichtbremsstellung verbracht wird, in der die Bremsbacke nicht an dem Bremsbelag anliegt, dass das Stellelement direkt oder über ein Getriebe mit einem Elektromotor gekoppelt ist, der mittels einer Stelleinheit angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Betriebsparameter (Bist) des Elektromotors (M) und/oder der Stelleinheit (6) gemessen und ausgewertet wird dahingehend, dass mindestens eine bremskraftbezogene oder motorabnut- zungsbezogene Zustandsgröße (Z) ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Betriebsparameter (Bist) abhängig ist von abnutzungsbezogenen Kennwerten des Elektromotors (M) und/oder der Bremsbacke (2) und/oder des Bremsbelags (3).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Betriebsparameter (Bist) in einer dem Elektromotor (M) vorgelagerten Stelleinheit (6) ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsparameter (Bist) kontinuierlich oder in fest vorgegebenen Zeitintervallen ermittelt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit Inbetriebnahme des Elektromotors (M) und/oder der Bremse die aktuellen Betriebsparameter ( Bist ) gemessen und in der Vergleichsdatenbank als Referenzdaten abgespeichert werden, die als Vergleichsdaten für die während der Betriebslaufzeit gemessenen weiteren Betriebsparameter (Bist) dienen.
6. Verfahren zum Erkennen des Betriebszustandes eines Elektromotors, der zum Antrieb eines Stellelementes eingesetzt wird, mittels dessen eine Bremse in eine Bremsstellung verbracht wird, in der die Bremsbacke mit einer Bremskraft gegen einen Bremsbelag drückt, und in eine Nichtbremsstellung verbracht wird, in der die Bremsbacke nicht an dem Bremsbelag anliegt, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Betriebsparameter ( BiSt ) des Elektromotors (M) in der Nichtbremsstellung der Bremse gemessen und ausgewertet wird dahingehend, dass eine abnutzungsbezogene Zustandsgröße (Z) des Elektromotors (M) ermittelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Über-/Unterschreiten eines motorabnutzungsab- hängigen Grenzparameters (Bv) durch den gemessenen Be- triebsparameter (Bist) ein Fehlersignal erzeugt wird zur Signalisierung des Austausches von Bauteilen des Elektromotors (M) und/oder des gesamten Elektromotors (M) .
8. Verfahren zum Steuern eines Elektromotors, der mit einem Stellsignal beaufschlagt wird, das in Abhängigkeit von einer Sollwertvorgabe eingestellt wird, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Betriebsparameter (Bist) des Elektromotors (M) gemessen und ausgewertet wird dahingehend, dass mindestens eine bremskraftbezogene und/oder oder motorabnutzungsbezogene Zustandsgröße (Z) des Elektromotors (M) und/oder der Bremsbacke (2) und/oder des Bremsbelags (3) ermittelt wird, wobei der gemessene Betriebsparameter (Bist) mit mindestens einem Vergleichsparameter (Bv) verglichen wird und dass bei Über-/Unterschreiten des Vergleichsparameters (Bv) durch den gemessenen Betriebsparameter (Bist) der Elektromotor (M) mit einer veränderten Sollwertvorgabe (S*soii ) so geregelt wird, dass die erfolgte Änderung der bremskraftbezogenen oder motorabnutzungsbezogenen Zustandsgröße (Z) ausgeglichen wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsparameter (BiSt) kontinuierlich mit einzelnen Vergleichsparametern (Bv) oder Verläufen von Vergleichsparametern verglichen werden .
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsparameter (Bist) und/oder der Vergleichsparameter (Bv) als eine Spannungsgröße (U) und/oder Stromstärke (I) und/oder Phasenwinkel ( cp ) und/oder Mittelwert durch eine Spannungsgröße (U) und/oder der Stromstärke (I) über ein Zeitintervall und/oder als Leistungsgröße (P, Q, S) und/oder Ableitungen der Spannungsgröße (U) und/oder der Stromstärke (I) und/oder des Phasenwinkels ( φ ) und/oder Leistungsgröße (P, Q, S) oder als ein Quotient gebildet wird.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichsparameter (Bv) in einer mikroprozessorgestützten Vergleichseinheit (8) abgespeichert sind, an der sich ausgangsseitig eine auf den Elektromotor (M) unmittelbar einwirkende Stelleinheit (6) oder Reglereinheit (7) anschließt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Vergleichsparameter (Bv) in einer Vergleichsdatenbank (10) gespeichert ist, in der bremsbezogene und/oder elektromotorbezogene Vergleichsdaten gesammelt sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Vergleichsparameter (Bv) durch absolute Vergleichsdatenwerte und/oder durch vorgegebene zeitliche Verlaufsdatenwerte bestimmt ist .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003076818A1 (de) 2002-03-08 2003-09-18 Hanning & Kahl Gmbh & Co. Kg Bremse, insbesondere für windkraftanlagen
DE10212612A1 (de) * 2002-03-21 2003-10-02 Lucas Automotive Gmbh Elektrisch betätigbare Fahrzeugbremse
DE10361042B3 (de) * 2003-12-23 2005-05-25 Lucas Automotive Gmbh Feststellbremse und Verfahren zur Steuerung derselben
DE102008011148A1 (de) * 2008-02-26 2009-10-08 Nordex Energy Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose eines Bremssystems einer Drehverbindung einer Windenergieanlage

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003076818A1 (de) 2002-03-08 2003-09-18 Hanning & Kahl Gmbh & Co. Kg Bremse, insbesondere für windkraftanlagen
DE10212612A1 (de) * 2002-03-21 2003-10-02 Lucas Automotive Gmbh Elektrisch betätigbare Fahrzeugbremse
DE10361042B3 (de) * 2003-12-23 2005-05-25 Lucas Automotive Gmbh Feststellbremse und Verfahren zur Steuerung derselben
DE102008011148A1 (de) * 2008-02-26 2009-10-08 Nordex Energy Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose eines Bremssystems einer Drehverbindung einer Windenergieanlage

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