DE102011118693A1

DE102011118693A1 - Redundantes Bremssystem mit konstantem Bremsmoment

Info

Publication number: DE102011118693A1
Application number: DE201110118693
Authority: DE
Inventors: Reiner Villhauer; Klaus-Dieter Kleibaumhüter; Josef Reiter; Andreas Schulz
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen Intellectual Property AG and Co KG
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2011-11-16
Publication date: 2012-06-14
Also published as: JP3173826U; US8941338B2; CN102570935A; CN102570935B; US20120146558A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Bremseinrichtung für Bedruckstoffe verarbeitende Maschinen (1) mit wenigstens einem zu bremsenden elektrischen Antrieb (2), welcher im motorischen Betrieb über einen Stromrichter (6) gespeist wird und im generatorischen Betrieb durch den Stromrichter (6) abgebremst wird. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Steuerungseinrichtung (3) vorgesehen ist, welche mittels eines Schalters (T8) bei Ausfall des Stromrichters (6) eine redundante elektrische Bremseinrichtung (5) mit wenigstens zwei Bremsstufen einschaltet, dass die redundante elektrische Bremseinrichtung (5) einen zusätzlichen Schalter (T7) zur Schaltung in wenigstens zwei Stufen und wenigstens einen Bremswiderstand (R) aufweist und dass im Stromkreis der redundanten elektrischen Bremseinrichtung (5) der Bremsstrom (IEBS) gemessen wird und einem Vergleichsglied (7) zum Vergleich zwünschtem Bremsstrom (IEBS SOLL) zugeführt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Bremseinrichtung für Bedruckstoffe verarbeitende Maschinen mit wenigstens einem zu bremsenden elektrischen Antrieb, welcher im motorischen Betrieb über einen Stromrichter gespeist und im generatorischen Betrieb durch den Stromrichter abgebremst wird.
Derartige Vorrichtungen zur Abbremsung von Antriebsmotoren in Druckmaschinen sind aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2007 058 098 A1 prinzipiell bekannt. Über den Stromrichter, welcher bidirektional ausgelegt ist, kann ein Antriebsmotor der Druckmaschine, z. B. der Hauptantriebsmotor, im motorischen Betrieb drehzahl- und winkelgeregelt angetrieben und im generatorischen Betrieb zum Abbremsen der vom Hauptantrieb angetriebenen Zylinder genutzt werden. Das Vorsehen eines generatorischen Betriebs hat weiterhin den Vorteil, dass der Hauptantrieb samt den über einen Zahnräderzug verbundenen Zylindern in der Druckmaschine elektrisch mittels Ansteuerung des Stromrichters abgebremst werden kann, so dass keine zusätzliche mechanische Bremse vorhanden sein muss, um z. B. in Notfallsituationen beim Öffnen eines Schutzes die Druckmaschine schnellstmöglich aus Sicherheitsgründen zum Stillstand zu bringen. Fällt jedoch der Stromrichter oder die Steuerung des Stromrichters aus, so kann der Antrieb der Druckmaschine nicht mehr elektrisch abgebremst werden, weshalb aus Sicherheitsgründen noch eine zweite Bremseinrichtung vorhanden sein muss. Um weiterhin den Einsatz einer verschleißanfälligen mechanischen Bremse vermeiden zu können, ist in der DE 10 2007 058 098 A1 vorgesehen, den Antriebsmotor bei Ausfall des Stromrichters mittels einer zusätzlichen elektrischen Bremseinrichtung abzubremsen. Dazu ist zwischen dem Stromrichter und dem Elektromotor eine weitere schaltbare elektrische Energie aufnehmende Bremseinrichtung vorgesehen, welche im Fall des Ausfalls des Stromrichters den Abbremsvorgang sicherstellt. Diese zusätzliche schaltbare elektrische Bremseinrichtung verfügt über einen Gleichrichter sowie wenigstens einen Bremswiderstand und einen Transistor zum Schalten des Bremswiderstands. Des Weiteren ist eine elektrische Bremsvorrichtung dargestellt, welche über mehrere Schalter und mehrere Bremswiderstände verfügt, wobei die Bremswiderstände in Stufen zugeschaltet werden. Dies hat den Nachteil, dass das Abbremsen nicht gleichmäßig erfolgt und stattdessen in ruckigen Stufen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Bremseinrichtung für Bedruckstoffe verarbeitende Maschinen zu schaffen, welche einen möglichst gleichmäßigen Bremsvorgang ermöglicht, wenn ein elektrisches Bremsen über den Stromrichter des Antriebsmotors nicht möglich ist.
Die vorliegende Aufgabe wird durch die Patentansprüche 1 und 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen und der Zeichnung zu entnehmen. Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere zum Einsatz bei Bedruckstoffe verarbeitenden Maschinen wie Druckmaschinen, Falzmaschinen, Stanzen etc., welche über Stromrichter versorgte Antriebsmotoren aufweisen, welche bei einem Notstopp und bei Ausfall des Stromrichters sicher abgebremst werden müssen. Um beim Ausfall des Stromrichters und damit dem Ausfall des generatorischen Bremsbetriebs des Antriebsmotors den Bremsvorgang sicherzustellen, ist erfindungsgemäß eine zusätzliche elektrische Bremseinrichtung vorgesehen, welche bei Ausfall des Stromrichters mittels eines Schalters, wie z. B. eines Transistors, über eine Steuerungseinrichtung eingeschaltet wird. Diese Steuerungseinrichtung ist unabhängig von der Ansteuerung des Stromrichters, so dass beim Ausfall der Ansteuerung des Stromrichters nicht auch die redundante elektrische Bremseinrichtung ausfällt. Die Steuerungseinrichtung für die redundante elektrische Bremseinrichtung kann auch in den Steuerungsrechner der Druckmaschine integriert sein. Des Weiteren ist ein zweiter Schalter vorgesehen, mit dem die elektrische Bremseinrichtung geschaltet werden kann, wobei die elektrische Energie in der redundanten Bremseinrichtung in einem Bremswiderstand abgebaut wird. Zusätzlich wird der Bremsstrom in der redundanten elektrischen Bremseinrichtung ständig gemessen und einem Vergleichsglied zum Vergleich zwischen tatsächlichem Bremsstrom und gewünschtem Bremsstrom zugeführt. Mittels dieses Vergleichsglieds können die Abweichungen zwischen gewünschtem Bremsstrom und tatsächlichem Bremsstrom ermittelt werden und dann die Schalter bzw. Transistoren der redundanten elektrischen Bremseinrichtung entsprechend angesteuert werden, so dass der tatsächliche Bremsstrom möglichst ideal dem gewünschten Bremsstrom folgt. Die Vorgabe eines linearen gewünschten Bremsstroms und das Nachführen der Transistoren der redundanten elektrischen Bremseinrichtung zum Erreichen des idealen Bremsstroms führt dazu, dass ein Abbremsen weitestgehend ruckfrei erfolgen kann.
Vorzugsweise sind die Schalter als IGBT Transistoren ausgeführt. Vorteilhafterweise ist außerdem vorgesehen, dass das Abbremsmoment mittels der Steuerung des zweiten Schalters nahezu konstant über die Drehzahl des Antriebsmotors gehalten wird. Ebenso ist vorgesehen, dass die Abbremsleistung linear mit der Drehzahl des Antriebsmotors abnehmen.
Vorteilhafterweise ist außerdem vorgesehen, dass zumindest der zweite Schalter pulsweitenmoduliert angesteuert wird. Durch die Veränderung der Frequenz für die Pulsweitenmodulation (PWM) kann das Bremsmoment und die Bremsleistung genau eingestellt werden, um die Bremsleistung linear mit der Drehzahl abnehmen zu lassen. Durch entsprechende Wahl der Frequenz bei der Pulsweitenmodulation kann das Abbremsmoment konstant über die Drehzahl des Antriebsmotors gehalten werden.
Vorteilhafterweise ist außerdem vorgesehen, dass bei Ausfall des Antriebsrechners des Antriebs der Bedruckstoffe verarbeitenden Maschine die Leistungsbauteile des Stromrichters ausgeschaltet werden. Dies kann z. B. durch Unterbrechen der Stromversorgung der Ansteuerung des Stromrichters erfolgen, so dass eine defekte Ansteuerung des Stromrichters den Stromrichter nicht in einen unkontrollierten Zustand bringen kann und so den Abbremsvorgang behindern kann. Bei Defekten in der Ansteuerung des Stromrichters erfolgt daher die Abschaltung der Ansteuerung aus Sicherheitsgründen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist außerdem vorgesehen, dass beim Auslösen eines Notstoppsignals für die Bedruckstoffe verarbeitende Maschine die redundante Bremseinrichtung durch die Steuerung eingeschaltet wird. Zum Einen ist es möglich, bei Ausfall des Antriebsrechners zur Ansteuerung des Stromrichters die Druckmaschine generell aus Sicherheitsgründen mittels der redundanten elektrischen Bremseinrichtung abzubremsen. Die Bremseinrichtung kann aber auch so eingerichtet sein, dass nicht sofort bei Ausfall des Antriebsrechners der Bremsvorgang eingeleitet wird, sondern erst dann, wenn ein Notstoppsignal ausgelöst wird. Ein derartiges Notstoppsignal wird immer dann erzeugt, wenn die Druckmaschine in einen für das Bedienpersonal gefährlichen Zustand gerät, z. B. wenn ein Bediener einen Schutz an der Druckmaschine öffnet. Durch das Öffnen des Schutzes wird dann das Notstoppsignal ausgelöst, welches bei Ausfall des Antriebsrechners wiederum die redundante Bremseinrichtung mittels der Steuerung der redundanten Bremseinrichtung einschaltet und das kontrollierte und schnelle Abbremsen der Druckmaschine sicherstellt.
Mit der vorliegenden Erfindung wird so die Sicherheit der Druckmaschine erhöht und es wird ein konstantes schnelles Abbremsen des Antriebsmotors der Druckmaschine ermöglicht, wenn der Stromrichter zur Versorgung des Antriebsmotors ausfällt. Bei der herkömmlichen bekannten Bremseinrichtung nimmt die Bremsleistung stattdessen quadratisch mit der Drehzahl ab, welches einen entsprechend längeren Bremsvorgang zur Folge hat.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher beschrieben und erläutert. Die Zeichnung zeigt:
eine erfindungsgemäße Bremseinrichtung mit verbesserter Bremsleistung.
Die erfindungsgemäße redundante elektrische Bremseinrichtung 5 kommt in einer Druckmaschine 1 zum Einsatz, welche über wenigstens einen Hauptantriebsmotor 2 verfügt. Der Hauptantriebsmotor 2 ist dazu vorgesehen, über einen Zahnräderzug in den Druckwerken der Druckmaschine 1 die Druckzylinder, Transportzylinder etc. anzutreiben. Die Ansteuerung des Hauptantriebsmotors 2 erfolgt über ein Leistungsteil 6 mit sechs Transistoren, über die der Hauptantriebsmotor 2 drehzahl- und lagegeregelt wird. Das Leistungsteil 6 des Hauptantriebsmotors 2 ist an einen Gleichspannungszwischenkreis 4 angeschlossen, welcher wiederum über ein hier nicht gezeigtes Netzteil mit dem Stromnetz verbunden ist. Die Transistoren des Leistungsteils 6 werden über einen Antriebsrechner 8 gesteuert. Dieser Antriebsrechner 8 setzt Drehzahlvorgaben und Winkellagen des Steuerungsrechners der Druckmaschine 1 in Steuerbefehle zur Ansteuerung der sechs Transistoren um. Das Leistungsteil 6 kann im motorischen und im generatorischen Betrieb arbeiten. Im motorischen Betrieb versorgt das Leistungsteil 6 den Hauptantriebsmotor 2 mit elektrischer Energie, während im generatorischen Betrieb der Hauptantriebsmotor 2 abgebremst wird und elektrische Energie über das Leistungsteil 6 in den Gleichspannungszwischenkreis 4 zurückgespeist wird. Mittels des generatorischen Betriebs kann so der Hauptantriebsmotor 2 abgebremst werden. Wenn jedoch im Leistungsteil 6 eine Störung auftritt oder der Antriebsrechner 8 ausfällt, so ist das generatorische Abbremsen des Hauptantriebsmotors 2 nicht mehr möglich.
Für diesen Fall ist ein elektrisches redundantes Bremssystem 5 vorgesehen, welches zwei Transistoren T₇, T₈ aufweist. Um das elektrische redundante Bremssystem 5 zuzuschalten, wird der Bremstransistor T₈ eingeschaltet, um so den Strom über den Bremswiderstand R zu führen. Die elektrische Energie des Hauptantriebsmotors 2 wird somit im Bremswiderstand R in Wärme umgewandelt und der Hauptantriebsmotor 2 so abgebremst. Des Weiteren ist ein zusätzlicher Transistor T₇ vorhanden, mit dem der Bremsstrom I_EBS im elektrischen redundanten Bremssystem 5 geregelt werden kann. Dazu wird der Ist-Bremsstrom I_{IST EBS} im elektrischen redundanten Bremssystem 5 ermittelt und einem Komparator 7 zum Vergleich mit einem vorgegebenen Soll-Bremsstrom I_{SOLL EBS} zugeführt. Bei Differenzen zwischen Ist-Bremsstrom I_{IST EBS} und Soll-Bremsstrom I_{SOLL EBS} wird der zusätzliche Transistor T₇ entsprechend angesteuert, um den Ist-Bremsstrom I_{IST EBS} dem Soll-Bremsstrom I_{SOLL EBS} nachzuführen. Dazu wird der zusätzliche Transistor T₇ von der Steuerung 3 des redundanten Bremssystems pulsweiten moduliert angesteuert. Mit dieser PWM Ansteuerung des zusätzlichen Transistors T₇ ist es möglich, das Abbremsmoment nahezu konstant über der Motordrehzahl zu halten. Damit wird sichergestellt, dass die Bremsleistung linear mit der Drehzahl abnimmt.
Grundsätzlich läuft der Einsatz des elektrischen redundanten Bremssystems 5 folgendermaßen ab. Bei Ausfall des Leistungsteils 6 oder des Antriebsrechners 8 werden die Transistoren des Leistungsteils 6 abgeschaltet und der Hauptantriebsmotor 2 der Druckmaschine geht in den unkontrollierten Trudelbetrieb über. Wenn in dieser Trudelphase ein Notstoppsignal erzeugt wird, z. B. wenn der Bediener der Druckmaschine einen Schutz öffnet, so wird das redundante Bremssystem 5 über die Maschinensteuerung aktiv geschaltet. Dies bedeutet, dass die Steuerung 3 des redundanten Bremssystems 5 mittels des Bremstransistors T₈ einmalig eingeschaltet wird und so die Energie im Bremswiderstand R in Wärme umgewandelt wird. Zudem wird der zusätzliche Transistor T₇ aktiv geschaltet und die Ansteuerzeit und Ansteuerfrequenz des zusätzlichen Transistors T₇ über die Steuerung 3 des redundanten Bremssystems so angesteuert, dass der Ist-Bremsstrom I_{IST EBS} mit dem Soll-Bremsstrom I_{SOLL EBS} möglichst übereinstimmt. Bei dieser Schaltungsanordnung und Schaltungsansteuerung kommt das Hochsetzstellerprinzip zum Einsatz, wodurch es möglich ist bei geringer Eingangsspannung, was einer niedrigen elektromotorischen Kraft bei geringer Geschwindigkeit des Hauptantriebsmotor 2 entspricht, eine hohe Ausgangsspannung am Bremswiderstand R zu erzeugen und somit ein effektives Abbremsen zu ermöglichen. Durch das pulsweitenmodulierte Ansteuern des zusätzlichen Transistors T₇ erfolgt somit der Abbremsvorgang linear über der Drehzahl.
Bezugszeichenliste

1: Druckmaschine
2: Hauptantriebsmotor
3: Steuerung des redundanten Bremssystems
4: Gleichspannungszwischenkreis
5: elektrisches redundantes Bremssystem
6: Leistungsteil für Hauptantriebsmotor
7: Komparator
8: Antriebsrechner
T₇: zusätzlicher Transistor
T₈: Bremstransistor
R: Bremswiderstand
I_EBS: Bremsstrom
I_{IST EBS}: Ist-Bremsstrom
I_{SOLL EBS}: Soll-Bremsstrom

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007058098 A1 [0002, 0002]

Claims

Elektrische Bremseinrichtung für Bedruckstoffe verarbeitende Maschinen (1) mit wenigstens einem zu bremsenden elektrischen Antrieb (2), welcher im motorischen Betrieb über einen Stromrichter (6) gespeist wird und im generatorischen Betrieb durch den Stromrichter (6) abgebremst wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinrichtung (3) vorgesehen ist, welche mittels eines Schalters (T₈) bei Ausfall des Stromrichters (6) eine redundante elektrische Bremseinrichtung (5) mit wenigstens zwei Bremsstufen einschaltet, dass die redundante elektrische Bremseinrichtung (5) einen zusätzlichen Schalter (T₇) zur Schaltung in wenigstens zwei Stufen und wenigstens einen Bremswiderstand (R) aufweist und dass im Stromkreis der redundanten elektrischen Bremseinrichtung (5) der Bremsstrom (I_EBS) gemessen wird und einem Vergleichsglied (7) zum Vergleich zwischen tatsächlichem Bremsstrom (I_{EBS IST}) und gewünschtem Bremsstrom (I_{EBS SOLL}) zugeführt wird.
Bremseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter (T₈, T₇) Transistoren, insbesondere IGBTs, sind.
Bremseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der zweite Schalter (T₇) von der Steuerung (3) des redundanten Bremssystems (5) pulsweitenmoduliert angesteuert wird.
Bremseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der ermittelten Stromdifferenz im Vergleichsglied (7) der zweite Schalter (T₇) von der Steuerung (3) des redundanten Bremssystems (5) angesteuert wird.
Bremseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbremsmoment mittels der Steuerung (3) des zweiten Schalters (T₇) nahezu konstant über die Drehzahl des Antriebsmotors (2) gehalten wird.
Bremseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbremsleistung linear mit der Drehzahl des Antriebsmotors (2) abnimmt.
Bremseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall des Antriebsrechners (8) des Antriebs (2) der Bedruckstoffe verarbeitenden Maschine (1) die Leistungsbauteile des Stromrichters (6) abgeschaltet werden.
Bremseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auslösen eines Notstoppsignals für die Bedruckstoffe verarbeitende Maschine (1) die redundante Bremseinrichtung (5) durch die Steuerung (3) eingeschaltet wird.
Druckmaschine mit einer Bremseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.