DE102008039253B4

DE102008039253B4 - Anlage

Info

Publication number: DE102008039253B4
Application number: DE102008039253.7A
Authority: DE
Inventors: Harald Meyer
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2008-08-22
Filing date: 2008-08-22
Publication date: 2022-12-08
Anticipated expiration: 2028-08-23
Also published as: DE102008039253A1

Abstract

Anlage, umfassend einen stationären und einen mobilen Maschinenteil (1),wobei der mobile Maschinenteil (1) über eine Schleifleitung (2) versorgt ist aus einer vom stationären Maschinenteil umfassten Einspeiseeinheit P1,wobei die Schleifleitung (2) Gleichspannung führt, insbesondere also die Schleifleitung (2) zur Versorgung des mobilen Maschinenteils (1) mit Gleichspannung ausgeführt ist,wobei die Einspeiseeinheit P1 aus dem Wechselstromversorgungsnetz gespeist ist und mittels eines Gleichrichters die Gleichspannung erzeugt, wobei ein Koppeleinheit K1 vorgesehen ist, die eine Impedanz zur Kompensation der von der Position des mobilen Maschinenteils (1) abhängigen, längenveränderlichen Induktivität der Schleifleitung (2) umfasst,dadurch gekennzeichnet, dassauf dem mobilen Maschinenteil eine zweite Koppeleinheit K2 angeordnet, die eine schwingungsmindernde Impedanz zur Kompensation der von der Position des mobilen Maschinenteils (1) abhängigen, längenveränderlichen Induktivität der Schleifleitung (2) umfasst und eine Kapazität zur Reduktion oder Unterdrückung der belastungs- und längenabhängigen Schwingneigung der Energiestrecke.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage.
Wechselstrom führende Schleifleitungen zur elektrischen Versorgung von Fahrzeugen, wie beispielsweise bei einer elektrischen Eisenbahn, sind bekannt.
Aus der DE 198 23 233 A1 ist als nächstliegender Stand der Technik eine Vorrichtung zur Speisung von gleichstrombetriebenen Fahrzeugen bekannt. Dabei ist ein Spannungs-Booster auf der stationären Seite vorgesehen, die eine Zusatzspannung auf die Schleifleitung aufschaltet.
Aus der DE 195 34 291 C2 ist ein Regalbediengerät bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine industrielle Anlage weiterzubilden, insbesondere in Energie sparender Weise.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Anlage nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wesentliche Merkmale der Erfindung bei der Anlage, dass sie einen stationären und einen mobilen Maschinenteil umfasst,
wobei der mobile Maschinenteil über eine Schleifleitung versorgt ist aus einer vom stationären Maschinenteil umfassten Einspeiseeinheit,
wobei die Schleifleitung Gleichspannung führt, insbesondere also die Schleifleitung zur Versorgung des mobilen Maschinenteils mit Gleichspannung ausgeführt ist.
Von Vorteil ist dabei, dass gleichstromversorgbare Verbraucher auf dem mobilen Maschinenteil mit Gleichstrom versorgt sind und somit ein Gleichrichter auf dem mobilen Maschinenteil verzichtbar ist. Die Gleichrichtung ist also auf der stationären Seite ausführbar. Ebenso sind dort große Glättungskondensatoren vorsehbar. Auf diese Weise wird also die Masse der Gleichrichter auf dem mobilen Maschinenteil verzichtbar und der Energieverbrauch verringert sowie die Dynamik erhöht. Somit sind als Verbraucher auch Wechselrichter versorgbar, die mittels einer vorzugsweise zwei oder drei Halbbrücken umfassenden Kommutierungseinheit aus der versorgenden Gleichspannung eine einphasige Wechselspannung oder eine Drehspannung mit vorgebbarer Frequenz erzeugen und somit die aus der Kommutierungseinheit gespeisten Elektromotoren drehzahlregelbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Einspeiseeinheit aus dem Wechselstromversorgungsnetz gespeist und mittels eines Gleichrichters wird die Gleichspannung erzeugt, wobei eine Koppeleinheit K1 vorgesehen ist, die eine Impedanz zur Kompensation der längenveränderlichen Induktivität der Schleifleitung umfasst. Von Vorteil ist dabei, dass die Schwingneigung verringerbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen der gleichspannungsführenden Schleifleitung und dem mobilen Maschinenteil eine zweite Koppeleinheit vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass auch auf dem mobilen Maschinenteil eine schwingungsmindernde Impedanz vorsehbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfassen die erste und/oder zweite Koppeleinheit einen Kurzschlussschutz, einen Überstromschutz, einen Überspannungsschutz, eine Kapazität zur Reduktion oder Unterdrückung von Schwingneigung und/oder eine Kapazität zur Energiepufferung umfassen. Von Vorteil ist dabei, dass entsprechende Fehler oder Fehlfunktionen verringerbar oder vermeidbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind aus der durch die zweite Koppeleinheit geführten Gleichspannung Wechselrichter versorgt, wobei die Wechselrichter zur Speisung eines Elektromotors vorgesehen sind, insbesondere wobei die Elektromotoren Drehstrommotoren sind und mittels der Wechselrichter ihre Drehzahl steuerbar oder regelbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass keine Gleichrichter auf dem mobilen Maschinenteil notwendig sind und somit die Masse auf dem mobilen Maschinenteil verringert ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist auf dem mobilen Maschinenteil 1 ein relativ zum mobilen Maschinenteil 1 bewegbarer Maschinenteil MM vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass einen Bewegung mit vielen Freiheitsgraden ausführbar ist, insbesondere in gegenseitiger Abhängigkeit.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der bewegbare Maschinenteil eine weitere Koppeleinheit K3, die aus der Gleichspannung versorgt ist und einen mittelfrequenten Strom, insbesondere mit einer Frequenz zwischen 10 und 500 kHz, in eine geschlossene Leiterschleife, insbesondere einen langgestreckten Linienleiter, einprägt,
wobei der relativ bewegbare Maschinenteil MM eine induktiv an die Leiterschleife gekoppelte Sekundärspule umfasst, der eine Kapazität derart in Reihe oder parallel zugeschaltet ist, dass die zugehörige Resonanzfrequenz im Wesentlichen der Frequenz des in die Leiterschleife eingeprägten Stromes entspricht. Von Vorteil ist dabei, dass eine verschleißfreie berührungslose Übertragung ausführbar ist, wobei die Verluste gering haltbar sind, da bei der resonanten Betriebsweise der Wirkungsgrad auch bei Abstandsänderung nur gering veränderlich ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen stationärem und mobilem Maschinenteil eine berührungslose Datenübertragung vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass auch bei Abstandsänderungen ein im Wesentlichen unveränderlicher Wirkungsgrad vorhanden ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung nimmt die Gleichspannung Werte zwischen 300 Volt und 800 Volt an, so dass mittels einer Kommutierungseinheit Drehstrommotoren versorgbar sind, die auch am Wechselstromversorgungsnetz betreibbar wären, beispielsweise mit 380 Volt. Von Vorteil ist dabei, dass industriell übliche Drehstrommotoren verwendbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist aus der von der Einspeiseeinheit erzeugten Gleichspannung ein Bremswiderstand gesteuert speisbar. Von Vorteil ist dabei, dass eine Abfuhr von generatorisch erzeugter Leistung an die Umgebung ausführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Einspeiseeinheit eine Rückspeiseeinheit. Von Vorteil ist dabei, dass eine Abfuhr von generatorisch erzeugter Leistung an das die Einspeiseeinheit versorgende Wechselstromversorgungsnetz ausführbar ist und somit Energie einsparbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zumindest auf dem mobilen Maschinenteil ein Rechner, insbesondere ein als Steuerung ausgebildeter Rechner, vorgesehen, der mit einem stationär angeordneten Rechner, insbesondere mit einem als Steuerung ausgebildeten Rechner, zur Datenübertragung verbunden ist, insbesondere umfassend die berührungslose Datenübertragung. Von Vorteil ist dabei, dass hochkomplexe Bewegungsabläufe gesteuert ausführbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zumindest einer der auf dem mobilen Maschinenteil angeordneten Elektromotoren zum Antrieb des mobilen Maschinenteils vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass der mobile Maschinenteil als Fahrzeug ausführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung beträgt die über die Schleifleitung übertragbare Energie mehr als 1 Kilowatt oder mehr als 10 Kilowatt. Von Vorteil ist dabei, dass industrielle Anwendungen realisierbar sind, wie beispielsweise Regalbediengerät oder dergleichen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden über die induktive Kopplung auch berührungslos Daten übertragen. Von Vorteil ist dabei, dass keine zusätzlichen Verbindungskabel oder Schleifleitungen für die Datenübertragung notwendig sind.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bezugszeichenliste

1: mobiler Maschinenteil
2: Schleifleitung
3: Gleichstromverschienung
4: Signalleitung
BW: Bremswiderstand
Ü1, Ü2: Sende- und/oder Empfangsvorrichtung für Daten
A1: Antriebswechselrichter
A2: Antriebswechselrichter
DC: Gleichspannung
L: induktive Kopplung
M1: Elektromotor
M2: Elektromotor
P1: Einspeiseeinheit
K1: erste Koppeleinheit
K2: mobile Koppeleinheit
X1: erste Steuerung
X2: mobile Steuerung
S: Signalleitung
MM: relativ zum mobilen Maschinenteil 1 bewegbarer Maschinenteil

Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:

In der 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch skizziert.
In der 2 ist eine erfindungsgemäße Weiterbildung schematisch skizziert.

In der 1 ist ein mobiler Maschinenteil 1, also ein bewegbarer Maschinenteil, gezeigt, der gegenüber dem stationären Maschinenteil bewegbar ist. Die Energieversorgung des mobilen Maschinenteils 1 findet über eine Schleifleitung 2 statt, in welche aus der Einspeiseeinheit P1, welche selbst aus dem einphasigen oder dreiphasigen Wechselstromversorgungsnetz versorgt ist, Energie in Form von Gleichspannung DC eingespeist wird.
Hierzu umfasst die Einspeiseeinheit P1 einen netzversorgten Gleichrichter, an dessen Gleichspannungsausgang ein Bremswiderstand verbindbar ist, so dass die Gleichspannung unterhalb eines maximal erlaubten Höchstwertes haltbar ist. Hierzu ist aus der Gleichspannung eine Reihenschaltung aus Bremswiderstand und pulsweitenmoduliert ansteuerbarem Halbleiterschalter vorgesehen. Auf diese Weise ist die aus dem Gleichspannungszwischenkreis entnommene Energie steuerbar, so dass die mit einem Spannungserfassungsmittel erfasste Gleichspannung möglichst in dem gewünschten Bereich gehalten wird.
Die Einspeiseeinheit P1 ist mit der ersten Steuerung X1 über eine Signalleitung, insbesondere über einen Datenbus, verbunden. Die Steuerung X1 ist mit einer weiteren Signalleitung mit einer Sende- und/oder Empfangsvorrichtung Ü1 für Daten verbunden.
Der mobile Maschinenteil 1 weist ebenfalls eine Sende- und/oder Empfangsvorrichtung Ü2 für Daten auf, so dass eine Datenaustauschverbindung zwischen der stationären Steuerung X1 und der auf dem mobilen Maschinenteil 1 angeordneten, über eine Signalleitung mit der Sende- und/oder Empfangsvorrichtung Ü2 verbundenen Steuerung X2 ermöglicht ist.
Die Einspeiseeinheit weist zur Schleifleitung 2 hin eine Koppeleinheit K1 auf, die einen Kurzschluss- und Überstromschutz umfasst und außerdem eine Impedanz zur Kompensation der längenveränderlichen Induktivität der Schleifleitung. Denn bei der Bewegung des mobilen Maschinenteils 1 wird die Länge der Energieübertragungsleitung entsprechend der Position des mobilen Maschinenteils 1 verändert und somit auch die Leitungsinduktivität.
Des Weiteren umfasst die Koppeleinheit K1 eine Kapazität zur Reduktion oder Unterdrückung der belastungsabhängigen und längenabhängigen Schwingungsneigung der Schleifleitung. Außerdem ist diese oder eine weitere parallel beschaltete Kapazität derart vorgesehen, dass bei kurzzeitigen Kontaktproblemen der Schleifleitung motorische oder generatorische Energie aufnehmbar ist zur Vermeidung unzulässiger Spannungs- und/oder Stromspitzenwerte und somit ein kontinuierlicher Betrieb sicherstellbar ist.
Außerdem umfasst die Koppeleinheit K1 einen Überspannungsschutz, der unzulässige Spannungstransienten unterdrückt.
Die mit der Schleifleitung verbundene Koppeleinheit K2 umfasst ebenfalls einen Kurzschluss- und Überstromschutz des bewegten Antriebssystems zur Schleifleitung hin.
Außerdem umfasst die Koppeleinheit K2 eine Impedanz zur Kompensation der längenveränderlichen Induktivität der Schleifleitung und eine Kapazität zur Reduktion oder Unterdrückung der belastungs- und längenabhängigen Schwingneigung der Energiestrecke. Außerdem umfasst die Koppeleinheit K2 eine weitere Kapazität, die bei kurzzeitigen Kontaktproblemen der Schleifleitung motorische oder generatorische Energie aufnehmbar ist zur Vermeidung unzulässiger Spannungs- und/oder Stromspitzenwerte und somit ein kontinuierlicher Betrieb sicherstellbar ist.
Außerdem umfasst die Koppeleinheit K2 einen Überspannungsschutz, der unzulässige Spannungstransienten unterdrückt.
Auf dem mobilen Maschinenteil sind Antriebswechselrichter A1 und A2 vorgesehen, die aus einem Gleichspannungszwischenkreis mit einer entsprechenden Gleichstromverschienung 3 versorgt sind, der wiederum über die Koppeleinheit K2 aus der Schleifleitung versorgt ist.
Außerdem sind die Antriebswechselrichter mit einer Signalleitung 4, insbesondere Datenbus, verbunden und speisen jeweilige Motoren M1 und M2.
Auf dem mobilen Maschinenteil 1 ist ein relativ zum mobilen Maschinenteil 1 bewegbarer Maschinenteil MM vorgesehen, der über eine berührungslose Energieversorgung aus dem Gleichspannungskreis 3 des mobilen Maschinenteils 1 versorgt wird.
Hierzu umfasst die Koppeleinheit K3 einen aus dem Gleichspannungskreis versorgten Wechselrichter, der in eine geschlossene langgestreckt ausgeführte Linienleitung einen Strom einprägt, der eine Frequenz zwischen 10 und 500kHz aufweist, vorzugsweise etwa 15 oder 20 kHz. Der Maschinenteil MM umfasst eine induktiv an den Linienleiter gekoppelte Sekundärspule, der eine Kapazität derart in Reihe oder parallel beschaltet ist, dass die zugehörige Resonanzfrequenz im Wesentlichen der Frequenz des in den Linienleiter eingeprägten Stromes entspricht.
Vorzugsweise ist die Maschine ein Regelbediengerät.

Claims

Anlage, umfassend einen stationären und einen mobilen Maschinenteil (1), wobei der mobile Maschinenteil (1) über eine Schleifleitung (2) versorgt ist aus einer vom stationären Maschinenteil umfassten Einspeiseeinheit P1, wobei die Schleifleitung (2) Gleichspannung führt, insbesondere also die Schleifleitung (2) zur Versorgung des mobilen Maschinenteils (1) mit Gleichspannung ausgeführt ist, wobei die Einspeiseeinheit P1 aus dem Wechselstromversorgungsnetz gespeist ist und mittels eines Gleichrichters die Gleichspannung erzeugt, wobei ein Koppeleinheit K1 vorgesehen ist, die eine Impedanz zur Kompensation der von der Position des mobilen Maschinenteils (1) abhängigen, längenveränderlichen Induktivität der Schleifleitung (2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem mobilen Maschinenteil eine zweite Koppeleinheit K2 angeordnet, die eine schwingungsmindernde Impedanz zur Kompensation der von der Position des mobilen Maschinenteils (1) abhängigen, längenveränderlichen Induktivität der Schleifleitung (2) umfasst und eine Kapazität zur Reduktion oder Unterdrückung der belastungs- und längenabhängigen Schwingneigung der Energiestrecke.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der gleichspannungsführenden Schleifleitung 2 und dem mobilen Maschinenteil 1 eine zweite Koppeleinheit K2 vorgesehen ist.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Koppeleinheit (K1, K2) einen Kurzschlussschutz, einen Überstromschutz, einen Überspannungsschutz, eine Kapazität zur Reduktion oder Unterdrückung von Schwingneigung und/oder eine Kapazität zur Energiepufferung umfassen.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der durch die zweite Koppeleinheit K2 geführten Gleichspannung Wechselrichter (A1, A2) versorgt sind, wobei die Wechselrichter (A1, A2) zur Speisung eines Elektromotors vorgesehen sind, insbesondere wobei die Elektromotoren Drehstrommotoren sind und mittels der Wechselrichter ihre Drehzahl steuerbar oder regelbar ist.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem mobilen Maschinenteil 1 ein relativ zum mobilen Maschinenteil 1 bewegbarer Maschinenteil MM vorgesehen ist
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegbare Maschinenteil eine weitere Koppeleinheit K3 umfasst, die aus der Gleichspannung versorgt ist und einen mittelfrequenten Strom, insbesondere mit einer Frequenz zwischen 10 und 500 kHz, in eine geschlossene Leiterschleife, insbesondere einer langgestreckten Linienleiter, einprägt, wobei der relativ bewegbare Maschinenteil MM eine induktiv an die Leiterschleife gekoppelte Sekundärspule umfasst, der eine Kapazität derart in Reihe oder parallel zugeschaltet ist, dass die zugehörige Resonanzfrequenz im Wesentlichen der Frequenz des in die Leiterschleife eingeprägten Stromes entspricht.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen stationärem und mobilem Maschinenteil 1 eine berührungslose Datenübertragung vorgesehen ist.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannung Werte zwischen 300 Volt und 800 Volt annimmt.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der von der Einspeiseeinheit P1 erzeugten Gleichspannung ein Bremswiderstand gesteuert speisbar ist, insbesondere zur Abfuhr von generatorisch erzeugter Leistung an die Umgebung.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeiseeinheit P1 eine Rückspeiseeinheit umfasst zur Abfuhr von generatorisch erzeugter Leistung an das die Einspeiseeinheit P1 versorgende Wechselstromversorgungsnetz.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest auf dem mobilen Maschinenteil 1 ein Rechner, insbesondere ein als Steuerung ausgebildeter Rechner, vorgesehen ist, der mit einem stationär angeordneten Rechner, insbesondere mit einem als Steuerung ausgebildeten Rechner, zur Datenübertragung verbunden ist, insbesondere umfassend die berührungslose Datenübertragung.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der auf dem mobilen Maschinenteil 1 angeordneten Elektromotoren zum Antrieb des mobilen Maschinenteils 1 vorgesehen ist.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die über die Schleifleitung 2 übertragbare Energie mehr als 1 Kilowatt oder mehr als 10 Kilowatt beträgt.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die induktive Kopplung auch berührungslos Daten übertragen werden.