DE102009039975A1

DE102009039975A1 - Vorrichtung und Verfahren zur induktiven Übertragung elektrischer Energie an bewegliche Verbraucher

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Publication number: DE102009039975A1
Application number: DE102009039975A
Authority: DE
Original assignee: Conductix Wampfler GmbH
Current assignee: Conductix Wampfler GmbH
Priority date: 2009-09-03
Filing date: 2009-09-03
Publication date: 2011-03-10
Also published as: KR101453895B1; CA2767002C; JP5785170B2; CN102481852A; RU2012109002A; US8807309B2; BR112012004824A2; RU2499693C2; EP2473369A1; BR112012004824A8; JP2013503772A; CA2767002A1; ZA201109298B; CN102481852B; US20120267209A1; KR20120099394A; WO2011026688A1

Abstract

Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie an längs eines Fahrwegs verfahrbare bewegliche Verbraucher (F1–F13) mit einer längs des Fahrwegs verlaufenden, in elektrisch voneinander getrennte Streckenabschnitte (3–7) aufgeteilten Primärleiteranordnung (2), wobei den einzelnen Streckenabschnitten (3–7) jeweils mindestens eine Stromquelle (3'–7') zum Einprägen eines Dauerstroms in den jeweiligen Streckenabschnitte (3–7) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel (11) zum Bestimmen der in den einzelnen Streckenabschnitten (3–7) jeweils benötigten Gesamtleistung der dort befindlichen beweglichen Verbraucher (F1–F13) und ein Mittel (11) zum Ansteuern der Stromquellen (3'–7') zum Einprägen des der benötigten Gesamtleistung des jeweiligen Streckenabschnitts (3–7) entsprechenden elektrischen Dauerstroms vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie an bewegliche Verbraucher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein diesbezügliches Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
Bei der Übertragung elektrischer Energie an beweglicher Verbraucher, insbesondere bei Systemen mit entlang einem vorgegebenen Fahrweg geführten Verbrauchern wie Elektrohängebahnen oder fahrerlosen Transportsystemen in Montageanlagen oder Regallagern ist es bekannt, den gesamten Fahrweg zumindest elektrisch in einzelne Streckenabschnitte aufzuteilen. Die einzelnen Streckenabschnitte werden in der Regel jeweils über eigene Versorgungsmodule mit elektrischer Energie versorgt. Um die Sicherheit von unbefahrenen Streckenabschnitten zu erhöhen und den Energiebedarf der bekannten System zu verringern, werden üblicherweise nur die Streckenabschnitte mit elektrischer Energie versorgt, auf denen bewegliche Verbraucher in Betrieb sind.
So offenbart die DE 602 90 141 T2 eine automatische Transport- und Personenführungsanlage und die Steuerung von Transportmodulen in einer solchen Anlage mit einem Rollgleis als Führungsvorrichtung für die Transportmodule. Weiter umfasst diese Anlage ein elektrisches Versorgungssystem mit einer Verteilervorrichtung zur elektrischen Versorgung unterschiedlicher, aufeinanderfolgender Versorgungskreise. Das Versorgungssystem leitet die Fortbewegung der Transportmodule, in dem unterschiedliche Versorgungskreise unter Spannung gesetzt oder spannungslos geschaltet werden. Hierbei wird durch die Gegenwart eines Transportmoduls in einem Versorgungskreis das unter Spannung setzen eines oder mehrerer Kreise, die direkt hinter dem belegten Kreis angeordnet sind, untersagt, um so einen Sicherheitsabstand zwischen den unterschiedlichen Transportmodulen aufrecht zu erhalten, die getrennt voneinander auf dem Gleis verkehren. Dort wird eine automatische Bewegung der Fahrzeuge sichergestellt, wenn die Transportmodule mit elektrischer Energie über die Versorgungskreise versorgt werden. Werden die Transportmodule nicht mit elektrischer Energie von den Versorgungskreisen versorgt, wird in bei den Transportmodulen in diesen Versorgungskreisen automatisch eine Bremsvorrichtungen ausgelöst.
Die DE 601 25 579 T2 offenbart eine kontaktlose Stromversorgungseinrichtung, bei der eine primärseitige Induktionsleitung durch hochfrequenten Strom elektrische Energie kontaktlos zu einer sekundärseitigen Last überträgt, wobei als sekundärseitige Last ein Bewegungswagen vorgesehen ist, der einem Roboterbereich zugeordnet ist. Um dort elektrische Einrichtungen im Bewegungswagen reparieren bzw. warten zu können, kann dort der entsprechende Abschnitt der Bewegungsbahn abgeschaltet werden, so dass der Wagen nicht mit elektrischer Spannung versorg wird.
Auch die WO93/23909 beschreibt eine Fahrbahn zum induktiven Versorgen eines automatischen geführten Fahrzeugs mit einem in einzelne Segmente unterteilten Fahrweg, der nur mit Energie versorgt wird, wenn sich ein Fahrzeug in diesem Segment befindet.
Gerade in Anlagen, in denen mehrere bewegliche Verbraucher zu unterschiedlichen Zeiten auf den unterschiedlichen Streckenabschnitten verkehren, besteht der Wunsch, auf einfache Weise den Energiebedarf zu verringern. Oft führen die beweglichen Verbraucher hierbei zusätzliche Tätigkeiten durch, beispielsweise Dreh-, Hub- oder Schwenkvorgänge zum Anheben von Lasten oder Greifen von Bauteilen. Hierdurch ergeben sich unterschiedlichste Anforderungen an die auf den Verbrauchern benötigte Energie. So braucht beispielsweise ein fahrender Verbraucher bzw. Fahrzeug lediglich elektrische Leistung für seine Wagensteuerung und seinen Fahrantrieb, während für eine zusätzliche Drehbewegung mehr elektrische Leistung benötigt wird. Oft befinden sich solche Fahrzeuge aber auch in einer Warteposition im Stillstand, d. h., in diesem Fall muss lediglich die Wagensteuerung mit elektrischer Leistung versorgt werden. Selbst wenn sich in einem Streckenabschnitt nur stillstehende Fahrzeuge mit relativ geringem Leistungsbedarf befinden, wird bei den bekannten Anlagen der maximale Leistungsbedarf vorgehalten, ein Streckenabschnitt wird also nur bei vollständigem Fehlen von Fahrzeugen strom- und spannungsfrei geschaltet. Da derartige Anlagen oft mit Konstantstromversorgung betrieben werden, ergibt sich hierdurch ein ständiger, hoher Strom in den strom- und spannungsführenden Versorgungselementen der Streckenabschnitt, was zu ständigen hohen Energieverlusten führt.
Würde bei den bekannten Anlagen die Energieversorgung auch in Streckenabschnitten abgeschaltet, in denen alle Fahrzeuge in Warteposition stehen, so müssten bei einem Neuanfahren dieses Streckenabschnitts zunächst die Wagensteuerungen der dortigen Fahrzeuge hochgefahren werden, was ein schnelles bzw. sofortiges Wiederanfahren der Fahrzeuge verhindert. Um dies zu verhindern, könnten die Fahrzeuge mit einer Fahrzeugbatterie ausgerüstet werden, welche die für die Aufrechterhaltung des Betriebs der Wagensteuerung notwendige Leistung auch bei abgeschalteter Fahrstrecke sicherstellt. Steht ein Fahrzeug jedoch länger still, entlädt sich die Fahrzeugbatterie, so dass ein Anfahren nur wieder mit dem langwierigen Hochfahren der Wagensteuerung möglich ist. Um einen möglichst zuverlässigen und schnellen Betrieb zu gewährleisten, muss dann entweder eine Batterie größerer Kapazität vorgesehen werden, oder die Fahrstrecke wird wie bekannt ständig voll mit elektrischer Leistung versorgt.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur induktiven Übertragung elektrischer Energie an bewegliche Verbraucher bereitzustellen, welche die oben genannten Nachteile überwinden und eine bedarfsangepasste, energiesparende Versorgung der beweglichen Verbraucher mit elektrischer Energie und geringe Reaktionszeiten im Betrieb der Vorrichtung ermöglichen.
Diese Aufgabe löst die Erfindung mit einer Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie an bewegliche Verbraucher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein diesbezügliches Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Eine eingangs genannte Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie an bewegliche Verbraucher ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zum Bestimmen der in den einzelnen Streckenabschnitten jeweils benötigten Gesamtleistung der dort befindlichen beweglichen Verbraucher und ein Mittel zum Ansteuern der Stromquellen zum Einprägen des der benötigten Gesamtleistung des jeweiligen Streckenabschnitts entsprechenden elektrischen Dauerstroms vorgesehen ist. Ein eingangs genanntes Verfahren zur induktiven Übertragung elektrischer Energie an bewegliche Verbraucher ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Streckenabschnitt die benötigte Gesamtleistung der dort befindlichen beweglichen Verbraucher bestimmt und dem jeweiligen Streckenabschnitt von der zugeordneten Stromquellen ein elektrischer Dauerstrom einprägt wird, welcher der dort benötigten Gesamtleistung entspricht. Hierdurch kann die von der Vorrichtung benötigte Energie ohne größeren Einfluss auf den Betrieb der Vorrichtung deutlich verringert werden, da in den einzelnen Streckenabschnitten jeweils nur die dort benötigte Leistung bereitgestellt wird und somit die Verlustleistung verringert werden kann Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung kann vorsehen, dass das Mittel zum Bestimmen der benötigten Gesamtleistung eine Zuordnungstabelle enthält, in der unterschiedlichen Versorgungsstufen der benötigten Gesamtleistung in einem Streckenabschnitt Werte des einzuprägenden Dauerstroms in dem Streckenabschnitt zugeordnet sind. Die Werte des Dauerstroms können dabei vorteilhaft jeweils der größten benötigten Gesamtleistung in dieser Versorgungsstufe entsprechen. Eine vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dabei vorsehen, dass anhand der bestimmten benötigten Gesamtleistung in einem Streckenabschnitt eine Versorgungsstufe ausgewählt wird und dem Streckenabschnitt ein der ausgewählten Versorgungsstufe zugeordneter Wert des einzuprägenden Dauerstroms in dem Streckenabschnitt eingeprägt wird. Hierdurch kann ein ständiges Anpassen des eingeprägten Dauerstroms an geringfügige Schwankungen der benötigten Gesamtleistung vermieden werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung kann vorsehen, dass in dem Mittel zum Bestimmen der benötigten Gesamtleistung unterschiedlichen Betriebszuständen der Verbraucher zugeordnete Leistungswerte gespeichert sind. In einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführung können die Verbraucher eine Steuerung, einen Fahrantrieb und ein oder mehrere Arbeitsaggregate aufweisen, wobei im Mittel zum Bestimmen der benötigten Gesamtleistung die jeweils für deren Betrieb benötigten Leistungswerte abgespeichert sind.
Zur Bestimmung des aktuell in einem Streckenabschnitt eingeprägten Dauerstroms können in den Streckenabschnitten Strommessvorrichtungen zugeordnet sein.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung kann vorsehen, dass unterschiedliche Betriebszustände der Verbraucher in einem Streckenabschnitt ermittelt werden, und anhand der ermittelten Betriebszustände die benötigte Gesamtleistung in diesem Streckenabschnitt bestimmt wird. Hierdurch können unterschiedliche Betriebszustände der Verbraucher anhand der dort benötigten, schon vorher bekannten Leistungswerte unmittelbar mit den durch die Stromquellen in den einzelnen Streckenabschnitten benötigten Gesamtleistung verknüpft werden. In einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführung können die Betriebszustände einen Steuerzustand des Verbrauchers mit einem ersten Leistungswert, einen Fahrzustand des Verbrauchers mit einem zweiten Leistungswert und/oder einen Arbeitszustand des Verbrauchers mit einem dritten Leistungswert umfassen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die benötigte Gesamtleistung von mindestens einem der Streckenabschnitte aus dem aktuellen Betriebszustand von einem oder mehreren der Verbraucher bestimmt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann eine zukünftig benötigte Gesamtleistung eines der Streckenabschnitte aus einem vorgegebenen zukünftigen Betriebszustand der aktuell dort befindlichen Verbraucher bestimmt werden. Dies kann vorteilhaft dann eingesetzt werden, wenn die Vorrichtung gesteuert betrieben wird, das Mittel zum Bestimmen der in den einzelnen Streckenabschnitten jeweils benötigten Gesamtleistung der dort befindlichen beweglichen Verbraucher und das Mittel zum Ansteuern der Stromquellen also aus Kenntnis des zukünftigen Betriebsablaufs schon im voraus bekannte Betriebszustände und benötigte Gesamtleistungen bei der Steuerung der Vorrichtung berücksichtigten kann.
Eine weitere bevorzugte Ausbildung kann vorsehen, dass eine zukünftig benötigte Gesamtleistung eines der Streckenabschnitte aus einem vorgegebenen zukünftigen Betriebszustand der sich in mindestens einem angrenzenden Streckenabschnitt befindlichen Verbraucher bestimmt wird. Hierdurch können in Kürze in den einen Streckenabschnitt einfahrende Verbraucher bei der Bestimmung der benötigten Gesamtleistung, insbesondere für zukünftige Zeitpunkte, bereits früh berücksichtigt werden, so dass evtl. Umschaltvorgänge des eingespeisten Dauerstroms vermieden werden können. Hierdurch können Schaltverluste in den Stromquellen vermieden und ihre Belastung reduziert werden.
Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Vielzahl von beweglichen Verbrauchern in einem ersten Betriebszustand;
2 die schematische Darstellung aus 1 mit den beweglichen Verbrauchern in einem zweiten Betriebszustand;
3 eine schematische Darstellung eines Teils einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
4 ein Ablaufdiagramm zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie an bewegliche Verbraucher F1 bis F13 in Form einer an sich bekannten Elektrohängebahn mit einer an sich bekannten Primärleiteranordnung 2, welche entlang eines nicht gezeichneten Fahrwegs verläuft.
Die Primärleiteranordnung 2 ist in insgesamt fünf elektrisch voneinander getrennte Streckenabschnitte aufgeteilt, einen ersten und zweiten Sammelabschnitt 3 bzw. 4, einen Hinfahrabschnitt 5, einen Arbeitsabschnitt 6 und einen Rückfahrabschnitt 7. An ihrem einen Ende sind der erste und zweite Sammelabschnitt 3 bzw. 4 über eine Weiche 8 mit dem Hinfahrabschnitt 7 und an ihrem anderen Ende über eine Weiche 9 mit dem Rückfahrabschnitt 7 mechanisch verbindbar, eine elektrische Kopplung findet nicht statt.
Die einzelnen Streckenabschnitte 3 bis 7 werden jeweils von einer eigenen Stromquellen 3' bis 7' versorgt, welche je nach Bedarf einen elektrischen Dauerstrom unterschiedlicher Stärke in die Streckenabschnitte 3 bis 7 einprägen. Da die Energieübertragung an die Verbraucher F1 bis F13 induktiv erfolgt, ist der Dauerstrom ein Wechselstrom, der ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Die Stromquellen 3' bis 7' können auf an sich bekannte Weise verwirklicht und sind ihrerseits mit einem elektrischen, dreiphasigen 50 Hz/400 V Energieversorgungsnetz 10 verbunden. Die Stromquellen 3' bis 7' sind weiter mit einer Anlagesteuerung 11 verbunden, welche den Gesamtbetrieb der Vorrichtung 1 überwacht und insbesondere die Stromquellen 3' bis 7' steuert.
Die Anlagensteuerung 11 stellt ein Mittel zum Bestimmen der in den einzelnen Streckenabschnitten 3 bis 7 jeweils benötigten Gesamtleistung der dort befindlichen beweglichen Verbraucher F1–F13 und ein Mittel 11 zum Ansteuern der Stromquellen 3' bis 7' zum Einprägen des der benötigten Gesamtleistung des jeweilige Streckenabschnitts 3 bis 7 entsprechenden des elektrischen Dauerstroms dar und kann ihrerseits mit einer nicht gezeichneten übergeordneten Fabriksteuerung verbunden sein. Die Anlagensteuerung 11 kann in herkömmlicher Weise zentral auf einem Rechner oder auch dezentral auf verteilten Rechnern aufgebaut sein. Vorliegend kann die Anlagensteuerung 11 die Stromquellen so ansteuern, dass sie bei Volllast einen Dauerstrom der maximalen Stromstärke I_VL und bei geringeren Laste Stromstärken von einem Drittel oder der Hälfte der maximalen Stromstärke I_VL liefern.
Die Elektrohängebahn 1 weist weiter eine Vielzahl von beweglichen Verbrauchern in Form von elektromotorisch betriebenen Wagen F1 bis F13 auf, wie sie beispielsweise in der Automobilfertigung verwendet werden. Die induktive Versorgung der Wagen F1 bis F13 mit elektrischer Energie erfolgt in an sich bekannter Weise über die längs des Fahrwegs verlaufende Primärleiteranordnung 2 und an den Wagen F1 bis F13 angeordnete sekundärseitige Abnehmervorrichtungen. Die Wagen F1 bis F13 weisen jeweils einen elektrischen Fahrantrieb, eine Wagensteuerung sowie elektrisch betriebene Arbeitsaggregate, z. B. Greif-, Hebe- oder Drehvorrichtungen für im Arbeitsabschnitt 6 von weiteren Bearbeitungsanlagen zu bearbeitende Fahrzeugkarosserieteile auf.
Die Leistungswerte für unterschiedliche Betriebszustände eines Wagens F1 bis F13 sind vorliegend ca. 200 W für die Wagensteuerung, ca. 1000 W für den Fahrantrieb und ca. 2000 W für die Arbeits- bzw. Drehbewegung des Arbeitsaggregats. Ein ruhender Wagen F1 bis F13 benötigt somit nur 200 W für die Wagensteuerung, ein fahrender Wagen ca. 1200 W für Wagensteuerung und Fahrantrieb, ein stehender, arbeitender Wagen ca. 2200 W für Wagensteuerung und Arbeitsaggregat und ein fahrender, arbeitender Wagen ca. 3200 W. Je nach Bedarf können die einzelnen Betriebszustände also gleichzeitig auftreten, die vom einzelnen Wagen benötige Leistung ergibt sich dann durch Zusammenzählen der unterschiedlichen Leistungswerte für die einzelnen Betriebszustände.
In 1 befindet sich ein Wagen F1 bereits im ersten Sammelabschnitt 3 und fährt zu einer in 2 gezeigten Warteposition. Während der Fahrt sind der Fahrantrieb des Wagens F1 und seine Wagensteuerung in Betrieb, welche von der Stromquelle 3' mit elektrischer Energie versorgt werden. Weitere Wagen F7 bis F10 im ersten Sammelabschnitt 3 befinden sich in Warteposition, so dass nur ihre Wagensteuerung in Betrieb ist. In 1 und 2 wird der Betrieb des Fahrantriebs eines Wagens F1 bis F13 durch einen geraden Pfeil „←” und der Betrieb der Wagensteuerung durch einen Kreis „°” gekennzeichnet. Zur Versorgung der Wagen F1 und F7 bis F10 wird der erste Sammelabschnitt 3 von der zugeordneten ersten Stromquelle 3' lediglich mit der Hälfte des maximalen Dauerstroms I_VL bestromt.
Der zweite Sammelabschnitt 4 enthält in 1 lediglich drei „ruhende” Fahrzeuge F11 bis F13, benötigt zur Versorgung ihrer Wagensteuerungen mit elektrischer Leistung durch die Stromquelle 4' also nur ein Drittel des maximalen Dauerstroms I_VL. Die dort benötigte Gesamtleistung ergibt sich also aus dem dreifachen Betrag der für den Betrieb einer Wagensteuerung notwendigen Leistung.
Fahrzeuge F5 und F6 befinden sich in 1 auf dem Hinfahrabschnitt 5 und bewegen sich zum Arbeitsabschnitt 6 hin. Da beide Fahrzeuge F5 und F6 lediglich die für Fahrantrieb und Wagensteuerung notwendige Leistung benötigen, reicht es deshalb aus, die Hinfahrstrecke 5 durch die Stromquelle 5' lediglich mit der Hälfte des maximalen Dauerstroms I_VL zu versorgen.
Wagen F2, F3 und F4 befinden sich in 1 im Arbeitsabschnitt 6, wobei Wagen F2 mit in Betrieb befindlichem Fahrantrieb und Wagensteuerung vorwärts fährt, Wagen F3 vorwärts fährt und mit einem Arbeitsaggregat eine durch einen Kreispfeil
angedeutete Drehbewegung ausführt, während Wagen F4 steht und sein Arbeitsaggregat eine Drehbewegung ausführt. Die Drehbewegung der Arbeitsaggregate der Wagen F3 und F4 erfordert im Vergleich zum reinen Fahrbetrieb von Wagen F2 zusätzliche Leistung. Der Arbeitsabschnitt 6 wird durch die Stromquelle 6' folglich mit dem maximalem Dauerstrom I_VL bestromt.
Der vollkommen leere Rückfahrabschnitt 7 hingegen kann komplett strom- und spannungslos geschaltet werden, die Stromquelle 7' versorgt den Rückfahrabschnitt nicht mit Strom.
In 2 ist der Wagen F1 ebenfalls in Warteposition, es muss also keine Leistung für seinen Fahrantrieb mehr bereitgestellt werden. Die Stromquelle 3' des ersten Sammelabschnitts 3 kann dann von der Hälfte auf ein Drittel des maximalen Dauerstroms I_VL reduziert werden. Hierdurch wird zusätzlich Energie gespart, da die Verluste durch den Dauerstrom auf diesem Sammelabschnitt 3 nochmals verringert werden können. Der Zustand im zweiten Sammelabschnitt 4 bleibt unverändert.
Da die Wagen F2 bis F4 in 2 aus dem Arbeitsabschnitt 6 ausgefahren und in den Rückfahrabschnitt 7 eingefahren sind, die Arbeitsaggregate aber keine Drehbewegung mehr durchführen, wird der Rückfahrabschnitt 7 zur Versorgung der Fahrantriebe und Wagensteuerungen der Wagen F2 bis F4 durch die Stromquelle 7' lediglich mit der Hälfte des maximalen Dauerstroms I_VL versorgt. Im Arbeitsabschnitt 6 hingegen befinden sich in 2 die aus dem Hinfahrabschnitt 5 eingefahrenen Wagen F5 und F6, deren Arbeitsaggregate nun beide eine Drehbewegung ausführen, so dass dort die benötigten Gesamtleistung maximal ist und nach wie vor der maximale Dauerstrom I_VL bereitgestellt werden muss. Der Hinfahrabschnitt 5 hingegen ist nun ohne Wagen, sodass er nicht mehr mit Leistung aus der Stromquelle 5' versorgt werden muss, er kann also durch die Anlagensteuerung 11 strom- und spannungslos geschaltet werden.
3 zeigt schematisch einen Teil des elektrischen Aufbaus der Ausführung nach 1 und 2. Hier sind exemplarisch die drei Streckenabschnitte 5, 6 und 7 gezeigt, wobei die Ausbildung der weiteren Streckenabschnitte 3 und 4 deren Aufbau entspricht. Da die Streckenabschnitte 3 bis 7 identisch ausgebildet sind, wird nachfolgend exemplarisch der Streckenabschnitt des Hinfahrabschnitts 5 beschrieben, in dem sich in 3 ein einzelner Wagen F5 befindet.
Der Hinfahrabschnitt 5 weist als Primärleiteranordnung 2 eine an sich bekannte Hinleitung 5h und eine Rückleitung 5r auf. An der Hinleitung 5h entlang wird die in 3 nicht gezeigte sekundärseitige Abnehmervorrichtung des Wagens F5 geführt, so dass auf induktivem Weg elektrische Energie an den Wagen F5 übertragen wird. Die elektrische Energie für die Hinleitung 5h wird von einem Leistungsmodul 5a der Stromquelle 5' bereitgestellt. Das Leistungsmodul 5a ist in an sich bekannter Weise als Wechselrichter ausgebildet, der aus dem Spannungsnetz 10 versorgt wird. Angesteuert wird das Leistungsmodul 5a durch eine Leistungssteuerung 5b, welche als Eingangssignale sowohl die Betriebsparameter des Leistungsmoduls 5a, den an der Rückleitung 5r über eine an sich bekannte Strommessvorrichtung 5c gemessenen Strom im Hinfahrabschnitt 5 sowie Steuersignale aus der Anlagensteuerung 11 erhält.
Die Anlagensteuerung 11 übermittelt an die Leistungssteuerung 5b Start-, Stopp- und andere Betriebssignale für die Wagen F1 bis F13, gibt im vorliegenden Ausführungsbeispiel also sämtliche Funktionen für den Betrieb der Wagen F1 bis F13 vor. Hierzu gehören auch Signale für die zu fahrenden Streckenabschnitte, die Orte bzw. Zeitpunkte, zu denen Lasten gehoben, abgesetzt oder gedreht werden sollen etc. In einer alternativen Ausführung können die Wagen F1 bis F13 auch mit einer „intelligenten” Wagensteuerung ausgerüstet sein, die von der Anlagensteuerung 11 lediglich auf einer oberen Befehlsebene Anweisungen für zu erledigende Aufgaben erhält und diese dann selbständig plant und ausführt.
Die Anlagensteuerung 11 erhält aber auch Mitteilungen, z. B. Status- oder Fehlermeldungen der Stromquellen 3' bis 7', Angaben zu den elektrischen Zuständen und Werten der Stromquellen 3' bis 7', Angaben über die in den einzelnen Streckenabschnitten vorherrschenden Leistungs-, Strom- und Spannungsverhältnisse, ggf. Angaben zu den aktuellen Betriebszuständen der Wagen F1 bis F13, z. B. wo sich ein Wagen gerade tatsächlich befindet, welche Funktionen er gerade ausgeführt, etc.
Die Übermittlung der Signale zwischen Anlagensteuerung 11, Leistungssteuerung 5b und/oder Wagen F1 bis F13 kann in an sich bekannter Weise leitungsgebunden, berührungslos über induktive Kopplung zwischen entsprechend ausgestatteter Fahrweg und Wagen F1 bis F13 oder auch über drahtlose Kommunikationsmittel erfolgen.
Die Anlagensteuerung 11 bestimmt auch, welche Gesamtleistung auf den einzelnen Streckenabschnitten momentan benötigt wird, wozu sie die Strommessung der Strommessvorrichtung 5c wie auch der Strommessvorrichtungen der anderen Streckenabschnitte verwendet. Die Anlagensteuerung 11 kann in einer alternativen Ausführung die benötigte Gesamtleistung auch aus den ihr bekannten aktuellen und ggf. zukünftigen Betriebszuständen der Wagen F1 bis F13 berechnen, so dass auf eine Strommessung verzichtet werden kann.
Stellt die Anlagesteuerung 11 beispielsweise fest, dass sich auf einem Streckenabschnitt 3 bis 7 kein Wagen F1 bis F13 befindet, so schaltet sie den betreffenden Streckenabschnitt spannungs- und stromlos.
Stellt die Anlagensteuerung 11 hingegen fest, dass sich in einem Streckenabschnitt ein oder mehrere Wagen F1 bis F13 befinden, ermittelt Sie die benötigte Gesamtleistung dieses Streckenabschnitts 3 bis 7 anhand der ihr bekannten Daten, u. a. der dort befindlichen Wagen F1 bis F13, und steuert dann die betreffende Stromquelle 3' bis 7' so an, dass der eingespeiste Dauerstrom diese Gesamtleistung sicher abdeckt. Um ein ständiges Anpassen des Dauerstroms zu vermeiden, können bevorzugt mehrere Versorgungsstufen definiert werden, zwischen denen in Abhängigkeit von der aktuell benötigten Gesamtleistung der dort befindlichen Wagen F1 bis F13 und bevorzugt auch von deren zukünftigen Betriebszuständen die benötigte Gesamtleistung des betreffenden Streckenabschnitts 3 bis 7 bestimmt und dann ein entsprechender Dauerstrom eingespeist wird. Vorliegenden werden vier Versorgungsstufen definiert: Versorgungsstufe 1 entspricht keinem Leistungsbedarf, Versorgungsstufe 2 entspricht einem Drittel und Versorgungsstufe 3 der Hälfte der maximal benötigten Gesamtleistung und somit des maximalen Dauerstroms bei Volllast. Versorgungsstufe 4 entspricht der benötigten Gesamtleistung bzw. Dauerstrom bei Volllast. Es können nach Bedarf aber auch mehr oder weniger Versorgungsstufen definiert werden.
In 1 befindet sich im Rückfahrabschnitt 7 kein Wagen, dort herrscht also Versorgungsstufe 1, der Rückfahrabschnitt 7 ist spannungs- und stromlos. Im zweiten Sammelabschnitt 4 müssen nur die einzelnen Wagensteuerungen der Wagen F11 bis F13 versorgt werden, es reicht also Versorgungsstufe 2 mit einem Drittel des Dauerstroms I_VL bei Volllast aus. Im ersten Sammelabschnitt 3 hingegen müssen die Wagensteuerungen der vier ruhenden Wagen F7 bis F10 und des fahrenden Wagens F1 sowie dessen Fahrantrieb versorgt werden, so dass er bei Versorgungsstufe 3 mit der Hälfte des maximalen Dauerstroms I_VL versorgt wird. Gleiches gilt für den Hinfahrabschnitt 5, in dem Fahrantrieb und Wagensteuerung der Wagen F5 und F6 versorgt werden müssen. Im Arbeitsabschnitt 6 hingegen herrscht aufgrund der in Betrieb befindlichen Arbeitsaggregate der Wagen F3 und F4 sowie des Fahrbetriebs von Wagen F2 und F3 Volllastbetrieb, so dass dort Versorgungsstufe 4 mit maximalem Dauerstrom I_VL bei Volllast eingestellt ist.
Um eine möglichst schnelle Anpassung der Versorgungsstufen bei sich ändernden Zuständen in der Elektrohängebahn 1 zu ermöglichen, verwendet die Anlagensteuerung 11 insbesondere die bereits im voraus bekannten oder von ihr vorgegebenen Daten. So erkennt in 1 die Anlagensteuerung 11 aufgrund der Fahrdaten der Wagen F2 bis F4, dass diese voraussichtlich in Kürze in den Rückfahrabschnitt 7 einfahren werden (2). Sie bestimmt den zu erwartenden Leistungsbedarf aufgrund der dann zu versorgenden Fahrantriebe und Wagensteuerungen der Wagen F2 bis F4 und gibt deshalb rechtzeitig vor Einfahrt des Wagens F2 die entsprechenden Signale an die Stromquellen 7' zum Wechsel in die Versorgungsstufe 2 weiter. Hierdurch kann eine unterbrechungsfreie Energieversorgung und somit Fahrt des Wagens F2 wie auch der Wagens F3 und F4 sichergestellt werden.
Gleiches gilt für den ersten Sammelabschnitt 3, denn dort bestimmt die Anlagensteuerung 11 anhand der ihr bekannten Steuersignale und Betriebsdaten des Wagens F1, dass dieser in Kürze in seine in 2 gezeigte Ruheposition gelangt und deshalb von Versorgungsstufe 2 in Versorgungsstufe 1 geschaltet werden kann.
Da die Anlagensteuerung 11 die in Richtung des Arbeitsabschnitts 6 fahrenden Wagen F5 und F6 schon im voraus kennt und anhand der dort geplanten Tätigkeiten der Wagen F5 und F6 weiß, dass dort auch weiterhin ein großer Leistungsbedarf vorliegt, hält sie dort die Versorgungsstufe 4 aufrecht.
Zum besseren Verständnis zeigt nachfolgende Tabelle den Leistungsbedarf in den einzelnen Streckenabschnitten in 1 und 2 (VS: Versorgungsstufe; I_VL: Strom bei Volllast):

Abschnitt 3 4 5 6 7

Fig. 1 VS 3 (1/2 I_VL) VS 2 (1/3 I_VL) VS 3 (1/2 I_VL) VS 4 (I_VL) VS 0

Fig. 2 VS 2 (1/3 I_VL) VS 2 (1/3 I_VL) VS 0 VS 4 (I_VL) VS 3 (1/2 I_VL)

Tabelle 1
Ein Beispiel für den Steuerungsablauf in der Anlagensteuerung 11 zeigt 4.
In Zustand Z1 befindet sich die Elektrohängebahn 1 im Ruhezustand, die einzelnen Streckenabschnitte 3 bis 7 sind strom- und spannungslos. Es wird in Abfrage A1 ständig überwacht, ob eine Änderung auftritt oder nicht. Eine Änderung kann beispielsweise die Inbetriebnahme der Elektrohängebahn 1 nach einem Stillstand oder einer Notabschaltung sein. Solange keine Änderung auftritt, verbleibt die Elektrohängebahn 1 im Ruhezustand. Wird in Abfrage A1 nun eine Änderung übermittelt, beispielsweise ein Inbetriebnahmesignal aus der Anlagensteuerung 11 oder einer nicht gezeigten, übergeordneten Fabriksteuerung, so wird in Zustand Z2 übergegangen und dort die benötigte Gesamtleistung in den einzelnen Streckenabschnitten 3 bis 7 bestimmt. Hierzu werden die in der Anlagensteuerung 11 vorhandenen Daten über die einzelnen Wagen F1 bis F13 und/oder von diesen an die Anlagensteuerung 11 übermittelten Daten verwendet.
In einer vorteilhaften Ausführung können zur schnelleren Ansteuerung unterschiedliche Betriebszustände der einzelnen Wagen F1 bis F13 bereits mit unterschiedlichen Leistungswerten in der Anlagensteuerung 11 verknüpft werden, z. B. in einer Zuordnungstabelle. Es kann dann schnell über einen Vergleich der aktuellen Betriebszustände der einzelnen Wagen F1 bis F13 in einem Streckenabschnitt 3 bis 7 mit der dort aktuell hereitgestellten Leistung festgestellt werden. ob eine Änderung dieser Leistung nötig ist.
In einer alternativen Ausführung kann beim Neustart aus dem Ruhezustand Z1 auch jeder Streckenabschnitt 3 bis 7 mit dem für Volllast-Betrieb notwendigen maximalen Dauerstrom versorgt werden, um unabhängig vom aktuellen Zustand der einzelnen Streckenabschnitte 3 bis 7 und den Wagen F1 bis F13 die zuverlässige Inbetriebnahme der Elektrohängebahn 1 sicherzustellen. Dies kann vor allem bei Inbetriebnahme nach einem Notaus sinnvoll sein.
Anschließend übermittelt die Anlagensteuerung 11 die in Zustand Z2 ermittelte benötigte Gesamtleistung der einzelnen Streckenabschnitte 3 bis 7 zur Einstellung an die zugehörigen Stromquellen 3' bis 7' (SQ in 4). In Abfrage A2 wird dann von der Anlagensteuerung 11 abgefragt, ob der gewünschte Bereitstellungsstatus der Energieversorgung in den einzelnen Streckenabschnitten 3 bis 7 erreicht ist.
Falls nicht, wird also der Bereitstellungsstatus der gewünschten Energieversorgung in Abfrage A2 von einer oder mehrerer der Stromquellen 3' bis 7' nicht bestätigt, wird zunächst in Abfrage A3 die jeweilige Stromquelle 3' bis 7' auf Fehler überprüft. Liegt ein Fehler vor, dann wird in Zustand Z4 eine Fehlermeldung an die Anlagensteuerung 11 ausgegeben und von dieser eine geeignete Maßnahme eingeleitet. Liegt in Abfrage A3 kein Fehler mehr vor, so wird zu Zustand Z3 zurückgekehrt und die benötigte Gesamtleistung nochmals an die jeweiligen Energieversorgungsvorrichtungen 3' bis 7', vorzugsweise nur an die in Abfrage A2 noch nicht bereiten Streckenabschnitte 3 bis 7, übermittelt.
Steht in Abfrage A2 die in den Streckenabschnitten 3 bis 7 benötigte Gesamtleistung bereit, fließt also der entsprechende Dauerstrom in der Primärleiteranordnung 2 der Streckenabschnitte 3 bis 5, so gehen die Wagen F1 bis F13 in den von der Anlagensteuerung 11 vorgegebenen Betriebszustand Z5 über, wie in 1 dargestellt.
Die Elektrohängebahn 1 befindet sich nun im normalen Zustand Z5, wobei die Anlagensteuerung 11 die einzelnen Wagen F1 bis F13 ansteuert. Der Zustand Z5 wird beständig von der Anlagensteuerung 11 in Abfrage A4 überwacht. Solange keine Änderungen auftreten, wird der Zustand Z5 beibehalten. Treten Änderungen auf, gelangt beispielsweise der Wagen F1 in seine Ruheposition in 2, so bestimmt die Anlagensteuerung 11 in Zustand Z2 erneut die benötigte Gesamtleistung in den Streckenabschnitten 3 bis 7. Anschließend gibt sie in Zustand Z3 eine entsprechende Meldung der benötigte Gesamtleistung an die Stromquellen 3' bis 7' aus, die dann die benötigte Gesamtleistung wie oben beschrieben bereitstellen. Bevorzugt erfolgt die Mitteilung der geänderten benötigten Gesamtleistung nur in den betroffenen Streckenabschnitten 3 bis 7. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 und gemäß Tabelle 1 würde also an die Stromquellen 4' und 6' in Zustand Z3 keine Meldung ausgegeben, da sich dort die benötigte Gesamtleistung nicht geändert hat.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 60290141 T2 [0003]
DE 60125579 T2 [0004]
WO 93/23909 [0005]

Claims

Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie an längs eines Fahrwegs verfahrbare bewegliche Verbraucher (F1–F13) mit einer längs des Fahrwegs verlaufenden, in elektrisch voneinander getrennte Streckenabschnitte (3–7) aufgeteilten Primärleiteranordnung (2), wobei den einzelnen Streckenabschnitten (3–7) jeweils mindestens eine Stromquelle (3'–7') zum Einprägen eines Dauerstroms in den jeweiligen Streckenabschnitte (3–7) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel (11) zum Bestimmen der in den einzelnen Streckenabschnitten (3–7) jeweils benötigten Gesamtleistung der dort befindlichen beweglichen Verbraucher (F1–F13) und ein Mittel (11) zum Ansteuern der Stromquellen (3'–7') zum Einprägen des der benötigten Gesamtleistung des jeweiligen Streckenabschnitts (3–7) entsprechenden elektrischen Dauerstroms vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (11) zum Bestimmen der benötigten Gesamtleistung eine Zuordnungstabelle enthält, in der unterschiedlichen Versorgungsstufen (VS1–VS4) der benötigten Gesamtleistung in einem Streckenabschnitt (3–7) Werte des einzuprägenden Dauerstroms in dem Streckenabschnitt (3–7) zugeordnet sind, wobei die Werte des Dauerstroms jeweils der größten benötigten Gesamtleistung in dieser Versorgungsstufe (VS1–VS4) entsprechen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Mittel (11) zum Bestimmen der benötigten Gesamtleistung unterschiedlichen Betriebszuständen der Verbraucher (F1–F13) zugeordnete Leistungswerte gespeichert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbraucher (F1–F13) eine Wagensteuerung, einen Fahrantrieb und ein oder mehrere Arbeitsaggregate aufweisen, wobei im Mittel (11) zum Bestimmen der benötigten Gesamtleistung die jeweils für deren Betrieb benötigten Leistungswerte abgespeichert sind.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Streckenabschnitten (3–7) Strommessvorrichtungen (5c, 6c, 7c) zum Bestimmen des aktuell bereitgestellten Dauerstroms des jeweiligen Streckenabschnitts (3–7) zugeordnet sind.
Verfahren zur induktiven Übertragung elektrischer Energie an längs eines Fahrwegs verfahrbare bewegliche Verbraucher (F1–F13), die von einer längs des Fahrwegs verlaufenden, in elektrisch voneinander getrennte Streckenabschnitte (3–7) aufgeteilten Primärleiteranordnung (2) induktiv mit elektrischer Energie versorgt werden, wobei den einzelnen Streckenabschnitte (3–7) jeweils von mindestens einer dem jeweiligen Streckenabschnitt (3–7) zugeordneten Stromquelle (3'–7') ein Dauerstrom eingeprägt wird, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Streckenabschnitt (3–7) die benötigte Gesamtleistung der dort befindlichen beweglichen Verbraucher (F1–F13) bestimmt und dem jeweiligen Streckenabschnitt (3–7) von der zugeordneten Stromquelle (3'–7') ein elektrischer Dauerstrom einprägt wird, welcher der dort benötigten Gesamtleistung entspricht.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche Gesamtleistungen in einem Streckenabschnitt (3–7) unterschiedlichen Versorgungsstufen (VS1–VS4) zugeordnet sind, wobei anhand der bestimmten benötigten Gesamtleistung in einem Streckenabschnitt (3–7) eine Versorgungsstufe (VS1–VS4) ausgewählt wird und dem Streckenabschnitt (3–7) ein der ausgewählten Versorgungsstufe (VS1–VS4) zugeordneter Wert des einzuprägenden Dauerstroms in dem Streckenabschnitt (3–7) eingeprägt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die den einzelnen Versorgungsstufen (VS1–VS4) zugeordneten Werte des einzuprägenden Dauerstroms in dem Streckenabschnitt (3–7) jeweils der maximalen Gesamtleistung in dieser Versorgungsstufe (VS1–VS4) entsprechen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche Betriebszustände der Verbraucher (F1–F13) in einem Streckenabschnitt (3–7) ermittelt werden, und anhand der ermittelten Betriebszustände die benötigte Gesamtleistung in diesem Streckenabschnitt (3–7) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebszustände einen Steuerzustand des Verbrauchers (F1–F13) mit einem ersten Leistungswert, einen Fahrzustand des Verbrauchers (F1–F13) mit einem zweiten Leistungswert und/oder einen Arbeitszustand des Verbrauchers (F1–F13) mit einem dritten Leistungswert umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine zukünftig benötigte Gesamtleistung eines der Streckenabschnitte (3–7) aus einem vorgegebenen zukünftigen Betriebszustand der aktuell dort befindlichen Verbraucher (F1–F13) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine zukünftig benötigte Gesamtleistung eines der Streckenabschnitte (3–7) aus einem vorgegebenen zukünftigen Betriebszustand der sich in mindestens einem angrenzenden Streckenabschnitt (3–7) befindlichen Verbraucher (F1–F13) bestimmt wird.