Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem und ein Verfahren zum Betreiben eines

Antriebssystems.

Es ist allgemein bekannt, dass ein Antriebssystem einen drehzahlgeregelten Elektromotor aufweist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem in umweltschonender, insbesondere in energiesparender Weise, weiterzubilden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Antriebssystem nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Antriebssystem sind, dass das Antriebssystem, aufweist: einen Wechselrichter,

einen Elektromotor,

eine erste Reihenschaltung

ein Hauptmodul mit erstem Speicher, insbesondere erste Kapazität, wobei der Elektromotor mit dem wechselspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters verbunden ist, insbesondere wobei der Elektromotor aus dem wechselspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters gespeist ist, wobei die erste Reihenschaltung einen Widerstand, insbesondere Bremswiderstand, und einen zum Widerstand elektrisch in Reihe geschalteten, ersten steuerbaren Halbleiterschalter aufweist, wobei die erste Reihenschaltung parallel geschaltet ist zum gleichspannungsseitigen

Anschluss des Wechselrichters und zu einem Anschluss des Hauptmoduls, wobei das Hauptmodul eine zweite Reihenschaltung aufweist, welche den Speicher, einen zweiten steuerbaren Halbleiterschalter (S1) und eine Induktivität, insbesondere Drossel (L), aufweist, insbesondere wobei der Speicher, der zweite steuerbare Halbleiterschalter und die Induktivität in Reihe geschaltet sind, wobei die zweite Reihenschaltung parallel geschaltet ist zur ersten Reihenschaltung und/oder zum gleichspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters.

Von Vorteil ist dabei, dass dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters ein Speicher parallel zuschaltbar ist über eine Induktivität, wenn die am gleichspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters anliegende Spannung einen ersten Schwellwert überschreitet.

Somit ist im generatorischen Betrieb des Motors ein Umwandeln von überschüssiger Energie in Wärme mittels des Bremswiderstands vermeidbar und im motorischen Betrieb zunächst der Motor aus dem Speicher versorgbar. Erst nach Entleeren des Speichers ist eine Versorgung aus dem Wechselspannungsversorgungsnetz über den Gleichrichter ausführbar.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist dem zweiten steuerbaren Halbleiterschalter (S1) eine Diode (D) parallelgeschaltet, insbesondere wobei die Diode (D) derart gepolt ist, dass der Speicher über die Diode entladbar ist, wenn die Spannung am Speicher größer ist als die am gleichspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters anliegende Spannung. Von Vorteil ist dabei, dass dem

Wechselrichter Energie aus dem Speicher automatisch zuführbar ist, wenn die Spannung am Speicher größer ist als die am gleichspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters anliegende Spannung. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Anschluss des Hauptmoduls mittels eines Kabels mit dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass das Hauptmodul flexibel zum Wechselrichter positionierbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung steuert eine Signalelektronik des Hauptmoduls den zweiten steuerbaren Halbleiterschalter derart an, dass dieser geschlossen ist, wenn die am gleichspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters anliegende Spannung einen ersten Schwellwert überschreitet, und ansonsten geöffnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass der

Bremswiderstand keine Energie zugeführt bekommt, sondern die überschüssige Energie an den ersten Speicher abgeführt wird.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Speicher ein Elektrolytkondensator. Von Vorteil ist dabei, dass der Speicher kostengünstig mit einer großen Kapazität ausrüstbar ist.

Alternativ ist der Speicher mit einem oder mehreren Doppelschichtkondensatoren,

insbesondere Ultracaps, ausgeführt, insbesondere wobei aber jedem aus Doppelschichtkondensatoren ausgeführten Speicher ein DC/DC-Wandler vorgeschaltet ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Speicher kostengünstig mit einer großen Kapazität ausrüstbar ist und auch bei niedrigen, am Speicher anliegenden Spannungen noch Energie in den Zwischenkreis zuführbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Hauptmodul mit einer Hutschiene verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass das Hauptmodul in einem Schaltschrank geschützt vorsehbar ist und sicher auf der Hutschiene befestigbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Hauptmodul einen Steckverbinderteil auf, insbesondere so, dass die am Speicher anliegende Spannung am Steckverbinderteil zur Verfügung gestellt ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Spannung weiteren Modulen,

insbesondere Speichermodulen, zur Verfügung stellbar ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein weiteres Modul auf der Hutschiene befestigt und weist einen weiteren Speicher, insbesondere zweite Kapazität, und ein

Gegensteckverbinderteil auf, welches mit dem Steckverbinderteil in Kontakt bringbar ist, insbesondere zur Bildung einer Steckverbindung. Von Vorteil ist dabei, dass die weiteren Module auf der Hutschiene verschiebbar und somit mittels der Steckverbindung verbindbar oder trennbar sind.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der weitere Speicher des weiteren Moduls parallel geschaltet zum Speicher des Hauptmoduls. Von Vorteil ist dabei, dass eine noch größere Kapazität dem Wechselrichter bereitstellbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das weitere Modul mittels einer weiteren elektrischen Steckverbindung mit Modulen steckverbindbar, welche jeweils auf der Hutschiene befestigt sind und welche jeweils einen weiteren Speicher aufwiesen, welche dem Speicher des Hauptmoduls parallelgeschaltet sind. Von Vorteil ist dabei, dass durch Verschieben entlang der Hutschiene die Module miteinander verbindbar oder voneinander trennbar sind.

Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems sind, dass der Antrieb einen Wechselrichter aufweist, an dessen wechselspannungsseitigem Anschluss ein Elektromotor elektrisch angeschlossen ist, wobei eine Reihenschaltung am gleichspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters angeschlossen ist, wobei die Reihenschaltung einen ersten steuerbaren Halbleiterschalter und einen Widerstand, insbesondere Bremswiderstand, aufweist, wobei eine Signalelektronik Ansteuersignale für den Wechselrichter, insbesondere steuerbare Halbleiterschalter des Wechselrichters, derart erzeugt, dass ein Istwert des Elektromotors, insbesondere ein Istwert der Drehzahl der Rotorwelle des Elektromotors oder ein Istwert des vom Elektromotor erzeugten Drehmoments, auf einen Sollwert hin geregelt wird, wobei in einem ersten Verfahrensschritt ein Sollwerteverlauf vorgegeben wird, bei welchem der erste steuerbare Halbleiterschalter zumindest ein einziges Mal geschlossen wird, in einem zweiten Verfahrensschritt ein einen ersten Speicher umfassendes Hauptmodul der Reihenschaltung und/oder dem geichspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters parallelgeschaltet wird und wiederum der Sollwerteverlauf vorgegeben wird, wobei überwacht wird, ob der erste steuerbare Halbleiterschalter zumindest ein einziges Mal geschlossen wird, wobei in einem dritten Verfahrensschritt abhängig vom Ergebnis der Überwachung ein weiteres, einen weiteren Speicher aufweisendes Modul mit dem Hauptmodul verbunden, insbesondere steckverbunden, wird, insbesondere wobei der weitere Speicher dem ersten Speicher parallel zugeschaltet wird, wobei in einem vierten Verfahrensschritt wiederum der Sollwerteverlauf vorgegeben wird, wobei überwacht wird, ob der erste steuerbare Halbleiterschalter zumindest ein einziges Mal geschlossen wird, wobei in einem fünften Verfahrensschritt abhängig vom Ergebnis der Überwachung ein drittes, einen dritten Speicher aufweisendes Modul mit dem zweiten Modul verbunden, insbesondere steckverbunden, wird,

insbesondere wobei der dritte Speicher dem ersten Speicher parallel zugeschaltet wird.

Von Vorteil ist dabei, dass mittels Vorgeben eines Sollwerteverlaufs, der einen

generatorischen Betrieb des Elektromotors umfasst, solange Speicher mit immer höherer Kapazität zuschaltbar sind, bis der Bremswiderstand nicht mehr mit überschüssiger Energie beaufschlagbar ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der vierte und fünfte Verfahrensschritt sooft mit jeweils weiteren gleichartig aufgebauten Modulen wiederholt, bis bei Vorgeben des

Sollwerteverlaufs der erst steuerbare Halbleiterschalter ununterbrochen geöffnet bleibt. Von Vorteil ist dabei, dass eine möglichst kleine Kapazität auffindbar ist, bei welcher aber dem Wärmewiderstand keine überschüssige Energie zugeführt wird.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Hauptmodul einen zweiten steuerbaren Halbleiterschalter auf, welcher derart angesteuert wird, dass dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters eine aus dem ersten Speicher, einer Induktivität und dem zweiten steuerbaren Halbleiterschalter gebildete Reihenschaltung parallel zugeschaltet wird, wenn die am gleichspannungsseitigen Anschluss anliegende Spannung einen ersten

Schwellwert überschreitet. Von Vorteil ist dabei, dass Energie aufnehmbar ist im Speicher. Hierzu weist das Hauptmodul ein Mittel zur Spannungserfassung auf, welches die am gleichspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters anliegende Spannung erfasst.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Hauptmodul ein Mittel zur Erfassung der am gleichspannungsseitigen Anschluss anliegenden Spannung auf. Von Vorteil ist dabei, dass keine Datenübertragung zwischen dem Wechselrichter und dem Hauptmodul notwendig ist sondern dass im Hauptmodul aus dem erfassten Spannungsverlauf detektierbar ist, ob der erste steuerbare Halbleiterschalter während der Durchführung des Sollwerteverlaufs geschlossen wurde oder nicht.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen

Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe. Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:

In der Figur 1 ist ein erfindungsgemäßer Antrieb schematisch skizziert, wobei eine

Speicheranordnung 6 im Zwischenkreis des Antriebs angeordnet ist.

In der Figur 2 ist der modulare Aufbau der auf einer Hutschiene 25 montierbaren

Speicheranordnung 6 schematisch skizziert.

Wie in den Figuren gezeigt, weist der Antrieb einen aus einem Drehspannungsversorgungnetz 3 gespeisten Gleichrichter 4 auf, wobei die an seinem gleichspannungsseitigen Anschluss bereit gestellte Spannung als Zwischenkreisspannung bezeichnet wird.

Aus der Zwischenkreisspannung, die ein oberes Zwischenkreispotential 1 und ein unteres Zwischenkreispotential 2 aufweist, wird ein Wechselrichter 7 gespeist, dessen

wechselspannungsseitiger Anschluss einen Elektromotor M, insbesondere

Drehspannungsmotor, speist.

Parallel zum gleichspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters 4, insbesondere und somit auch zum gleichspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters 7, sind eine

Speicheranordnung 6 und eine Reihenschaltung angeschlossen, die somit auch von der Zwischenkreisspannung versorgt werden.

Die Reihenschaltung ist aus einem steuerbaren Halbleiterschalter S2, der als Brems-Chopper bezeichenbar ist, und einem Bremswiderstand 5 gebildet.

Wenn die Zwischenkreisspannung einen oberen Schwellwert überschreitet, wird der steuerbaren Halbleiterschalter S2 geschlossen und somit Energie aus dem Zwischenkreis mittels des Bremswiderstandes 5 in Wärme umgewandelt. Somit wird keine unzulässig hohe Zwischenkreisspannung erreicht. Die Speicheranordnung 6, insbesondere ein Hauptmodul 21 der Speicheranordnung 6, ist mittels einer elektrischen Leitung, insbesondere flexibles Kabel, mit dem Zwischenkreis verbunden.

Die Speicheranordnung 6 weist Module 24 auf, welche über Steckverbindungen 23 elektrisch verbindbar und mechanisch anbindbar sind.

Jedes der Module 24 und das Hauptmodul 21 sind auf einer, insbesondere derselben, Hutschiene 25 formschlüssig aufgesetzt und mit der Hutschiene 25 verbunden, insbesondere wobei sie aber in Schienenrichtung der Hutschiene 25 verschiebbar sind.

Somit ist durch Verschieben der Module 24 entlang der Hutschiene 25 die jeweilige

Steckverbindung, insbesondere die Steckverbindung zwischen dem Hauptmodul 21 und einem ersten Modul 24, betätigbar. Ebenso ist auch die jeweilige Steckverbindung zwischen zwei in Schienenrichtung der Hutschiene 25 zueinander nächstbenachbarten Modulen 24 betätigbar durch relatives Verschieben der jeweiligen Module 24 entlang der Hutschiene 25.

Das Hauptmodul 21 weist eine elektronische Schaltung auf, welche eine Reihenschaltung umfasst, die aus der Zwischenkreisspannung versorgt wird und aus einer Drossel L, einer Kapazität C und einem steuerbaren Halbleiterschalter S1 gebildet ist.

Dabei ist die Kapazität C als Anordnung von Elektrolytkondensatoren oder als anordnung von Doppelschichtkondensatoren mit jeweils vorgeschaltetem DC/DC-Wandler ausgeführt.

Dem steuerbaren Schalter S1 ist eine Freilaufdiode D parallel zugeschaltet. Die Steuersignale zum Ansteuern des steuerbaren Halbleiterschalters S1 werden von einer Signalelektronik 20 erzeugt, welche ebenfalls aus der Zwischenkreisspannung versorgt wird. Das Hauptmodul 21 ist am Anschluss 22 des Hauptmoduls 21 mittels Kabel mit dem den Zwischenkreis aufweisenden Umrichter des Antriebs verbunden.

Die Signalelektronik 20 des Hauptmoduls 21 weist ein Mittel zur Erfassung der

Zwischenkreisspannung des Umrichters auf.

Die Diode D ist derart gepolt und die Ansteuersignale für den steuerbaren Halbleiterschalter S1 sind derart von der Signalelektronik 20 erzeugt, dass der Halbleiterschalter 21 erst dann geschlossen wird, wenn die Zwischenkreisspannung einen ersten schwellwert überschreitet.

Wenn also die Zwischenkreisspannung den ersten Schwellwert überschreitet und größer ist als die an der Kapazität anliegende Spannung, wird die Kapazität C geladen.

Ist jedoch die an der Kapazität anliegende Spannung größer als die Zwischenkreisspannung fließt ein Strom von der Kapazität C in den Zwischenkreis.

Wenn der Halbleiterschalter S1 geöffnet ist und die an der Kapazität anliegende Spannung größer als die Zwischenkreisspannung wird die Kapazität C entladen, insbesondere bis die an der Kapazität anliegende Spannung der Zwischenkreisspannung gleicht, insbesondere bei verschwindender Zwischenkreisspannung bis die Kapazität vollständig entladen ist

Vorteiligerweise ist nur eine geringe Rückwirkung auf den Umrichter bewirkt.

Um die Kapazität zu vergrößern, sind die Module 24 parallel zur Kapazität zuschaltbar.

Jedes der Module 24 weist zumindest eine weitere Kapazität C auf.

Um die geeignete Anzahl von Modulen für den Antrieb zu bestimmen, wird folgendes

Verfahren ausgeführt. In einem ersten Verfahrensschritt wird der Antrieb ohne die Speicheranordnung betrieben und dabei der Verlauf der Zwischenkreisspannung erfasst. Dabei muss die Betriebsweise des Antriebs derart sein, dass der Brems-Chopper zumindest zu einem ersten Zeitpunkt geschlossen und zu einem zweiten Zeitpunkt geöffnet wird. Als Betriebsweise wird beispielsweise ein Solldrehzahlverlauf zum Antreiben einer Last vorgegeben, der zunächst ansteigt und später abfällt.

In einem darauffolgenden zweiten Verfahrensschritt wird das Hauptmodul 21 mit dem

Zwischenkreis verbunden, so dass die Kapazität des Zwischenkreises erhöht ist, und dieselbe Betriebsweise ausgeführt, also beispielsweise derselbe Solldrehzahlverlauf vorgegeben bei derselben Last. Gleichzeitig wird wiederum der Verlauf der Zwischenkreisspannung erfasst und dabei überprüft, ob der Brems-Chopper noch zumindest einmal geschlossen und danach wieder geöffnet wird.

Falls zumindest ein Schließen des Brems-Choppers detektiert wird, wird in einem dritten Schritt ein Modul 24 an das Hauptmodul 21 angeschlossen und in einem dritten

Verfahrensschritt wiederum überwacht, ob bei wiederum derselben Betriebsweise der Brems- Chopper nicht geschlossen wird.

Die Erfassung der Zwischenkreisspannung erfolgt entweder im Umrichter, so dass die Auswertung des Verlaufs der Zwischenkreisspannung und Überwachung auf Schließen des Brems-Choppers von der Signalelektronik des Umrichters detektiert wird und eine

entsprechende Anzeige oder Warnmeldung an einem Anzeigemittel des Umrichters erfolgt, oder die Erfassung der Zwischenkreisspannung erfolgt, so dass die Auswertung des Verlaufs der Zwischenkreisspannung im Hauptmodul 21 erfolgt, wobei eine entsprechende Anzeige oder Warnmeldung an einem Anzeigemittel des Hauptmoduls 21 erfolgt oder an einem Anzeigemittel eines mit dem Hauptmodul 21 verbundenen Rechners.

In einem jeweils nachfolgenden Verfahrensschritt wird ein weitere Modul 24 an das vorhergehende Modul 24 angeschlossen und wiederum überwacht, ob bei wiederum derselben Betriebsweise der Brems-Chopper nicht geschlossen wird. Falls der Brems-Chopper nicht geschlossen wird, wird kein weiteres Modul 24 verbunden. Andernfalls wird der letzte Verfahrensschritt derart oft wiederholt, bis der Brems-Chopper nicht mehr geschlossen wird.

Somit ist dann verhindert, dass im Zwischenkreis überschüssige Energie über den

Bremswiderstand 5 in Wärme verwandelt wird. Denn diese überschüssige Energie wird in der oder den Kapazitäten C zwischengespeichert. Wenn also der vom Umrichter gespeiste Elektromotor M generatorisch betrieben wird, wird vom Elektromotor Energie in den

Zwischenkreis gespeist und bei Überschreiten des ersten Schwellwerts Energie aus dem Zwischenkreis der Speicheranordnung 6 zugeführt. Die auf diese Weise dort

zwischengespeicherte Energie wird dann später bei motorischem Betrieb des Elektromotors M aus der Energiespeicheranordnung dem Zwischenkreis und von dort über den Wechselrichter des Umrichters dem Elektromotor M zugeführt.

Das Verbinden des jeweiligen nächsten Moduls 24 erfolgt vorzugsweise automatisiert, insbesondere durch eine einen Linearaktor aufweisende Maschine, insbesondere Roboter. Dabei schiebt die Maschine das jeweils nächste Modul 24 an das vorhergehende Modul 24 oder Hauptmodul 21 , so dass die Steckverbindung betätigt wird und somit Energiefluss ermöglicht wird.

Vorzugsweise ist die Hutschiene 25 in einem Schaltschrank angeordnet. Somit sind die Module 24 und das Hauptmodul 21 geschützt anordenbar. als Kapazität C wird jeweils ein Elektrolytkondensator verwendet.

Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird als Kapazität C jeweils ein Doppelschichtkondensator, insbesondere Ultracap, verwendet. Somit ist ein dynamisches Stützen des Zwischenkreises ermöglicht. Bezugszeichenliste

1 oberes Zwischenkreispotential

2 unteres Zwischenkreispotential

3 Drehspannungsversorgungsnetz

4 Gleichrichter

5 Bremswiderstand

6 Speicheranordnung

7 Wechselrichter

20 Signalelektronik

21 Hauptmodul

22 Anschluss

23 Steckverbindung

24 Modul

25 Hutschiene

M Elektromotor

L Drossel

C Kapazität, insbesondere Elektrolytkondensator oder Doppelschichtkondensator mit vorgeschaltetem DC/DC-Wandler

51 steuerbarer Halbleiterschalter

52 steuerbarer Halbleiterschalter