Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum fehlersicheren Überwachen einer Bewegungsgröße an einem elektrischen Antrieb mit einem feststehenden Teil und einem beweglichen Teil, mit den Schritten:

Erzeugen eines ersten und zumindest eines zweiten Antriebsstroms in Abhängigkeit von einem Sollwert der Bewegungsgröße,

Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes in dem Antrieb mit Hilfe des ersten und zweiten Antriebsstroms, wobei das magnetische Wechselfeld eine Bewegung des beweglichen Teils bewirkt, Bestimmen eines ersten Messsignals, das den ersten Antriebsstrom repräsentiert, und Bestimmen eines zweiten Messsignals, das den zweiten Antriebs- strom repräsentiert, mit Hilfe einer Messeinrichtung,

Bestimmen eines felderzeugenden Längsstromanteils und eines momenten- erzeugenden Querstromanteils in Abhängigkeit von dem ersten und zweiten Messsignal, und

Bestimmen eines Istwertes der Bewegungsgröße in Abhängigkeit von dem ersten und zweiten Messsignal.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum fehlersicheren Überwachen einer Bewegungsgröße an einem elektrischen Antrieb, der einen feststehenden Teil und einen beweglichen Teil besitzt, mit einem Antriebsverstärker zum Erzeugen eines ersten und zumindest einem zweiten Antriebsstrom in Abhängigkeit von einem Sollwert der Bewegungsgröße, mit einem ersten Strompfad zum Zuführen des ersten Antriebstromes und zumindest einem zweiten Strompfad zum Zuführen des zweiten Antriebsstroms zu dem Antrieb, um ein magnetisches Wechselfeld in dem Antrieb zu erzeugen, wobei das magnetische Wechselfeld eine Bewegung des beweglichen Teils bewirkt, mit einer Messeinrichtung zum Bestimmen eines ersten Messsignals, das den ersten Antriebsstrom repräsentiert, und zum Bestimmen eines zweiten Messsignals, das den zweiten Antriebsstrom repräsentiert, mit einem Wandler zum Bestimmen eines felderzeugenden Längsstromanteils und eines momentenerzeugenden Querstromanteils in Abhängigkeit von dem ersten und zweiten Messsignal, und mit einer Überwachungsschaltung zum Bestimmen eines Istwertes der Bewegungsgröße in Abhängigkeit von dem ersten und zweiten Messsignal.

Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind aus DE 100 35 783 Al bekannt. Die Erfindung betrifft msbesondeie die fehleisicheie Ubeiwachung eines elektischen Antriebs zur Absicherung eines Gefahienbeieichs an einer automatisieit aibeitenden Maschine odei Anlage, wie etwa einer Werkzeugmaschine, eines Roboters, eines Fordeibandes oder einer sich automatisch öffnenden und schließenden Tui. Häufig werden Gefahrenbereiche von solchen Maschinen oder Anlagen durch Schutzzaune, Lichtschranken und andere Einπchtungen abgesichelt, die einen dnekten Zugang in den Gefahrenbereich veihmdem und/odei die Maschine odei Anlage bei einem Einguff in den Gefahrenbeieich abschalten. Es gibt jedoch Falle, in denen der Zugang m einen Gefahienbereich nicht gänzlich unterbunden werden kann, beispielsweise beim Eimichten eines automatisieren Aibeitsablaufs an einer Maschine odei bei einei automatischen Tui Um das Risiko einer Verletzung von Personen auch m diesen Fallen zu mimmieien, ist es bekannt, Bewegungsgioßen dei gefahibrmgenden Antnebe der Maschine odei Anlage, wie msbesondeie die Diehzahl und/odei das Diehmoment des Antnebs, auf einen definierten Maximalwert zu begienzen. Beispielsweise kann eine Weikzeugmaschine so bei geöffneter Schutztui mit emei leduzieiten, begienzten Geschwindigkeit betneben werden. Um die Sicheiheit von Peisonen in diesen Fallen zu gewahileisten, müssen die gefahrlichen Bewegungsgroßen des arbeitenden Antnebs auf fehleisicheie Weise ubeiwacht werden.

Eine fehleisichere Ubeiwachung wnd ubhcheiweise daduich realisieit, dass man die Bewegungsgioße zumindest zweifach überwacht und die jeweiligen Ubeiwachungs- ergebmsse mitemandei vergleicht Die gefahrbringende Bewegung des Antriebs wird nui zugelassen, wenn und so lange die iedundanten Uberwachungsergebnisse ubei- einstimmen.

Die oben genannte DE 100 35 738 Al schlagt eine iedundante Sicherheitsemiichtung zum Ubeiwachen dei Drehzahl eines Synchronantnebs oder eines Asynchionantπebs voi, wobei die Diehzahl einerseits mit einem Drehzahlsensor detektiert wird, der mit einer Antriebswelle veibunden ist Der Drehzahlsensor liefeit die momentane Drehzahl als Eingangsgröße für einen Antπebsregelkieis Zusätzlich weiden in zwei dei diei so genannten Phasen des Antnebs die Antπebsstiome gemessen Die gemessenen Antnebsstiome weiden in einen feldeizeugenden Langsstromanteil und einen mo- mentenerzeugenden Querstromanteil umgerechnet. Ein Plausibilitätsvergleich der Stromwerte mit Beschleunigungswerten, die anhand der Drehzahlsignale des Drehzahlsensors bestimmt werden, ermöglicht die Detektion von Fehlern in dem redundanten Überwachungssystem.

DE 101 63 010 Al offenbart eine weitere Vorrichtung und ein weiteres Verfahren zur fehlersicheren Überwachung der Geschwindigkeit eines elektrischen Antriebs. Die Vorrichtung besitzt zwei Prozessoren, die einen Kreuzvergleich der Überwachungsergebnisse ermöglichen, wobei die beiden Prozessoren die Überwachung auf unterschiedliche Weise durchführen. Der erste Prozessor arbeitet den regulären Regelalgorithmus der Drehzahlregelung ab und führt anhand eines geschätzten oder gemessenen Drehzahlwertes die Überwachung durch. Der zweite Prozessor bestimmt aus gemessenen Stromwerten oder aus einer Rekonstruktion der Steuerspannung eine aktuelle Ausgangsfrequenz des so genannten Frequenzumrichters, der die Antriebsströme liefert. Mit diesem Verfahren und dieser Vorrichtung sei es möglich, auf einen separaten Drehzahlsensor zu verzichten. Eine ähnliche Vorrichtung ist auch in DE 10 2005 045 284 Al beschrieben.

Die drei genannten Vorrichtungen und Verfahren dienen in erster Linie der Überwachung einer Drehzahl und damit der Überwachung einer Geschwindigkeit des Antriebs. Eine Überwachung auf Einhaltung eines definierten Drehmoments ist hier nicht vorgesehen.

DE 42 34 501 Al offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur redundanten Überwachung des maximalen Drehmoments eines elektrischen Antriebs. In einem Kanal wird das momentane Drehmoment anhand der Antriebsströme bestimmt. In einem zweiten Kanal wird das momentane Drehmoment anhand einer momentanen Drehzahl und anhand eines Kennlinienfeldes des elektrischen Antriebs geschätzt, wobei die Drehzahl hier wiederum mit Hilfe eines Drehzahlsensors bestimmt wird. Dementsprechend erfordert dieses bekannte Verfahren zur Drehmomentüberwachung einen separaten Drehzahlsensor. Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung; ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die eine fehlersichere Überwachung einer Bewegungsgröße an einem elektrischen Antrieb einschließlich der fehlersicheren Überwachung eines Drehmoments auf einfache und kostengünstige Weise ermöglichen.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei zumindest einer der Antriebsströme mit einem variablen Teststromanteil erzeugt wird, der ein definiertes Testmuster zum Überprüfen der Messeinrichtung bildet, wobei der Teststromanteil so gewählt ist, dass das definierte Testmuster in dem Längsstromanteil erscheint, während der Querstromanteil weitgehend frei von dem Testmuster ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, mit einem Teststromgenerator, der dazu ausgebildet ist, einen variablen Teststromanteil zu erzeugen, welcher zumindest einem der Antriebsströme überlagert ist, wobei der Teststromanteil ein definiertes Testmuster zum Überprüfen der Messeinrichtung bildet, und wobei der Teststromanteil so gewählt ist, dass das definierte Testmuster in dem Längsstromanteil erscheint, während der Querstromanteil weitgehend frei von dem Testmuster ist.

Das neue Verfahren und die neue Vorrichtung beruhen auf der Idee, ein "künstlich erzeugtes" Testmuster zu verwenden, das dem ersten und/oder zweiten Antriebsstrom überlagert wird. Typischerweise wird das Testmuster allen drei Antriebsströmen eines dreiphasig angesteuerten Antriebs überlagert. Das Testmuster besitzt definierte und bekannte Eigenschaften, etwa eine bekannte Frequenz, Phasenlage, Amplitude, Signalform etc., und anhand dieser bekannten Eigenschaften lässt sich überprüfen, ob die Messeinrichtung fehlerfrei funktioniert. Wenn eine fehlerfreie Funktion der Messeinrichtung gewährleistet ist, genügt es, die Bewegungsgröße allein mit Hilfe der Antriebströme zu überwachen. Auf einen (zusätzlichen) Drehzahlsensor oder einen zweiten redundanten Messpfad kann dann verzichtet werden, was eine sehr kostengünstige und kompakte Realisierung ermöglicht. Das neue Verfahien und die neue Voinchtung beiuhen allerdings nicht allem darauf; ngendein beliebiges Testmustei den Antπebsstromen zu überlagern, um die Funktion der Messeimichtung zu überprüfen Vielmehr veiwenden das neue Verfahien und die neue Voinchtung ein bestimmtes Testsignal, das so gewählt ist, dass das defimeite Testmuster im Punzip nur m dem (rechnerisch eimittelten) Langsstiomanteil erscheint. Voizugsweise ist dei Querstiomanteil der Antπebsstiome ganzlich frei von dem Testmustei, d h. das Testmustei findet sich lediglich in dem Langsstromanteil wiedei und lasst den Querstiomanteil unbeemflusst Allerdings ist nicht ausgeschlossen, dass aufgrund techmschei und/oder kostenbedingter Ubeilegungen ein gennger Teil des Testmusters auch noch m dem Querstiomanteil erscheinen kann. Das neue Veifahien und die neue Voinchtung beiuhen jedoch daiauf, dass voi allem dei Langsstromanteil das Testmustei beinhaltet und somit zum Ubeipiufen der Messem- nchtung ausgewertet wnd.

Die Konzentiation des Testmusters in dem Langsstiomanteil hat zur Folge, dass sich dei Teststromanteil nui wenig odei gar nicht auf den drehmomentbildenen Anteil dei Antnebstiome auswnkt Daher ist das Diehmoment des elektischen Antnebs (und infolgedessen auch andere Bewegungsgioßen, wie die Diehzahl oder die Beschleunigung) von dem Testmustei unbeemflusst. Mit andeien Worten werden die Bewegungsgioßen des Antnebs, insbesondere das Drehmoment, durch das Testmuster nicht odei allenfalls in einem vernachlassigbaren Ausmaß veiandert.

Aus diesem Gmnd eignen sich das neue Veifahien und die neue Voinchtung beson- deis gut, um das Diehmoment eines elektischen Antnebs auf kostengünstige und fehlersichere Weise zu ubeiwachen. Darubei hinaus können das neue Veifahren und die neue Vornchtung abei auch zum kostengünstigen und fehlelsicheren Überwachen andeiei Bewegungsgioßen eines Antnebs veiwendet weiden. Die oben genannte Aufgabe ist dahei vollständig gelost

In einei bevoizugten Ausgestaltung dei Ei findung wird zumindest eines der Messsignale emkanahg gemessen. Voizugsweise ist die Messeimichtung fui beide Messsignale jeweils emkanahg ausgebildet, d h. dei eiste und der zweite Antnebsstiom weiden jeweils einkanalig gemessen. Für jeden der beiden Antriebsströme liegt dann ein einzelner Messwert bzw. ein einzelnes Messsignal vor, das die Momentanwerte der Antriebsströme zu einem definierten Zeitpunkt repräsentiert.

Die einkanalige Messeinrichtung ermöglicht eine wesentlich kostengünstigere Realisierung als eine zwei- oder mehrkanalige Messeinrichtung, mit der jedes Messsignal mehrfach redundant erfasst wird. Allerdings birgt eine einkanalige Messeinrichtung prinzipiell das Risiko, dass Messwerte fehlerhaft erfasst werden, ohne dass dies erkannt wird. Dieses Risiko wird bei dem neuen Verfahren und der neuen Vorrichtung jedoch dadurch beseitigt, dass die Messeinrichtung mit Hilfe des Teststromanteils regelmäßig getestet wird. Infolgedessen ermöglichen die neue Vorrichtung und das neue Verfahren eine kostengünstige einkanalige Messwerterfassung für die sicherheitsrelevante Überwachung einer Bewegungsgröße an einem elektrischen Antrieb.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das definierte Testmuster ein weitgehend pulsartiges Signal.

In dieser Ausgestaltung beinhaltet das Testmuster eine Vielzahl von Pulsen, die in definierten Zeitintervallen aufeinander folgen. Die Testpulse können in regelmäßigen oder in unregelmäßigen Abständen aufeinander folgen. Die Frequenz der Pulsfolge liegt in einigen Ausführungsbeispielen zwischen 1 KHz und 50 KHz. Die Pulsdauer eines einzelnen Testpulses ist vorzugsweise sehr kurz im Vergleich mit der Periodendauer der Pulsfolge. Ein pulsartiges Testmuster kann auf sehr einfache und fehlersichere Weise ausgewertet werden. Darüber hinaus kann mit einem solchen Testmuster der Einfluss des Teststromanteils auf die Antriebsströme und die zu überwachenden Bewegungsgrößen minimiert werden.

In einer weiteren Ausgestaltung werden der erste und zweite Antriebsstrom mit einem geschlossenen Regelkreis erzeugt, der zumindest den Längsstromanteil als Regelgröße verwendet. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine sehr elegante und kostengünstige Realisierung des neuen Verfahrens und der neuen Vorrichtung, da der das Testmuster tragende Längsstromanteil als Regelgröße ohnehin vorhanden ist und folglich einfach ausgewertet werden kann. Darüber hinaus besitzt diese Ausgestaltung den Vorteil, dass langsame Einflüsse des Testmusters auf die Erzeugung der Bewegungsgröße aufgrund der Regelung reduziert werden.

In einer weiteren Ausgestaltung wird der Teststromanteil mit Hilfe eines variablen Sollwertes für den Regelkreis erzeugt.

Diese Ausgestaltung ermöglicht eine sehr einfache und kostengünstige Realisierung des neuen Verfahrens und der neuen Vorrichtung, indem der Sollwert für den Längs- stromregelkreises in Übereinstimmung mit dem gewünschten Testmuster verändert wird. Aufgrund des Regelkreises verändert sich dann zwangsläufig der Längsstromanteil, ohne dass ein zusätzlicher Signalgenerator benötigt wird.

In einer weiteren Ausgestaltung bildet der variable Sollwert das Testmuster.

In dieser Ausgestaltung ist der„normale" oder betriebsmäßige Sollwert des Regelkreises für den Längsstromanteil Null, d.h. der Längsstromanteil wird im Rahmen der Antriebsregelung auf Null geregelt. Dem betriebsmäßigen Sollwert„Null" wird nun das Testmuster überlagert. Damit wird der Längsstromanteil nur innerhalb der (vorzugsweise) kurzen Zeitintervalle, die für die Erzeugung des Testmusters benötigt werden, auf einen (Betrags-)Wert größer als Null eingestellt. Wenn das testmuster wegfällt oder„Pause macht", ist der Sollwert des Längsstromregelkreise wieder Null. In dieser Ausgestaltung lässt sich das Testmuster sehr einfach anhand der im Regelkreis vorhandenen Signale identifizieren und detektieren. In einigen Ausführungsbeispielen genügt es, den Längsstromanteil auf das Vorhandensein des Testmusters zu überwachen. Andererseits eignet sich diese Ausgestaltung besonders gut zum Überwachen von Bewegungsgrößen eines häufig verwendeten Synchronantriebs, da dieser in der Regel nur einen Querstromanteil benötigt. Dementsprechend ist der Antrieb in bevorzugten Varianten dieser Ausgestaltung ein Synchronantrieb.

In einer weiteren Ausgestaltung wird der Teststromanteil mit einer fehlersicheren Schaltungskomponente erzeugt, die dazu ausgebildet ist, ein Fehlersignal in Abhängigkeit von dem Längsstromanteil zu erzeugen. Vorzugsweise besitzt die fehlersichere Schaltungskomponente zumindest zwei redundante Signalverarbeitungskanäle zum Erzeugen und/oder Auswerten des Teststromanteils und des Längsstromanteils mit dem Testmuster.

Diese Ausgestaltung ermöglicht auf bewährte und zuverlässige Weise eine fehlersichere Abschaltung des Antriebs, wenn die überwachte Bewegungsgröße einen zulässigen Wertbereich verlässt. Damit trägt diese Ausgestaltung zu einer hohen Fehlersicherheit des neuen Verfahrens und der neuen Vorrichtung bei, selbst wenn die Messung der zumindest zwei Antriebsströme jeweils einkanalig erfolgt.

In einer weiteren Ausgestaltung werden der erste und zweite Antriebsstrom mit einer Antriebssteuerung erzeugt, in der die fehlersichere Schaltungskomponente integriert ist.

In dieser Ausgestaltung bildet die Schaltungskomponente einen integrierten Teil einer Antriebssteuerung, die alle wesentlichen Steuerfunktionen für den überwachten Antrieb realisiert. In einigen Ausführungsbeispielen ist die Schaltungskomponente eine Einsteckkarte, die in einen geeigneten Steckplatz einer für sich genommen nicht-fehlersicheren Antriebssteuerung eingesteckt werden kann. In diesen Ausführungsbeispielen kann die Schaltungskomponente den Antriebsregelkreis der Antriebssteuerung in vorteilhafter Weise verwenden, um das Testmuster auf kostengünstige und elegante Weise zu erzeugen. Die Ausgestaltung ermöglicht einen modularen Aufbau der neuen Vorrichtung und erleichtert eine kostengünstige Nachrüstung der fehlersicheren Überwachung in älteren nicht-fehlersicheren Antriebssteuerungen. Andererseits besitzt die Integration der fehlersicheren Schaltungskomponente in die Antriebssteuerung den Vorteil, dass die Überwachung der Bewegungsgröße nicht von einer externen Verkabelung abhängt. Infolgedessen werden Risiken aufgrund falscher oder beschädigter Verkabelung reduziert.

In einer weiteren Ausgestaltung ist die Bewegungsgröße proportional zu dem Quer- stromanteil, wobei ein Fehlersignal erzeugt wird, wenn der Querstromanteil einen definierten Schwellenwert übersteigt.

Diese Ausgestaltung ist sehr vorteilhaft, um ein maximal zulässiges Drehmoment des Antriebs auf elegante und fehlersichere Weise zu überwachen. Die Drehmomentüberwachung kann allein mit Hilfe der einkanalig gemessenen Antriebsströme realisiert werden, wobei diese Messsignale für die betriebsmäßige Steuerung des Antriebs ohnehin benötigt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung wird der Istwert der Bewegungsgröße ferner mit Hilfe eines Sensors bestimmt, der ein drehzahlabhängiges Sensorsignal liefert.

Diese Ausgestaltung ermöglicht einen vorteilhaften Plausibilitätsvergleich mit den Ergebnissen, die anhand der gemessenen Antriebsströme gewonnen werden. Daher bietet diese Ausgestaltung eine noch höhere Fehlersicherheit und darüber hinaus eine höhere Verfügbarkeit der neuen Vorrichtung bei Auftreten eines Fehlers in der Messeinrichtung.

In einer weiteren Ausgestaltung, die auch für sich genommen eine Erfindung darstellt, wird in Abhängigkeit von dem Sensorsignal ein sensorunabhängiges Positionssignal bestimmt, das eine Betriebsposition des beweglichen Teils repräsentiert.

In dieser Ausgestaltung wird zunächst ein Positionssignal bestimmt, das eine Momentanposition des Antriebs repräsentiert, vorzugsweise als Absolutwert in einem definierten Koordinatensystem des Antriebs. Vorteilhafterweise ist das Positionssignal ein digitales Signal, das unabhängig vom Typ des verwendeten Sensors ist. Beispiels- weise kann der Sensoi ein Inkrementalsensor mit einer optischen, induktiven und/odei kapazitiven Eifassung dei Inkrementalschπtte sein In anderen Ausfuh- mngsbeispielen kann der Sensoi ein Signal liefern, das die Momentanposition des Antnebs mit Hilfe eines Giay-Codes angibt. In wiederum anderen Ausfuhrungsbei- spielen kann dei Sensor ein Resolvei sein, dei ein analoges Sinus- und ein analoges Kosinussignal hefeit, aus dem sich die Momentanposition des Antnebs bestimmen lasst. In allen Fallen ist das sensoiunabhangige Positionssignal gleich Vorzugsweise liefert es eine Absolutposition des Antnebs in Foim eines digitalen Signals, wobei das sensorunabhangige Positionssignal zui Regelung des Antnebs und/oder zum Ubeiwa- chen dei Bewegungsgioße veiwendet wird. Die Ausgestaltung bietet dem Anwender eine gioße Flexibilität bei dei Wahl des Sensois, und sie eimoghcht eine besonders kostengünstige Realisierung der neuen Vomchtung und dei neuen Veifahrens

In einer weiteien Ausgestaltung wird mit Hilfe des eisten und zweiten Antπebsstioms ein Antnebsmoment eizeugt, das gioßei ist als ein definieites Bremsmoment einei mechanischen Biemse, wobei die Bewegungsgioße einen Stillstand des beweglichen Teils iepiasentieit

In diesei Ausgestaltung eimoglichen die neue Voiπchtung und das neue Veifahien eine einfache und kostengünstige Uberpiufung einer externen Bremse für den An- tneb, indem testweise ein Antriebsmoment eizeugt wnd, das gioßei ist als das gefor- deite maximale Biemsmoment dei Biemse. Wenn dei Antneb bei geschlossener Biemse (mit maximal gefoideitem Biemsmoment) tiotz dieses Antnebsmoments stillsteht, deutet dies auf eine zuveilassige Funktion dei externen Bremse hm. Die Ubeiwachung des Stillstandes kann auf einfache und elegante Weise allem anhand dei gemessenen Antnebsstiome erfolgen, wenn eine fehleisicheie Messung gewährleistet ist. Letztere wnd bei dem neuen Verfahien und der neuen Vorrichtung mit Hilfe des neuen Testmusteis eneicht

Es veisteht sich, dass die voistehend genannten und die nachstehend noch zu eilautemden Meikmale nicht nui in dei jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in andeien Kombinationen odei m Alleinstellung veiwendbar sind, ohne den Rahmen der voihegenden Ei findung zu verlassen.

Nachfolgend werden Ausfuhrungsbeispiele dei Eifindung anhand einer Zeichnung eilauteit Die einzige Figui 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausfuhrungsbeispiels dei neuen Voiπchtung und des neuen Veifahrens untei Veiwendung eines geschlossenen Regelkieises

In Figur 1 ist eine Voiπchtung gemäß einem Ausfuhiungsbeispiel dei Erfindung in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet Die Vorπchtung 10 beinhaltet eine Antnebssteueiung 12 zum betriebsmäßigen Steuern eines Antriebs 14 Dei Antrieb 14 besitzt einen feststehenden Teil (Statoi) 16 und einen beweglichen Teil 18, dei hiei als Rotoi ausgebildet ist. Dei Rotoi 18 ist hiei als Innenlaufei innerhalb des Stators 16 angeoidnet Pnnzipiell können die neue Voiπchtung und das neue Verfah- ien jedoch auch bei Antrieben mit außen laufendem Rotoi und daiubei hinaus auch bei elektischen Antneben verwendet weiden, die anstelle emei Diehbewegung eine Tianslationsbewegung heivoπufen (Lmeaiantnebe).

Dei Rotoi 18 ist hiei ubei eine Welle 20 mit einei mechanischen Biemse 22 und mit einem Sensoi 24 veibunden. Der Sensoi 24 ist beispielsweise ein Inkrementalsensor mit einei optischen, induktiven und/odei kapazitiven Eifassung dei Diehbewegung dei Welle 20 Des Weiteien konnte der Sensor 24 ein Resolver odei ein Absolutwert- sensoi sein, dei eine Diehwinkelposition dei Welle 20 in Form eines digitalen Wertes hefeit In einigen Ausfuhrungsbeispielen besitzt die Antnebssteueiung 12 ein Gehäuse mit mehieien Anschlussbuchsen 25a, 25b, wobei jede Anschussbuchse 25 zum Anschluss eines anderen Sensortyps ausgebildet ist Beispielsweise ist die Anschlussbuchse 25a als Standaidbuchse zum Anschluss von Inkiementalsensoien aus gebildet, wählend die Anschlussbuchse 25b als Standardbuchse zum Anschluss eines Resolvers odei eines Giay-Code-Sensois ausgebildet ist Die Buchsen 25a, 25b besitzen dement- spiechend die übliche mechanische Foim und die übliche Anzahl von Kontakten zum Anschluss dei jeweiligen Sensoien Die Antnebssteueiung 12 eizeugt in dem Antneb 14 ein magnetisches Wechselfeld 26, das hiei nui vereinfacht mit zwei magnetischen Feldlinien daigestellt ist. Das Wechselfeld 26 wird mit Hilfe von Antnebstromen eizeugt, die ein Antπebsverstarkei 28 hefeit Dei Antnebsverstaikei 28 ist ubei diei Leitungen 30a, 30b, 30c mit dem Antneb 14 veibunden. Jede der drei Leitungen 30 fuhrt einen Antπebsstiom, wobei die drei Antriebsstrome ubhcheiweise sinusfoimige Signale mit gleicher Amplitude und lelativ zueinander veischobenei Phase sind. Die drei Antnebsstiome erzeugen zusammen das Wechselfeld 26, das m dei Regel um den Statoi 16 umlauft und den Rotoi 18 bewegt.

Mit den Bezugszeichen 32a, 32b sind zwei Messpunkte einei Messeimichtung 32 bezeichnet, mit der zwei der diei Antnebsstiome gemessen weiden. Die beiden gemessenen Antnebsstiome sind hiei mit I ₁ und I _b bezeichnet. Die Messeinrichtung 32 kann beispielsweise Shunt- Widerstände beinhalten, an denen die Antriebsstrome in Foim von Spannungssignalen abgegriffen werden. Prinzipiell konnten alle drei Antnebsstiome in den Zuleitungen 30 gemessen und ausgewertet weiden. Da die diei Antnebsstiome jedoch in einem festen Veihaltnis zueinander stehen, genügt die Messung von zwei dei diei Antnebsstiome.

Mit dei Bezugsziffei 34 ist ein Wandlei bezeichnet, der in Abhängigkeit von den gemessenen Antriebsstiomen I _a , Ib einen Querstromanteil I _q und einen Langsstiom- anteil Id bestimmt. Dei Queistiomanteil I _q ist deijemge Anteil des resultieienden Stiomzeigeis dei diei Antnebsstiome, der für die Eizeugung des Diehmoments in dem Rotoi 18 veiantworthch ist. Der Queistiomanteil I _q ist somit ein Stiomanteil, der quer zum magnetischen Feld im Rotor 18 fließt.

Dei Langsstromanteil Id ist die oithogonale Komponente des iesultierenden Strom- zeigeis Sie tiagt zui Diehmomentbildung im Rotor 18 nicht bei, weil der Stiom paiallel zu den Feldlinien im Rotoi 18 fließt Die Bestimmung des Langsstiomanteils Id und des Queistiomanteils I _q m Abhängigkeit von den gemessenen Antriebsstiomen I ₁ , Ib ei folgt mit Hilfe von Transformationsgieichungen, die den einschlagigen Fach- leuten für elektrische Antriebe bekannt sind und die der Einfachheit halber hier nicht im Detail wiedergegeben sind.

Der Langsstromanteil Id und der Querstrom I _q sind hier jeweils einem Summations- punkt 36, 38 zugefuhit. Der Summationspunkt 36 erhalt ferner einen Sollwert für den Langsstiom Id, den ein weiteier Wandler 40 erzeugt. Der Summationspunkt 38 erhalt einen Sollwert für den Querstrom I _q , den hier ebenfalls der Wandler 40 erzeugt. Der Wandler 40 bestimmt die beiden Sollwerte I*d, I* _q hier in Abhängigkeit von einer Solldrehzahl n*, mit der der Rotor 18 des Antriebs 14 drehen soll. An dem Summationspunkt 36 _; 38 wird eine Differenz zwischen dem jeweiligen Sollwert I*d bzw. I* _q und den vom Wandler 34 gelieferten Istwerten Id bzw. I _q bestimmt.

Die Differenz ergibt jeweils eine Regelabweichung, die einer Steuereinheit 42 zugeführt ist. Die Steuereinheit 42 bestimmt in Abhängigkeit von den Regelabweichungen Steuersignale für den Antriebsvei starker 28, der die Antriebsstrome für den Antrieb 14 erzeugt. Typischerweise erzeugt die Steuereinheit 42 pulsweitenmodulierte Steuersignale, mit denen Schalttransistoren in dem Antriebsverstärker 28 angesteuert werden.

Insgesamt bilden der Antriebsverstarker 28, die Messeinrichtung 32, die Wandler 34 und 40, die Summationspunkte 36, 38 und die Steuereinheit 42 einen geschlossenen Regelkieis 44, mit dem die Antriebsstrome in Abhängigkeit von einem externen Sollwert, wie der Drehzahl n*, erzeugt werden.

Im voiliegenden Ausfuhrungsbeispiel beinhaltet die Vorrichtung 10 einen weiteren übergeordneten Regelkreis für die Diehzahl n des Antriebs 14. Der weitere Regelkreis beinhaltet den Drehzahlsensor 24, dessen Ausgangssignal über die Anschlussbuchse 25a einer Positionsberechnungseinheit 46 zugeführt ist. Die Positionsberechnungs- einheit 46 ist dazu ausgebildet, einen sensorunabhangigen Positionswert P _nO im zu bestimmen, der eine momentane Drehwinkelposition des Rotors 18 relativ zu einem Referenzpunkt repräsentiert. Die Positionsberechnungseinheit 46 liefert den Positionswert Pnoim hiei m einei normierten, vom Typ des Sensors 24 unabhängigen Weise, insbesondere als digitalen Positionswert. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen erhält die Positionsberechnungseinheit 46 die Ausgangssignale eines an die Buchsen 25a, 25b angeschlossenen Sensors 24 als analoge Signale, und sie bestimmt in Abhängigkeit von den analogen Signalen den digitalen Positionswert P _nO im.

Die Positionsberechnungseinheit 46 besitzt hier mehrere voneinander verschiedene Signalpfade 47a, 47b, wobei jeder Signalpfad zur Verarbeitung eines anderen Sensortyps ausgebildet ist. Jeder Signalpfad 47a, 47b ist mit einer der Buchsen 25a, 25b verbunden, an die ein Sensor des zu dem Signalpfad passenden Typs angeschlossen werden kann. Die Positionsberechnungseinheit 46 ist aufgrund der verschiedenen Signalpfade 47a, 47b ein relativ komplexer Schaltungsbestandteil, der jedoch eine große Flexibilität beim Anschluss von Sensoren ermöglicht. In einigen Ausführungsbeispielen ist die Positionsberechnungseinheit 46 ein ASIC. Ein komplexer Schaltungsbestandteil ist an sich von Nachteil, wenn die Signale und/oder Informationen des Schaltungsbestandteils für sicherheitsrelevante Funktionen, wie die fehlersichere Drehzahl- und/oder Drehmomentüberwachung, benötigt werden. Im vorliegenden Fall kann die Positionsberechnungseinheit 46 jedoch komplex realisiert sein, da die Überwachung anhand Strommessung einen redundanten zweiten Kanal zur Verfügung stellt, so dass eine Fehlerbetrachtung in Bezug auf Details der Positionsberechnungseinheit 46 entfallen kann.

Mit der Bezugsziffer 48 ist ein Differenzierglied bezeichnet, das den normierten Positionswert P _nO im erhält und an seinem Ausgang einen differenzierten Positionswert liefert, der eine Momentandrehzahl n des Rotors 18 repräsentiert. Die Momentandrehzahl n wird an einem Summationspunkt 50 von der extern zugeführten Soll- Drehzahl n* subtrahiert. Die Differenz ist als Regelabweichung dem Wandler 40 zugeführt, der in Abhängigkeit von dieser Regelabweichung die Sollwerte I*d, I* _q für den Längsstromanteil und den Querstromanteil bestimmt.

Mit Bezugsziffer 54 ist eine Schaltungskomponente bezeichnet, die unter anderem den Längsstromanteil Id und den Querstromanteil I _q von dem Wandler 34 erhält. Des Weiteren kann die Schaltungskomponente 54 den normierten Positionswert P™™ von der Positionsberechnungseinheit 46 und/oder die gemessenen Strome I ₃ , Ib erhalten. Außerdem erhält die Schaltungskomponente 54 hier einen Schwellenwert für ein maximal zulässiges Drehmoment M _max und einen weiteren Schwellenwert für eine maximal zulässige Drehzahl n _ma χ. Die Schwellenwerte M _max und n _max sind Parameter, die beim Konfigurieren der Vorrichtung 10 eingestellt und in einem Speicher der Schaltungskomponente 54 gespeichert werden.

Die Schaltungskomponente 54 ist dazu ausgebildet, die Momentandrehzahl n und das tatsächliche Drehmoment M des Antriebs 14 zu überwachen. Wenn der Istwert des Drehmoments M und/oder der Drehzahl n die gewählten Maximalwerte übersteigt, erzeugt die Schaltungskomponente 54 ein Fehlersignal 56, das in diesem Fall der Steuereinheit 42 und/oder dem Antriebsverstärker 28 zugeführt ist. Mit Hilfe des Fehlersignals 56 kann die Schaltungskomponente 54 die Erzeugung der pulsweiten- modulierten Steuersignale für den Antriebsverstärker 28 unterdrücken und/oder den Antriebsverstärker 28 von den pulsweitenmodulierten Steuersignalen trennen. Ohne diese Steuersignale erzeugt der Antriebsverstärker 28 keine Antriebsströme. Infolgedessen wird der Antrieb 14 von der Schaltungskomponente 54 mit Hilfe des Fehlersignals 56 abgeschaltet. Darüber hinaus kann das Fehlersignal 56 eine Meldeleuchte (nicht dargestellt) aktivieren und/oder einen oder mehreren externe Schütze (nicht dargestellt) abschalten, deren Arbeitskontakte in den Leitungen 30 angeordnet sind und mit denen der Antrieb 14 von dem Antriebsverstärker 28 getrennt wird.

In den bevorzugten Ausführungsbeispielen ist die Schaltungskomponente 54 mehr- kanalig-redundant aufgebaut. Dies ist in der Figur anhand von zwei redundanten Mikrokontrollern 58a, 58b dargestellt. Alternativ zu einem oder beiden Mikrokontrol- lern 58a, 58b könnte die Schaltungskomponente 54 funktionsspezifische Logikschaltkreise, etwa einen ASIC beinhalten. Bei der Bezugsziffer 60 ist ein Interface dargestellt, über das die Schaltungskomponente 54 die Eingangssignale von dem Wandler 34 u.a. empfängt und Ausgangssignale, wie das Fehlersignal 56, ausgeben kann. Das Ist-Drehmoment des Antriebs 14 ist proportional zu dem Querstromanteil I _q . Die beiden Kanäle 58a, 58b der Schaltungskomponente 54 bestimmen hier redundant zueinander das Ist-Drehmoment in Abhängigkeit von dem Querstromanteil I _q .

Um eine fehlersichere Strommessung der Antriebsstrome L, Ib und somit eine fehlersichere Bestimmung des Querstromanteils I _q zu gewahrleisten, überprüft die Schaltungskomponente 54 die Messeinrichtung 32 und den Wandler 34 mit Hilfe eines kunstlich erzeugten Testmusters 64. Die Schaltungskomponente 54 ist dazu ausgebildet, das Testmuster 64 als Sollwertvariation für den Langsstromanteil Id zu erzeugen. Das Testmuster 64 ist dem Wandler 40 zugeführt, der die Sollwerte für den Langs- stiomanteil I _d und I _q bestimmt. Im einfachsten Fall addiert der Wandler 40 digitale Werte, die das Testmustei 64 repräsentieren, zu dem„normalen" Sollwert für den Langsstromanteil Id.

In einem bevorzugten Ausfύhrungsbeispiel ist der Antrieb 14 ein Synchronantrieb, für den der Langsstromanteil I _d betriebsmäßig auf Null geregelt wird. Infolgedessen wird der Langsstrom I _d hier mit einem pulsartigen Signal 66 mit einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Pulsen "modulieit", die dem Testmuster 64 entsprechen. Der Querstromanteil I _q wird demgegenüber mit einem „normalen" betriebsmäßigen Veilauf geregelt. Das pulsartige Signal 66 wird von der Steuereinheit 42 verarbeitet und verändert folglich die Antriebsstrόme für den Antrieb 14..

Die Schaltungskomponente 54 erhalt den aus den gemessenen Antriebsstromen bestimmten Langsstromanteil I _d von dem Wandler 34 und kann somit anhand des Testmusteis 64 überprüfen, ob die Strommessung und der Wandler 34 fehlerfrei funktionieren.

In dem dargestellten Ausfuhrungsbeispiel bestimmt die Schaltungskomponente 54 in Abhängigkeit von dem Querstromanteil I _q und dem Langsstromanteil Id ferner einen Istwert für die Drehzahl des Antriebs 14 und überprüft, ob der Drehzahlistwert kleiner ist als dei gewählte Schwellenwert n _max . In einem zweiten Kanal wertet die Schaltungskomponente 54 den normierten Positionswert P _nO im und/oder die vom Differenzierer 48 bestimmte Ist-Drehzahl n des Sensors 24 aus. Alternativ hierzu kann die Schaltungskomponente 54 die Ist-Drehzahl auch ohne Sensor 24 allein anhand der Stromanteile I _q und Id überwachen.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Antriebssteuerung 12 mit Hilfe der Schaltungskomponente 54 außerdem in der Lage, die Bremse 22 auf Funktionsfähigkeit zu überprüfen. Hierzu erzeugt die Schaltungskomponente 54 ein Bremssignal 70, das die Bremse 22 mit einem maximal möglichen Bremsmoment schließt. Des Weiteren erzeugt die Antriebssteuerung 12 mit Hilfe des Wandlers 40 einen Querstromanteil 72, der ein Antriebsmoment in dem Antrieb 14 zur Folge hat. Nun überwacht die Schaltungskomponente 54 mit Hilfe der gemessenen Antriebsströme und der daraus bestimmten Stromanteile I _q , Id und/oder mit Hilfe des Sensors 24, ob der Rotor 18 bzw. die Welle 20 stillstehen oder nicht. Im zuerst genannten Fall ist die Bremse 22 in der Lage, den Antrieb 14 gegen das erzeugte Antriebsmoments stillzusetzen, d.h. die Bremse 22 funktioniert. Im zuletzt genannten Fall ist die Bremse 22 nicht (mehr) in der Lage, einem Stillstand der Welle 20 zu gewährleisten. In diesem Fall erzeugt die Schaltungskomponente 54 vorteilhafterweise wieder das Fehlersignal 56.

Das neue Verfahren und die neue Vorrichtung eignen sich besonders gut zum Überwachen einer Bewegungsgröße bei einem synchronen Antrieb. Besonders vorteilhaft sind die neue Vorrichtung und das neue Verfahren bei einem Synchronantrieb, der einen starken Permanentmagneten im Rotor aufweist, weil in diesem Fall das Testmuster 64 des felderzeugenden Längsstromanteils Id das ohnehin vorhandene Magnetfeld des Rotors 18 kaum oder nicht erkennbar beeinflusst. Grundsätzlich können das neue Verfahren und die neue Vorrichtung jedoch auch bei anderen Drehfeldmaschinen einschließlich Asynchronmaschinen verwendet werden. Darüber hinaus sind das neue Verfahren und die neue Vorrichtung auch bei translatorisch bewegten Antrieben verwendbar.