Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Antriebsvorrichtung

Die vorliegende Erfindung betri f ft ein Verfahren sowie eine Steuereinheit zum Betreiben einer elektrischen Antriebsvorrichtung .

In Applikationen der Antriebstechnik wie z . B . der Fördertechnik kann vorgesehen sein, dass ein Antriebsmotor bei unterbrochener Spannungsversorgung durch eine elektromagnetische Ruhestrombremse mechanisch blockiert wird .

DE 103 24 664 Al ( Siemens AG) 30 . 12 . 2004 beschreibt eine solche als Federdruckbremse ausgebildete Bremse 60 : Liegt an der Bremse keine Betriebsspannung an, so wird eine axial bewegliche Reibscheibe 602 der Bremse 60 durch eine Druckfeder gegen eine mit dem Motor drehfest verbundene Reibfläche 603 gedrückt , wodurch der Motor abgebremst bzw . sicher gehalten wird . Durch Anlegen der Bremsenbetriebsspannung wird ein Elektromagnet 604 der Bremse 60 aktiviert , wodurch die Reibscheibe 602 von der Reibfläche 603 weggezogen und der Motor freigegeben wird .

Um den Aufwand für eine separate Spannungsversorgung der Bremse zu vermeiden, wird die Bremse in vielen Fällen einfach mit an die Spannungsversorgung des Motors angeschlossen . Wird nun an den Motor, und somit auch an die Bremse , eine Betriebsspannung angelegt , nimmt der Motor einen hohen Strom auf , wird zunächst aber noch durch die Bremse mechanisch blockiert : nach dem Anlegen der Spannung vergeht erst eine Zeitspanne von 50 ms bis 150 ms , bis sich die Bremse soweit gelöst hat , dass der Motor seinen Hochlauf beginnen kann . In dieser Zeitspanne , in der der Motor zwar bestromt wird, aber aufgrund der Blockade durch die Bremse noch nicht drehen kann, treten hohe Verluste im Motor auf , die ihn unnötig erwärmen . Bisher werden diese Verluste in Kauf genommen . Der Motor wird so überdimensioniert , dass er in der j eweiligen Applikation trotzdem die nötige Leistungs fähigkeit erbringt , obwohl beim Start eine erhöhte Belastung durch die Bremse auf tritt .

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es also , den Betrieb einer elektrischen Antriebsvorrichtung zu verbessern .

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst . Die Aufgabe wird außerdem durch eine Steuereinheit mit den in Anspruch 7 angegebenen Merkmalen gelöst .

Das Verfahren dient zum Betreiben einer elektrischen Antriebsvorrichtung . Die elektrische Antriebsvorrichtung weist dabei eine Spannungsversorgung auf , welche zwei oder mehr Phasenleiter zur Bereitstellung einer mehrphasigen Versorgungsspannung aufweist . Die Phasenleiter werden im Folgenden auch als Motorphasen oder einfach als Phasen bezeichnet . Die elektrische Antriebsvorrichtung weist dabei außerdem einen mehrphasigen Elektromotor auf , welcher mit den zwei oder mehr Phasenleitern verbunden ist . Die elektrische Antriebsvorrichtung weist dabei außerdem eine elektrisch betätigbare Bremse zur Beaufschlagung des Elektromotors auf , welche zwischen einer den Elektromotor blockierenden Bremsstellung in einem spannungslosen Zustand und einer den Elektromotor freigebenden Of fenstellung in einem spannungsversorgten Zustand geschaltet werden kann . Dabei ist die Bremse mit lediglich einer Teilmenge der zwei oder mehr Phasenleiter verbunden . Außerdem benötigt die Bremse nach dem Umschalten von dem spannungslosen Zustand in den spannungsversorgten Zustand einen definierten Öf fnungs zeitraum, bis die Bremse die Of fenstellung erreicht hat . Die Bremse , welche als eine Federdruckbremse ausgebildet sein kann, wird im Folgenden auch als Motorbremse bezeichnet . Die elektrische Antriebsvorrichtung weist außerdem eine der Anzahl der Phasenleiter entsprechende Zahl an Schaltern auf , mit denen j eder der zwei oder mehr Phasenleiter unabhängig von den anderen Phasenleitern ström- leitend oder stromsperrend geschaltet werden kann . Die Schalter können dabei als mechanische Schalter und/oder als Halbleiter-Schalter ausgebildet sein . Das Verfahren weist einen ersten Schritt auf , in dem ein Ausgangs zustand hergestellt wird, in dem die zwei oder mehr Phasenleiter der Spannungsversorgung unterbrochen sind . Das Verfahren weist einen zweiten Schritt auf , in dem, ausgehend von dem Ausgangs zustand, nur die Teilmenge der Phasenleiter, mit denen die Bremse verbunden ist , stromleitend geschaltet werden . Das Verfahren weist einen zweiten Schritt auf , in dem, nach dem Verstreichen eines definierten Wartezeitraums der Elektromotor aktiviert wird, indem auch die übrigen Phasenleiter stromleitend geschaltet werden .

Die Steuereinheit dient zum Betreiben einer elektrischen Antriebsvorrichtung . Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet , einen Stromsperrend-Schaltbefehl an zwei oder mehr unabhängig voneinander betätigbare Schalter zu senden, mit denen j eweils ein Phasenleiter einer Spannungsversorgung zur Bereitstellung einer mehrphasigen Versorgungsspannung eines Elektromotors unterbrochen werden kann . Durch diesen Stromsperrend- Schaltbefehl kann ein Ausgangs zustand hergestellt werden, in dem die zwei oder mehr Phasenleiter der Spannungsversorgung des Elektromotors unterbrochen sind . Die Steuereinheit ist außerdem dazu eingerichtet , ausgehend von dem Ausgangs zustand, einen ersten Stromleitend-Schaltbefehl an den oder die Schalter zu senden, welche eine Teilmenge der Phasenleiter schalten, mit denen eine elektrisch betätigbare Bremse zur Beaufschlagung des Elektromotors verbunden ist . Durch den ersten Stromleitend-Schaltbefehl wird ein Wechsel der Bremse aus einem spannungslosen Zustand, in dem sie eine den Elektromotor blockierende Bremsstellung einnimmt , in einen spannungsversorgten Zustand hervorgerufen . Sobald die Bremse mit Spannung versorgt wird, gelangt sie nach Verstreichen eines definierten Öf fnungs zeitraums in eine den Elektromotor freigebende Of fenstellung . Die Steuereinheit ist außerdem dazu eingerichtet , nach Verstreichen eines definierten Wartezeitraums nach dem ersten Stromleitend-Schaltbefehl einen zweiten Stromleitend-Schaltbefehl an den oder die Schalter zu senden, welche die übrigen Phasenleiter schalten . Durch den zweiten Stromleitend-Schaltbefehl werden auch die übrigen Phasenleiter stromleitend geschaltet und der Elektromotor aktiviert .

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis , dass in dem Fall , dass ein Elektromotor und eine den Elektromotor beaufschlagende Bremse durch dieselben Phasenleiter elektrisch versorgt werden, die thermischen Verluste im Elektromotor, die nach dem gleichzeitigen Anschalten der Spannungsversorgung von Elektromotor und Bremse bis zum vollständigen Lösen der Bremse entstehen, dadurch vermindert werden können, dass die Bremse zeitlich vor dem Elektromotor angeschaltet wird . Dazu werden zunächst nur der oder die Phasenleiter stromleitend geschaltet , über die die Spannungsversorgung der Bremse erfolgt . Somit kann schon ein Wechsel der Bremse von der Bremsstellung in die Of fenstellung beginnen, bevor zu einem späteren Zeitpunkt , nach dem Verstreichen eines definierten Wartezeitraums , auch die restlichen Phasenleiter stromleitend geschaltet werden und der Elektromotor in einen spannungsversorgten Zustand gelangt , in dem der Hochlauf des Elektromotors einsetzt .

Die der Erfindung zugrundeliegende Idee ist also : Je nachdem, an welchen Motorphasen die Motorbremse angeschlossen ist , werden diese Motorphasen frühzeitig zugeschaltet , sodass die Bremse sich öf fnen kann . Erst nach einer definierten Wartezeit wird die restliche Motorphase bzw . die restlichen Phasen zugeschaltet . Die Zeitspanne , in der der Motor zwar bestromt wird, aber aufgrund der Blockade durch die Bremse noch nicht drehen kann, wird somit gegenüber einem herkömmlichen Betriebsverfahren, bei dem Bremse und Elektromotor zum gleichen Zeitpunkt bestromt werden, signi fikant verkürzt . Entsprechend wird die Verlustleitung im Elektromotor, und in einem gegebenenfalls vorhandenen Schaltgerät , reduziert , entsprechend dem nicht geflossenen Strom in den nicht für die Bremse relevanten Phasen . Dadurch wird die thermische Belastung der Motorwicklungen signi fikant reduziert . Die Verfügbarkeit des Mo- tors steigt . Das bedeutet , dass mit dem Elektromotor mehr Starts pro Zeiteinheit , ein längerer Dauerbetrieb oder kürzere Abkühlpausen durchgeführt werden können .

Die ski z zierte Aufgabenstellung wird auch durch ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt gelöst . Das Computerprogrammprodukt ist in einer separaten Steuereinheit oder in einer Steuereinheit , die in einem Schaltgerät integriert ist , aus führbar ausgebildet . Das Computerprogrammprodukt kann als Software oder Firmware in einem Speicher speicherbar und durch ein Rechenwerk aus führbar ausgebildet sein . Alternativ oder ergänzend kann das Computerprogrammprodukt auch zumindest teilweise als festverdrahtete Schaltung ausgebildet sein, beispielsweise als AS IC . Das Computerprogrammprodukt ist dazu ausgebildet , empfangene Sensorsignale aus zuwerten und Schaltbefehle ( Schaltsignale ) an Schalter von Phasenleitern zu erzeugen . Erfindungsgemäß ist das Computerprogrammprodukt dazu ausgebildet , mindestens eine Aus führungs form des ski z zierten Verfahrens umzusetzen und durchzuführen . Dabei kann das Computerprogrammprodukt sämtliche Teil funktionen des Verfahrens in sich vereinigen, also monolithisch ausgebildet sein . Alternativ kann das Computerprogrammprodukt auch segmentiert ausgebildet sein und j eweils Teil funktionen auf Segmente verteilen, die auf separater Hardware ausgeführt werden . Beispielsweise kann ein Teil des Verfahrens in einer separaten Steuereinheit oder in einer Steuereinheit , die in ein Schaltgerät integriert ist , durchgeführt werden und ein anderer Teil des Verfahrens in einer übergeordneten Steuereinheit , wie beispielsweise einer Speicherprogrammierbaren Steuerung ( SPS ) oder einer Computer-Cloud .

Das Computerprogrammprodukt kann direkt in den internen Speicher einer digitalen Recheneinheit geladen werden und umfasst Softwarecodeabschnitte , mit denen die Schritte des hierin beschriebenen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Produkt auf der Recheneinheit läuft . Das Computerprogrammprodukt kann auf einem Datenträger gespeichert sein, wie z . B . einem USB- Speicherstick, einer DVD oder einer CD-ROM, einem Flash- Speicher, EEPROM oder einer SD-Karte . Das Computerprogrammprodukt kann auch in der Form eines über ein drahtgebundenes oder drahtloses Netzwerk ladbares Signal vorliegen .

Das Verfahren ist zur automatischen Aus führung bevorzugt in Form eines Computerprogramms realisiert . Die Erfindung ist damit einerseits auch ein Computerprogramm mit durch einen Computer aus führbaren Programmcodeanweisungen und andererseits ein Speichermedium mit einem derartigen Computerprogramm, also ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln .

Wenn im Folgenden Verfahrensschritte oder Verfahrensschrittfolgen beschrieben werden, bezieht sich dies auf Aktionen, die aufgrund des Computerprogramms oder unter Kontrolle des Computerprogramms erfolgen, sofern nicht ausdrücklich darauf hingewiesen ist , dass einzelne Aktionen durch einen Benutzer des Computerprogramms veranlasst werden . Zumindest bedeutet j ede Verwendung des Begri f fs „automatisch" , dass die betreffende Aktion aufgrund des Computerprogramms oder unter Kontrolle des Computerprogramms erfolgt .

Anstelle eines Computerprogramms mit einzelnen Programmcodeanweisungen kann die Implementierung des hier und im Folgenden beschriebenen Verfahrens auch in Form von Firmware erfolgen . Dem Fachmann ist klar, dass anstelle einer Implementation eines Verfahrens in Software stets auch eine Implementation in Firmware oder in Firm- und Software oder in Firm- und Hardware möglich ist . Daher soll für die hier vorgelegte Beschreibung gelten, dass von dem Begri f f Software oder dem Begri f f Computerprogramm auch andere Implementationsmöglichkeiten, nämlich insbesondere eine Implementation in Firmware oder in Firm- und Software oder in Firm- und Hardware , umfasst sind .

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben . Dabei kann das erfindungsgemäße Verfahren auch entsprechend den abhängi- gen Vorrichtungsansprüchen weitergebildet sein, und umgekehrt .

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Wartezeitraum kürzer als der Öf fnungs zeitraum der Bremse gewählt . Das hat den Vorteil , dass der Elektromotor sicher gebremst bleibt , bis das Motordrehmoment einsetzt . Das ist besonders vorteilhaft bei einer Anwendung des Elektromotors für einen Hebevorgang : hier muss der Motor durch die Bremse sicher blockiert bleiben, bis der Elektromotor durch das einsetzende Motordrehmoment eine Last heben kann .

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Wartezeitraum so gewählt , dass er mindestens ebenso lang wie der Öf fnungs zeitraum ist . Das hat den Vorteil , dass der Motor erst dann bestromt wird, wenn seine Blockade durch die Bremse beendet ist . Daher können in diesem Fall keine durch eine Bremsblockade hervorgerufenen Verluste im bestromten Motor entstehen .

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Teilmenge der Phasenleiter, mit der die Bremse verbunden ist , durch die folgenden Schritte identi fi ziert . Zunächst wird ein Ausgangs zustand hergestellt , in dem die zwei oder mehr Phasenleiter der Spannungsversorgung unterbrochen sind . Ausgehend von dem Ausgangs zustand wird j eweils einer der Phasenleiter stromleitend geschaltet und erst nach dem Verstreichen eines Wartezeitraums der Elektromotor aktiviert , indem auch die übrigen Phasenleiter stromleitend geschaltet werden; dabei wird für j eden der Phasenleiter ein Hochlauf zeitraum zwischen dem Stromleitendschalten des einen Phasenleiters und dem Erreichen eines definierten Betriebs zustands des Elektromotors ermittelt . Falls mit einem der Phasenleiter ein kürzerer Hochlauf zeitraum gemessen wurde als mit den übrigen Phasenleiter, wird dieser Phasenleiter als der mit der Bremse verbundene Phasenleiter identi fi ziert . Andernfalls , wenn mit j edem Phasenleiter der gleiche Hochlauf zeitraum gemessen wird, wird ausgehend von dem Ausgangs zustand j eweils ein Pha- senleiterpaar stromleitend geschaltet und erst nach dem Verstreichen eines Wartezeitraums der Elektromotor aktiviert , indem auch die übrigen Phasenleiter stromleitend geschaltet werden; dabei wird für j edes der Phasenleiterpaare ein Hochlauf zeitraum zwischen dem Stromleitendschalten des Phasenleiterpaars und dem Erreichen eines definierten Betriebs zustands des Elektromotors ermittelt . Falls mit einem der Phasenleiterpaare ein kürzerer Hochlauf zeitraum gemessen wurde als mit den übrigen Phasenleiterpaaren, wird dieses Phasenleiterpaar als das mit der Bremse verbundene Phasenleiterpaar identi fi ziert . Somit kann das Problem, dass häufig nicht bekannt ist , an welcher Phase oder welchen Phasen die Bremse angeschlossen ist , über die Messung der Anlauf zeit des Elektromotors gelöst werden . Dazu wird die Zeit vom ersten Zuschalten einer Phase bis zum Erreichen eines definierten Betriebs zustands des Elektromotors gemessen . Großer Vorteil der Vorgehensweise ist , dass dem Inbetriebnehmer nicht bekannt sein muss , an welchen Motorphasen die Bremse angeschlossen ist .

Falls mit j edem der Phasenleiterpaare der Hochlauf zeitraum gleich lang ist , ist die Bremse nicht an die Spannungsversorgung des Elektromotors angeschlossen .

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Bremse nur an einen einzigen Phasenleiter und einen Nullleiter der Spannungsversorgung angeschlossen ist , wird dieser eine Phasenleiter durch die folgenden Schritte identi fi ziert : Es wird ein Ausgangs zustand hergestellt , in dem die zwei oder mehr Phasenleiter der Spannungsversorgung unterbrochen sind . Ausgehend von dem Ausgangs zustand wird j eweils einer der Phasenleiter stromleitend geschaltet und erst nach dem Verstreichen eines Wartezeitraums der Elektromotor aktiviert , indem auch die übrigen Phasenleiter stromleitend geschaltet werden . Dabei wird für j eden der Phasenleiter ein Hochlauf zeitraum zwischen dem Stromleitendschalten des einen Phasenleiters und dem Erreichen eines definierten Betriebs zustands des Elektromotors ermittelt . Derj enige Phasenleiter mit dem kürzesten Hochlauf zeitraum wird als der mit der Bremse verbundene Phasenleiter identi fi ziert . Großer Vorteil der Vorgehensweise ist , dass dem Inbetriebnehmer nicht bekannt sein muss , an welchen Motorphasen die Bremse angeschlossen ist .

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Bremse an ein Phasenleiterpaar der Spannungsversorgung angeschlossen ist , wird dieses eine Phasenleiterpaar durch die folgenden Schritte identi fi ziert : Es wird ein Ausgangs zustand hergestellt , in dem die zwei oder mehr Phasenleiter der Spannungsversorgung unterbrochen sind . Ausgehend von dem Ausgangs zustand wird j eweils ein Phasenleiterpaar stromleitend geschaltet und erst nach dem Verstreichen eines Wartezeitraums der Elektromotor aktiviert , indem auch die übrigen Phasenleiter stromleitend geschaltet werden, wobei für j edes der Phasenleiterpaare ein Hochlauf zeitraum zwischen dem Stromleitendschalten des Phasenleiterpaars und dem Erreichen eines definierten Betriebs zustands des Elektromotors ermittelt .

Dasj enige Phasenleiterpaar mit dem kürzesten Hochlauf zeitraum wird als das mit der Bremse verbundene Phasenleiterpaar identi fi ziert . Großer Vorteil der Vorgehensweise ist , dass dem Inbetriebnehmer nicht bekannt sein muss , an welchen Motorphasen die Bremse angeschlossen ist .

Der definierte Betriebs zustand des Elektromotors kann ein Zeitpunkt sein, zu dem der Elektromotor auf eine vorgegebene Motordrehzahl beschleunigt hat . Alternativ kann der definierte Betriebs zustand des Elektromotors ein Zeitpunkt sein, in dem eine Reduktion des Motorstroms unter/auf den Nennstrom erfolgt .

Eine bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine elektrische Antriebsvorrichtung, aufweisend eine Spannungsversorgung, welche zwei oder mehr Phasenleiter zur Bereitstellung einer mehrphasigen Versorgungsspannung aufweist ; aufweisend einen mehrphasigen Elektromotor, welcher mit den zwei oder mehr Phasenleitern verbunden ist ; aufweisend eine elektrisch betätigbare Bremse zur Beaufschlagung des Elektromotors , wel- ehe zwischen einer den Elektromotor blockierenden Bremsstellung in einem spannungslosen Zustand und einer den Elektromotor freigebenden Of fenstellung in einem spannungsversorgten Zustand geschaltet werden kann, wobei die Bremse mit lediglich einer Teilmenge der zwei oder mehr Phasenleiter verbunden ist , und wobei die Bremse nach dem Umschalten von dem spannungslosen Zustand in den spannungsversorgten Zustand einen definierten Öf fnungs zeitraum benötigt , bis die Bremse die Of fenstellung erreicht hat ; aufweisend Schalter, mit denen j eder der zwei oder mehr Phasenleiter unabhängig unterbrochen werden kann; und aufweisend eine Steuereinheit wie oben beschrieben .

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise , wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich durch die folgende Beschreibung der Aus führungsbeispiele , welche anhand der Zeichnungen näher erläutert werden . Es zeigt j eweils schematisch und nicht maßstabsgetreu

Fig . 1 eine erste Ausgestaltung einer elektrischen Antrieb s vor richt ung;

Fig . 2 eine alternative Ausgestaltung einer elektrischen Antriebs Vorrichtung;

Fig . 3 ein herkömmliches Betriebsverfahren;

Fig . 4 eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens , bei der der Wartezeitraum kürzer als der Öf f- nungs zeitraum gewählt wurde ;

Fig . 5 eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens , bei der der Wartezeitraum gleich dem Öf f- nungs zeitraum gewählt wurde ; Fig. 6 eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der der Wartezeitraum länger als der Öff- nungszeitraum gewählt wurde;

Fig. 7 ein Ablauf diagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und

Fig. 8 ein Ablauf diagramm von Verfahrensschritten zur Identifizierung der Teilmenge der Phasenleiter, mit der die Bremse verbunden ist.

Fig. 1 zeigt eine elektrische Antriebsvorrichtung 2. Die Antriebsvorrichtung 2 weist eine Spannungsversorgung 4 auf. Die Spannungsversorgung 4 weist drei Phasenleiter LI, L2, L3 zur Bereitstellung einer dreiphasigen Versorgungsspannung U _v auf. Die Spannungsversorgung 4 weist außerdem einen Nullleiter N auf. Die Antriebsvorrichtung 2 weist außerdem einen dreiphasigen Elektromotor 6 auf, welcher mit den drei Phasenleitern LI, L2, L3 verbunden ist.

Die Antriebsvorrichtung 2 weist außerdem eine elektrisch betätigbare Bremse 8 zur Beaufschlagung des Elektromotors 6 auf. Die Bremse 8 kann zwischen einer in einem spannungslosen Zustand Uo der Bremse 8 eintretenden Bremsstellung BS, in der die Bremse 8 den Elektromotor 6 blockiert, und einer in einem spannungsversorgten Zustand U _v der Bremse 8 eintretenden Offenstellung OS, in der die Bremse 8 den Elektromotor 6 freigibt, geschaltet werden. Dabei ist die Bremse 8 mit lediglich einem einzigen Phasenleiter LI der drei Phasenleiter LI, L2, L3 und mit dem Nullleiter N verbunden. Die Bremse 8 benötigt nach dem Anlegen einer Betriebsspannung an die Bremse 8, also nach dem Umschalten von dem spannungslosen Zustand Uo in den spannungsversorgten Zustand U _v , einen definierten Öffnungszeitraum Atos, bis die Bremse 8 die Offenstellung OS erreicht hat .

Die Antriebsvorrichtung 2 weist für jeden der drei Phasenleiter LI, L2, L3 einen Schalter 10 auf, mit denen die drei Pha- senleiter LI , L2 , L3 unabhängig voneinander unterbrochen werden können .

Die Antriebsvorrichtung 2 weist außerdem einen Sensor S auf , der Messwerte betref fend den Betriebs zustand des Elektromotors 6 erfassen kann .

Die Antriebsvorrichtung 2 weist eine Steuereinheit 20 auf , welche einen Prozessor 22 , einen Datenspeicher 24 und eine Kommunikationsschnittstelle 26 aufweist . Von der Steuereinheit 20 zu den Schaltern 10 verlaufen Steuerleitungen, über die die Steuereinheit 20 die Schalter 10 ansteuern kann . In dem Datenspeicher ist der Wert des Wartezeitraums At _w gespeichert , der durch einen Anwender vorgegeben wird, sowie das Computerprogramm zur Aus führung des Betriebsverfahrens . Zur Aus führung wird das Computerprogramm in den Prozessor geladen und dort abgearbeitet . Die Kommunikationsschnittstelle 26 sorgt für einen Austausch von Daten zwischen der Steuereinheit 20 und Kommunikationspartnern wie dem Sensor S , der erfasste Messwerte über eine Datenleitung 14 an die Steuereinheit 20 sendet , den Schaltern 10 , welche Schaltbefehle von der Steuereinheit 20 empfangen, sowie Ein- und Ausgabegeräten, z . B . einer übergeordneten Steuereinheit wie einer SPS oder einem HMI wie einem PC, einem Smartphone oder einem Pa- rametriergerät . Die dargestellte Kommunikationsleitung 16 ist nur beispielhaft als Kommunikationskanal mit Ein- und Ausgabegeräten angegeben; alternativ kann auch eine drahtlose Kommunikation, z . B . über NEC oder Bluetooth, erfolgen .

Fig . 2 zeigt eine alternative Ausgestaltung der in Fig . 1 dargestellten elektrischen Antriebsvorrichtung 2 . Die einzigen wesentlichen Unterschiede zu Fig . 1 liegen darin, dass die in Fig . 2 gezeigte Spannungsversorgung 4 keinen Nullleiter aufweist und dass die in Fig . 2 gezeigte Bremse 8 mit zwei Phasenleitern LI , L3 verbunden ist . Ein Vorteil der in Fig . 2 gezeigten Ausgestaltung ist eben der Verzicht auf den Nullleiter, wodurch zur Spannungsversorgung des Elektromotors 6 ein 3-adriges Kabel , welches kostengünstiger als ein 4- adriges Kabel ist , ausreicht .

Fig . 3 zeigt ein U-t- bzw . n-t-Diagramm zur Veranschaulichung eines herkömmliches Betriebsverfahren, welches mit den in Fig . 1 und 2 gezeigten Antriebsvorrichtungen 2 durchgeführt wird . Dabei sind Werte von Spannung U und Drehzahl n über der Zeit t aufgetragen . Der Ausgangs zustand 100 des Verfahrens ist ein Zustand, in dem alle den Elektromotor 6 versorgenden Phasenleiter Li , Lj der Spannungsversorgung 4 durch die Schalter 10 stromsperrend unterbrochen sind . Folglich befindet sich die Bremse 8 in einem spannungslosen Zustand Uo ,' in diesem nimmt die Bremse 8 eine Bremsstellung BS ein, in der sie den Elektromotor 6 blockiert .

Zum Zeitpunkt 110 , 120 - beide Zeitpunkte 110 und 120 fallen beim herkömmlichen Betriebsverfahren zusammen - werden durch Schaltbefehle der Steuereinheit 20 an die Schalter 10 alle den Elektromotor 6 versorgenden Phasenleiter Li , Lj stromleitend geschaltet . Durch das Stromleitendschalten der Phasenleiter Li , Lj wechselt die Bremse 8 aus dem spannungslosen Zustand Uo, in dem sie die den Elektromotor 6 blockierende Bremsstellung BS einnimmt , in einen spannungsversorgten Zustand U _v , in dem sie nach Verstreichen eines definierten Öf f- nungs zeitraums At _O s in eine den Elektromotor 6 freigebende Of fenstellung OS gelangt . Typische Werte des Öf fnungs zeitraums Atos liegen in einem Bereich von 50 ms bis 150 ms . Durch das Stromleitendschalten der Phasenleiter Li , Lj wechselt auch der Elektromotor 6 aus dem spannungslosen Zustand, in dem er kraftlos ruht , in einen spannungsversorgten Zustand U _M , in dem an seinen Stromwicklungen Spannung anliegt und der Elektromotor 6 ein Drehmoment aufbringt . Zwischen dem Zeitpunkt 110 , 120 und dem Zeitpunkt OS , zu dem die Bremse 6 in ihre Of fenstellung gelangt , ist der Elektromotor 6 blockiert und erzeugt thermische Verluste . Erst wenn die Bremse 6 in ihre Of fenstellung OS gelangt ist und den Elektromotor 6 freigibt , kann der Hochlauf des Elektromotors 6 beginnen . Im Diagramm zeigt sich das an dem rampenförmig ansteigenden Ver- lauf der Drehzahl n bis zu einer Betriebsdrehzahl n _N , ab der die Drehzahl n konstant bleibt .

Fig . 4 zeigt analog zu Fig . 3 ein U-t- bzw . n-t-Diagramm zur Veranschaulichung einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens . Im Unterschied zu dem herkömmliches Betriebsverfahren, bei dem die beiden Zeitpunkte 110 und 120 zusammenfallen, sind gemäß der Erfindung die Zeitpunkte 110 und 120 um einen Wartezeitraum At _w getrennt .

Der frühere Zeitpunkt 110 ist der Zeitpunkt , zu dem lediglich die die Bremse 8 versorgenden Phasenleiter Li stromleitend geschaltet werden; nach Verstreichen eines definierten Öf f- nungs zeitraums Atos nach dem Zeitpunkt 110 gelangt die Bremse 8 in eine den Elektromotor 6 freigebende Of fenstellung OS .

Der spätere Zeitpunkt 120 ist der Zeitpunkt , zu dem auch die restlichen Phasenleiter Li stromleitend geschaltet werden . In der in Fig . 4 dargestellten ersten Ausgestaltung ist der Wartezeitraum At _w kleiner als der Öf fnungs zeitraum Atos der Bremse 8 gewählt . Während des Wartezeitraums At _w wird ausschließlich die Bremse 8 bestromt , wohingegen der Elektromotor 6 in einem spannungslosen Zustand kraftlos ruht . Daher erzeugt der Elektromotor 6 während des Wartezeitraums At _w keine thermischen Verluste ; sie treten nur auf in dem Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt 120 und dem Zeitpunkt OS .

Fig . 5 zeigt analog zu Fig . 3 und 4 ein U-t- bzw . n-t- Diagramm zur Veranschaulichung einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens . In der in Fig . 5 dargestellten zweiten Ausgestaltung ist der Wartezeitraum At _w ebenso lang wie der Öf fnungs zeitraum Atos der Bremse 8 gewählt . Daher hat sich zum Zeitpunkt 120 der Bestromung des Elektromotors 6 die Bremse 8 bereits vollständig gelöst . Daher sind die thermischen Verluste des Elektromotors 6 gleich Null . Fig . 6 zeigt analog zu Fig . 3 bis 5 ein U-t- bzw . n-t- Diagramm zur Veranschaulichung einer dritten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens . In der in Fig . 6 dargestellten dritten Ausgestaltung ist der Wartezeitraum At _w länger als der Öf fnungs zeitraum Atos der Bremse 8 gewählt . Daher hat sich zum Zeitpunkt 120 der Bestromung des Elektromotors 6 die Bremse 8 bereits vollständig gelöst . Daher sind die thermischen Verluste des Elektromotors 6 gleich Null .

Fig . 7 zeigt ein Ablauf diagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens . Das Ablauf diagramm kann in Form eines Algorithmus in einem Computerprogramm realisiert sein, welches auf der Steuereinheit 20 läuft . In einem ersten Schritt 41 wird ein Ausgangs zustand 100 hergestellt , in dem die zwei oder mehr Phasenleiter LI , L2 , L3 der Spannungsversorgung 4 unterbrochen sind; dazu sendet die Steuereinheit 20 Schaltbefehle an die Schalter 10 , welche die Schalter 10 veranlassen, einen Schalt zustand einzunehmen, in dem die Phasenleiter Li stromsperrend sind . In einem zweiten Schritt 42 wird, ausgehend von dem Ausgangs zustand 100 , nur die Teilmenge LI der Phasenleiter, mit denen die Bremse 8 verbunden ist , stromleitend geschaltet 110 . In einem dritten Schritt 43 werden nach dem Verstreichen eines definierten Wartezeitraums At _w auch die übrigen Phasenleiter L2 , L3 stromleitend geschaltet 120 , so dass der Elektromotor 6 aktiviert wird .

Fig . 8 zeigt ein Ablauf diagramm von Verfahrensschritten zur Identi fi zierung der Teilmenge der Phasenleiter, mit der die Bremse verbunden ist . In einem ersten Schritt 50 wird ein Ausgangs zustand 100 hergestellt , in dem die zwei oder mehr Phasenleiter LI , L2 , L3 der Spannungsversorgung 4 unterbrochen sind .

In einem zweiten Schritt 51 wird, ausgehend von dem Ausgangszustand 100 , j eweils einer der Phasenleiter Li stromleitend geschaltet und erst nach dem Verstreichen eines Wartezeitraums At _w der Elektromotor 6 aktiviert , indem auch die übrigen Phasenleiter stromleitend geschaltet werden; dabei wird für jeden der Phasenleiter Li ein Hochlaufzeitraum At± zwischen dem Stromleitendschalten 110 des einen Phasenleiters Li und dem Erreichen eines definierten Betriebszustands des Elektromotors 6 ermittelt. Dazu sendet der Sensor S Messwerte der Drehzahl n des Elektromotors 6 an die Steuereinheit 20, die daraus den Hochlaufzeitraum At± berechnet. In Schritt 52 werden die Hochlaufzeiten für jeden der Phasenleiter Li verglichen. Falls mit einem der Phasenleiter Li ein kürzerer Hochlaufzeitraum At± gemessen wurde als mit den übrigen Phasenleiter (Y) , wird in Schritt 53 dieser Phasenleiter Li als der mit der Bremse 8 verbundene Phasenleiter Li identifiziert. Andernfalls (N) , wenn mit jedem Phasenleiter Li der gleiche Hochlaufzeitraum At± gemessen wird, wird in Schritt 54 ausgehend von dem Ausgangszustand 100 jeweils ein Phasenleiterpaar Li, Lj stromleitend geschaltet und erst nach dem Verstreichen eines Wartezeitraums At _w der Elektromotor 6 aktiviert, indem auch die übrigen Phasenleiter stromleitend geschaltet werden; dabei für jedes der Phasenleiterpaare Li, Lj ein Hochlaufzeitraum At±j zwischen dem Stromleitendschalten 110 des Phasenleiterpaars Li und dem Erreichen eines definierten Betriebszustands des Elektromotors 6 ermittelt. Dazu sendet der Sensor S Messwerte der Drehzahl n des Elektromotors 6 an die Steuereinheit 20, die daraus den Hochlaufzeitraum Atij berechnet.

In Schritt 55 werden die Hochlaufzeiten At±j für jedes der Phasenleiterpaare Li, Lj verglichen. Falls mit einem der Phasenleiterpaare Li, Lj ein kürzerer Hochlaufzeitraum At±j gemessen wurde als mit den übrigen Phasenleiterpaaren (Y) , wird in Schritt 56 dieses Phasenleiterpaar Li, Lj als das mit der Bremse 8 verbundene Phasenleiterpaar Li, Lj identifiziert. Andernfalls (N) , wenn mit jedem der Phasenleiterpaare Li, Lj der gleiche Hochlaufzeitraum At±j gemessen wurde, wird in Schritt 57 festgestellt, dass die Bremse nicht an die Spannungsversorgung des Elektromotors angeschlossen ist; in diesem Fall erzeugt die Steuereinheit 20 ein an einen Bediener adressiertes Hinweissignal.