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Dokumentenidentifikation DE10109363A1 20.09.2001
Titel Motorsteuerung für einen drehzalgesteuerten elektronischen Antriebsmotor insbesondere innerhalb einer Druckmaschine
Anmelder Heidelberger Druckmaschinen AG, 69115 Heidelberg, DE
Erfinder Grimm, Ulrich, 69234 Dielheim, DE;
Knab, Klaus, 68789 St. Leon-Rot, DE;
Mieth, Matthias, 69250 Schönau, DE;
Mildenberger, Roland, 69190 Walldorf, DE;
Rech, Michael, 76709 Kronau, DE
DE-Anmeldedatum 27.02.2001
DE-Aktenzeichen 10109363
Offenlegungstag 20.09.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.09.2001
IPC-Hauptklasse H02P 5/00
IPC-Nebenklasse B41F 13/00   
Zusammenfassung Beschrieben wird eine Drehzahlsteuerungseinrichtung, insbesondere innerhalb einer Druckmaschine für einen Hilfsmotor.
Die Drehzahlsteuerung erfolgt durch die Vorgabe eines Sollwertes durch ein analoges Potentiometer und wird mit einem, dem Potentiometer räumlich zugeordneten Rechner in ein digitales PWM-Signal umgesetzt und einem Hilfsmotor zugeführt. Das Potentiometer und der Rechner, die eine so genannte PWM-Einrichtung darstellen, sind räumlich betrachtet als Bedienstelle für die Drehzahlsteuerungseinrichtung zu sehen. Von der Bedienstelle erfolgt dann mittels Steckkontakten eine Verbindung zum Hilfsmotor.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Motorsteuerung für eine drehzahlgesteuerten elektronischen Antriebsmotor, insbesondere innerhalb einer Druckmaschine.

Innerhalb der Druckmaschine ist eine große Anzahl von Motoren angebracht, die unabhängig vom eigentlichen Hauptantrieb der Maschine verschiedene Einrichtungen antreiben, die beispielsweise zur Führung oder Ablage des Papierbogens dienen. Dabei kann die von den Motoren angetriebene Einrichtung ein Lüfter sein, der einen Luftstrom auf den Papierbogen wirken lässt, um damit eine exaktere Bogenablage im Bereich des Auslegers zu erzielen. Abhängig von dem jeweiligen Bedruckstoff wird der auf den Papierbogen wirkende Luftstrom individuell vom Drucker eingestellt. Dabei können auch über den Bogen verteilt angeordnete Lüfter einen unterschiedlichen Luftstrom auf den Bogen ausüben, d. h. die Motoren für diese Lüfter werden mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben. Somit ist es erforderlich, dass jedem der Motoren ein separater Sollwertgeber und eine separate Steuereinheit zugeteilt ist.

Aus dem Stand der Technik ist hierzu Vorrichtungen bekannt, wobei sich an einer für den Drucker gut zugänglichen Stelle ein analoger Sollwertgeber in Form eines Potentiometers befindet, welches über eine Kabelverbindung das analoge Signal einem Sollwertmodul zuführt. In diesem Sollwertmodul befindet sich eine Einrichtung, die aus dem analogen Signal ein Puls-Weiten-moduliertes digitales Signal erzeugt. Dabei stellt das Verhältnis zwischen Puls und Pause ein Maß für die Drehzahl des Motors dar. Dieses Signal wird als so genanntes PWM-Signal bezeichnet. Mittels einer weiteren Leistungsanpassung wird dem Motor dann, entsprechend dem vorgegebenen PWM-Signal elektrische Leistung zugeführt.

Mit der oben aufgeführte Lösung gemäß dem Stand der Technik sind Nachteile verbunden, die darin liegen, dass ein hoher Verdrahtungsaufwand, ein ebenfalls hoher Montageaufwand und großer Platzbedarf benötigt wird. Aufgrund der verschiedenen Komponenten, die mittels Kabel verbunden sind, ergibt sich auch eine hohe Fehleranfälligkeit. Zusätzlich schleichen sich beim Verkabeln, d. h. beim Aufbau dieser Lösung, Fehler ein, die zu erhöhtem Testaufwand führen. Neben diesen montagetechnischen Problemen existiert noch ein weiterer Nachteil darin, dass aufgrund von Auflade- und Entladevorgängen die Verstellung des Potentiometers in einem nicht- linearen Zusammenhang mit der Drehzahl des Motors steht. Weiterhin ist der tatsächlich regelbare Drehzahlbereich auf ca. 80% beschränkt, da in den unteren Stellungsbereichen aufgrund der erforderlichen Signalpegel des Potis keine Ansteuerung des Motors erfolgt.

Weiterhin ist gemäß DE 43 40 947 C1 eine Motorsteuerung, insbesondere innerhalb einer Druckmaschine bekannt. Gemäß dieser Patentschrift wird ein Positioniermotor mittels PWM-Signal angesteuert, wodurch eine vorgegebene Sollposition anfahrbar ist. Ein Komparator der Soll- und Istwert miteinander vergleicht, setzt bei Gleichheit dieser beiden Signale den Motor still. Der Nachteil bei dieser Vorrichtung besteht darin, dass damit kein drehzahlgeregelter Motor angetrieben werden kann.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine einfache, kostengünstige Drehzahlsteuerung zu schaffen, mit welcher die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale von Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 7.

Nach der Erfindung ist es vorgesehen, dass ein verschiedene Funktionen beinhaltender Mikroprozessor, räumlich betrachtet, unmittelbar einem analogen Potentiometer zugeordnet ist. Darin besteht der Vorteil, dass die analogen Signale des Potentiometers über eine kurze Signalstrecke mit einem Analog/Digitalumsetzer des Mikroprozessors verbunden werden. Der Vorteil besteht weiterhin darin, dass über diese Strecke keine oder nur geringfügige Störsignale aufgefangen werden können, die zur Fehlinterpretation des Analogsignals führen können. Der Mikroprozessor kann dabei beispielsweise auf einer kleinen Platine angeordnet sein, welche gleichzeitig elektrisch und mechanisch mit dem Potentiometer verbunden ist. In vorteilhafter Weise kann dann auf dieser Platine ein Mehrfachstecker befestigt werden, wodurch die Spannungsversorgung für den Mikroprozessor und die Signalübertragung des PWM-Signals vom Rechner zum Motor gewährleistet ist.

Bei den Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik, ist die Abhängigkeit von der Einstellung des Sollwertgebers (Sollwert) und beispielsweise der Drehzahl des angesteuerten Motors (Istwert) nicht linear voneinander abhängig. Diese Abhängigkeit wird im Weiteren als Kennlinie bezeichnet. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist diese Kennlinie in der Art korrigierbar, dass ein linearer Zusammenhang zwischen Sollwert und Istwert besteht. Es ist allerdings auch denkbar, dass jede vorstellbare Kennlinie damit erzielt werden kann.

Um die Korrektur der Kennlinie vorzunehmen muss dieselbe vorher bekannt sein, welches entweder empirisch ermittelt wird oder durch Herstellerangaben bekannt ist. Der dem Potentiometer zugeordnete Mikroprozessor beinhaltet eine Speichereinrichtung in der entweder die Korrekturwerte für die Kennlinie oder die unkorrigierte Kennlinie abgelegt sind. Eine Berechnung in Form eines kleinen Programms sorgt dann dafür, dass die gewünschte Kennlinienkorrektur automatisch erfolgt. Die Ausgabe der Korrektur ist dann direkt in dem zur Ansteuerung des Motors benötigten PWM-Signal abgebildet.

Zusätzlich ist gemäß eines Programms jede beliebige Kennlinie einstellbar, d. h. abhängig vom jeweiligen Motor kann der Zusammenhang zwischen Potentiometerstellung und Drehzahl des Motors linear oder in jeder beliebigen Form nicht linear sein. Dabei besteht auch der Vorteil, eine Kennlinie auf einen Bereich zu beschränken. Beispielsweise kann ein Motor auch nur bis zu einem bestimmten Wert innerhalb seines Drehzahlbereiches angesteuert werden. Durch die Implementierung eines Programmes ist die Möglichkeit geschaffen, eine beliebige Einstellung der Kennlinie vorzunehmen. Ein weiterer Vorteil in der Einstellbarkeit der Kennlinien besteht darin, dass das Ausgangsverhalten der kompletten Anordnung, das heißt auch z. B. der Luftausstoß eines durch den Motor angetriebenen Lüfters kann in die Kennlinienkorrektur einbezogen werden.

Erfindungsgemäß ist es auch vorgesehen, dass neben dem analogen Sollwertgeber auch beispielsweise digitale Sollwertgeber in Form von Inkrementalgebern an die Platine angeschlossen werden können.

Eine weitere Beschaltung des Mikroprozessors in dem beispielsweise ein spezielles Bit auf 0 oder 1 gesetzt wird kann dazu verwendet werden, die Freigabebit für das PWM-Signal zu steuern. Das heißt, es kann dazu genutzt werden, dass von einer zentralen Stelle aus mehrere oder auch gezielt nur einzelne Motoren stillgesetzt werden können. Dieses könnte z. B. als Not-Aus-Funktion eingesetzt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung findet bevorzugt bei Lüftermotoren einer Druckmaschine Einsatz, die dazu verwendet werden, die aus der Druckmaschine heraus über einen Auslegerstapel transportierten Druckbogen abzulegen. Da die Druckmaschine Druckbogen verschiedenster Grammatur verarbeitet, ist eine sensible Einstellung der Lüftermotoren, bzw. der den Druckbogen beeinflussenden Luft notwendig. Mit Hilfe der durch die erfindungsgemäße Einrichtung erzielten linearen, oder bewusst nicht-linearen Beziehung zwischen Sollwert und Istwert kann diese Einstellung für den Drucker wesentlich vereinfacht werden. Eine bewusst nicht-lineare Beziehung könnte so aussehen, dass im unteren Drehzahlbereich, das heißt die Einstellung die für Druckbogen geringer Grammatur gefahren wird eine sehr feine Einstellung möglich ist, während im oberen Drehzahlbereich bei entsprechend höherer Grammatur eine gröbere Einstellung erfolgt.

Die Erfindung wird anhand nachfolgender Figuren verdeutlicht. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 verschiedene Kennlinien, die die Abhängigkeit von Drehzahl und PWM- Signal darstellen.

Fig. 1 zeigt ein Potentiometer 1, welches über ein Analog/Digitalumsetzer 2 mit der CPU 3 eines Mikroprozessors 4 verbunden ist. Der Mikroprozessor 4 gibt in Abhängigkeit von der Stellung des Potentiometers 1, das heißt von einem Spannungswert, der von dem einem Spannungsteiler bildenden Potentiometer 1 abgegriffen wird das eingangs erwähnte PWM- Signal aus. Das PWM-Signal wird dabei über eine Umsetzstufe 5 und einen Verstärker 6 dem Motor 7 zugeführt. Der CPU 3 ist eine Speichereinrichtung 3' zugeordnet, in der entweder die unkorrigierte Kennlinie der Beziehung zwischen dem Potentiometer 1 und der Drehzahl des Motors 7 oder Korrekturwerte. In der CPU 3 wird ein so genanntes PWM- Signal erzeugt, welches zur Ansteuerung eines Motors 7 verwendet wird. Im Mikroprozessor 4 finden dann Rechenoperationen statt, wodurch ein PWM-Signal in der Form ausgeben wird, dass eine vorher definierte Beziehung zwischen der Stellung des Potentiometers 1 und der Drehzahl des Motors 7 erreicht wird. Das heißt zwischen den Grenzwerten 100% Pause = Drehzahl % und 100% Puls = Drehzahl 100%, kann jedes beliebige Puls/Pausen-Verhältnis eingestellt werden. Dem Mikroprozessor 4 können weiterhin verschiedene Signale bzw. Spannungen zugeführt werden. Ein Taktgenerator 8 erzeugt beispielsweise das für den Mikroprozessor 4 notwendige Clock-Signal. In einer weiteren Einrichtung wird beispielsweise eine Referenzspannung 9 erzeugt. Eine Versorgungsspannung 10 stellt die Betriebsbedingungen für die verschiedenen elektronischen Komponenten bereit. Ein Freigabebit 11 ist dazu gedacht, die PWM-Signale zu starten bzw. zu stoppen. Sämtliche Komponenten befinden sich auf einer Platine 12, die weiterhin mit Steckkontakten 13, 13', 13" ausgestattet ist. An dem Motor 7 ist weiterhin eine Versorgungsspannung 10' vorgesehen. Diese Versorgungsspannung 10' kann sich besonders bei größeren Motoren von der Versorgungsspannung 10 unterscheiden.

Fig. 2 zeigt ein Kennliniendiagramm, wobei auf der x-Achse der Sollwert von 0-100% und auf der y-Achse die Nenndrehzahl des anzusteuernden Motors von 0-100% dargestellt ist. Eine Kennlinie 14 stellt die unkorrigierte Beziehung zwischen Sollwert und Nenndrehzahl gemäß dem Stand der Technik dar. Eine weitere Kennlinie 14' beschreibt beispielsweise den Korrekturwert, der erforderlich ist um eine Linearisierung der Beziehung herzustellen.

Die Kennlinie 15 ergibt sich durch die erfindungsgemäßen Vorrichtung womit dann ein linearer Verlauf zwischen Sollwert und Nenndrehzahl erkennbar ist. Es kann hier aber auch eine nach Belieben gestaltete Kennlinie eingestellt werden. So zeigt beispielhaft die Kennlinie 16 einen nicht-linearen Verlauf, der zusätzlich bei Vollaussteuerung nur 60% der Nenndrehzahl erreichen lässt. Solche Kennlinien können dann vorteilhaft sein, wenn ein Motor aufgrund seines Einsatzgebietes auf eine bestimmte Drehzahl beschränkt sein muss. Bezugszeichenliste 1 Sollwertgeber/Potentiometer

2 Analog/Digitalumsetzer

3 CPU

3' Speichereinrichtung

4 Mikroprozessor

5 Umsetzstufe

6 Verstärker

7 Motor

8 Taktgenerator

9 Referenzspannung

10, 10' Versorgungsspannung

11 Freigabebit

12 Platine

13, 13', 13" Steckkontakte

14 Kennlinie

15 Kennlinie

16 Kennlinie


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zur Drehzahlsteuerung eines elektrischen Motors, insbesondere innerhalb einer Druckmaschine, der in Wirkverbindung mit einem Sollwertgeber (1) steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse des Sollwertgebers (1) mittels Sollwertgeberanschlusspunkten mit einer Platine (12) verbunden sind und auf der Platine (12) ein Mikroprozessor (4) vorgesehen ist, der über Leiterbahnen der Platine (12) mit den Sollwertgeberanschlusspunkten verbunden ist.
  2. 2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Mikroprozessor (4) eine Kennlinie (14, 15, 16) und/oder Korrekturwerte für eine Kennlinie (14, 15, 16) beinhaltende Speichereinrichtung (3') zugeordnet ist.
  3. 3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennlinie (14, 15, 16) die Beziehung der Werte des Sollwertgebers (1) zu der Nenndrehzahl des Motors (7) darstellt.
  4. 4. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Mikroprozessor (4) weiterhin eine Einrichtung zur Veränderung der Kennlinie (14, 15, 16) zur Ansteuerung des Motors (7) zugeordnet ist.
  5. 5. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Mikroprozessor (4) weiterhin eine Einrichtung/Freigabebit (11) zur Freigabe eines PWM-Signals zugeordnet ist.
  6. 6. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Platine (12) weitere Bauelemente (8, 9, 10) zur Beschaltung des Mikroprozessors (4) zugeordnet sind.
  7. 7. Druckmaschine mit mindestens einem Lüftermotor, der in Wirkverbindung mit einem analogen Sollwertgeber steht, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehzahlsteuerung des mindestens einen Lüftermotors gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1-6 vorgesehen ist.






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