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Einrichtung zur Verhinderung der unzulässigen Überlastung von elektrisch ange- triebenen Hebezeugen.
Die Antriebsleistung für das Windwerk eines Hebezeuges errechnet sich aus der grössten Förder- geschwindigkeit und dem Drehmoment, das bei voller Belastung der Maschine auftritt. Bei dem Hubwerk eines Kranes z. B. entspricht diese Leistung der Energie, die zum Heben der vollen Last aufgewendet werden muss. Die Bruchgrenze bei den mechanisch beanspruchten Teilen eines Hebezeuges liegt oberhalb des im Betriebszustand dauernd auftretenden Momentes, u. zw. ist die Bruchsicherheit je nach Art des
Betriebes und der Beanspruchung verschieden gross.
Eine oberhalb des normalen Drehmomentes liegende Beanspruchung erfährt das Triebwerk z. B. während des Beschleunigungsvorganges bei Reversierbetrieben. Das Drehmoment, das der für den elek- trischen Betrieb benutzte Elektromotor ausüben kann, liegt ebenfalls über dem Normaldrehmoment, in manchen Fällen sogar oberhalb des Höchstdrehmomentes, mit dem die mechanischen Teile des Hebe- zeuges beansprucht werden dürfen. So ist der Elektromotor, der das Hubwerk eines Auslegerkrans antreibt, z. B. in der Lage, eine Überlast anzuheben, die den Kran zum Kippen bringt.
Ausser dem Drehmoment spielt für die Überbeanspruchung von Hebezeugen noch die Zeit eine
Rolle, während der das unzulässig hohe Drehmoment ausgeübt wird. So lässt sich, um bei dem oben angeführten Beispiel zu bleiben, das Kippen des Auslegerkranes vermeiden, wenn die gefährliche Überlast frühzeitig genug abgeschaltet wird. Die Zeit muss so gering bemessen sein, dass sich nach Abschaltung des
Motors der Schwerpunkt des entlasteten Hebezeuges noch nicht ausserhalb der Stützebene befindet (Kippzeit).
Es erweist sich also die von einem unzulässig hohen Drehmoment in einer bestimmten Zeit geleistete Arbeit, die als "Überlastarbeit" bezeichnet werden soll, als ein Mass für die Gefährdung des Hebezeuges.
Beispielsweise wird bei einem kippenden Auslegerkran die Überlastarbeit aufgewendet, um das gesamte
Krangerüst zu beschleunigen. Bei einer Verladebrücke wird beim Hängenbleiben des Greifers die Über- lastarbeit zur Deformation des Rückenträgers aufgezehrt. Die Grösse der Überlastarbeit ergibt sich rechnerisch durch nachstehende Formel :
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Hierin bedeutet : A die Überlastarbeit, P die an dem Kran wirkende Übellast,
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Md das an der Motorwelle ausgeübte Drehmoment, t die Zeit, während der das Drehmoment wirkt, n die Drehzahl des Motors, c eine Konstante.
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Einrichtungen, die das vom Motor ausgeübte Drehmoment begrenzen, sind bereits bekannt. Da sich bei den meisten Motorarten der aufgenommene Strom proportional dem vom Motor ausgeübten Drehmoment ändert, so liegt es nahe, das vom Motor ausgeübte Drehmoment durch ein Stromrelais zu begrenzen. Dieses Relais muss jedoch oberhalb desjenigen Stromes eingestellt werden, der dem normalen Drehmoment des Motors entspricht, da der Motor während des Anlaufes zum Beschleunigen des Hebezeuges oder der Last einen erheblich höheren Strom aufnimmt. Dieser Schutz genügt für den Fall, dass
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die Vollast auf dem zweiten Kontakt langsam angehoben wird und der Stromstoss auf dem dritten Kontakt den Automaten nicht auslöst, während dies bei einer unzulässigen Überlast geschieht, weil diese auf dem zweiten Kontakt noch nicht angehoben wurde.
Beim Anheben der Überlast mit Sehlaffseil vom Boden hat es sich jedoch gezeigt, dass dieser Schutz nicht genügt, weil die Stromstösse kleiner wurden. Man hat nun versucht, das Hebezeug dadurch zu schützen, dass man die Stromrelais tiefer einstellt. Dies hat jedoch den Nachteil, dass der Kranführer das Triebwerk nunmehr mit dem verringerten Strom allzu vorsichtig einschalten muss und entsprechend langsamer beschleunigen kann. Es leidet hiedurch also die Förderleistung.
Auch ist es bekannt, zwischen den Augenblick der Überschreitung des zulässigen Drehmoments und der Abschaltung des Motors eine Zeitverzögerung z. B. mittels eines Uhrwerkes zu legen. Diese Einrichtungen sind jedoch zumeist für den Schutz des Motors und des elektrischen Relais gedacht. Der
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Gründen zulässt.
Erfindungsgemäss ist neben dem zum Schutze des Motors angeordneten Überstrom-bzw. Überstrom- zeitrelais eine besondere vom Motorstrom abhängige Schaltvorriehtung vorgesehen, die mit einer von der Zeitdauer der Überlastung abhängigen Einrichtung versehen ist. Diese Anordnung gestattet es, die Überlastarbeit des Motors auf ein beliebig kleines Mass zu beschränken, ohne jedoch den Kranführer zu hindern, das Triebwerk beim Anlaufen innerhalb der zulässigen Grenzen schnell zu beschleunigen. In der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bei einer Gleichstromanlage dargestellt.
Der Motor f ist über einen Schalter g an eine Gleichstromquelle c angeschlossen. Der Schalter g besitzt eine Steuerspule n. Diese ist als Nullspannungsspule ausgebildet und hält in erregtem Zustande den Schalter in der Einschaltlage fest. Die Spule n wird durch ein im Motorstromkreis liegendes Relais a gesteuert. Dieses ist von hoher Empfindlichkeit, d. h. es ist ein Relais, bei dem das Verhältnis von Abfallstrom zu Einschaltstrom nahezu gleich eins ist. Das Relais schliesst im Ruhezustand die Kontakte'In und in erregtem Zustande die Kontakte k. Die Steuerspule des Relais ist so bemessen, dass es bei einem bestimmten einstellbaren Überstromwert beispielsweise 20% anspricht. Es steuert ein Zeitrelais b, dessen Kontakte e einen Umgehungsstromkreis zu den Kontakten bilden. Das Relais b kann z.
B. als Schaltuhr ausgebildet sein.
Solbald nun infolge eines Überstromes das Relais a anspricht, werden die Kontakte & geschlossen und die Kontakte) n geöffnet, der Stromkreis der Nullspannungsspule ist jedoch noch über die Kontakte e geschlossen. Durch Schliessen der Kontakte lu wird das Relais b erregt und beginnt abzulaufen. Nach einer geringer als die Kippzeit des Hebezeuges einzustellenden Zeit, beispielsweise nach 2 Sekunden, öffnet das Zeitrelais seine Kontakte e. Falls nun das Stromrelais a nicht innerhalb dieser 2 Sekunden abgefallen ist und den Kontakt m geschlossen hat, ist jetzt der Stromkreis der Nullspannungsspule M'des Schalters g unterbrochen und der Schalter löst aus.
Der Stromkreis a begrenzt also das Drehmoment. Zum Schutze gegen 1rurzschlussartige Über- lastungen ordnet man zweckmässig ein oder mehrere Sromrelais s an. Diese Relais unterbrechen beim Ansprechen durch Öffnen ihrer Kontakte o den Einsehaltstromkreis des Schalters g augenblicklich.
Die Relais s können z. B. aus den Maximalrelais bestehen, die normalerweise in den Automaten des Hauptschalters vorhanden sind. An die Stelle des Automaten kann natürlich auch ein Schütz treten.
Da durch die beschriebene Einrichtung der Kranführer in keiner Weise behindert werden soll, das Hebezeug in denkbar kurzer Zeit zu beschleunigen, so ist die Minimalgrenze der Überlastarbeit gegeben durch die Beschleunigungsarbeit, die zur Beschleunigung des Motorankers, des umlaufenden Getriebes und der Last bzw. des Hebezeuges erforderlich ist. Durch den bei Hebezeugen üblichen mehrstufigen Schaltbetrieb zerlegt sich diese Beschleunigungsarbeit in mehrere Impulse je nach Zahl der Anlassstellungen.
Fig. 2 zeigt den Stromverlauf, der bei Verwendung eines normalen Anlassgerätes beim Anlassen des Motors beispielsweise eines Kranhubwerkes auftritt. Beim Schalten von Stufe zu Stufe tritt entsprechend der Widerstandsänderung jedesmal eine Stromspitze auf, die etwa das Doppelte des Normalstromes ist. Der Führer soll dem abgebildeten theoretischen Schaltvorgang zufolge nur so lange auf einer Stellung verharren, bis die Stromspitze auf den Normalstrom abgeklungen ist. Bei dieser Schaltweise beschleunigt der Kranführer die Last innerhalb der zulässigen Stromspitzen in der denkbar kürzesten Zeit. Dieser Verlauf wird bei der beschriebenen Einrichtung nun dazu benutzt, die Überlastarbeit so gering wie möglich zu halten.
Wenn das Stromrelais bei 1, 2 J Anspringstrom-das entspricht bei der
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verlangten Empfindlichkeit des Relais einem Abfallstrom von ca. ?,-/J-eingestellt ist, wobei J der Normalstrom des Motors sein soll, so wird dieses Relais bei einem Schaltbetrieb gemäss Fig. 2 fünfmal
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schriebenen Arbeitsweise würde der Automat s auslösen.
Bei einem sehr schweren Schaltbetrieb besteht das Bedürfnis, dass der Führer schnell schaltet.
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des Laufes erfolgt, also wenn z. B. der Greifer während des Hubvorganges hängen bleibt.
Die Einrichtung kann in gleicher Weise für Drehstromanlagen benutzt werden. Bei Drehstrom- anlagen bestand bisher eine besonders grosse Gefahr für die Überbeanspruchung des Hebezeuges, da die bisher benutzten unverzögerte Stromrelais mit Rücksicht auf den sogenannten Rush-Strom", der im ersten Augenblick beim Einschalten von Drehstrommotoren entsteht, besonders hoch eingestellt werden muss. Die beschriebene Einrichtung wird in ihrer Wirkungsweise durch den Rush-Strom in keiner Weise beeinträchtigt, da dieser auf alle Fälle in der Einstellzeit des Zeitrelais abgeklungen ist.
Die Einrichtung lässt sieh auch zum Schutze der Überlastung von Kranen mit veränderlichem Ausleger, z. B. Hammerdrehkranen, benutzten. Bei diesen Kranen können je nach der Auslegerlänge verschiedene Lasten bewegt werden, denen je nach der Lastgrösse verschiedene Besehleunigungsarbeiten entsprechen. In diesem Falle können den verschiedenen Auslegerlängen verschiedene strom-und Zeitrelais zugeordnet werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Verhinderung einer unzulässigen Überlastung von elektrisch angetriebenen Hebezeugen, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem zum Schutze für den Motor angeordneten Über- strom-bzw. Überstromzeitrelais besondere vom Motorstrom abhängige Schaltvorriehtungen vorgesehen
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lichen Abschalten des Hebezeuges kleiner als die zum Kippen oder Deformieren des Hebezeuges erforderliche Arbeit bleibt.
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