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Regeleinrichtung für elektrische Antriebe.
Es ist bekannt, zur Feinregelung der Geschwindigkeit von elektrischen Antrieben eine mechanische Bremse zum Schleifen zu bringen und damit, z. B. bei Hubwerken, langsam zu senken oder leichte Lasten langsam und vorsichtig anzuheben. Hiezu benutzt man üblicherweise eine Handhebelbremse, mit der sich durch mehr oder weniger weites Auslegen des Handhebels und dadurch Lüften der Bremse eine sehr geringe Geschwindigkeit und ein sanftes feinfühliges Arbeiten erzielen lässt. Diese Bremsart ist aber nur benutzbar, wenn der Führer ortsfest dicht beim Triebwerk steht. Bei Fernsteuerung hat
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bremsung nachzuahmen.
Da aber diese elektrischen Lüftgeräte keine Zwischenstellungen zwischen der Aus"-und Ein"-SteIlung besitzen, ist es nicht möglich gewesen, mit diesen Mitteln eine gleichmässig niedrige Geschwindigkeit und die erforderliche Feinfühligkeit zu erzielen.
Die Erfindung bringt nunmehr eine Lösung der Aufgabe bei Fernsteuerung dadurch, dass zum Lüften der Bremse eine hydraulische oder pneumatische, motorisch angetriebene Vorrichtung benutzt wird, deren Antriebsmotor auf den Feinregelstellungen zwecks Schleifenlassens der Bremse mit verringerter Drehzahl betrieben wird, während er auf den übrigen Stellungen des Steuergerätes mit voller Drehzahl dauernd durchläuft.
Das elektrohydraulische Bremslüftgerät besteht aus einem Druckzylinder mit Arbeitskolben und einer eingebauten Flügelradpumpe, welche von einem Elektromotor angetrieben wird und zur Erreichung des Druckunterschiedes zwischen den beiden Kolbenseiten dient. Bei der Einschaltung des Hauptantriebsmotors wird auch der Motor des Bremslüftgerätes an die Netzspannung gelegt, läuft auf volle Drehzahl hoch und erzeugt dabei nach einer etwa hyperbolischen Kurve eine Lüftkraft L, der ein Bremsdruck, Kurve MB, gegenübersteht. Beide Kurven sind nach ihrer Form und gegenseitigen Lage der Fig. 1 zu entnehmen. Ihre Lage im Koordinatenkreuz ist dabei ausser Betracht zu lassen.
Die Kurven zeigen, dass eine Minderung des Bremsdruckes erst von einer bestimmten Drehzahl, Punkt c in Fig. 1, des Motors des Bremslüfters ab eintritt, dann aber mit zunehmender Drehzahl sehr schnell erfolgt. Sie zeigen weiter, dass völlige Lüftung, also Überwiegen der Lüftkraft über die Bremskraft, bereits bei einer unterhalb der synchronen Drehzahl liegenden Drehzahl, Punkt b in Fig. 1, des Brems-
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erzielt werden sollen, diese Charakteristik des Bremslüftmotors benutzt, um durch Regelung der Drehzahl des Motors dessen Lüftkraft und damit das wirksame Bremsmoment auf einen bestimmten Wert einzustellen, der zusammen mit dem Lastmoment ein den Triebwerksmotor auf einer bestimmten niederen Drehzahl haltendes Belastungsmoment ergibt.
Die Drehzahlregelung des Bremslüftmotors erfolgt in an sich beliebiger Weise durch irgendeine sein Moment schwächende Schaltung, die am einfachsten in Abhängigkeit von der Drehzahl des Hauptantriebsmotors, z. B. durch einen kleinen Fliehkraftschalter (Drehzahlwächter), selbsttätig erfolgt. Wird aus einer Steuerstellung für höhere Geschwindigkeit auf eine Feinregelstellung zurückgeschaltet, so wird der Drehzahlwächter, da die
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Geschwindigkeit des Antriebs zu hoch ist, die das Drehmoment des Bremslüftmotors schwächende Schaltung vornehmen, der dann in seiner Drehzahl und Lüftkraft abfällt und dadurch ein immer stärker werdendes Bremsmoment zur Wirkung bringt. Dieses vermindert die Geschwindigkeit des Hauptantriebs auf das gewünschte Mass.
Wird diese Geschwindigkeit aus irgendeinem Grunde zu niedrig, so spricht der Drehzahlwächter wieder an und hebt die elektrische Drosselschaltung für den Bremslüftmotor auf. Daraufhin steigert sich dessen Drehzahl und Lüftkraft, so dass der Hauptantriebsmotor entlastet wird und eine höhere Drehzahl annehmen kann. Üblicherweise wird die Lüftbewegung
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z. B. bei Hubwerken, zur Einleitung der Senkbewegung und zur Erzielung kleiner Wege die Bremse langsam zu öffnen.
Es liegt auf der Hand, dass diese Regelung auch von Hand willkürlich, z. B. durch einen Druck- knopfschalter, erfolgen kann, der an Stelle des Fliehkraftschalters oder parallel zu dem Fliehkraft- schalter angeordnet ist, wenn die mit der Anordnung erzielte niedere Geschwindigkeit dem Ermessen des Führers überlassen bleiben soll. Es ist auch möglich, die erwähnte elektrische Drosselsehaltung durch die bekannte Tippschaltung zu ersetzen, bei der der Bremslüftmotor durch ganz kurzzeitiges
Drücken des Druekknopfes nur so kurz vom Netz getrennt wird, dass seine Drehzahl nicht allzu weit abfallen kann. Auch hiebei kann übrigens an die Stelle der Abschaltung des Motors die Vorsehaltung eines Widerstandes treten.
Das hier für ein elektrohydraulisches Bremslüftgerät Gesagte gilt in gleichem Umfange für ein elektropneumatisches Gerät, da die Verschiedenheit des Druckmittels auf die Betriebsweise an sieh ohne Einfluss ist.
Für die Erfindung ist es auch ohne Bedeutung, ob bei dieser Regelung der Hauptantriebsmotor eingeschaltet ist und Lasten mit Strom senkt oder ob er von schweren Lasten stromlos durchgezogen wird. Die für Feinregelung erwünschte Lösung ergibt sich bei Einschaltung des Antriebsmotors gleich auf der ersten Senkstellung. Der Motor wird nach der Erfindung zu der Stromaufnahme gezwungen, die der gewünschten niederen Drehzahl entspricht, und es setzen sich dann alle Lasten-von der kleinsten bis zur Vollast-bereits auf der ersten Senkstellung in Bewegung. Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, dass auf den Feinregelstellungen des Steuergerätes, auf denen mit der Einrichtung nach der Erfindung die niedere Geschwindigkeit erzielt werden soll, der Hauptantriebsmotor wie stets auf diesen Stellungen mit vorgeschalteten Widerständen betrieben wird.
Eine in bezug auf die Innehaltung einer gleichmässigen niederen Geschwindigkeit besonders geeignete Anordnung besteht nach der weiteren Erfindung darin, dass der Bremslüftmotor auf den Feinregelstellungen vom Netz abgetrennt und an eine der Drehzahl des Hauptantriebsmotors verhältnisgleiche Spannung angeschlossen wird. Eine solche kann bei Drehstromantrieben die Läuferspannung des Hauptantriebsmotors selbst, notfalls unter Zwischenschaltung eines Transformators oder die Spannung einer besonderen Spannungsgebermaschine, die auf der Welle des Triebwerkes sitzt, bei Gleieistromantrieb die Spannung an den Ankervorschaltwiderständen sein.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist ohne weiteres klar. Auf den Stellungen des Steuergerätes ausserhalb der Feinregelstellungen liegt der Bremslüftmotor am Netz, läuft also mit voller Drehzahl und entwickelt volle Lüftkraft. Die Bremse ist dann voll geöffnet. Wird aus der Stellung für volle Geschwindigkeit auf die Feinregelstellungen zurückgeschaltet, so erhält der Bremslüftmotor durch die Umschaltung eine kleine Spannung mit ganz kleiner Frequenz. Das kommt im ersten Augen- blick praktisch einer Abschaltung gleich, so dass eine sehnelle Abbremsung erfolgt, s. Fig. l. In dem Masse, in dem sich die Drehzahl des Triebwerkes vermindert, steigt die dem Bremslüftmotor gelieferte
Spannung S und Frequenz F an.
Dessen Drehzahl und damit die Bremslüftkraft L erhöht sich in gleichem Masse (bzw. letztere quadratisch), so dass mit abnehmender Drehzahl des Triebwerkes die Bremskraft, also die Abbremsung, sich vermindert. Der Antriebsmotor läuft unter der schleifende Bremse mit einer bestimmten Drehzahl weiter, bei der sich Motormoment und Last plus Bremsmoment das Gleichgewicht halten. Unterschreitet die Drehzahl diesen Wert, Punkt A in Fig. 1, so steigt zwar das Motormoment Mm an, in noch viel stärkerem Masse vermindert sich aber das Bremsmoment MB, so dass der Motor entlastet wird und schneller läuft. Bei Überschreitung der eingestellten Drehzahl wächst das Bremsmoment Mg schneller, als das Motormoment Mm abnimmt. Es ist also eine stabile gleichmässige niedere Geschwindigkeit gewährleistet.
Es sind nun bereits Regelanordnungen bekannt, bei denen das elektrische Bremslüftgerät zum Zwecke der Erzielung niederer Geschwindigkeit ebenfalls an eine der Drehzahl des Triebwerkes verhältnisgleiche Spannung gelegt wird. Es handelt sich aber bei diesen bekannten Einrichtungen nicht um dauernd umlaufende Bremslüftmotoren, sondern um Geräte, die beim Lüften nur einen kurzen Hub oder eine kleine Drehbewegung ausführen und dann stillstehen bleiben. Wenn auch bei dieser Art von Geräten die Bezeichnung Bremslüft-"Motor" üblich ist, so handelt es sieh dabei jedoch nicht um Motoren im üblichen Sinne, sondern lediglich um eine Hubeinrichtung mit Drehbewegung. Diesen bekannten Anordnungen haften aber ganz ausserordentliche Nachteile an, da für die Lüftkraft dieser Bremslüft-"Motoren" das ausgeübte Moment massgebend ist.
Dieses ändert sich quadratisch mit der Spannung. Eine Spannungsschwankung im Netz wirkt sich also in quadratisch verstärktem Masse in
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einer Verkleinerung der Bremslüftkraft aus. Dies bedingt einmal eine Überbemessung des Bremslüftmotors, zum andern zeigt Fig. 2, dass wohl die Läuferspannung 8 und Frequenz F eines Drehstrommotors sich geradlinig mit der Drehzahl n ändern, nicht aber das Läufermoment M, auf das es aber gerade ankommt. Besonders im niederen Drehzahlbereich, in dem eine Drehzahländerung eine starke Änderung der Bremslüftkraft und damit des Bremsdruckes hervorrufen soll und bei der Anordnung nach der Erfindung auch tut, verläuft die Momentenkurve M sehr flach, da der Spannungsabfall durch den Frequenzabfall fast kompensiert wird.
Um dies zu vermeiden, hat man einen vielpoligen Spannungsgebermotor angeordnet und diesen auf den Feinregelstellungen im Drehfeldsinn, auf den andern Steuergerätstellungen dagegen im Gegenstromsinne angetrieben, so dass die Momentenlinie nach der Kurve MB in Fig. 2 verläuft. Da das Verhältnis der synchronen Drehzahl 1 : 4 bis 1 : 5 ist, so ergeben sich bei voller Fahrt Periodenzahlen von 200 bis 250 und entsprechende Spannungen. Dies bedingt wiederum starke Überbemessung dieser Maschine, abgesehen davon, dass bei gleicher Leistungsabgabe die Maschine schon wegen der geringen synchronen Drehzahl um das Vier- bis Fünffache grösser wird.
Diese Nachteile fallen bei der vorliegenden Erfindung völlig fort, da ein stets laufender Motor in seiner Leistungsabgabe von der Drehzahl und diese fast allein von der Frequenz abhängt. In modernen Netzen ändert sich nun diese praktisch nicht, so dass vom Netz her eine Minderung der Bremskraft nur in so geringem Masse erfolgt, dass hierauf keine Rücksicht genommen zu werden braucht. Die
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dafür mit ihren geringeren Mitteln wesentlich genauer. Dies ergibt sich auch klar aus der Fig. 2, in die die Lüftkraftkurve V eines elektrohydraulischen Bremsgerätes in Abhängigkeit von der 8- und F-Kurve eines Asynchronmotors eingetragen ist. Sie zeigt, wie steil gerade in dem niederen Drehzahlbereich diese Kurve verläuft, wie genau daher die Anordnung in Abhängigkeit von der Drehzahl arbeiten muss.
Um die Feinregeldrehzahl veränderlich einstellen zu können, wird es mitunter zweckmässig sein, bei Drehstrom den Spannung-und Frequenzgebermotor polumschaltbar zu machen, wobei die Einschaltung der niedrigpoligen Wicklung die höhere Feinregeldrehzahl ergibt. Bei Hubwerken hat die Benutzung eines derartigen Spannung-und Frequenzgebermotors den weiteren Vorteil, dass man ohne Einschaltung des Hauptmotors auskommen und daher mit dem geringsten Stromverbrauch und dem besten Leistungsfaktor arbeiten kann.
Man kann die gewünschte Feinregeldrehzahl auch dadurch erzielen, dass man einen Frequenzgebermotor von niederer Synchrondrehzahl als der des Hauptmotors über die Drehzahl heraufsetzendes Getriebe mit diesen kuppelt ; man hat dabei gleichzeitig den Vorteil eines weichen Überganges von der vollen Betriebsdrehzahl auf die Feinregeldrehzahl, weil beim Übergang auf die Feinregelstellung der Frequenzgebermotor übersynchron läuft und eine z. B. mittlere Frequenz abgibt. Dementsprechend wird der Lüftmotor mit halber Drehzahl laufen, also die Bremse teilweise anlegen. Mit sinkender Drehzahl wird die Frequenz kleiner und die Bremsung stärker, bis die Synchrondrehzahl erreicht ist. Dann wird die Frequenz wieder höher, die Bremsung also wieder allmählich schwächer.
Durch geeignete Wahl von Synchrondrehzahl des Frequenzgebermotors und der Übersetzung kann die Ansprechdrehzahl weitgehend geregelt werden.
Ein Ausführungsbeispiel für eine derartige Regeleinrichtung ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt.
Fig. 3 zeigt ein Schaltungssehema, Fig. 4 den Verlauf der Frequenz, mit der der Motor des elektrohydraulischen Gerätes gespeist wird.
Der Antriebsmotor M ist mit dem Hilfsgenerator G gekuppelt, dessen Betriebsdrehzahl kleiner ist als die des Antriebsmotors. Die auf die Welle des Antriebsmotors wirkende Bremse B, welche von einer Feder oder einem Gewicht in die Bremsstellung gezogen wird, kann von dem elektrohydraulischen Gerät L gelüftet werden, dessen Motor mittels des Umschalters U entweder an das Netz oder mit dem Hilfsgenerator G verbunden werden kann. Beim normalen Betrieb ist der Bremslüftmotor mit dem Netz verbunden. Zum Abbremsen des Antriebs bis zum Stillstand wird der Antriebsmotor vom Netz abgeschaltet und der Umschalter U in die dargestellte Stellung gebracht. Für die Feinregelung wird der Umschalter U in die gezeichnete Stellung gebracht, der Antriebsmotor aber bleibt eingeschaltet.
Während des normalen Betriebs wird also der Bremslüftmotor mit der Netzfrequenz gespeist (Fig. 2), und die Bremse ist voll gelüftet. Der Hilfsgenerator wird hiebei übersynehron angetrieben und weist daher eine bestimmte Läuferfrequenz auf. Ist das Drehzahlverhältnis beispielsweise 3 : 2, so beträgt diese 25 Hertz, sobald also der Umschalter U in die dargestellte Bremslage umgelegt wird, wird an den Bremslüftmotor diese niedrigere Frequenz angelegt. Beim Absinken der Drehzahl infolge der Bremsung vermindert sich die Frequenz zunächst auf Null und steigt bei weiterem Absinken der Drehzahl bis aus 50 Hertz an.
Dieser Frequenzverlauf ergibt nun einen besonders günstigen Verlauf der Bremskraftkurve.
Bei der Umschaltung des elektrohydraulischen Gerätes vom Netz oder Umformersatz auf den Hilfsmotor erhält dieser im Augenblick eine auf die Hälfte verminderte Frequenz, fällt also-infolge der Dämpfung verzögert-auf die halbe Drehzahl ab. Das entspricht einem allmählichen Ansteigen der Bremskraft, die sich durch weitere Verminderung der Drehzahl bald auf ihren vollen Wert erhöht.
Mit der nach dem Durchgang durch Null wieder ansteigenden Frequenz steigt auch die Lüftkraft wieder an und im gleichen Mass vermindert sich die Bremskraft, so dass nach einer gewissen Dauer des Wirkens
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der höchsten Bremskraft diese allmählich wieder abnimmt, bis sie bei Stillstand Null wird. Ist der Antriebsmotor nicht abgeschaltet worden, so läuft der Motor unter der schleifende Bremse mit einer bestimmten Drehzahl weiter, bei der sich Motormoment und Last plus Bremsmoment das Gleichgewicht halten.
Erfahrungsgemäss sind solche Bremskraftkurven mit allmählich ansteigender und nach einer Zeit allmählich wieder abfallender Bremskraft ausser für Fahrzeuge für eine ganze Reihe von andern
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Stösse besonders empfindlichen Verladebrücken, wie überhaupt im Freien arbeitende Fahrwerke, dann Wasserbauanlagen mit ihren grossen Massen, wie Hub- und Klappbrücken, ferner schnellfahrende Katzen und die Wippwerke von Wippkranen, bei denen ein Lastpendeln zur Erzielung eines flotten Betriebs vermieden werden muss. Sehr vorteilhaft ist auch die Anwendung von Aufzügen für Personen- beförderung, da auch bei solchen jeder spürbare Ruck vermieden werden soll.
Zum Schluss sei noch erwähnt, dass eine solche Bremskraftkurve gestattet, viel höhere Brems- höehstdrüeke anzuwenden als sonst, also viel sicherer zu arbeiten, trotzdem aber jeden Nachteil, mechanische oder physische Beanspruchung, zu vermeiden.
Bei Gleichstromantrieben lässt sich mit geringen Mitteln, z. B. durch die Verwendung einer Zuund Gegenschaltungsmaschine, die gleiche Wirkung erzielen.
Die beschriebenen Regeleinrichtungen können noch dadurch verfeinert werden, dass auf den
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Schleifenlassen einer mechanischen Bremse erzielt werden und bei welcher zum Lüften der Bremse eine elektrohydraulische oder elektropneumatische Vorrichtung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor des elektrohydraulischen bzw. elektropneumatischen Gerätes auf den Feinregelstellungen zwecks Schleifenlassens der Bremse mit verringerter Drehzahl betrieben wird, wogegen er auf den übrigen Stellungen des Steuergerätes mit voller Drehzahl dauernd durchläuft.