DE102007051944A1 - Lasthebemagnet - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lasthebemagnet mit einer bei Netzausfall wirksamen Notstromquelle, die aus einer Mehrzahl von Hochleistungskondensatoren, vorzugsweise Doppelschichtkondensatoren besteht.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Lasthebemagnet mit einer bei Netzspannungsausfall wirksamen Notstromquelle.
• Lasthebemagnete zum Heben, Wenden und Transportieren von Schwerlastkörpern aus weichmagnetischem Material, insbesondere von Brammen, Coils oder anderen weichmagnetischen Schwerlasten sind aus dem Stand der Technik bekannt. Solche Magnete können zum Teil hohe Tragkräfte aufwenden, die es ermöglichen, Gesamtlasten bis zu 80 Tonnen zu halten.
• Häufig werden Elektromagnete an Laufkatzen, Kranen oder ähnlichen Hubwerken befestigt, die dann eine maximale Tragkraft aufwenden müssen, die sich zusammensetzt aus dem Gewicht des verwendeten Elektromagneten und dem Gewicht zu hebenden bzw. zu fördernden Last. Aus diesem Grund ist man bereits bestrebt, das Gewicht der Elektromagnete möglichst gering zu halten, was durch entsprechende Materialwahl, z. B. Aluminium statt Kupfer, realisiert werden kann.
• Nach wie vor ungelöst ist hingegen das Problem, wie eine Notstromversorgung bereitgestellt werden kann, die im Falle eines Stromausfalls des vorhandenen Netzwerkes so schnell wirksam wird, dass ein Herabfallen der anhängenden Last vermieden wird. Bei den hier in Rede stehenden im Gleichstrom betriebenen Elektromagneten bietet sich zunächst ein Akkumulator an, der parallel zur Netzspannungsquelle geschaltet ist und der über eine Umschalteinrichtung bei einem Absinken der Netzspannung eingeschaltet wird. Da jedoch über eine gewisse Zeitdauer relativ hohe Ströme bereitgestellt werden müssen, ergibt sich eine hohe Batteriekapazität, die sich nur mit einem entsprechenden Akkumulator-Gewicht realisieren lässt. Dieses Gewicht tritt als zusätzliche Last auf, was die Gesamtkapazität der verwenden Laufkatze oder des Krans entsprechende minimiert.
• Zur Vermeidung einer Unfallgefahr für Personen, die sich in einer Halle im Bereich des Elektromagneten bewegen, ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Notstromaggregat bereitzustellen, das kurzzeitige Spannungsausfälle oder Spannungsabfälle wirksam überbrückt und im Falle eines totalen Stromausfalls eine zeitlang von mindestens 5 Sekunden, vorzugsweise 10 Sekunden und mehr, eine für das Halten der Last erforderliche elektrische Leistung liefert. Das Notstromaggregat soll ein möglichst geringes Gewicht besitzen.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird als Notstromquelle eine Mehrzahl von Hochleistungskondensatoren, vorzugsweise Doppelschichtkondensatoren, vorgeschlagen. Unter den Hochleistungskondensatoren werden solche Kondensatoren verstanden, die in der Literatur als Super- oder Ultra-Kondensatoren bezeichnet werden. Ein solcher Hochleistungskondensator wird beispielsweise in der US 7,033,406 B2 – dort allerdings mit einer anderen Anwendung – beschrieben. Die hohe Kapazität der Doppelschichtkondensatoren basiert auf der Dissoziation von Ionen in einem flüssigen Elektrolyt und einer großen Elektrodenoberfläche. Die Kondensstore bestehen aus zwei Elektroden, die mit einem Elektrolyten benetzt werden. Beim Anlegen einer Spannung, die kleiner ist als die Zersetzungsspannung des Elektrolyten, sammeln sich an beiden Elektroden Ionen unterschiedlicher Polarisation, womit eine Zone von unbeweglichen Ladungsträgern mit einer Schichtdicke von wenigen Moleküllagen gebildet wird. Durch Verwendung von Stoffen mit einer großen Oberfläche, wie z. B. Aktivkohle, lassen sich inzwischen Kapazitäten erreichen, die bis zu 5.000 Farad (F) betragen. An solchen Hochleistungskondensatoren können bei maximalen Spannungen bis zu 2,5 V hohe Ströme bis 500 A erreicht werden, die kurzzeitig bei elektrischen Lasthebemagneten ausreichen, um die Last mehrere Sekunden lang zu halten, die dann ausreichen, dass sich das Bedienungspersonal, welches sich unter der schwebenden Last aufhält, schnell in Sicherheit bringt.
• Vorzugsweise ist ein Spannungsdetektor in Verbindung mit einer Steuerschaltung vorgesehen, der bei Abfall der Netzspannung unter einen vorgebbaren Wert die Spannungsversorgung von der Verbindung zur Netzspannung zum Hochleistungskondensator umschaltet. Soweit es sich nur um einen kurzzeitigen Spannungsabfall handelt, sorgt der Spannungsdetektor bei Überschreiten einer Mindestspannung der Netzstromquelle abermals für ein Umschalten auf die Netzspannung. In diesem Fall dienen die Hochleistungskondensatoren, von denen zur Erreichung einer Netzspannung von 220 V beispielsweise 88 Hochleistungskondensatoren in Serie geschaltet sind, für die Bereitstellung der Betriebsspannung.
• Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abfall der Netzspannung unter einem vorgebbaren Wert ein akustisches und/oder optisches Warnsignal ausgelöst wird. Dieses Warnsignal zeigt den Personen, die sich im Wirkungsbereich des Elektromagneten aufhalten, deutlich an, dass ein Herabfallen der Last droht. Soweit es sich nur um einen kurzzeitigen Spannungsabfall handelt, der durch die Hochleistungskondensatoren überbrückt werden kann, werden die Warnsignale bei Zurückschalten auf den Netzspannungsbetrieb abgestellt. Die notwendige Stromversorgung für die Warnsignale kann bei einem Spannungsabfall zunächst noch von der Netzspannungsquelle und nach dem Umschalten von den Hochleistungskondensatoren aufgewendet werden.
• Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Hochleistungskondensatoren beim Einschalten des Elektromagneten aufgeladen und im fortdauernden Netzbetrieb periodisch wieder aufgeladen, damit einem nicht vermeidbaren Ladungsverlust der Kondensatoren entgegengewirkt wird.
• Weitere Details sind den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
• 1 eine Prinzipskizze der Schaltung des erfindungsgemäßen Lasthebemagneten und
• 2 ein Spannungs-Zeit-Diagramm eines Hochleistungskondensators, der in periodischen Abständen wieder aufgeladen wird.
• Aus 1 ist die Netzstromquelle 10 ersichtlich, die im Regelbetrieb den Elektromagneten 11 (hier dargestellt als Widerstand) mit Strom versorgt. Zusätzlich sind mehrere in Reihe geschaltete Hochleistungskondensatoren 12 parallel zur Netzstromquelle 10 geschaltet, die beim Anfahren des Elektromagneten aufgeladen und über eine vorhandene Steuerschaltung 13 durch Umschaltung aktiviert werden. Sobald die Spannung aus der Netzstromquelle 10 unter einem vorgebbaren Wert absinkt, der dadurch bestimmt ist, dass bei Unterschreiten des Wertes die notwendige Tragkraft nicht mehr aufgebracht wird, entladen sich die Hochleistungskondensatoren, die dann je nach vorhandener Kapazität und Strombedarf des Elektromagneten mehrere Sekunden die für das Halten der Last notwendige Energie bereitstellen. Gleichzeitig wird bei einem Umschalten auf die Hochleistungskondensatoren 12 eine akustische Sirene 14 sowie eine Warnlampe 15 angesteuert, die anzeigen, dass ein Herabfallen der Last droht.
• 2 zeigt an einem Hochleistungskondensator einen Spannungsverlauf. Während des Zeitraumes t₁ steigt die Spannung über den Kurvenverlauf 21 bis auf einen Maximalwert an, beispielsweise 2,5 V. Im Verlauf einer Zeit t₂ kann diese Spannung absinken (Kurve 22). Wird ein Minimalwert erreicht, wird über die Steuerschaltung 13 (siehe Kurve 23) der Hochleistungskondensator wieder aufgeladen. Dieser Vorgang kann gegebenenfalls periodisch so oft wiederholt werden, wie der Elektromagnet mit Netzspannung versorgt wird.
• Die Vorteile der erfindungsgemäßen Ausgestaltung bestehen insbesondere darin, dass mit einer Reihe von Hochleistungskondensatoren eine hohe Ladekapazität und Effizienz bereitgestellt werden kann. Hochleistungskondensatoren besitzen eine hohe Zyklenstabilität und eine gute Leistung (auch bei niedrigen Temperaturen). Gegenüber Akkumulatoren haben Hochleistungskondensatoren ein extrem geringes Gewicht, eine kleine Baugröße und eine hohe Zuverlässigkeit, die gegenüber Akkumulatoren eine höhere Gesamtleistung bereitstellen lässt. Ebenso ist die Lebensdauer von Hochleistungskondensatoren, die bis zu 1 Million Ladezyklen ohne Leistungsverlust durchlaufen können, größer als die von Batterien.
• Zudem sind die Hochleistungskondensatoren robust, was sich im rauhen Elektromagnetbetrieb ebenso vorteilhaft auswirkt, wie die Tatsache, dass die Kondensatoren praktisch wartungsfrei sind. Durch die Hochleistungskondensatoren kann eine hohe Stromstärke im Gleichstrombetrieb schnell zur Verfügung gestellt werden, so dass bei Netzausfall praktisch eine unterbrechungsfreie Stromversorgung über eine gewisse Zeit, die von der Gesamtkapazität der verwendeten Hochleistungskondensatoren abhängt, gewährleistet ist.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• - US 7033406 B2 [0006]

Claims (4)

1. Lasthebemagnet mit einer bei Netzspannungsausfall wirksamen Notstromquelle, dadurch gekennzeichnet, dass die Notstromquelle eine Mehrzahl von Hochleistungskondensatoren (12), vorzugsweise Doppelschichtkondensatoren ist.
2. Lasthebemagnet nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Spannungsdetektor, der bei Abfall der Netzspannung unter einem vorgebbaren Wert von der Verbindung zur Netzspannung (10) zu den Hochleistungskondensatoren (12) umschaltet.
3. Lasthebemagnet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Abfall der Netzspannung ein akustisches und/oder optisches Warnsignal (14, 15) ausgelöst wird.
4. Lasthebemagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochleistungskondensatoren (12) im Netzspannungsbetrieb aufgeladen oder bei einem Ladungsabfall wieder aufgeladen werden.