DE102010033346B3

DE102010033346B3 - Verfahren zum Starten eines Elektromotors in einer hydraulisch betriebenen Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE102010033346B3
Application number: DE102010033346A
Authority: DE
Inventors: Herbert Ziplies; Sebastian Fillinger
Original assignee: Bucyrus Hex GmbH
Current assignee: Caterpillar Global Mining HMS GmbH
Priority date: 2010-08-04
Filing date: 2010-08-04
Publication date: 2012-02-02
Anticipated expiration: 2030-08-05
Also published as: WO2012025086A2; CN103154513A; CN103154513B; EP2601411A2; AU2011295484A1; WO2012025086A3; US20130171007A1

Abstract

Verfahren zum Starten mindestens eines Asynchron-Elektromotors eines Großhydraulikbaggers mit einem Dienstgewicht > 100 t mit elektrohydraulischem Antrieb, indem der jeweilige Elektromotor durch Einsatz eines dreistufigen Motor-Anlaufvorganges aus einer Außerbetriebs- in eine Betriebsstellung geführt wird, wobei der Volumenstrom mindestens einer mit dem Elektromotor in Wirkverbindung stehenden Hydraulikpumpe während sämtlicher Anlaufstufen des Elektromotors auf die Fördermenge V = 0 gestellt und die Fördermenge V der Hydraulikpumpe erst nach der letzten Anlaufstufe des Elektromotors durch Betätigung eines Stellgliedes auf einen Wert > 0 geregelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten mindestens eines Asynchron-Elektromotors eines Großhydraulikbaggers mit einem Dienstgewicht > 100 t gemäß gattungsbildendem Teil des ersten Patentanspruchs.
Die DE 86 02 103 U1 beschreibt einen Hydraulikbagger mit einem mit Rädern oder Raupen versehenen, einen Unterwagen bildenden Fahrgestell, mit einem mit diesem um eine vertikale Achse drehbar verbundenen Oberwagen mit mindestens einem in dem Unter- oder Oberwagen angeordneten Elektromotor, der mindestens eine die hydraulischen Antriebe mit Druckmittel speisende Hydropumpe antreibt und mit einem mit dem Unterwagen verbundenen Kabel.
Der DE 198 31 121 A1 ist eine Anlaufschaltung mit Anlauftransformator für einen Drehstromkurzschlussläufermotor und mit Schaltschützen zur Einstellung mehrerer Anlaufstufen zu entnehmen, wobei zwischen je zwei Anlaufstufen in Form von Spannungsstufen Überschaltelemente aus einem Schütz und einer Drosselspule gesetzt sind.
Der DE 198 04 043 A1 ist eine Anlaufschaltung mit Anlauftransformator für einen Drehstromkurzschlussläufermotor zu entnehmen, wobei die Anlaufschaltung Schaltschütze zur Einstellung einer ersten Anlaufstufe für den Anlauf des Motors aufweist, wobei mit den Schaltschützen zumindest eine weitere Anlaufstufe einstellbar ist, wobei mit den Schaltschützen fernerhin eine Stufe für den Normalbetrieb des Motors einstellbar ist und wobei eine elektronische Steuereinrichtung zur Steuerung der Umschaltung in die verschiedenen Stufen nach Maßgabe eines ermittelten Motorstroms vorgesehen ist.
In der WO 2008/095525 A1 wird eine elektrohydraulische Steueranordnung zur Ansteuerung eines hydraulischen Verbrauchers beschrieben, umfassend eine hinsichtlich ihres Verdrängungsvolumens verstellbare Fluidpumpe, einen zum Antreiben der Fluidpumpe an diese gekoppelten drehzahlvariablen elektrischen Antrieb sowie eine Druckerfassungseinrichtung zum Erfassen eines Fluiddrucks. Es ist ein Hauptregelkreis vorgesehen, dessen Stellglied ein Drehzahlstellglied des elektrischen Antriebs ist und durch den Fluiddruck und/oder eine nachgeordnete Stellgröße erfassbar und regelbar ist, wobei mittels einer Nebenstellkette ein Verdrängungsvolumenstellglied der Fluidpumpe, in Abhängigkeit von dem erfassten Fluiddruck, ansteuerbar ist.
Großhydraulikbagger, wie sie unter anderem in Minenbetrieben eingesetzt werden und die mit elektromotorischen Antrieben ausgerüstet sind, benötigen zum Anlassen des jeweiligen Elektromotors von dem Stromversorgungsunternehmen eine kurzzeitige Strommenge, die dem 4- bis 6-fachen des Motornennstroms entspricht. Um diesen hohen Energiebedarf ohne die Herbeiführung eines betreiberseitigen Netzzusammenbruchs zu erhalten, werden heutige Großhydraulikbagger für den Anlassvorgang mit einer Zweistufenschaltung betrieben, wobei der Elektromotor in der ersten Stufe mit einer reduzierten Spannung innerhalb einer definierten Zeit und anschließend nach Zuschaltung der zweiten Stufe mit der vollen Netzspannung betrieben wird.
Nachteil dieser Schaltung ist, dass beim Umschaltvorgang von der ersten in die zweite Stufe kurzzeitige Stromspitzen entstehen, die die Spannung in einem bestehenden Netz zusammenbrechen lassen kann.
Ziel des Erfindungsgegenstandes ist es, ein Verfahren zum Anlassen mindestens eines Elektromotors eines hydraulisch betriebenen Großhydraulikbaggers bereitzustellen, das die angegebenen Nachteile nicht mehr aufweist, so dass ein annähernd lastfreies Anlaufen des mindestens einen Elektromotors herbeigeführt werden kann.
Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass der Volumenstrom mindestens einer mit dem Elektromotor in Wirkverbindung stehenden Hydraulikpumpe während sämtlicher Anlaufstufen des Elektromotors auf die Fördermenge V = 0 gestellt und die Fördermenge V der Hydraulikpumpe erst nach der letzten Anlaufstufe des Elektromotors durch Betätigung eines Stellgliedes auf einen Wert > 0 geregelt wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Der jeweilige Asynchron-Elektromotor wird, einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß, unter Einsatz der an sich bekannten Korndorfer Schaltung in Betrieb genommen.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll vorteilhafterweise im Bereich eines elektrohydraulisch angetriebenen Großhydraulikbaggers mit einem Dienstgewicht > 100 t eingesetzt werden.
Mit dem Erfindungsgegenstand ist der Vorteil verbunden, dass durch das dreistufige Anlaufen des mindestens einen Elektromotors in Kombination mit der Rücknahme des hydraulischen Fördervolumenstroms auf die Fördermenge V = 0 mindestens einer Hydraulikpumpe ein annähernd lastfreier Anlauf des jeweiligen Elektromotors gewährleistet werden kann. Die vorab angesprochenen Nachteile sind mit dem Einsatz des Erfindungsgegenstandes nicht mehr gegeben.
Von besonderem Vorteil ist, dass die Fördermenge der Hydraulikpumpe in jeder der drei Anlaufphasen des Elektromotors den Wert 0 hat. Dies gilt auch, wenn der Elektromotor bereits mit voller Drehzahl läuft. Erst durch Betätigung eines Stellgliedes, z. B. manueller Auslenkung eines Handhebels, wird über ein Vorsteuerventil die vorteilhafterweise als Axialkolbenpumpe ausgebildete Hydraulikpumpe mit Druck beaufschlagt und erst dann wird die Fördermenge auf einen Wert > 0 bis hin zur maximalen Fördermenge erhöht.
Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:
1 bis 5 Prinzipskizzen eines Schaltbildes zur Inbetriebnahme eines hydraulischen Antriebes mit Elektromotor.
Gleiche Bauteile sind der besseren Übersicht halber mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt die Grundstellung (Außerbetriebstellung), in welcher die Spannung an einem geöffneten Schalter 1 über der Leitung 8 ansteht. Die Fördermenge V der Hydraulikpumpe 13 hat den Wert 0.
2 zeigt die erste Schaltstufe des Anlassvorganges eines Elektromotors 6 eines nicht weiter dargestellten Hydraulikbaggers mit einem Dienstgewicht > 100 t. Die Schaltelemente 1 und 3 werden geschlossen. Durch das geschlossene Schaltelement 1 fließt der elektrische Strom über elektrische Leitungen 8 und 9 zu einem Transformator 2. Das Schaltelement 3 zum Sternpunkt 5 des Transformators 2 ist geschlossen. Dies hat zur Folge, dass am Abgriffpunkt 7 des Transformators 2 ein elektrischer Teilstrom über elektrische Leitungen 10 und 12 an den Elektromotor 6 abgegeben wird. Die Fördermenge V der in diesem Beispiel als Axialkolbenpumpe ausgebildeten Hydraulikpumpe 13 hat weiterhin den Wert 0.
3 zeigt die zweite Schaltstufe des Anlassvorgangs. In dieser zweiten Anlassstufe wird das Schaltelement 3 zum Sternpunkt 5 des Transformators 2 geöffnet. Der obere Teil des Transformators 2 wirkt nun als Drossel. Auch in dieser Schaltstufe verbleibt die Fördermenge V der Hydraulikpumpe 13 auf dem Wert 0.
4 zeigt die dritte Schaltstufe des Startvorganges des Elektromotors 6. Nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit wird das Schaltelement 4 durch eine nicht näher beschriebene Steuereinheit 16 geschlossen. Der Nennstrom wird über die geschlossenen Schalter 1 und 4 direkt vom Elektromotor 6 aufgenommen. Der Elektromotor wird in dieser Schaltstellung bereits mit seiner Nennspannung beaufschlagt. Auch in dieser letzten Schaltstufe verbleibt die Fördermenge V der Hydraulikpumpe 13 auf dem Wert 0.
5 zeigt nun die Hinzuschaltung der als Axialkolbenpumpe ausgebildeten Hydraulikpumpe 13. Der Handhebel 22 des Stellgliedes 21 wird ausgelenkt und schließt somit den Schalter 18. Durch Betätigung des Schalters 18 wird in der nicht weiter beschriebenen elektronischen Steuereinheit 16 ein Befehlsablauf ausgelöst, der über den Ausgang 17 der Steuereinheit 16 ein 15 elektronisch derart ansteuert, dass ein Hydraulikstrom, der von einer Hilfspumpe 14 gefördert wird, über das Proportionalventil 15 die als Verstellpumpe ausgebildete Hydraulikpumpe 13 beaufschlagt. Durch das Zusammenwirken des Stellgliedes 21, bestehend aus dem Handhebel 22 und dem damit in Wirkverbindung stehenden Schalter 18, mit der Steuereinheit 16 sowie dem hydraulischen Kreis 14, 15, 19, 20 wird erreicht, dass die Verstellpumpe 13 gegen die Fördermenge V = max regelt.
Bezugszeichenliste

1: Schaltelement
2: Transformator
3: Schaltelement
4: Schaltelement
5: Sternpunkt
6: Elektromotor
7: Abgriffpunkt
8: elektrische Leitung
9: elektrische Leitung
10: elektrische Leitung
12: elektrische Leitung
13: Hydraulikpumpe (Axialkolbenpumpe)
14: Hilfspumpe
15: Vorsteuerventil
16: elektronische Steuereinheit
17: Ausgang
18: Schalter
19: hydraulische Leitung
20: hydraulische Leitung
21: Stellglied
22: Handhebel

Claims

Verfahren zum Starten mindestens eines Asynchron-Elektromotors (6) eines Großhydraulikbaggers mit einem Dienstgewicht > 100 t mit elektrohydraulischem Antrieb, indem der jeweilige Elektromotor (6) durch Einsatz eines dreistufigen Motor-Anlaufvorganges aus einer Außerbetriebs- in eine Betriebsstellung geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom mindestens einer mit dem Elektromotor (6) in Wirkverbindung stehenden Hydraulikpumpe (13) während sämtlicher Anlaufstufen des Elektromotors (6) auf die Fördermenge V = 0 gestellt und die Fördermenge V der Hydraulikpumpe (13) erst nach der letzten Anlaufstufe des Elektromotors (6) durch Betätigung eines Stellgliedes (21) auf einen Wert > 0 geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Elektromotor (6) unter Einsatz der Korndorfer Schaltung in Betrieb genommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Schaltstufe eine Steuereinheit (16) elektrische Schaltelemente (1, 3) schließt, wobei die Fördermenge V der Hydraulikpumpe (13) auf dem Wert 0 verbleibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Schaltstufe das Schaltelement (3) zum Sternpunkt (5) eines Transformators (2) geöffnet wird, wobei die Fördermenge V der Hydraulikpumpe (13) auf dem Wert 0 verbleibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der dritten Schaltstufe das Vorsteuerventil (5) geschlossen bleibt und die Fördermenge V der Hydraulikpumpe (13) auf dem Wert 0 verbleibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach der letzten Anlaufstufe des Elektromotors ein als Handhebel (22) ausgebildetes Stellglied (21) manuell ausgelenkt wird und in Abhängigkeit des Auslenkungsgrades des Handhebels (22) die Fördermenge V zwischen einem Wert > 0 und max. Fördermenge V max. geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Hydraulikpumpe (13) eine Axialkolbenpumpe eingesetzt wird.
Verwendung der Korndorfer Schaltung zum Starten mindestens eines im Bereich eines Großhydraulikbaggers mit einem Dienstgewicht > 100 t vorgesehenen Asynchron-Elektromotors (6).