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Überlastsicherung für Krane, Winden u. dgl. Die Erfindung befaßt sich
mit einer elektrischen überlastsicherung für Krane, Winden, Aufzüge u. dgl., welche
das Anheben von unzulässig großen Lasten verhindert und auch im Betrieb die Anlage
gegen mögliche überlastungen schützt; bei Auslegerkranen soll sie vor allem das
Kippen durch zu große Lasten verhindern.
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überlastsicherungen für Krane und Winden, welche die vorstehenden
Forderungen erfüllen sollen, sind in verschiedenen Ausführungen bekannt.
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Man benutzt z. B. bei einem Drehstrom-Asynchrenmotor mit Schleifringläufer
die erste Hubstellung des Steuergerätes, auf der das Stillstandsdrehmoment des Motors
den zulässigen Wert nicht überschreitet, zur Lastkontrolle. Erreicht der Motor eine
durch Fliehkraftschalter überwachte Drehzahl nicht, so ist die Last zu groß und
darf durch ein Weiterschalten auf die nächsten Stufen mit höherem Drehmoment nicht
gehoben werden. Man verhindert dieses Heben der überlast dadurch, daß man durch
ein Schütz zwei oder drei Anlaßstufen des Rotorwiderstandes kurzschließt und sofort
den Schaltzustand der letzten Anlaßstufen herstellt, die - jenseits des Kippmomentes
- ein geringeres, ungefährliches Stillstandsmoment entwickeln. Hierbei ist aber
kein Schutz gegen das Anheben einer überlast gegeben, wenn der Kranführer etwas
Schlaffseil vorgibt oder das Anheben der Last vom Boden nicht sofort mit dem vollen
Lastmoment erfolgt, wie das z. B. beim Anheben eines langen Stabeisenpaketes an
einem Ende auftreten kann.
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Bei einer anderen Anordnung wird versucht, diese Schwierigkeiten dadurch
zu umgehen, daß man den Kranführer zwingt, etwa 3 Sekunden auf der ersten Hubstellung
des Steuergerätes zum Zweck einer ähnlichen Lastkontrolle zu verharren - in der
Annahme, daß mehr Schlaffseil nicht gegeben wird bzw. die volle Lastaufnahme dann
erfolgt sei.
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Eine Sicherheit dafür ist aber auch nicht immer gegeben.
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Eine weitere, rein elektrische Anordnung, welche den Motorstrom zur
Lastkontrolle heranzieht, überbrückt die Wirkung des überwachenden Stromrelais während
der Beschleunigungszeit. Bei hohen Hubgeschwindigkeiten kann eine überlast dabei
schon so hoch vom Boden angehoben sein, daß der Kran gefährdet ist.
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Elektrische Induktionskupplungen werden auch zur Lastbegrenzung herangezogen.
Sie vermeiden alle vorgenannten Schwierigkeiten dadurch, daß sie das auf das Triebwerk
übertragbare Drehmoment auf das Moment der maximal zulässigen Last begrenzen. Das
erscheint zunächst ideal. Da nun aber zum Beschleunigen auch kein größeres Moment
als das etwa 1,15fache zur Verfügung steht, wird das Hubwerk zu träge.
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Vier wichtige Forderungen soll die überlastsicherung erfüllen: 1.
Verhindern des Anhebens einer überlast (von etwa 10 bis 15114); 2. Verhindern des
Hochreißens oder Losreißens festsitzender Lasten mit Voranlauf bei Schlaffseil;
3. Schutz des Kranes beim Hängenbleiben aufwärts gehender Lasten oder des leeren
Hakens; 4. wirksamer Schutz der überlastsicherung selbst gegen Versuche, sie unwirksam
zu machen oder zu umgehen.
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Diese Forderungen werden erfindungsgemäß dadurch erfüllt, daß zwei
Strom- oder Leistungsrelais den Motorstrom überwachen, von denen das eine umschaltbar
ist und auf den Motornennstrom bzw. auf Schaltspitzenstrom geschaltet werden kann,
wobei je nach Ansprechen des zweiten etwa auf Leerlaufbelastung eingestellten Strom-
oder Leistungsrelais die Umschaltbetätigung gesperrt oder freigegeben wird, und
daß ein Drehzahl-überwachungsrelais das Weiterschalten des Steuergerätes nur dann
erlaubt, wenn mindestens die der zulässigen Last zugeordnete Drehzahl erreicht ist.
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Dabei wird von dem Gedanken ausgegangen, in den normalen Anlaufvorgang
weder zeitverzögernd noch drehmomentbegrenzend einzugreifen, sondern ihn in seinen
wesentlichen Größen in jedem Augenblick so zu überwachen, daß eine, die überlast
anzeigende Abweichung vom Sollwert zum rechtzeitigen Stillsetzen des Hubwerkes führt.
In
Abb. 1 ist ein Schaltschema der überlastsicherang gezeigt, wobei für einleichteres
Verständnis unwesentliche Hilfsrelais und Kontakte fortgelassen wurden.
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Der Hubmotor 1 -hier beispielsweise als Drehstrommotor gezeichnet
- wird vom Hauptschütz 2 geschaltet. Der vierstufige Hubsteuerschalter 3 schaltet
auf Stufe 1 mit dem oberen Kontakt das Hauptschütz ein.
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Auf dieser Stufe ist das verfügbare Motormoment etwa 110%, so daß
unzulässige Lasten hier noch nicht gehoben werden können.
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Das Schütz würde mit dem Weiterschalten auf Stufe II wieder abfallen,
wenn nicht ein Drehzahl-Überwachungsrelais 4 mit dem Erreichen der für zulässige
Last zugeordneten Drehzahl seinen Kontakt schließen würde.
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Zur Messung der Drehzahl wird die Läuferspannung benutzt, die proportional
zur Drehzahl sinkt. Das Drehzahl-Überwachungsrelais 4 verhindert nach einer Abschaltung
durch die überlastsicherung jedes Weiterheben; es kann nur noch gesenkt werden.
Die unteren Kontakte im Steuerschalter werden erfindungsgemäß nur kurzzeitig beim
überschalten von einer Schaltstufe zur nächsten geschlossen und schalten dabei ein
flink ansprechendes Verzögerungsrelais 5 ein, welches einen Nebenwiderstand 6 an
die Spule eines ersten unverzögerten Strom- oder Leistungsrelais 7 legt und es damit
von der »Nennstromüberwachung« auf - die »Schaltspitzenstromüberwachung« schaltet.
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Wenn also die Schaltstellungen II, III, IV eingeschaltet werden, dann
ist das erste Strom- oder Leistungsrelais 7 jeweils schon meßbereit für den Schaltspitzenstrom
während der durch das Verzögerungsrelais 5 gegebenen Zeit.
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Wenn beim Heben einer Überlast mit Schlaffseil angefahren wird, erfolgt
vor Weiterschaltung auf Stufe II eine Impulsgabe für das Verzögerungsrelais 5.
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Wird nun beispielsweise die Last nach halber Laufzeit des Relais 5
aufgenommen, so wird durch den Leerlauf des Motors die eingestellte Stromspitze
nicht mehr erreicht. Die Abschaltung erfolgt dann erst nach Ablauf des Verzögerungsrelais
5 im Nennstrombereich des ersten Strom- oder Leistungsrelais 7.
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Die kurze Verzögerungszeit von weniger als einer Sekunde genügt aber,
um die Last - je nach Hubgeschwindigkeit - 50 cm und mehr anzuheben und den Kran
damit zu gefährden.
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Eine weitere Relaiskombination, bestehend aus einem zweiten unverzögerten
Strom- oder Leistungsrelais 8 mit einem Verzögerungsrelais 9 steuert erfindungsgemäß
stromabhängig, ob das erste Relais 7 auf Nennstrom- oder Spitzenstrombereich geschaltet
wird.
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Das Relais 8 ist auf einen solchen Auslösewert eingestellt, daß es
auf die Sehaltstromspitzen co, eo, 9o (Abb: 2) beim Heben des leeren Hakens noch
nicht anspricht.
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Weil hierbei das Verzögerungsrelais 9 noch nicht angezogen hat, kann
das Verzögerungsrelais 5 nicht ansprechen, und Stromrelais 7 löst bei Nennstrom
Il unverzögert aus.
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Das Verzögerungsrelais 9 soll verhindern, daß bei schnellem Durchschalten
der Impuls von Steuerschalter 3 (unterer Kontakt) durch den Einschaltstrom, bei
dem das Relais 8 anzieht, an das Verzögerungsrelais 5 weitergegeben wird. Damit
ist ein wirksamer Schutz gegen das zwar verbotene, aber oft ausgeführte und äußerst
gefährliche Anheben von Lasten mit Schlaffseilvorgabe und anschließendem Losreißen
von Lasten erzielt; denn sowie bei leer hochlaufendem Motor eine Belastung auftritt,
welche den Nennstrom übersteigt, wird das Hubwerk unverzögert stillgesetzt.
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Die Strom- oder Leistungsrelais 7 und 8 sind über einen entsprechenden
Meßwandler 10 mit dem Motorstrom beaufschlagt.
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Wenn die überlastsicherung anspricht, ertönt eine in den Relaiskasten
mit eingebaute Hupe 11, die erst mit dem Zurückschalten des Steuergerätes abgeschaltet
wird: Eine wesentliche Voraussetzung für das richtige Arbeiten der überlastsicherung
ist, daß der Anlaßvorgang bei Nennlast stets so gleichmäßig verläuft, wie in Abb.
2 dargestellt ist, d. h., bei Nennlast nach dem Schaltzug a - b - c - d - e -
f - g - h und bei Leerlast nach dem Schaltzug a - bo - co
- do - fo -go - ho-Das ist zwar bei normalem, nicht zu schnellem direktem
Steuern möglich, besser jedoch mit einer halbautomatischen Schützensteuerung zu
erreichen.
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In Abb. 2 bedeutet 1, den Leerlaufstrom (Motor und Getriebe) ohne
Last, J1 den Motorstrom bei Volllast, J, den Schaltspitzenstrom bei Vollast.
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Der Schutz des Kranes kann weiterhin dadurch erhöht werden, daß man
beim Ansprechen der Überlastsicherung das Hubwerk nicht sofort voll abschaltet und
die mechanische Bremse einfallen läßt, sondern daß man mittels der Widerstandsschütze
erst die Schaltstufe I mit dem 1,lfachen Stillstandsmoment wieder herstellt.
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Wird der aufwärts gehende Haken an einem Hindernis festgehalten, so
steigt der Strom sofort stark an und die überlastsicherung löst unverzögert- aus,
d. h., sie schaltet normalerweise den Hauptstrom ab; und die Bremse fällt sofort
ein. Der Vorgang dauert beispielsweise 0,5 Sekunden. Innerhalb dieser Zeit kommt
die lebendige Energie der bewegten Massen noch zur Auswirkung und strafft das Seil
weit über den Wert der Lastgröße.
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Es kann nun sein, daß die Bremse ihre Backen gerade in dem Augenblick
schließt, in welchem diese Zusatzspannung im Seil den höchsten Wert erreicht hat.
Die Gefahr, daß der Kran nun kippt, ist sehr groß. Läßt man deshalb erfindungsgemäß
erst kurzzeitig den Schaltzustand der Anlaßstufe I reit etwa 110 bis 115% wirksam
werden, so gibt das Triebwerk der Seilspannung nach und diese klingt ab. Der Kran
kommt so auf die schnellstmögliche Weise aus dem Gefahrenzustand heraus.
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Abb. 3 zeigt den Verlauf der Seilspannung P, beim Hängenbleiben einer
aufwärts gehenden Last in Abhängigkeit von der Zeit.
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Im Punkt A bleibt die Last hängen; es entsteht eine sehr hohe Seilspannung
PB, die dann von B
nach C abklingt.
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Fällt nun beim Ansprechen der Überlastsicherung die mechanische Bremse
sofort ein, so kann unter Umständen eine zu hohe, gefährliche Seilspannung PB aufrechterhalten
werden.
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Beim Zurückschalten auf Stufe I dagegen sinkt sie in jedem Falle auf
den ungefährlichen Wert PI = 1,1 Nennlast ab.
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Nach etwa 3 bis 4 Sekunden kann dann die mechanische Bremse geschlossen
werden.
Die vorbeschriebene Relaiskombination kann zusammen mit
der Hupe in ein mit Sicherheitsschloß abschließbares Gehäuse eingebaut sein. Damit
ist ein besserer Schutz gegen mutwillige Eingriffe erzielt als bei den bisher bekannten
überlastsicherungen.
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Die vier genannten Forderungen werden somit in einfacher und zuverlässiger
Weise erfüllt.
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Die Kombination eines umschaltbaren Strom- oder Leistungsrelais mit
einem zweiten, die Belastung vortestenden Relais bewirkt in Verbindung mit dem Drehzahlüberwachungsrelais
eine sichere Erfassung der unzulässigen überlast schon im ersten Beschleunigungsstadium
und eine so frühzeitige Abschaltung des Hubwerkes, daß die Last sich kaum merkbar
vom Boden löst.
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Als besonderer Fortschritt muß das Verhindern des Losreißens festsitzender
Lasten angesehen werden, das schon so manche Kranunfälle verursacht hat.
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Die erfindungsgemäße Überlastsicherung schützt den Kran außerdem wirkungsvoll
gegen das gefährliche Hängenbleiben von aufwärts bewegten Lasten oder leeren Haken.
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An die Stelle des elektromagnetischen Meß- und Schaltrelais können
auch elektronische Schalter, z. B. Schalttransistoren treten, wodurch eventuell
eine höhere Lebensdauer, kleinere Abmessungen bei Fortfall von Kontakten erreicht
wird.