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Schaltung für elektromotorisch angetriebene Windwerke Bei Windwerken,
insbesondere mit zwei oder mehreren Antriebsmotoren, die zum Erzielen des Gleichlaufes
mit einer elektrischen oder auch mit einer mechanischen Welle verbunden sind, treten
bei überlastung infolge Festklemmens einer Windwerksseite durch zusätzliche Momentübertragung
über die Welle auf der bereits überlasteten Seite unerwünscht hohe Drehmomente auf.
Das ergibt sich daraus, weil die Welle aus Sicherheitsgründen so stark dimensioniert
sein muß, daß das über die Welle übertragbare Drehmoment höher liegt als das maximale
Kippraoment der Antriebsmotoren. Man hat daher bisher die mechanischen Einrichtungen
jeder Windwerksseite so stark dimensioniert, daß bei einseitiger Überlastung trotz
des zusätzlich über die Welle übertragenen Drehmomentes keine Beschädigung der Zugelemente
oder anderer Teile des Windwerkes auftreten können. Eine nach diesen Gesichtspunkten
erfolgte Dimensionierung der mechanischen Teile bringt aber eine beträchtliche Vergrößerung
ihres Gewichtes und auch einen erheblichen Kostenaufwand mit sich. Es ist bereits
bekannt, Schutzeinrichtungen, z. B. in Form von überlastungskupplungen, zwischen
Windwerk und Antrieb vorzusehen oder Kraftmeßeinrichtungen unter die Windwerkslager
oder in Windwerksteile einzubauen, die die Reaktionskraft auf die zu bewegende Last
messen und bei Auftreten einer bestimmten überlastung im Windwerk mit Hilfe von
Relaiseinrichtungen den Antrieb abschalten. überlastungskupplungen arbeiten insbesondere
bei schweren Lasten nicht zuverlässig, wogegen die Abschaltung eine Betriebsunterbrechung
bedeutet, die manchmal gar nicht erforderlich wäre.
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Die Erfindung betrifft eine Schaltung für elektromotorisch angetriebene
Windwerke für Wehre, Schleusen u. dgl. zum Schutz der mechanischen Windwerksteile
gegen Überlastung mit einer Meßeinrichtung für die Windwerksbelastung oder einer
dieser Belastung entsprechenden Größe, wobei die Meßeinrichtung auf eine Einrichtung
zum Beeinflussen der dem Antrieb zugeführten Energie einwirkt. Die erfindungsgemäße
Schaltuno, ist dadurch gekennzeichnet, daß zum Speisen des Antriebs eine Verstärkereinrichtung
vorgesehen ist, deren Steuerkreis mit der Meßeinrichtung für die Windwerksbelastung
oder für die der Belastung entsprechende Größe derart zusammengeschaltet ist, daß
bei Überlastung das vom Antrieb abgegebene Drehmoment durch Verändern der ihm zugeführten
Energie unter einem vorgegebenen Höchstwert bleibt.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung liegt im wesentlichen
darin, daß eine schwächere und gewichtssparende Dimensionierung der Zugelemente
und Getriebeteile des Windwerkes ermöglicht ist, indem das vom Antrieb abgegebene
Drehmoment ohne Betriebsunterbrechung auf einen vorgegebenen Höchstwert begrenzt
wird. Der Antrieb arbeitet zwar weiter und gibt auch bei Stillstand Drehmoment an
das Windwerk ab, aber die Belastung der Zugglieder sowie der übrigen Windwerksteile
bleiben infolge der Drosselung der dem Antrieb zugeführten Energie mittels der von
der Belastung abhängigen Verstärkungsregelung unter dem für die mechanischen Teile
zulässigen Wert. Nach Wegfall des einen Belastungsanstieg hervorrufenden Hindernisses
spielen sich die normalen Betriebsverhältnisse sofort wieder ein. Die Erfindung
ist bei Windwerken mit Einmotorenantrieb und ebenso auch bei Windwerken mit einem
Antrieb aus zwei oder mehreren Motoren anwendbar, die durch eine elektrische oder
mechanische Welle in Gleichlauf gehalten sind. Bei der praktischen Durchführung
der Erfindung ist mit Vorteil zur Steuerung des den Antrieb speisenden Verstärkers
eine Kraftmeßeinrichtung vorgesehen, die in bekannter Weise unter dem oder den Windwerkslagem
oder zwischen Windwerksteile eingebaut ist. Hier wird die Windwerksbelastung
bzw.
die Belastung der Zugglieder und der anderen Windwerksteile direkt durch Messung
der Lager oder Getriebereaktionskraft erfaßt. Die vom Antriebsmotor zu deckenden
Verluste im Getriebe gehen in diese Messung nicht ' ein. E ' s kann
aber auch nach einem weiteren Merkmal der Erfindung zur Steuerung des Verstärkers,
über den der Antrieb gespeist wird, die vom Antrieb aufgenommene Leistung, insbesondere
Wirkleistung, selbst oder eine dazu proportionale Größe als Maß für die Windwerksbelastung
herangezogen werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
Diese Beispiele beziehen sich auf Windwerksantriebe mit zwei Antriebsmotoren, die
mit zugeordneten, läuferseitig verbundenen Ausgleichsmaschinen eine elektrische
Welle bilden. In Fig. 1 ist das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen
Schutzschaltung mit Steuerung der in den Speiseleitungen zu den Antriebsmotoren
angeordneten Verstärker über Kraftmeßeinrichtungen und in Fig. 2 das Prinzipschaltbild
der Verstärkersteuerung unter Heranziehun- der von den Motoren aufgenommenen Leistung
als Maß für die Windwerksbelastung dargestellt.
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In Fig. 1 sind 1. und 2 die Antriebsmotoren zweier Windwerke
für Wehrschütze, Schleusentore od. dgl. Jeder Antriebsmotor ist starr mä einer Ausgleichsmaschine
3 bzw. 4 gekuppelt. Die Ausgleichsmaschinen sind miteinander läuferseitig,
wie durch 5 angedeutet, verbunden und bilden eine elektrische Welle zwischen
den Antriebsmotoren. Die Speisung des Antriebssystems erfolgt vom Netz
6 über den Hauptschalter 7 und über den Teilstrang 8 für die
Antriebsmotoren 1, 2 und den Teilstrang 9 für die Ausgleichsmaschinen
3, 4. Die beiden Schalter 10 und 11 bzw. 12 und 13 je
Teilstrang ermöglichen jeweils die Einschaltung in einer der beiden Drehrichtungen,
in denen die Antriebsmotoren beim Heben bzw. Senken der Last angelassen werden können.
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Die Speisung des Antriebsmotors 1 erfolgt über einen Verstärker
14 und die Speisung des Antriebsmotors 2 über einen Verstärker 15. Als Verstärker
finden vorteilhaft Magnetverstärker, und zwar insbesondere vom selbstreduzierenden
Typ, Anwendung, so daß bei Ausbleiben ihrer Erregung im Fehlerfall der Speisestrom
der Antriebsmotoren sehr stark herabgesetzt oder überhaupt gesperrt wird. Die Verstärker
können in jede Ständerphase oder nur in zwei oder überhaupt nur in eine Ständerphase
eingeschaltet sein. Als besonders vorteilhaft hat sich die Anordnuno,
je eines Magnetverstärkers in zwei Ständerphasen des betreffenden Antriebsmotors
erwiesen, wodurch sich eine besonders wirksame Steuerung mit gegenüber der dreiphasigen
Anordnung verringertem Aufwand ert. Die Steuerung der Verstärkunor dieser Verstärker
ib el 14 und 15 erfolgt über Kraftmeßeinrichtungen 16 und
17, die in bekannter Weise in dem oder den Windwerkslagern oder zwischen
Windwerksteile, z. B. im Getriebe, eingebaut sind. Sie messen die Reaktionskraft
auf die Last bzw. auf den vom Antrieb auf die mechanischen Teile des Windwerkes
ausgeübten Zug, entsprechend dem vom Antriebsmotor auf das Windwerk abgegebenen
Drehmoment. Bei Verwendung von Kraftmeßeinrichtungen, die nach dem magnetoelastischen
Prinzip arbeiten und einen Meßkörper mit druckabhängiger Permeabilität in einer
Spule aufweisen, deren Widerstandswert sich bei Belastung ändert und in einer Widerstandsmeßschaltung
gemessen wird, tritt eine der Belastung proportionale Spannung oder ein proportionaler
Strom am Ausgang des Meßkreises auf. Diese Ausg ngsgrößen der Kraftmeßein-.a richtungen
zu beiden Windwerksseiten können nun entweder getrennt je in den Steuerkreis
des den Antriebsmotor auf der zugehörigen Windwerksseite speisenden Verstärker eingeführt
werden. Es kann aber auch aus den Ausgangsgrößen der Kraftmeßeinrichtungen an beiden
Windwerkseiten in der Einrichtung 18 eine gemeinsame Größe abgeleitet, z.
B. vorzugsweise die Summe gebildet werden, die über den Vorverstärker
19 in die Steuerkreise der Verstärker 1.4 und 15 zusammen mit der
von der Einrichtung 20 gemessenen Größe für das über die Welle übertragene Moment
eingeführt und zur Verstärkungssteuerung herangezogen wird. Die Steuerung der Verstärker
1.4 und 15 kann dann bei Überlastung auf einer Windwerksseite so bewerkstelligt
werden, daß die sowohl dem Antriebsmotor auf der überlasteten als auch dem Antriebsmotor
auf der nicht überlasteten Seite zugeführte Energie gleichmäßig herabgesetzt wird.
Die Begrenzung des an die mechanischen Windwerksteile abgegebenenDrehmoments auf
der überlastetenWindwerksseite kommt dann dadurch zustande, daß einerseits die zugeführte
Energie zum Antriebsmotor auf der überlasteten Seite und andererseits zugleich das
vom nicht überlasteten Antriebsmotor über die Welle übertragene Ausgleichsmoment
herabgesetzt werden. Dabei ergibt sich der Vorteil der gleichen Belastung beider
Antriebsmotoren auch in thermischer Hinsicht trotz ungleichmäßiger Belastungsverhältnisse
auf den Windwerksseiten.
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Es wäre auch die Anordnung von nur einem Verstärker im Speisekreis
nur eines der beiden Antriebsmotoren möglich. Die Verstärkungssteuerung in
Ab-
hängigkeit von der Windwerksbelastung erfolgt dann vorteilhaft so, daß
bei Überlastung auf der von diesem geregelten Motor angetriebenen Windwerksseite
die Energiezufuhr zu diesem Motor im Ausmaß des vom nicht belasteten Antriebsmotor
der anderen Windwerksseite über die Welle übertragenen Momentes herabgesetzt wird,
hingegen daß bei Überlastung auf der anderen Windwerksseite ebenfalls die Energiezufuhr
zum genannten, aber jetzt nicht überlasteten Motor herabgesetzt wird, so daß dieser
kein Ausgleichsmoment über die Welle überträ'gen kann. Bei dieser Art der Steuerung
bleibt ebenfalls das bei Blokkierung einer Windwerksseite vom Antrieb abgegebene
Drehmoment unter dem vorgegebenen Höchstwert.
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In Fig. 2 sind mit 1 und 2 wieder zwei Antriebsmotoren und
mit 3 und 4 die zugeordneten Ausgleichsmaschinen eines Windwerkes bezeichnet.
Die läuferseitige Verbindung der Ausgleichsmaschine ist mit 5 angedeutet.
Die Speisung der Antriebsmotoren und der Ausgleichsmaschinen erfolgt wie im Beispiel
nach Fig. 1 über die mit 6 bis 13 bezeichneten Elemente. 14
und 15 sind die Verstärker, über die die Speisung der Antriebsmotoren erfolgt.
Auch hier ist es nicht notwendig, in allen drei Ständerphasen einen Verstärker vorzusehen,
es genügt die Anordnung von Verstärkern in zwei Phasen oder überhaupt nur in einer
Phase der Antriebsmotoren. Es werden mit Vorteil Magnetverstärker insbesondere vom
selbstredrzierenden Typ verwendet. Als Maß für die Windwerksbelastung wird
in diesem Beispiel Größe und Richtuno, g de s Leistungsflusses über die Ausgleichsmaschinen
und zusätzlich die Größe der von den Antriebsmotoren aufgenommenen Leistung ermittelt.
Diese beiden Größen sind, von Getriebeverlusten abgesehen,
für das
vom Antrieb auf das Windwerk abgegebene Drehmoment und damit für die Größe der möglichen
überlastung der mechanischen Windwerksteile bestimmend. Im einzelnen ist die Schaltung
hier so getroffen, daß z. B. über Wandler 21 und 22 die Größe der Ständerströme
der Antriebsmotoren als Maß für die von diesen Motoren aufgenommene Leistung, insbesondere
Wirkleistung, gemessen und nötigenfalls nach Vorverstärkung im Verstärker
19 in den Steuerkreis der die Antriebsmotoren speisenden Verstärker 14 und
15 eingeführt wird. Außerdem werden die Ständerströme der Ausgleichsmaschinen
mittels der Wandler 23 und 24 und der über die Welle fließende Ausgleichssirom
mittels der Widerstands- oder Stromwandlereinrichtung 25 gemessen. Die Größe
der Ständerströme der Ausgleichsmaschinen ist zusammen mit der Größe des Ausgleichssiromes
ein Maß für Größe und Richtung des Leistungsflusses in der eleksehen Welle. Diese
Größen werden ebenfalls vorteilhaft über den Vorverstärker 19 in den Steuerkreis
der Verstärker 14 und 15 eingeführt. Tritt eine Festklemmung einer Windwerksseite
auf. so führt die elektrische Welle Energie vom schwächer oder unbelasteten Antriebsteil
dem überlasteten Triebwerk auf der anderen Windwerksseite zu. Diese Energiezufuhr
über die elektrische Welle wird von der erfindunasgemäßen Einrichtung erfaßt, und
es wird in entsprechendem Maße durch Veränderung der Verstärkung des dem überlastet
en Antrieb zugeordnetcn Verstärkers die Leistungsaufnahme des überlasteten Antriebsmotors
vom Netz so weit gesenkt, daß dieser gemeinsam mit den Ausgleichsmaschinen nur das
maximal zulässige Drehmoment an das Windwerk abgeben kann. Die elektrische Welle
als solche bleibt ohne Schwächung bestehen. Während bei den bisherigen Antriebseinrichtungen
für Windwerke mit elektrischer Welle mit Ausgleichsmaschinen das maximal mögliche
Moment je Antriebsseite das zweifache Kippmoment eines Antriebsmotors war
und die mechanischen Einrichtungen für diese Belastung bemessen werden mußten, ist
es durch die erfindungsgemäße Schaltung möglich, dieses maximal auftretende und
von den Antriebsmotoren gemeinsam mit den Ause,1 Cr eichsmaschinen je Windwerksseite
abgegebene Drehmomeiü auf das einfache Kippmoment oder darunter zu begrenzen, so
daß die mechanischen Teile auch bei schwächerer Bemessung vor überlastung geschilIzt
sind.
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Es ist nicht unbedingt erforderlich, als Verstärker zu-r
S eisung der Antriebsmotoren Magnetverstärker p r_I vorzusehen, es können
auch Verstärker anderer Bauart. z. B. critL*erges'Leuerte Röhren (Stromtore), Anwendun-
finden, ohne den Rahmen der Erfinduna zu verlassen. Es sind weiter auch verschiedene
Abänderun-en der in der Zeichnung dargestellten Schaltungen denkbar. Insbesondere
ist die Anwendung auf Antriebe mit zwei oder mehreren durch eine elektrische
Arbeitswelle oder mechanische Welle im Gleichlauf gehaltenen Antriebsmotoren möglich,
wobei nur ein oder einzelne Motoren über von der Windwerksbelastung gesteuerte Verstärker
gespeist werden müssen. Schließlich kann durch Anordnuna, von zwei Maenetverstärkein
in zwei oder drei Phasen des betreff--nden Antriebsmotors die Drehrichtunasumkehr
und die Abschaltung der Antriebsmotoren ohne Zuhilfenahme von Schützen oder sonstigen
mit Kontakten versehenen Schaltgeräten bewerkstelligt werden, wobei sich auch eine
besonders rasche Stillsetzung der Triebwerke durch Gegenstrombremsung erzielen läßt.