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Überlastsicherung für Kranhubwerke Bei elektrischen Kranhubwerken
ist es bekannt, die erste Schaltstufe so zu wählen, daß der Motor kein die Standsicherheit
des Kranes gefährdendes Drehmoment entwickelt, und eine drehzahlabhängige Schalteinrichtung
zu verwenden, die ein Einschalten einer höheren Schaltstufe, in der der Motor das
höchstzulässige Drehmoment überschreiten würde, verhindert, wenn die der ersten
Schaltstufe zugeordnete Drehzahl wegen Überlastung nicht erreicht wird. Bei einer
anderen Ausführungsform dieser bekannten Einrichtung ist zwar ein Weiterschalten
möglich, trotzdem die Drehzahl der ersten Schaltstufe noch nicht erreicht ist. Es
werden dann aber beim Weiterschalten diejenigen Schaltstufen übersprungen, in denen
der Motor das höchstzulässige Drehmoment überschreiten würde; und gleich auf ein
solche Stufe weitergeschaltet, in der bei der vorhandenen niedrigen Drehzahl das
Motormoment kleiner ist als das höchstzulässige Moment. In beiden Fällen bleibt
jedoch der überlastete Motor so lange eingeschaltet, bis der Kranführer den Steuerschalter
wieder in die Ausgangslage zurückstellt. Es ist daher schon vorgeschlagen worden,
den Motor mit Hilfe der drehzahlabhängigen Einrichtung abzuschalten, wenn er beim
Übergang in die zweite Schaltstufe die der ersten Schaltstufe zugeordnete Stufendrehzahl
nicht erreicht hat.
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Ferner ist auch eine Einrichtung bekannt, mit der bei einer Überlast,
die den Kran an sich zum Kippen bringen würde, ein Kippen verhindert wird, dadurch,
daß der Antrieb abgeschaltet wird nach einer Zeit, die kürzer als die Kippzeit des
Kranes ist.
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Eine Verbesserung für die Überlastsicherung von Kranhubwerken wird
durch die Erfindung erreicht. Sie geht aus von einer Überlastsicherung für durch
einen Drehstrom-Asynchronmotor mit Schleifringläufer angetriebene Kranhubwerke,
bei der eine drehzahlabhängige Schalteinrichtung das Einschalten einer höheren Schaltstufe
verhindert, wenn die der vorhergehenden Schaltstufe zugeordnete Drehzahl wegen Überlastung
nicht erreicht wird, und in der eine den Hubmotor bei Überlastung abschaltende Zeitschalteinrichtung
verwendet ist.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Zeitschalteinrichtung den Hubmotor
in der ersten oder einer der ersten Schaltstufen nur dann abschaltet, wenn die drehzahlabhängige
Schalteinrichtung nicht innerhalb einer bestimmten Zeit die Einschaltung höherer
Schaltstufen freigibt. Auf diesse Weise wird verhindert, daß der Motor die Überlast
unnötig lange mit niedriger Drehzahl anhebt. Da die Drehzahl eines Schleifringläufers
aber nicht nur vom eingeschalteten Anlaßwiderstand und von der Belastung, sondern
auch von der Höhe der Netzspannung und von der Betriebstemperatur des Motors, insbesondere
aber seiner Anlaßwiderstände abhängt, wird gemäß der erweiterten Erfindung ein stromabhängiges
Zeitrelais als Zeitschalteinrichtung benutzt, das über einen Gleichrichter an einen
Läuferwiderstand des Motors galvanisch oder über einen Stromwandler induktiv angeschlossen
werden kann. Das Zeitrelais selbst kann aus einem über einen Widerstand aufgeladenen
Kondensator bestehen, zu dem über ein spannungsabhängiges Schaltglied, vorzugsweise
eine Zenerdiode, ein Relais parallel liegt. Bei einer höheren Netzspannung beispielsweise,
bei der die Enddrehzahlen in den einzelnen Schaltstufen des Motors entsprechend
höher liegen, wird dann der Kondensator des Zeitrelais eher auf die Schaltspannung
aufgeladen und der Motor gegebenenfalls eher abgeschaltet als bei einer niedrigeren
Netzspannung. Auf ähnliche Weise paßt sich die Schaltzeit des läuferstromabhängigen
Schaltrelais an die Betriebstemperatur von Motor und Anlaßwiderständen an.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Überlastsicherung.
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Es sei angenommen, daß ein Drehstrom-Asynchronmotor mit Schleifringläufer
jeweils mit einem bestimmten Läuferwiderstand eingeschaltet werde, so daß seine
Drehzahl-Momenten-Kennlinie nach Fig.l verläuft, wonach am Ende des Anlaufvorganges
bei Vollast die Drehzahl des Motors 20"/, der Nenndrehzahl betrage. Ist der Motor
mit mehr als 1000/0
belastet, so erreicht er diese Drehzahl nicht. Das Erreichen
dieser Drehzahl kann somit bei einem
vorgegebenen Moment als Lastkriterium
betrachtet werden.
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Beim nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel nach Fig.2 ist
angenommen, daß der in den Läuferkreis des Drehstrom-Asynchronmotors in der ersten
Schaltstufe eingeschaltete Anlaßwiderstand W, so bemessen sei, daß der Hubmotor
M bei 100 °/o Last 20 °/o seiner Nenndrehzahl erreicht.
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Bei 20 °/o Drehzahl beträgt die Läuferfrequenz 40 Hz, wenn die Netzfrequenz
mit 50 Hz angenommen wird. Diese Läuferfrequenz muß der Hubmotor M innerhalb einer
vorgegebenen Zeit.erreichen, wenn er mittels des nicht dargestellten Meisterschalters
eingeschaltet wird. Dabei wird vorübergehend der Kontakt k des Meisterschalters
geschlossen und das Einschaltschütz E erregt, das sich über dessen Haltekontakt
e bis zum Wiederzurückführen des Meisterschalters in die Ausgangslage im geschlossenen
Zustand hält, wenn sein Stromkreis nicht auf andere Weise aufgetrennt wird. Beispielsweise
ist hierzu das Einschaltschütz E an die Phase R oder T über einen Kontakt des Meisterschalters
angeschlossen, der außerhalb der Nullage desselben geschlossen ist.
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Zur Feststellung, ob der Hubmotor M in der ersten Schaltstufe 20 °/o
seiner Nenndrehzahl erreicht, dient ein Phasensprungrelais D, das an die Läuferspannung
angeschlossen ist und seinen Kontakt d schließt, wenn die Läuferfrequenz 40 Hz erreicht.
Diesem Phasensprungrelais D ist einerseits eine Drossel Dr vorgeschaltet, die über
den gesamten Drehzahlbereich einen konstanten Strom liefert, da sich die Spannung
an der Drossel proportional mit der Frequenz ändert. Andererseits ist das Phasensprungrelais
D über einen Kondensator Cl an die Läuferspannung angeschlossen, dessen Strom mit
zunehmender Frequenz steigt.
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Der Strom JD, durch die Drossel und der Strom Jc durch den
Kondensator Cl haben etwa den in Fig. 3 dargestellten Verlauf und schneiden sich
bei 40 Hz im Punkte P. Das Phasensprungrelais D vergleicht in an sich bekannter
Weise die beiden Stromwerte Jc und JD, nach getrennter Gleichrichtung
über seine beiden Wicklungen a und b. Beträgt die Läuferfrequenz über
40 Hz, d. h., ist die Drehzahl des Hubmotors M kleiner als 20 °/o der Nenndrehzahl,
so liegt der Kontakt d des Phasensprungrelais D in der gezeichneten Stellung. Der
Steuerkreis für die Steuerschütze A,, A2, A3 ist somit unterbrochen, und
derHubmotorM behält sein durch die Größe des Anlaßwiderstandes W, gegebenes Moment
so lange bei, bis 20 °/o der Drehzahl bzw. 40 Hz erreicht sind, was nur möglich
ist, wenn keine Überlast vorhanden ist. Bei 40 Hz und darunter ist jedoch der Kontakt
d geschlossen und gibt dadurch die Steuerschütze A,, A2, A3 für die Steuerung
durch den Meisterschalter frei.
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Ist Überlast am Hubmotor, so werden 20 °/a der Nenndrehzahl bzw. 40
Hz nicht erreicht, und der Hubmotor würde mit dem vorgegebenen Moment bei z. B.
110"/, Last mit etwa 501, Nenndrehzahl weiterlaufen.
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Um dies zu vermeiden, wird die Zeit, die der Motor vom Einschaltaugenblick
bis zum Erreichen des Sollwertes von 200/, der Nenndrehzahl (40 Hz) benötigt, als
weiteres Kriterium eingeführt.
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Zu diesem Zweck ist an einen Widerstand S im Läufer- t kreis des Motors
über einen Gleichrichter ein Kondensator C2 angeschlossen, der in an sich bekannter
Weise über einen Widerstand WZ in einer von der anliegenden Spannung abhängigen
Zeit auf einen bestimmten Spannungswert aufgeladen wird. Ist dieser erreicht, so
entlädt sich der Kondensator über eine spannungsempfindliche Schalteinrichtung,
z. B. eine Glimmlampe, vorzugsweise jedoch über eine Zener-Diode Zd und das Relais
G. Auf diese Weise wird berücksichtigt, ob der Hubmotor im kalten oder warmen Zustand
eingeschaltet wird und ob die Netzspannung hoch oder niedrig ist, weil diese Größen
die Höhe des Läuferstromes und damit die Aufladezeit des Kondensators C2 beeinflussen.
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Das Relais G öffnet den Ruhekontakt g. Ist bei seinem Ansprechen der
Kontakt d des Phasensprungrelais D noch nicht geschlossen, d. h. ist zu diesem Zeitpunkt
die Enddrehzahl der ersten Schaltstufe noch nicht erreicht, so wird durch das Öffnen
des Kontaktes g der Stromkreis für das Einshacltschütz E unterbrochen und der Motor
abgeschaltet. Hat dagegen das Phasensprungrelais D eingeschaltet und damit gezeigt,
daß Vollast oder weniger Last vorhanden ist, so wird über den nun geschlossenen
Arbeitskontakt f des Relais F der Kontakt g überbrückt, und der Hubmotor
M bleibt eingeschaltet.
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Die Einrichtung arbeitet unabhängig von der anliegenden Netzspannung
und vom inneren Widerstand des Hubmotors, da nur der für die Drehmoment-Bildung
maßgebende Strom ausschlaggebend ist. In der Drehzahlmeßeinrichtung wandert der
Punkt P (Fig.3) bei verschiedenen Spannungen auf einer Senkrechten (gestrichelten
Linie) unabhängig davon, ob die Läuferspannung durch Änderung der Netzspannung oder
durch Widerstandszunahme im Hubmotor bzw. im Anlaßwiderstand infolge Erwärmung variiert.
Das Zeitrelais gibt bei höheren Netzspannungen kleinere und bei Widerstandserhöhung
im Hubmotor längere Zeit vor, und umgekehrt.
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Die Temperatur des Anlaßwiderstandes W, kann allerdings einen gewissen
Einfluß auf die Motordrehzahl haben. Es sei beispielsweise die Einrichtung so eingestellt,
daß entsprechend dem angenommenen Beispiel der Hubmotor bei Vollast in der ersten
Schaltstufe eine Endgeschwindigkeit entsprechend einer Läuferfrequenz von 40 Hz
erreicht, wenn der Anlaßwiderstand W,_ kalt ist. Ist dieser jedoch warm; so ist
sein Widerstand entsprechend größer. Der Läuferstrom ist daher kleiner als vorher;
und damit wird auch das Drehmoment kleiner. Der Hubmotor erreicht daher nur eine
geringere Enddrehzahl; beispielsweise entsprechend einer Läuferfrequenz von 30 oder
35 Hz.
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Diese Ungenauigkeit läßt sich auf einfache Weise eliminieren, wenn
man ein Korrekturglied einführt, das die Kennlinie des Drosselstromes
JD, in Fig. 3 bei Erwärmung des Anlaßwiderstandes entsprechend nach unten
verschiebt, so daß der Punkt P in den Bereich kleinerer Frequenzen fällt. Dieses
Korrekturglied kann beispielsweise in einem temperaturabhängigen Widerstand bestehen,
der dem Temperaturgang des Anlaßwiderstandes W, folgt und in dem Gleichstromkreis
der Wicklung a des Phasensprungrelais D eingeschaltet ist. Eine solche Korrekturmaßnahme
wird vorteilhaft sein, wenn besonders hohe Genauigkeiten, beispielsweise <__
10°/0, gefordert werden.