-
Elektrischer Drehstromantrieb für Hebezeuge, insbesondere für Fördermaschinen
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Drehstromantrieb für Hebezeuge, insbesondere
für Fördermaschinen, bei dem zur Geschwindigkeitsänderung eine Änderung der Frequenz
(Niederfrequenz bzw. Gleichstrombremsung) und/oder des Läuferwiderstandes in Abhängigkeit
von einem Stellungsmeßwerk erfolgt.
-
Bei Drehstrommotoren mit Schleifringläufer erfolgt in bekannter Weise
beim Anfahren und Bremsen die Änderung des oder der Läuferwiderstände nach einer
bestimmten Funktion entsprechend einem mittleren kostanten Moment. So wird z. B.
bei den bekannten Einrichtungen zur Niederfrequenzbremsung der Drehstrommotoren
von Fördermaschinen der Drehstrommotor bei Betätigung eines Schaltmittels vom normalfrequenten
Netz getrennt und an eine ungeregelte niederfrequente Energiequelle angeschlossen,
bzw. es wird zur Gleichstrombremsung eine ungeregelte Gleichstromquelle an Stelle
des Netzes zugeschaltet.
-
Bei den bekannten Einrichtungen dieser Art besteht daher der Nachteil,
daß bei niederfrequenz-oder gleichstromgebremsten Drehstrommaschinen die Größe der
Geschwindigkeitsänderung nicht konstant und abhängig von der Nutzlast ist. Bei Maschinen
mit Handsteuerung ist außerdem eine falsche Bedienungsweise möglich. Dies hat den
Nachteil, daß entweder der Drehstromantriebsmotor bereits seine Schleichdrehzahl
(synchrone Drehzahl entsprechend der Niederfrequenz) erreicht hat, wenn der Förderkorb
noch eine größere Strecke von seiner Endstellung entfernt ist, so daß der Förderkorb
diese Strecke mit Schleichgeschwindigkeit zurücklegt, oder daß er bei Gleichstrombremsung
bereits vor der Endstellung zum Stillstand gekommen ist, und der Förderkorb nachgesetzt
werden muß. Dies bedeutet eine Verringerung der Förderzüge pro Schicht und somit
einen Förderausfall. Andererseits bringt die Steuerung von Hand für den Fördermaschinisten
eine erhebliche physische Anstrengung, zumal wenn er jeden Lastfall möglichst günstig
fahren soll. Darüber hinaus treten durch die nicht zu vermeidenden ungleichen Geschwindigkeitsänderungen
bei der Handsteuerung unerwünschte Belastungsspitzen sowie ungleichmäßige Beanspruchungen
von Schacht (Spurlatten) und Förderseilen (Seilschwingungen) auf. Ferner ist bei
Handsteuerung eine übermäßige Belastung der Bremseinrichtung nicht zu vermeiden.
Dasselbe gilt selbstverständlich auch für das Getriebe und die übrigen bewegten
Teile der Fördermaschine.
-
Es sind Genauigkeitsschaltungen für Gleichstromfördermaschinen mit
Leonardantrieb bekanntgeworden, bei denen durch Gegenschaltung einer der Sollgeschwindigkeit
und einer der Istgeschwindigkeit proportionalen Spannung auf ein Differentialrelais
der Steuerapparat des Leonardantriebes derart beeinflußt wird, daß die jeweilige
Sellung des Steuerapparates einer bestimmten Sollgeschwindigkeit entspricht. Der
Einfluß der Nutzlast auf die Geschwindigkeitsänderung des Antriebes, insbesondere
bei der Verzögerung, wird durch diese Art der Steuerung nicht beseitigt.
-
Aufgabe der Einrichtung nach der Erfindung ist es, die geschilderten
Nachteile zu beseitigen. Die Lösung besteht darin, daß eine Regeleinrichtung zur
selbsttätigen Geschwindigkeitsänderung auf einen bestimmten und über die Anderungszeit
konstanten Wert vorgesehen ist und daß hierzu ein mit dem Antrieb gekuppelter Geber
für die Regelung angeordnet ist, der seinerseits in Abhängigkeit von einem die Nutzlast
erfassenden Meßwerk und/oder von einem nutzlastabhängigen Zeitmeßwerk steht, derart,
daß der Einfluß der Nutzlast aufgehoben wird und der Antrieb des Hebezeuges unbeeinflußt
von der Nutzlast in einer vorgeschriebenen Stellung eine bestimmte Drehzahl erreicht.
-
Mit der Einrichtung nach der Erfindung kann eine konstante Geschwindigkeitsänderung
erreicht werden. Durch Messung der Nutzlast entweder beim Fahren mit konstanter
Geschwindigkeit oder während des Regelvorganges selbst kann erreicht werden, daß
auch bei größeren Nutzlastschwankungen, d. h. bei allen vorkommenden Belastungsfällen
praktisch immer
eine konstante, der Nutzlast entsprechende Geschwindigkeitsänderung
erzielt wird.
-
Als Geber für die Regelung kann ein Tachodynamo in Gegenschaltung
zu einem Potentiometer, insbesondere einem Kollektarregler vorgesehen sein. Dabei
gibt der Tachodynamo eine der Istgeschwindigkeit des Motors proportionale Spannung
und der Kollektorregler eine Sollwertspannung ab, die einem dem jeweils zurückgelegten
Weg in bestimmten Web punkten entsprechenden Geschwindigkeitswert proportional ist.
Durch den Sollwert wird ein Weggeschwindigkeitsprogramm aufgestellt, das einen Geschwindigkeitsvergleich
ermöglicht. An Stelle des Kollektorreglers können auch Drehmelder od. dgl. verwendet
werden. Ferner kann an Stelle des Tachodynamos ebenfalls ein Drehmelder in Verbindung
mit einer Differenziereinrichtung vorgesehen sein. Bei der letztgenannten Einrichtung
besteht der Vorteil, daß durch den Fortfall eines Tachodynamos die normalerweise
auftretende Phasenverschiebung zwischen der Spannung des Tachodynamos und der Spannung
des Drehmelders vermieden werden kann, allerdings auf Kosten einer etwas größeren
Zeitkonstante und größeren Ungenauigkeit im Bereich kleiner Drehzahlen. Weitere
Einzelheiten der Erfindung sind an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
-
Gemäß Fig.l treibt ein Drehstrommotor F mit Schleifringläufer, im
folgenden als Motor bezeichnet, über ein Untersetzungsgetriebe GH eine Treibscheibe
TS für ein Förderseil, an dem Förderkörbe FK befestigt sind (in der Zeichnung ist
der Einfachheit halber nur ein Förderkorb dargestellt). Der Motor wird ständerseitig
von einem Drehstromhochspannungsnetz DS normaler Frequenz gespeist. Er kann zum
Bremsen, gegebenenfalls auch zum Anfahren durch eine Schalteinrichtung S an eine
Verstärkereinrichtung V angeschlossen werden, die ihrerseits mit den Bürsten eines
Frequenzwandlers FR leitend verbunden ist. An Stelle der schematisch dargestellten
einfachen Schalteinrichtung S werden in der praktischen Ausführung mehrere Schaltschütze
od. dgl. vorgesehen, von denen die einen für die Abschaltung vom Drehstromnetz und
die anderen für die Zuschaltung der niederfrequenten Energiequelle dienen. Es ist
dies notwendig, um zwischen der Umschaltung eine bestimmte Abklingzeit für die induzierte
Ständerhochspannung des Motors einzuhalten, damit nicht Hochspannung auf die niederfrequente
Energiequelle kommt.
-
Die Regelung des Frequenzwandlers im Sinne einer konstanten Geschwindigkeitsänderung,
insbesondere einer konstanten Bremsverzögerung, kann sowohl durch eine Änderung
der Eingangs- und/oder Ausgangsspannung oder der Ständerfrequenz des Frequenzwandlers
als auch durch gleichzeitige Änderung aller genannten Größen erfolgen. Es ist zu
diesem Zweck als Regler für die Änderung der Ausgangsspannung (Bürstenspannung)
ein mechanischer Regler TR, z. B. ein Thomaregler, vorgesehen, der die Bürsten des
Frequenzwandlers FR entsprechend verstellt. Zur Änderung der Eingangsspannung (Schleifrmgspannung)
des Frequenzwandlers FR kann entweder ein Magnetverstärker MV oder auch ein
Synchrongenerator vorgesehen sein. Ferner kann gegebenenfalls eine Änderung der
Frequenz durch einen Verstellwiderstand W, im Ständerkreis des Frequenzwandlers
erfolgen. Die Regler für die Ausgangs- bzw. Eingangsspannung sind im Stromkreis
eines Gebers angeordnet.
-
Der Geber besteht aus einem von der Motorwelle über eini übersetzungsgetriebe.
Ü angetriebenen Tachodynamo TD und aus einem Kollektorregler KL, der seinerseits
über eine Getriebeverzweigung G und eine Magnetkupplung MKi sowie ein Winkelgetriebe
G1 mit der Motorwelle gekuppelt ist. Kollektorregler und Tachodynamo sind durch
eine Leitung verbunden, in die die Regler TR und MV (Steuerwicklung) geschaltet
sind. Die Widerstände des Kollektorreglers KL sind so über die Abgriffsstrecke verteilt
und bemessen, daß die am Kollektor abgreifbare Teilspannung einer Spannungsquelle
Q1 dem gewünschten Sollgeschwindigkeitsverlauf der Fördermaschine F in Abhängigkeit
vom zurückgelegten Weg entspricht. Die vom Tachodynamo TD gelieferte Spannung stellt
den Istgeschwindigkeitsverlauf dar und ist der am Kollektorregler KL abgegeriffenen
Spannung entgegengeschaltet.
-
Der Kollektorregler KL hat eine bewegliche Bürste B, die mit einem
Ritzel Z1 starr verbunden ist. Das Ritzel Z1 steht im Eingriff mit zwei Zahnrädern
Z2 und Z3, die je über eine Magnetkupplung MK, und MK, mit zwei kämmenden Zahnrädern.
Z4 und- Z5 gekuppelt sind. Das Zahnrad Z, wird über ein mit ihm verbundenes Winkelgetriebe
G1 und die Magnetkupplung MKi mit der Getriebeverzweigung G in Verbindung gebracht.
Mit Hilfe der Magnetkupplungen MK, und MK3, die in Abhängigkeit von einem nicht
dargestellten Fahrtrichtungsschalter (durch die mit FS bezeichneten Leitungspfeile
angedeutet) einzeln eingeschaltet werden, kann die Bürste B unabhängig von der Drehrichtung
der Motorwelle stets aus ihrer Anfangsstellung (in der Zeichnung dargestellt) gegen
die Kraft einer Feder FD über die Abgriffsstrecke des Kollektorreglers KL geführt
werden. In NTullstellung des Fahrtrichtungsschalters sind beide Magnetkupplungen
MK, und MK, entkuppelt, so daß die Bürste B durch die Feder FD in ihre Anfangsstellung
zurückgeschoben wird.
-
Eine an sich bekannte Kontaktwalze M zur Änderung des LäuferMderstandesFW
nach einer bestimmten Funktion beim Anfahren und Bremsen wird über die Getriebeverzweigung
G von der Motorwelle angetrieben. Die Kontaktwalze ist so ausgelegt, daß zu Beginn
des Anfahrens und Bremsens der volle Läuferwiderstand eingeschaltet ist, der während
des Anfahrens bzw. Bremsens nach einem bestimmten Schema wegabhängig abgeschaltet
wird. Die Kontaktwalze kann auch zeitabhängig angetrieben werden.
-
Zur Einhaltung einer bestimmten konstanten Geschwindigkeitsänderung
unabhängig von der Nutzlast muß der Geber eine der jeweiligen Nutzlast entsprechende
Sollwerteinstellung haben, d. h., die Speisespannung Q1 am Kollektorregler KL und/oder
die Spannung der Erregerstromquelle Q2 für den Tachodynamo TD muß verstellbar sein.
Hierzu sind Regelwiderstände W1 und W2 vorgesehen, die durch elektrische Verstellwerke
VW, und VW2 betätigt werden. Die Verstellwerke VW, und VW, stehen ihrerseits
mit einem Meßwerk MW in Verbindung, das zur Erfassung der Nutzlast während
des Betriebes mit konstanter Geschwindigkeit dient. Das Meßwerk besteht aus einem
strom-, leistungs- und/oder schlupfabhängigen Drehgeber od. dgl., der nach Maßgabe
der Nutzlast den Verstellwerken Kommandos zur Verstellung der Widerstände W1 und
WZ gibt.
Außer den genannten Reglern für den Frequenzwandler FR
kann zusätzlich oder auch allein ein Regler im Ständerkreis des Frequenzwandlers
vorgesehen sein. Durch diesen Regler kann die Frequenz der Ausgangsspannung verändert
werden. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist als Regler ein Widerstand W. vorgesehen,
der durch ein Verstellwerk VW, nach Maßgabe des Meßwerkes MW im Sinne
einer Gleichhaltung der konstanten Geschwindigkeitsänderung unabhängig von der Nutzlast
betätigt wird.
-
Die Einschaltung der Regeleinrichtung geschieht bei Regelung auf konstante
nutzlastunabhängige Verzögerung durch einen magnetischen Schachtschalter
SS, der in an sich bekannter Weise beim Vorbeifahren des Förderkorbes FK
betätigt wird und dabei seinen Kontakt K1 schließt. Dadurch wird der von einer Spannungsquelle
Q3 gespeiste Stromkreis für die Magnetkupplung MKl, die Schalteinrichtung S und
ein Relais RL geschlossen und die genannten Geräte eingeschaltet. Die Magnetkupplung
MKl verbindet das Winkelgetriebe G1 über die Getriebeverzweigung G mit der Motorwelle;
die Schalteinrichtung S .schaltet den Motor F vom Netz ab und schließt ihn an die
niederfrequente Energiequelle an. Das Relais RL schließt den Geberstromkreis.
-
Es erfolgt nunmehr die Regelung des Frequenzwandlers bei Abweichungen
zwischen Soll- und Istwert der Geberspannung im Sinne einer von der Nutzlast unabhängigen
Verzögerung, so daß der Förderkorb bei Erreichen der synchronen Motordrehzahl, die
der Niederfrequenz entspricht, in seiner gewünschten Endstellung angekommen ist
und die Stillsetzung der Fördereinrichtung durch Auflegen einer mechanischen Bremse
erfolgen kann. Gleichzeitig wird die Kontaktwalze M betätigt.
-
Das Erreichen der Endstellung durch den Förderkorb in dem Zeitpunkt,
wo der Motor gerade die der Niederfrequenz entsprechende Synchrondrehzahl erreicht
hat, ist auch dadurch möglich, daß nach Auslösen des Schachtschalters nicht sofort
die Regeleinrichtung eingeschaltet wird, sondern eine bestimmte, von der Nutzlast
abhängige Zeitspanne mit konstanter Geschwindigkeit weitergefahren wird, bevor die
Verzögerung einsetzt. Zu diesem Zweck ist, wie in Fig.2 dargestellt, an Stelle der
Verstellwerke VWl bis VW, ein Zeitwerk ZW vorgesehen, das die Einschaltkommandos
für die Schalteinrichtung S und das Relais RL gibt. Das Zeitwerk ZW ist zu diesem
Zweck mit dem Meßwerk MW verbunden, das die Ansprechzeit je nach der Nutzlast
einstellt. Bei Betätigung des Schachtschalters SS wird das Zeitwerk ZW über
den Kontakt K1 an die Spannungsquelle Q;3 gelegt und schließt seinerseits nach der
selbsttätig eingestellten Ansprechzeit seinen Kontakt K2, so daß die Regeleinrichtung
an die Spannungsquelle Q3 angeschlossen wird.
-
Gegebenenfalls kann auch eine Kombination der Einrichtung nach Fig.1
und 2, also mit Verstellwerken und Zeitwerk vorgesehen sein. Hierbei ist
eine gegenseitige Überwachung der erläuterten Einrichtungen gegeben.
-
Für den Betrieb mit geringen Nutzlastschwankungen ist eine genügend
genaue Regelung auch ohne Messung der Nutzlast während des Fahrens mit konstanter
Geschwindigkeit möglich. Zu diesem Zweck können die bei der Einrichtung nach Fig.
1 genannten Verstellwerke VWl bis VW, weggelassen werden. Bei allen vorgenannten
Ausführungsbeispielen ist es möglich, die Kontaktwalze M durch eine nachfolgend
beschriebene Einrichtung zu ersetzen. Es können gemäß der Erfindung die nicht gezeigten
Schaltschütze für die einzelnen Läuferwiderstände in Abhängigkeit von einem oder
mehreren Zeitrelais für ein Schrittschaltwerk od. dgl. gebracht sein. Die Einschaltung
des oder der Zeitrelais erfolgt durch einen mit der Bürstenbrücke des Frequenzwandlers
verbundenen, ebenfalls nicht dargestellten Endschalter derart, daß durch das Schrittschaltwerk
ein Läuferschütz nach dem anderen eingeschaltet und dadurch der Läuferwiderstand
FW stufenweise abgeschaltet wird. Dies hat den Vorteil, daß bei jeder Umschaltung
von einer Widerstandsstufe auf die nächste Widerstandsstufe jeweils eine dem gewünschten
Drehmoment entsprechende maximale Spannung zwischen den Bürsten des Frequenzwandlers
erreicht wird, so daß bei synchroner niederfrequenter Drehzahl immer das vorgegebene
Bremsmoment vorhanden ist.
-
Für die erläuterten Ausführungsbeispiele gilt, daß die Regelvorgänge
mit zunehmender feinerer Stufung der Läuferwiderstände dementsprechend gleichmäßiger
vor sich gehen, da die notwendigen Umschaltungen bei den kleinen Widerstandsstufen
einen geringen Einfluß auf den Regelvorgang haben. Beim Anfahren mit Last kann eine
drehrichtungsabhängige Spannungsquelle in Abhängigkeit vom Steuerhebel gebracht
sein, so daß entsprechend der Auslage des Steuerhebels eine für die Widerstandsabschaltung
vorgesehene Einrichtung Kommandos erhält, die Widerstände stufenweise so lange abzuschalten,
bis das Motormoment ausreicht, um den Motor in der gewünschten Drehrichtung anlaufen
zu lassen.
-
Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die Anwendung zur Regelung
von Schleifringläufermaschinen, sondern sie kann auch für Kurzschlußläufermaschinen
angewendet werden. Ferner kann an Stelle der Getriebeverzweigung G (Fig. 1 und 2)
auch die Kurvenscheibe am Teufenzeiger die Drehbewegung der Motorwelle auf die Bürstendes
Kollektorreglers übertragen. Die Erfindung ist nicht nur für Fördereinrichtungen,
sondern auch für Antriebe von Werkzeugmaschinen, Spinnereimaschinen u. dgl. von
Vorteil.