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Hebezeugantrieb mit Gleichstrommotor in Leonard-Schaltung Die Erfindung
betrifft einen Hebezeugantrieb mit Gleichstrommotor in Leonard-Schaltung. Ihr liegt
die Aufgabe zugrunde, die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinien für einen Hebezug-Gleichstrommotor
zu verbessern, so daß in den ersten Hub- und Senkstufen leichte und schwere Lasten
mit gleicher im wesentlichen nur von der gewählten Schaltstufe abhängiger Geschwindigkeit
bewegt werden, wogegen in allen höheren Schaltstufen der Antrieb eine konstante
Leistung abgeben soll, so daß leichte Lasten mit höherer Geschwindigkeit und schwere
Lasten mit niedriger Geschwindigkeit bewegt werden.
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Gleichzeitig soll mit der neuen Lösung das Bremsverhalten verbessert
vdarden, so daß der Hebezeug-Gleichstrommotor in jedem Fall schnell, weich und ohne
Einsatz einer mechanischen Bremse abgebremst werden kann, also auch dann, wein die
Stromversorgung oder die Bremse oder sogar beide ausfallen.
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Die vorgeschriebenen Eigenschaften sollen mit einem Minimum an Aufwand
erzielt werden. So sollen beispielsweise lastmessende Einrichtungen und besondere
Regelkreise vermieden werden.
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Die Erfindung geht aus von einem Hebezeugantrieb mit Gleichstrommotor
in Leonard-Schaltung mit Fremd- und Reihenschluß-Erregerwicklungen für Generator
und Motor, bei dem eine Gleichrichterdiode derart in Reihe zur Motor-Reihenschluß-Erregerwicklung
geschaltet ist, daß auf mindestens einer Hubstufe sowie im Senkbetrieb mit durchziehender
Last das Motor-Reihenschluß-Erregerfeld zum Motor-Fremderregerfeld gleichgerichtet
ist und daß die Reihenschaltung der Diode und der Motor-Reihenschluß-Erregerwicklung
einen Zweig einer brückenartigen Widerstandsschaltung bildet, in deren einer Diagonale
sich der Generator-Motor-Kreis befindet.
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Die Erfindung besteht darin, .daß die Generator-Reihenschluß-Erregerwicklung
die andere Diagonale der als vollständige Widerstandsbrücke ausgebildeten Widerstandsschaltung
bildet.
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Es ist zwar ein Hebezeugantrieb mit Gleichstrommotor in Leonard-Schaltung
mit Fremderregung bekannt, der außerdem Reihenschluß-Erregerwicklungen für den Generator
und Motor aufweist und bei dem zur Reihenschluß-Erregerwicklung des Motors eine
Diode in Serie geschaltet ist (USA.-Patentschrift 2 785 362). Es sind jedoch bei
dieser bekannten Lösung die Reihenschluß-Erregerwicklungen von Generator und Motor
nicht in einer vollständigen Widerstandsbrücke angeordnet, sondern können lediglich
entweder allein oder in Reihe oder parallel zueinander geschaltet werden. Wenn bei
der bekannten Schaltung die Generator-Reihenschluß-Erregung wirksam wird, was in
den Meisterschalterstellungen »Heben 2 bis 5« der Fall ist, dann nur in dem Sinn,
daß sie die Fremderregung des Generators schwächt. Dies hat zur Folge, daß stets
kleine Lasten mit großer Geschwindigkeit und umgekehrt große Lasten mit kleiner
Geschwindigkeit bewegt werden. Demgegenüber wird bei der Schaltung nach der Erfindung
zusätzlich zum Motor-Reihenschluß-Erregerfeld das Generator-Reihenschluß-Erregerfeld
in dem Sinne wirksam, daß es das Generator-Fremdfeld verstärkt. Hiermit können im
Hubbetrieb Drehzahlen erzielt werden, die praktisch lastunabhängig sind.
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Mit der Schaltung gemäß der Erfindung wird außerdem das dynamische
Bremsen wesentlich verbessert. Dies wird dadurch erreicht, daß zusätzlich zu einer
Verstärkung des Motor-Fremdfeldes durch das Motor-Reihenschlußfeld, wie sie der
bekannte Antrieb vorsieht, über das Generator-Reihenschlußfeld eine Schwächung des
Generator-Fremdfeldes vorgenommen wird.
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Mit der Schaltung gemäß der Erfindung wird ferner eine Stabilität
des Antriebes erzielt, die wesentlich größer als die des bekannten Antriebes ist.
Dies ist besonders bei flachen Drehzahl-Drehnioment-Kennlinien von Bedeutung. Es
hat sich gezeigt, daß, je flacher die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinien eines Antriebes
sind, desto größer die Gefahr ist, daß
der Antrieb bei Stromstößen
infolge Laständerungen oder Änderung der Meisterschalterstellung instabil wird.
Mit dem Hebezeugantrieb gemäß der Erfindung wird erreicht, daß bei Übergang von
einem stationären oder quasistationären Zustand auf den anderen in der übergangsphase
die Widerstandsbrücke auf Grund der Induktivitäten der Generator-Reihenschluß-Erregerwicklung
und der Motor-Reihenschluß-Erregerwicklung so verstimmt und damit die Kennlinien
kurzzeitig so geneigt werden, daß der Antrieb nicht instabil werden kann.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung gemäß
der Erfindung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 das Schaltbild eines Hebezeugantriebes
mit einem Gleichstrommotor in Leonard-Schaltung, F i g. 2. die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinien
des Leonardmotors für den Hubbetrieb (Q I) und den Senkbetrieb (QIV) bei den in
Ampere angegebenen Werten für seine Fremderregung bei durchziehender Last, F i g.
3 ein vereinfachtes Schaltbild des Hebezeugantriebes in der Schaltstellung für den
Hebebetrieb, F i g. 4 das in F i g. 3 dargestellte Schaltbild, aber in der Schaltstellung;
für den Senkbetrieb, F i g. 5 das in F i g. 3 dargestellte Schaltbild, aber in der
Schaltstellung für das Senken einer durchziehenden Last, F i g. 6 ein- Betriebsdiagramm
des Leonardmotors. F i g. 1 zeigt drehstromgespeiste Leitungen L 1, L 2 und
L3. Durch Schließen eines Trennschalters CB wird Spannung. an die Primärwicklung
eines Transformators CT gelegt und in dessen Sekundärwicklung eine Wechselspannung
induziert, die einem Doppelweggleichrichter Rec zugeführt wird. Dieser gibt Gleichspannung
an Leitungen 1P und 1N ab. Hierdurch. wird eine Erregerwicklung MF eines HebezeugmotorsHM
erregt. Der- Stromweg verläuft von der positiven Leitung 1P über Kontakte 3, die
durch ein Segment S1 eines Meisterschalters MS geschlossen werden, über eine
Leitung 15, die Widerstandsabschnitte R 2 und R 3 eines Motorerregerwiderstandes
MR und die Erregerwicklung MF zur negativen Leiturig 1N. Durch Schließen von Kontakten
1M, 2M und 3M e"mes Hauptschützes M wird ein Asynchronmotor IM eingeschaltet.
Durch Schließen eines Notschalters 1, der in der Regel geschlossen ist, wird über
einen gemeinsam mit den Kontakten 1M, 2M und 3M geschlossenen Hauptschützkontakt
4M ein Stromweg aufgebaut. Dieser verläuft von der positiven Leitung 1P über Kontakte
2, das diese schließende Segment S1, Notschalter 1, Kontakt 4M, eine Wicklung LVC
eines Unterspannungsrelais LV
und über geschlossene Kontakte 16 eines überlastrelais
OL zur negativen Leitung 1N. Das Unterspannungsrelais LV spricht also an
und schließt Kontakte 37 und 17. Durch Schließen des Kontaktes 17 wird die Gleichspannung
auch an eine Leitung 2P und an ein Segment S2 des Meisterschalters MS gelegt.
Das Anlegen der Gleichspannung an Segment S2 hat den Aufbau einer Reihe von Stromwegen
zur Folge: Einer verläuft vom Segment S2 über einen Kontakt 9 und eine Wicklung"CLT
eines Relais LT nach Leitung 1N. Das Relais LT spricht also an, schließt
einen Kontakt 18 und öffnet einen Kontakt 19. Durch Schließen des Kontaktes 18 wird
der Widerstandsabschnitt R 2 des Motorerregerwiderstandes MR kurzgeschlossen und
damit die maximale Motor-Fremderregung erzeugt. Ein anderer Stromweg verläuft von
S2 über Kontakt 10, eine Wicklung ALC eines Relais AL, einen geschlossenen
Kontakt 20 zur Leitung 1N. Es spricht also das Relais AL an und öffnet
den Kontakt 20 und schließt einen Kontakt 21. Durch öffnen des Kontaktes 20 wird
ein Widerstand 9R in den Stromkreis des Relais AL eingeschaltet, wobei das
Relais AL bei niedriger Erregung angezogen bleibt. Durch Schließen des Kontaktes
21 wird gemäß der Erfindung eine Wheatstonesche Widerstandsbrücke gebildet. Weitere
Stromkreise werden nicht aufgebaut, es sei denn, der Meisterschalter MS wird
aus der gezeichneten Nullstellung in eine Hebe- oder Senkstellung gebracht.
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Es sei angenommen, daß eine Last gehoben werden soll. Der Bedienungsmann
bringt den Meisterschalter MS durch Drehen nach H in die Stellung
»Heben 1«. Dabei wird der Erregerstromkreis für die Wicklung LVC des Unterspannungsrelais
LV bei Kontakt 2 durch Segment S1 unterbrochen, aber da die Haltekontakte
37 des Unterspannungsrelais LV geschlossen sind, bleibt dieses erregt und
kann nur dadurch entregt werden, daß der Notschalter 1 geöffnet wird oder die Leitungen
1P und 1N spannungslos werden. Für die Fremderregung eines Generators G wird mittels
zweier weiterer Segmente S3 und S4 des Meisterschalters MS ein Stromweg aufgebaut,
der von der Leitung 2P über alle Widerstandsabschnitte eines Generatorerregerwiderstandes
GR, über Kontakte 4 und das Segment S3 des Meisterschalters MS, Leitungen
22, eine Generator-Fremderregerwicklung GF, Leitungen 23, Kontakte 6 und das Segment
S 4 des Meisterschalters MS nach Leitung 1N verläuft. Die Generator-Fremderregerwicklung
GF wird dabei in der Richtung erregt, die ein Pfeil neben der Wicklung anzeigt.
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Ein zwischen den Leitungen 22 und 23 liegender Widerstand 6R dient
als Feldentladungswiderstand und bewirkt, da es sich bei der Erregerwicklung um
eine induktive Last handelt, einen gleichmäßigen Anstieg der Generatorerregung.
Auch bei Umsteuerung des Generators G ist durch die Wirkung dieses Widerstandes
6R der Richtungswechsel der Generatorerregung gleichmäßig und stoßfrei. Mit seiner
Hilfe werden auch die Meisterschalterkontakte 4, 5, 6 und 7 geschützt, da eine Lichtbogenbildung
vermieden wird, weil der Widerstand GR die im Feld gespeicherte Energie aufnimmt.
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Da alle fünf in der Zeichnung dargestellten Abschnitte des Generatorerregerwiderstandes
GR in den Generatorerregerkreis eingeschaltet sind, sinkt die Generatorspannung
gleich nach dem Aufbau des Feldes ziemlich ab. Der Grund dafür wird durch die nachfolgende
Beschreibung deutlich. In der ersten Hebestellung und allen weiteren Hebestellungen
sowie in allen Senkstellungen wird der folgende Stromweg aufgebaut: Er verläuft
vom spannungsführenden Segment S2 über Kontakt 8, ein Leitung 24 und eine Wicklung
BC eines Bremsschützes BR nach Leitung 1N. Das Bremsschütz BR spricht augenblicklich
an und schließt einen Kontakt 25, wodurch ein Stromweg von der Leitung 1P über einen
einstellbaren Widerstand 8R, den Kontakt 25 und eine Bremswicklung B nach der Leitung
1 N aufgebaut wird. Ein Widerstand TR liegt parallel zur Bremswicklung B. Dieser
Widerstand TR schützt die Bremswicklung, indem er als Entladewiderstand arbeitet,
wie Widerstand 6R für die Generator-Fremderregerwicklung
GF. Bei
Erregung der Bremswicklung B wird sofort die Bremse gelüftet.
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Ein weiterer Stromweg wird in der Stellung »Heben 1« aufgebaut. Er
verläuft von dem spannungsführenden Segment S2 über den Kontakt 9, Leitung 26 und
Wicklung 27 eines Gegenerregerfeldrelais KF nach Leitung 1N. Dieses Gegenerregerfeldrelais
KF öffnet unverzögert Kontakt 28 und öffnet damit den Gegenerregerfeldkreis, der
eine Gegenerregerwicklung GKF und einen einstellbaren Widerstand 7R enthält. Der
Generator G erreicht nach Abklingen der Einschaltvorgänge die Nennspannung für die
erste Meisterschalter-Stellung, die beispielsweise für einen 240-V-Generator bei
etwa 80 V liegt.
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Wird für die in F i g. 3 angedeutete Drehrichtung die obere Bürste
des Generators G als positiv angenommen, dann fließt im Generator-Motor-Kreis ein
Ström, wie es die Pfeile neben den Leitungen andeuten. Im Punkt J 1 der Wheatstoneschen
Widerstahdsbrücke teilt sich der Ankerstrom und fließt durch Widerstände 2R und
3R. Diese beiden Widerstände 2 R, 3 R stellen die Brückenzweige 1 und 3 dar. Eine
Generator-Reihenschluß-Erregerwicklung GSF bildet die Diagonale der Widerstandsbrücke,
und eine Motor-Reihenschluß-Erregerwicklung MSF stellt zusammen mit einer vorgeschalteten
Diode D den Brückenzweig 4 dar. Ein Widerstand 4R bildet den Brückenzweig 2. Die
für diese Widerstände 2R, 3R, 4R gewählten Widerstandswerte sind selbstverständlich
für jede Steuereierichtung anders. Für eine Einrichtung beispielsweise mit einer
240-V-Maschine und einem Generator-Reihenschluß-Erregerwicklungswiderstand von 0,0312
S2 und einem Motor-Reihenschluß-Erregerwicklungswiderstandvon 0,056 9 liegt
der Widerstand 2R im Bereich zwischen 0,01 und 0,029, der Widerstand 3 R im Bereich
zwischen 0,02 und 0,04 9 und der Widerstand 4R im Bereich zwischen 0,04 und
0,08 9.
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Wenri beispielsweise 2R = 0,019, 3R = 0,02 9 und 4 R = 0,04
9 ist, ergibt sich ein von Punkt J 2 nach J 3 durch die Generator-Reihenschluß-Erregerwicklung
GSF fließender Strom, der etwa 10 % des gesamten Motorlaststromes ausmacht. Die
Generator-Reihenschluß-Erregerwicklung GSF ist so ausgeführt, daß sie bei Fließen
des vorgenannten Stromes auf die Fremderregung verstärkend wirkt. Diese verstärkende
Wirkung beider Felder wird angedeutet durch die Pfeile neben den Wicklungen, die
gleichgerichtet sind. Da der Strom durch die Motor-Reihenschluß-Erregerwicklung
MSF gleich der Summe der Ströme durch den Widerstand 3 R und die Generator-Reihenschluß-Erregerwicklung
GSF ist, ist die Motor-Reihenschluß-Erregerwicklung MSF stark erregt.
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Da das Motor-Reihenschluß-Erregerfeld verstärkend auf das Feld der
Fremderregerwicklung MF einwirkt, ist das Motordrehmoment zwar groß, aber die Motordrehzahl
sehr niedrig. Da aber auch das dem Motorlaststrom proportionale Generator-Reihenschlußfeld
verstärkend auf das Feld der Generator-Fremderregerwicklung GF wirkt und dem Motorlaststrom
proportional ist, bleibt der Hebezeugmotor HM nicht stehen, sondern kommt
langsam auf Touren und bewegt sowohl schwere als auch leichte Lasten mit einer niedrigen
und im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit. Dieses Betriebsverhalten gibt die
Kurve 1H im ersten Quadranten Q 1 der F i g. 2 wieder. Bei 100 % Drehmoment ist
die Kurve 1H im wesentlichen horizontal. Die Last wird also immer bewegt, sei sie
auch noch so schwer, aber der Motor hebt andererseits auch in der Stellung »Heben
1« eine leichte Last nicht mit übermäßiger Geschwindigkeit, und sei sie noch so
leicht.
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Bringt der Bedienungsmann den Meisterschalter MS in die Stellung
»Heben 2«, so wird mittels des Segments S2 über Kontakte 12 ein erster Teil des
Generatorerregerwiderstandes GR kurzgeschlossen. Damit wird die Generatorfremderregung
vergrößert und dadurch wiederum die Generatorspannung erhöht. Dies hat eine Erhöhung
der Motordrehzahl zur Folge. Der Betrieb entspricht nun der Kurve 2H im ersten Quadranten
Q 1 der F i g. 2. Es ergibt sich also auch in dieser Stufe für größere Belastungen
eine konstante, d. h. von der Belastung nahezu unabhängige Drehzahl. Ein Stehenbleiben
des Hebezeugmotors HM infolge zu großer Belastung kann also nicht eintreten.
Für leichte Lasten steigt die Drehzahl leicht an.
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Wird der Meisterschalter MS in die Stellung »Heben 3« gebracht, so
werden der erste und ein weiterer Abschnitt des Generatorerregerwiderstandes GR
über Kontakt 13 kurzgeschlossen, und die Generatorspannung steigt weiter an. Der
Hebezeugmotor HM arbeitet nun entsprechend der Kurve 3H in F i g. 2. Diese Kurve
3 H verläuft etwas steiler als die Kurve 2H. Die Motordrehzahl ist nun merklich
höher für leichte Lasten, aber im wesentlichen konstant für schwerere Lasten. Auch
hier gibt es kein Stehenbleiben des Hebezeugmotors HM für große Lasten.
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Da in den Stellungen »Heben 1, 2 und 3« der Kontakt 21 geschlossen
ist, wirkt das Feld der Generator-Reihenschluß-Erregerwicklung GSF verstärkend auf
das Feld der Generator-Fremderregerwicklung GF. Da aber das Reihenschlußfeld eine
Funktion des Ankerstromes und dieser wiederum eine Funktion der Last ist, ist also
die Generatorspannung ebenfalls eine Funktion der Last. Es steigt also die Generatorspannung
mit wachsender Last leicht an und kompensiert so den Spannungsabfall im Ankerkreis.
Dies verhindert, daß der stark kompoundierte Hebezeugmotor HM stehenbleibt.
Dieses Verhalten geben die Kurven 1H, 2H und 3H im ersten Quadranten von F i g.
2 wieder.
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Wenn der Meisterschalter MS in die Stellung »Heben 4« gebracht wird,
werden durch einen Kontakt 14 der erste, zweite und ein weiterer Abschnitt des Generatorerregerwiderstandes
GR kurzgeschlossen, und die Generatorspannung steigt weiter an. Es tritt aber noch
ein zusätzlicher Schaltvorgang in der Stellung »Heben 4« ein, da das Segment S2
den Stromweg für die Wicklung ALC im Kontakt 10 öffnet. Das in den Stellungen »Heben
1 bis 3« erregte Relais AL wird nun stromlos und öffnet die Kontakte 21 und
schließt die Kontakte 20. Durch das öffnen der Kontakte 21 wird die Widerstandsbrücke
geöffnet. Der ganze Strom fließt nun über den Widerstand 3 R im Brückenzweig 3 und
teilt sich im Punkt J3. Ein Teil fließt durch die Diode D und die mit dieser in
Serie liegende Motor-Reihenschluß-Erregerwicklung MSF im Brückenzweig 4, und der
andere Teil fließt nun von VerbindungspunktJ3 nach J2 durch die Generator-Reihenschluß-Erregerwicklung
GSF. Der Strom fließt also nun umgekehrt durch die Generator-Reihenschluß-Erregerwicklung
GSF und ist ungefähr halb so groß wie der gesamte Motorlast-
Strom.
Das Zusammenwirken der Durchflutung des Feldes der Generator-Reihenschluß-Erregerwicklung
GSF mit der des Feldes der Generator-Fremderregerwicklung GF formt die Strom-Spannungs-Kurven
derart, daß zusammen mit der einem stark kompoundierten Gleichstrommotor eigenen
Regelung die Kurven 4H und 5H entstehen.
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Kurve 5H wird durch zusätzliche Schaltmaßnahmen bestimmt, die
durchgeführt werden, wenn der Meisterschalter MS aus der Stellung »Heben
4« in die Stellung »Heben 5« gebracht wird. Die Schaltvorgänge laufen in rascher
Folge ab: Erstens bleiben die Kontakte 3 nicht länger durch Segment S1 geschlossen.
Es wird dadurch ein Widerstandsteil R 1 des Motorerregerwiderstandes MR in den Motorerregerstromkreis
eingeschaltet, wodurch die Motorerregung sinkt. Zweitens wird die erregte Wicklung
CLT des Relais LT dadurch entregt, daß Segment S2
den Kontakt 11 freigibt.
Drittens schließt das Relais LT die Kontakte 19, wodurch ein vierter Abschnitt
des Generatorerregerwiderstandes GR kurzgeschlossen wird, was ein weiteres Ansteigen
der Generator--spannung zur Folge hat. Gleichzeitig werden die Kontakte 18 geöffnet,
wodurch der Widerstand R 2 des Motorerregerwiderstandes MR eingeschaltet wird, was
ein weiteres Absinken der Motorerregung zur Folge hat.
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Die beiden Kurven 4 H und insbesondere 5 H zielen auf konstante Leistung,
indem leichte Lasten mit hoher Geschwindigkeit und schwere Lasten mit kleiner Geschwindigkeit
bewegt werden.
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CV stellt ein Spannungspräfrelais dar, dessen Wicklung CVC parallel
zum Generator G liegt und das so eingestellt ist, daß es bei der zur Stellung »Heben
1« gehörigen Spannung, also beispielsweise 80 V, anspricht. Kontakte 50 und 51 des
Spannungsprüfrelais CV überbrücken die Kontakte 9 und B. Wenn also der Meisterschalter
MS rasch in die Nullstellung zurückgestellt wird, verhindern die Kontakte
51 und 50 des Spannungsprüfrelais CV ein Einfallen der Bremse und ein Einschalten
der Generator-Gegenerregerwicklung GKF, bis die Generatorspannung unter einen bestimmten
Wert, beispielsweise 80 V, abgesunken ist. Dies gestattet die volle Ausnutzung der
Rückspeisung von Leistung, macht den Antrieb stoßfrei und verringert die Abnutzung
der Bremse wesentlich.
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Durch diese Schaltung des Hebezeugantriebes wird erreicht, daß er
nicht stehenbleibt, sondern bis an die Grenze der mechanischen Leistungsfähigkeit
der Windeneinrichtung jede Last hebt. Um die Windeneinrichtung vor Überlast zu schützen,
ist das flinke Überlastrelais OL vorhanden, das beispielsweise bei 300 %
Nenndrehmoment, was etwa 2651/o Nennankerstrom entspricht, den Hebezeugantrieb abschaltet.
Das überlastrelais OL besitzt vorzugsweise automatische Rückschaltung, die
wirksam wird, wenn der Meisterschalter MS in die Nullstellung zurückgeführt wird.
Aber im allgemeinen ist keine automatische Rückstellung vorhanden. Das zwingt den
Bedienungsmann, die Rückstellung von Hand vorzunehmen.
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Wenn eine Last gesenkt werden soll, so gibt es im allgemeinen zwei
Zustände: erst Kraftsenken und danach Senken einer durchziehenden Last. Da die Last
eine Masse und der Motoranker eiii Trägheitsmoment, d. h. da alle durch den Hebezeugmotor
HM
bewegten Teile Masse bzw. Trägheitsmoment besitzen, wird zur Erzielung
maximaler Arbeitsgeschwindigkeit gerade bei sehr schweren Lasten Kraftsenken angewendet.
Wenn nur Haken und Seil die Last bilden, kann der Bedienungsmann den Meisterschalter
MS aus der Hebestellung nehmen, und die Windeneim-ichtung bleibt stehen,
oder wenn der Meisterschalter MS in der Nullstellung ist, kann er den Schalter
rasch durch die Stellungen »Senken 1 bis 4« in die Stellung »Senken 5« bringen,
um eine schnelle Senkbewegung des Hakens zu erreichen.
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Es sei angenommen, daß die zu senkende Last beträchtlich größer ist
als die aus Seil und leerem Haken resultierende Last, daß der Meisterschalter
MS in der Nullstellung steht und daß die Last gesenkt werden soll. Der Bedienungsmann
bringt durch Drehung nach L den Meisterschalter MS in die Stellung »Senken 1«, wodurch
ein Stromweg aufgebaut wird, der von der Leitung 2P über alle Teilwiderstände des
Generatorerregerwiderstandes GR, die Kontakte 5, ein diese schließendes Segment
S5 des Meisterschalters MS, Leitung 23, Generator-Fremderregerwicklung GF,
Leitung 22, die Kontakte 7 und ein diese überbrückendes Segment S 6 nach Leitung
1N verläuft. Hierbei wird die Generator-Fremderregerwicklung GF in entgegengesetzter
Richtung, bezogen auf die Richtung des Pfeiles in F i g. 1, erregt, wie es in F
i g. 4 und 5 dargestellt ist.
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Alle anderen Stromkreise entsprechen denjenigen der Stellung »Heben
1«, mit der Ausnahme, daß die Wicklung 27 des Gegenerreger-Feldrelais KF nicht erregt
ist, also Kontakt 28 geschlossen bleibt und infolgedessen die Generator-Gegenerregerwicklung
GKF eingeschaltet ist.
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Da die Polarität des Generators G nun umgekehrt ist, fließt der Strom
durch den Ankerkreis, wie in F i g. 4 dargestellt. Während des Kraftsenkens verhindert
die Sperrdiode D, daß der umgekehrte Ankerstrom durch die Motor-Reihenschluß-Erregerwicklung
MSF fließt und das Feld der Fremderregerwicklung MF schwächt. Eine solche schwächende
Wirkung des Feldes der Motor-Reihenschluß-Erregerwicklung MSF hätte, wenn sie zugelassen
würde, eine bedeutende Verkleinerung des Motorerregerfeldflusses zur Folge, wodurch
das abgebbare Drehmoment erheblich verkleinert würde. Ein wesentlich höherer Ankerstrom
würde dann benötigt, um das erforderliche Drehmoment zu erzielen. Da aber kein Strom
in umgekehrter Richtung durch die Motor-Reihenschluß-Erregerwicklung MSF fließen
kann, verhält sich der Hebezeugmotor HM wie ein Nebenschlußmotor mit starkem
Nebenschlußerregerfeld und entwickelt ein ausreichendes Moment zur raschen Beschleunigung
des Ankers und der mit ihm gekoppelten Last auf die vorgewählte Geschwindigkeit.
Die Sperrdiode D besteht zweckmäßig aus vielen parallelgeschalteten Selenplatten.
Diese Selenplatten sind so gewählt, daß sie einen Sicherheitsfaktor von 2001/o für
Strom und Gegenspannungsfestigkeit haben.
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Bei Kraftsenken ist, wie bereits erwähnt, in der Stellung »Senken
1« der Kontakt 28 geschlossen. Es wird also in der Generator-Gegenerregerwicklung
GKF ein Feld erzeugt, das schwächend auf das Feld der Generator-Fremderregerwicklung
GF wirkt. Der kleine Einschaltstrom durch die Generator-ReihenschlußErregerwicklung
GSF wirkt ebenfalls schwächend. Die Generatorspannung wird also niedrig gehalten,
so daß der Hebezeugmotor HM eine kleine
Drehzahl erhält,
mit der ein langsames Absenken und weiches Absetzen geschehen kann.
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In der Stellung »Senken 2« sind die Kontakte 28 offen, die Generator-Gegenerregerwicklung
GKF ist ausgeschaltet und demzufolge die Generatorspannung erhöht. Der erste Abschnitt
des Generatorerregerwiderstandes GR ist wie in Stellung »Heben 2« kurzgeschlossen,
so daß die Generatorspannung weiter erhöht ist. Die Erregerfeldsteuerung für den
Genezator G ist in den Stellungen »Senken 3 bis 5« im wesentlichen die gleiche wie
in den Stellungen »Heben 3 bis 5«. Das gleiche gilt für das Relais LT,
das
ebenfalls in der Stellung »Senken 5« abfällt. Der Teilwiderstand R 1 des Motorerregerwiderstandes
MR wird jedoch in Stellung »Senken 5« nicht in den Stfomkreis eingeschaltet. Kraftsenken
tritt jedoch f hnEch nur vorübergehend auf. Meist zieht die, "awstö den Hebezeugmotor
HM durch, sobald der Hebezeugmotor HM und die Last in voller Bewegung s m
d. Beim Senken jeder Last hat die Motordrehzahl die Tendenz, größer zu werden. Dies
hat ein Anwachsen der Gegen-EMK zur Folge, bis diese die Generatorspannung übersteigt.
Der Stromfluß im Ankerkreis kehrt dann seine Richtung um. Dies ist in F i g. 5 dargestellt.
Der Strom fließt dann also in der gleichen Richtung wie im Hebebetrieb. Der Strom
,'fließt wieder durch die Motor-Reihenschluß-Erregerwhcklung MSF, und die Durchflutung
verstärkt die der Fremderregerwicklung MF. Da der HebezeugpWtor HM nun stark
erregt ist, entwickelt er ein großes Verzögerungsmoment. Dieses Moment bewxt nun
die Last vor weiterer Beschleunigung in Sqakxichtung, und es ergibt sich ein stabiler
Betrieb.
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,Tun muß aber der Hebezeugmotor HM die Verdecken, Wenn in F
i g. 2 im ersten Quadranten Q die senkrechte gestrichelte Linie 100% Dreh-,je für
das Heben einer gegebenen Last bei allen 1)jebzahlen darstellt, dann entspricht
die gestrichelte L,ie im vierten Quadranten Q IV 100 % Drehmonient für das Senken
einer durchziehenden Last. F4r die Senkstellung ist die Motordrehzahl in jedem F,11
etwas größer als in der entsprechenden Hebestollung.
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,Der Hebezeugmotor HM läuft aus verschiedenen Crfünden schneller:
Erstens muß seine Gegen-EMK größer sein, da der Hebezeugmotor HM nun in er
Wirkung als Generator seinen eigenen Spanm.igsabfall und den des Generators G auszugleichen
hat. Zweitens ist die Generatorspannung vergrößert, da die Drehzahl des Motor-Generator-Satzes
einige Prozente höher ist .als die synchrone Drehzahl. Drittens muß der Hebezeugmotor
HM seine Gegen-EMK bei etwas verkleinerter Erregung erzeugen, da der Strom
durch die Motor-Reihenschluß-Erregerwicklung MSF bei Senken einer gegebenen Last
kleiner ist als bei Heben derselben Last. Durch Vergrößern seiner Drehzahl erzeugt
der Hebezeugmotor HM die aus den drei obengenannten Gründen erforderliche
zusätzliche Gegen-EMK.
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Mit einer durchziehenden Last arbeitet der Hebezeugmotor
HM als stark kompoundierter Generator, der Leistung an den Generator G abgibt,
der als Nebenschlußmotor wirkt und den Asynchronmotor IM antreibt, der wiederum
als Asynchrongenerator arbeitet.
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Da ja die Reihenschluß-Erregerwicklung GSF des Generators G, wie in
F i g. 5 dargestellt, gemäß der Erfindung in eine Widerstandsbrücke eingeschaltet
ist, hat, wenn der Strom ansteigt, Punkt J3, bedingt durch die Induktivität der
Motor-Reilierischluß-Erregerwicklung MSF, ein höheres Potential als der Punkt J2,
und der Stromdurchfuß durch die Generator-Reihenschluß-Erregerwicklung GSF kehrt
um.
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Je größer die durchziehende Last ist, um so größer ist der zurückfließende
Strom und entsprechend um so größer ist der Motorfluß und damit die Motorspannung.
Es wird also mehr Leistung zurückgespeist. Je größer also die durchziehende Last
ist, um so kleiner ist diejenige Motordrehzahl, bei der die Motorspannung die Generatorspannung
erreicht. Das hat zur Folge, daß schwere Lasten mit kleinerer Geschwindigkeit gesenkt
werden. Dies wird deutlich durch die Drehzahl-Drehmoment-Kurven im vierten Quadranten
Q IV der F i g. 2.
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Durch Wahl eines geeigneten Verhältnisses von Nebenschluß-Erregerdurchflutung
zu Reihenschluß-Erregerdurchflutung, durch Verkleinerung des Trägheitsmomentes von
Hebezeugmotor HM und Bremse und Benutzung der beschriebenen Schaltung ermöglicht
dieser Antrieb, kleine Lasten mit hoher Geschwindigkeit und schwere Lasten mit kleiner
Geschwindigkeit zu senken und die Hebe- und Senkgeschwindigkeit einander anzugleichen,
ohne lastmessende Einrichtungen zu verwenden. Große Beschleunigungen und Verzögerungen
werden ohne Verzicht auf hohe Leerhakengeschwindigkeiten erhalten.
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'Vorteilhaft bei der erf ndungsgemäßen . Einrichtung ist, daß, ganz
gleich, ob es sich um Heben, Kraftsenken oder Senken mit durchziehender Last handelt,
der Generator-Motor-Kreis niemals geöffnet ist, keine Schalter enthält und daß das
Schließen oder öffnen des Kontaktes 21 nur auf einen Teil des Ankerstromes einwirkt.
Dies ist wichtig, da es wesentlich zur Zuverlässigkeit und Sicherheit dieser Einrichtung
beiträgt. .
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Das Anhalten des Motors ist grundsätzlich eine Frage nach der Aufnahme
oder Abführung der im Hebezeugmotor HM und seiner Last gespeicherten kinetischen
Energie. Bei bekannten Konstantspannungs-Steuereinrichtungen für Hebezeuge ist die
Rückspeisung von Leistung ausgeschlossen, weil die Rückströme die Motor-Reihenschluß-Erregerwick-Jung
veranlassen, das Feld der Motor-Fremderregerwicklung zu schwächen oder gar zu vernichten.
Es war also kein Bremsmoment mittels Rückspeisung erzeugbar, obwohl der Strom im
Ankerkreis sogar sehr groß war. In der erfindungsgemäßen Einrichtung dagegen verhindert
die Diode D das Fließen eines Rückstromes durch die Motor-Reihenschluß-Erregerwicklung
MSF, so daß das Feld der Motor-Fremderregerwicklung MF nicht geschwächt wird. Dieser
Fremderregerfluß und der Rückstrom im Ankerkreis erzeugen ein positives Bremsmoment,
das in Verbindung mit dem dynamischen Bremsen durch den Ankerkreiswiderstand die
Last rasch auf eine sehr niedrige Geschwindigkeit bringt, ohne daß die Bremse eingeschaltet
werden muß. Die Bremse ist also nicht zur Aufnahme des Motordrehmoments erforderlich,
sondern wird nur zum Halten der Last benutzt. Ihr Einsatz im Betrieb ist somit selten
und ihre Abnutzung gering.
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Der beschriebene Hebezeugantrieb hat viele vorteilhafte Merkmale,
wie beispielsweise das des weichen, stoßfreien Verhaltens bei Betätigung des Meisterschalters
MS. Starke Drehimpulse und damit
verbundene mechanische Beanspruchungen
treten nicht auf. Wenn der Meisterschalter MS von voller Geschwindigkeit Heben nach
voller Geschwindigkeit Senken geschaltet und nach Erreichen der vollen Senkgeschwindigkeit
wieder zurückgeschaltet wird, was eine sehr harte Betriebsbedingung darstellt, so
treten weder Stöße auf, noch erfolgt ein Pendeln oder Schwingen.
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Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal des erfindungsgemäßen Antriebs
ist seine Sicherheit und Zuverlässigkeit bei Bremsen- und Stromversorgungsausfall.
Wenn der Meisterschalter MS in die Nullstellung gebracht wird, werden die
Generator-Gegenerregerwicklung GKF und der Widerstand MR erst angeschaltet, wenn
die Generatorspannung unter beispielsweise 80 V absinkt. Das zwingt die Generatorspannung
rasch, bis auf fast 0 V abzusinken. Unter dieser Bedingung arbeitet der Hebezeugmotor
HM
dann als gesättigter Generator mit konstanter Erregung, und der Strom steigt,
bis er ein Verzögerungsmoment erzeugt, das dem Lastmoment entspricht. Von da an
wird die Last mit einer im wesentlichen konstanten niedrigen Geschwindigkeit gesenkt.
Wenn also die Bremse nicht einfällt oder der Trennschalter CB offen ist oder beides
eintritt, wird jede Last automatisch sicher abgesenkt.
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Wenn die Drehstromversorgung ausfällt, öffnet ein Kontakt des nicht
gezeichneten Drehstrommotoranlassers und bringt das Unterspannungsrelais
LV
zum Abfall, wodurch ebenfalls die Generator-Gegenerregerwicklung GKF und
der Widerstand MR angeschaltet werden und wodurch wiederum die Generatorspannung
auf 0 V abgesenkt wird. Der Rückstrom infolge durchziehender Last fließt durch die
Reihenschluß-Erregerwicklung MSF des Hebezeugmotors HM und erzeugt einen
Erregerfluß, der proportional diesem Strom ist. Dadurch wird das Verzögerungsmoment
vergrößert und der Hebezeugmotor HM veranlaßt, in der Drehzahl herunterzugehen.
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Da die induzierte Generatorspannung beinahe Null ist, kommt der Spannungsabfall
an seinen Bürsten durch den Laststrom zustande. Er beträgt beispielsweise etwa 5
% der Spannung bei voller Last. Die Erhitzung der Generator-Gegenerregerwicklung
GKF und des Widerstandes MR ist deshalb gering. Es kann bei Ausfall der Bremse und
der Stromversorgung allein mittels der Generator-Gegenerregerwicklung GKF und dem
kleinen Widerstand MR in Reihe mit dieser Wicklung jede Last sicher gesenkt werden.
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Die gespeicherte kinetische Energie des Hebezeugmotors HM und
der Last wird zum größten Teil in dem Ankerkreiswiderstand vernichtet und der Rest
zum Antrieb des Motorgeneratorsatzes verwendet. Der Motor-Generator-Satz arbeitet
als Motor mit kleinem Erregerfeld, da die Generator-Gegenerregerwicklung GKF und
die Generator-Reihenschlußerregerwicklung GSF nur kleine Werte für die Durchflutung
liefern. Er ist aber der niedrigen Spannung ausgesetzt, die über die Generator-Gegenerregerwicklung
GKF und dem mit dieser in Reihe liegenden einstellbaren Widerstand MR entwickelt
wird. Der Hebezeugmotor HM dreht nicht durch, sondern die Last wird mit einer
festen Geschwindigkeit gesenkt.
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Das Oszillogramm in F i g. 6 zeigt, was geschieht, wenn die Bremse
mechanisch gelüftet, die Drehstromversorgung abgeschaltet und kein Gleichstrom an
die Generator- und Motor-Fremderregerwicklungen gelegt ist. Innerhalb 1 bis
11/2 Sekunden nach Ausfall der Stromversorgung wird die Geschwindigkeit der
Last auf ungefähr 20 % der vollen Lastsenkgeschwindigkeit verringert. Diese Geschwindigkeit
ist klein genug, um eine Ladung weich abzusetzen.