DE19533740A1 - Lasthebemagneteinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lasthebemagneteinrichtung mit einem aus wenigstens einer in einem Gehäuse angeordneten Magnetspule be­ stehenden Lasthebemagneten, einem angetriebenen elektrischen Generator zum Erzeugen einer elektrischen Spannung für die Span­ nungsversorgung der Magnetspule und einer Versorgungsleitung zwischen dem Generator und dem Lasthebemagneten, sowie mit ei­ ner elektrischen Schalteinrichtung und mindestens einer Steuerlei­ tung mit einem Steuerschalter.

Für den Lasthebemagnetbetrieb an den verschiedenen Trägergerä­ ten im industriellen Bereich, beispielsweise auf Kranbahnen ist die Installation einer Gleichstrom-Versorgungsanlage üblich, um den Lasthebemagneten mit Gleichspannung zu versorgen.

Soweit auf Kranen und Kranbahnen ein Drehstromnetz vorhanden ist, können die Stromversorgungseinrichtungen für Magnetbetrieb aus diesem Drehstromnetz über Transformatoren und nachgeschaltete Gleichrichter sowie zugehörige Steuerungen aufge­ baut und damit die Spannungsversorgung von Lasthebemagneten mit Gleichspannung ermöglicht werden.

An Mobilkranen und Mobilbaggern ist dies wegen der betriebsbe­ dingten Ortsveränderungen dieser Geräte nicht möglich. Hier müs­ sen die Stromversorgungseinrichtungen von den jeweiligen Träger­ geräten mitgeführt werden. Dazu sind Systeme bekannt, die einen Drehstromgenerator als Stromerzeuger verwenden. Die vom Genera­ tor erzeugte Drehspannung wird dabei über einen Transformator in die erforderliche Spannung umgewandelt und danach über Gleich­ richter und Schützhaltungen zum Lasthebemagneten geführt.

Dabei sind die Abmessungen der einzelnen Geräte derart groß, daß deren räumliche Unterbringung zunehmend Schwierigkeiten bereitet.

Die vorstehend beschriebenen Anlagensysteme sind wenig wirt­ schaftlich. Abgesehen von diesen Anlagesystemen sind zur Zeit zwei unterschiedliche Anlagensysteme bekannt und im Einsatz. Dies sind zum einen die Stromerzeugung durch einen eigenerregten Gleich­ stromgenerator und zum anderen die Stromerzeugung durch einen fremderregten Gleichstromgenerator.

Bei der Stromerzeugung mittels eines eigenerregten Gleichstromge­ nerators wird letzterer von einem Motor, beispielsweise einem Ver­ brennungsmotor direkt oder über einen Riementrieb mit Nenndreh­ zahl angetrieben. Andere Antriebsarten, wie beispielsweise hydrau­ lischer Antriebsmotor oder Elektromotor sind ebenfalls bekannt.

Der Generator erzeugt dadurch und durch eigene Erregung bedingt eine Gleichspannung von 230 Volt. Diese Gleichspannung wird in eine Schalteinrichtung eingeführt. Ebenfalls mit Hilfe der Gleich­ spannung von 230 Volt werden die gewünschten Anzeigen, Befehle und Schaltvorgänge für "Magnet EIN" und "Magnet AUS" nach jewei­ ligem Betätigen eines Steuerschalters ermöglicht. Diese offenen Maschinen sind im Nebenschluß und im Doppelschluß gebräuchlich.

Die im Leistungsteil bzw. im 230 Volt-Bereich befindliche Schalt­ einrichtung enthält neben verschiedenen Abgleichwiderständen noch Schaltschütze, deren Kontakte mit einer Funkenschutzbeschaltung versehen sind. Die Schaltschütze halten den wiederholten Schalt­ vorgängen nur dann Stand, wenn der Magnetschutzwiderstand an dem Leistungsteil angeschlossen ist.

Diese Generatoren haben ein labiles Verhalten gegenüber Kurz­ schlüssen im Magnetanschlußkabel. Diese Maschinen entregen sich selbständig infolge des hohen Kurzschlußstromes und müssen zur erneuten Funktion umständlich mit einer Fremdspannung erregt wer­ den.

Mit zunehmender Leistung der Lasthebemagnete müssen auch die Schalteinrichtungen diesen Leistungen jeweils angepaßt werden. Bei Lasthebemagneten mit einem Durchmesser von etwa 1300 mm und einer Leistung von etwa 8,5 kW sind die Schaltgeräte wegen ihrer großen Abmessungen und ihrer hohen Gewichte nur noch schwer auf Mobilbaggern unterzubringen.

Die Generatoren haben im allgemeinen die Schutzart IP 23, während die übrigen Bauteile meist nur die Schutzart IP 20 aufweisen. Daher kommt es oft zu Störungen und Ausfällen infolge Eindringens von Fremdstoffen in die Geräte.

Die Anlagen sind wartungsintensiv und haben wegen des mit zu ver­ sorgenden Schutzwiderstandes einen nur geringen Wirkungsgrad. Nachteilig ist auch das Vorhandensein der gefährlich hohen Versor­ gungsspannung von 230 Volt auf dem Mobilkran.

Bei der Stromversorgung mittels eines fremderregten Gleichstromge­ nerators wird dieser von einem externen Motor angetriebenen. Der Gleichstromgenerator ist über eine Versorgungsleitung bzw. Magnetleitung für eine Gleichspannung von 230 Volt mit den Magne­ ten verbunden. Außerdem ist eine Schalteinrichtung mit einer Steu­ erspannung von 12 bzw. 24 Volt Gleichspannung vorgesehen, wobei diese Gleichspannung aus dem Bordnetz des Baggers entnommen wird. Die Gleichspannung von 12 oder 24 Volt Gleichspannung des Bordnetzes des Mobilbaggers ist gleichzeitig Steuerspannung und Erregerspannung für die zugehörige Steuerung des Generators. Da für die Erregung des Generators nur kleine Nennströme erforderlich sind, kommt die Steuerung mit handelsüblichen Relais aus der KFZ- Elektrik aus.

Bei dieser bekannten Lasthebemagneteinrichtung kann auf eine Schutzbeschaltung verzichtet werden, weil die Steuerung mit einer Gleichspannung von 12 oder 24 Volt auskommt.

Die beiden zuvor beschriebenen Stromversorgungsanlagen haben den gemeinsamen Nachteil, eine jeweils große und aufwendige Steuereinheit in ihrem Steuersystem verwenden zu müssen. Die Verkabelung der Steuerung ist oft aufwendig. Bei vielen Typen von Mobilbaggern ist kaum Platz vorhanden, die Schalteinrichtungen in der Fahrerkabine oder unter der Blechverkleidung des Oberwagens unterzubringen.

Weiterhin besteht ein Nachteil darin, daß Gleichstromgeneratoren ihre erzeugte Leistung immer über einen Kommutator führen müs­ sen. Gerade bei Einsatz auf einer Baumaschine ist diese nicht wün­ schenswert. In der gebräuchlichen Schutzart IP 23 sind die Genera­ toren empfindlich gegen das Eindringen aggressiver und schmir­ gelnder Stäube. Die Kohlebürsten unterliegen dadurch starkem Ver­ schleiß, wodurch die Lebensdauer des Generators reduziert ist.

Geschlossene Maschinen ab der Schutzart IP 45 lassen zwar keine Stäube mehr ins Innere der Generatoren gelangen, jedoch entstehen durch Temperaturwechsel bedingt Kondensatniederschläge in der Maschine in Form eines Feuchtigkeitsfilmes. Einmal kondensiert, kann der Beschlag bei erneuter Erwärmung der Maschine diese nicht mehr gänzlich verlassen.

Die Bildung einer Oxid- bzw. einer Rostschicht ist somit möglich. Verstärkt wird das Oxidieren bzw. Rosten noch durch die Bildung von Ozon in der Maschine. Dieses aggressive Gas wird freigesetzt, sobald am Kollektor der Maschine auch nur geringes Bürstenfeuer entsteht. Dies kann zum Beispiel bei einem Kurzschluß in 230 Volt- Hauptstromkreis auftreten. Die fortschreitende Rostbildung und in deren Folge die Zerstörung der Maschine ist dann kaum noch aufzu­ halten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, im Störungsfalle die Stö­ rung ohne Heranziehung eines Fachmannes beheben zu können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als elektrischer Generator ein Synchron-Drehstrom-Generator vorgesehen ist, der über eine Versorgungsleitung für Gleichspannung mit der Magnetspule ver­ bunden ist, und daß die Schalteinrichtung und die Steuerleitungen innerhalb des Gehäuses des Generators angeordnet sind, wobei die Schalteinrichtung über eine außerhalb des Gehäuses des Genera­ tors vorgesehene Steuerleitung mit einem Steuerschalter verbunden ist.

Auf diese Weise gelangt man zu einem Lasthebemagnet, der die vorerwähnte Aufgabe voll erfüllt. Da eine gesonderte Schalteinrich­ tung nicht mehr vorhanden ist, ist es im Störungsfalle nicht erfor­ derlich, den Fehler durch einen Fachmann zu suchen und zu behe­ ben, vielmehr genügt es, den defekten Generator insgesamt auszu­ bauen und diesen durch einen neuen Generator zu ersetzen, wo­ durch die Störung behoben ist. Anschließend kann der defekte Ge­ nerator in einer mit den erforderlichen Einrichtungen versehenen Werkstatt repariert werden. Die Reparatur des Generators führt nicht zu einem längeren Ausfall der Lasthebemagneteinrichtung sondern nur zu einem derart kurzen Ausfall, der erforderlich ist, um den bis­ herigen, also defekten Generator auszubauen und den neuen Gene­ rator einzubauen. Das führt darüber hinaus zu einer insgesamt län­ geren Arbeitszeit des Lasthebemagneten und außerdem zu geringe­ ren Aufwendungen für Fachpersonal.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die im Generator integrierte Steuerung kontaktlos ist und im Stand-by- Betrieb betrieben ist.

Der Generator kann von einem Motor anderer Antriebsart, beispiels­ weise einem Verbrennungsmotor, einem Hydraulikmotor oder einem Elektromotor angetrieben sein.

Zweckmäßig ist die Versorgungsleitung mit einer Gleichspannung von 230 Volt betrieben.

Des weiteren empfiehlt es sich, daß die Steuerleitung mit einer Steu­ erspannung von 12 bzw. 24 Volt betrieben ist.

Die Lasthebemagneteinrichtung kann an einem Mobilbagger oder dgl. angeordnet sein.

Dabei kann der Generator von einem Motor, insbesondere einem Hydraulikmotor des Mobilbaggers angetrieben sein.

Zweckmäßig ist der Generator als Synchron-Drehstrom-Generator in Schutzart IP 54 mit zwei Hauptwicklungen und einer integrierten Erregermaschine mit einer Nebenwicklung ausgebildet.

Das erfindungsgemäß ausgebildete Stromversorgungssystem weist einen Synchron-Drehstrom-Generator in Schutzart IP 54 mit zwei Hauptwicklungen und einer integrierten Erregermaschine mit einer Nebenwicklung auf. Es befinden sich zwei je dreiphasige steuerbare Thyristor-Gleichrichterbrücken in Antiparallelschaltung im Haupt­ stromkreis. Die Nenngröße der Ausgangsspannung ist eine pulsie­ rende Gleichspannung und beträgt hier 230 Volt Gleichspannung. Wird dieser Synchron-Drehstrom-Generator angetrieben, so erzeugt er mit Hilfe der beiden Hauptwicklungen je eine bestimmte dreipha­ sige Drehspannung. Diese wird bis zu den beiden eingebauten Gleichrichterbrücken geführt. Die Gleichrichterbrücken sind inaktiv. Eine Ausgangsspannung wird nicht herausgegeben.

Die Nebenwicklung erzeugt gleichzeitig als integrierte Erregerma­ schine die interne Steuerspannung. Die Betriebsbereitschaft des Generators und der Steuerung werden über eine Meldeleuchte "Einschaltbereit" im Steuerschalter signalisiert.

Wird nun der Befehl "Magnet EIN" über den Steuerschalter ausge­ löst, werden die Ventile der einen Gleichrichterbrücke gezündet und schalten die Leistung und die Spannung von 230 Volt Gleichspan­ nung zum angeschlossen Magneten direkt durch. Der Magnet zieht sodann Material an.

Wird nun der Befehl "Magnet AUS" vom Steuerschalter ausgelöst, wird die Zündung der Ventile der einen Gleichrichterbrücke unter­ brochen. Die Gleichrichterbrücke ist gesperrt. Ein Stromfluß findet nicht mehr statt.

Über eine an der Ausgangsseite 230 Volt Gleichspannung befindli­ che Freilaufdiode im Magnetkreis wird jetzt innerhalb einer Zeit­ spanne von 0,5 bis 1,0 Sekunden die aus dem Lasthebemagneten kommende Induktionsspannung abgebaut, und der Strom in diesem Kreis klingt gegen Null ab. Erreicht der Strom den Nulldurchgang, so wird die zweite Gleichrichterbrücke automatisch in diesem Zeitpunkt für eine kurze Zeitspanne (etwa 0,3 Sekunden) gezündet.

Die von der zweiten Hauptwicklung erzeugte niedrigere Drehspan­ nung wird nun über die zweite Gleichrichterbrücke, wiederum als Gleichspannung, jedoch in umgekehrt gepolter Richtung an den Ma­ gneten geliefert. Der Magnet wird dadurch entmagnetisiert und läßt unmittelbar darauf das zuvor aufgenommene Material wieder gänz­ lich los.

Der Drehstromgenerator ist wartungsfrei. Die integrierte Schaltung ebenfalls. Die ebenfalls integrierte Steuerung ist voll elektronisch und damit ebenfalls wartungsfrei.

Des weiteren ist über die Nebenwicklung festgelegt, daß der Gene­ rator bzw. die Gleichrichterbrücken bei Drehzahlen oberhalb von 15% und unterhalb von 10% ihrer Nenndrehzahl nicht einschaltbereit sind.

Ein wirksamer Kurzschlußschutz der beiden Gleichrichterbrücken ist über einen dreipoligen superflinken Sicherungsautomaten eingebaut.

Wird der Generator betriebsbedingt überlastet oder tritt ein Lei­ tungsfehler ein, wird diese als "Störung" optisch und akustisch im Steuerungsschalter signalisiert.

Die abgehende Magnetleitung wird über Klemmbolzen im außenlie­ genden Anschlußkasten des Generators angeschlossen, während die abgehende Steuerleitung zum Steuerungsschalter wird über eine Vierpol-Steckverbindung dort eingesteckt. Bei Verwendung des Ge­ nerators als Stromerzeuger für Lasthebemagnete ist keine externe Schalteinrichtung mehr erforderlich.

Der Einbau einer Stromversorgung für Magnetbetrieb in einem Mo­ bilbagger reduziert sich damit auf den mechanischen Einbau des Generators, das Anklemmen und Verlegen der Magnetleitung über den Ausleger zum Lasthebemagneten sowie das Einstecken und Verlegen der Steuerleitung zum Steuerungsschalter in der Führer­ kabine des Mobilbaggers.

Damit ist ein völlig wartungsfreies und sehr betriebssicheres Anla­ gensystem vorhanden, welches sich für den Betreiber einer solchen Anlage als technisch überschaubar darstellt. Für den Hersteller ei­ ner solchen Stromversorgungsanlage bestehen keinerlei Probleme mit dem Service, der Inbetriebnahme, der Einweisung des Bedie­ nungspersonals - oder gar etwaigen späteren Gewährleistungsan­ sprüchen gegen ihn.

Die mit diesem Generator errichteten Anlagen sind einfach hinsicht­ lich der zu erstellenden technischen Unterlagen und diese für je­ dermann leicht verständlich. Ersatzteillisten sind wegen der wenigen Bauteile der Anlage auf ein Minimum reduzierbar.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dar­ gestellten Ausführungsbeispieles des näheren erläutert. Ein von ei­ nem Antrieb 1 angetriebener Synchron-Drehstrom-Generator 2 ist über eine Magnetleitung bzw. Versorgungsleitung 3 für eine Gleich­ spannung von 230 Volt mit einem Lasthebemagneten 4 verbunden. Außerdem ist der Generator 2 über eine Steuerleitung 5 mit einem Steuerschalter 6 verbunden, der in nicht näher dargestellter Weise mit einer in dem Generator 2 integrierten Schalteinrichtung in Ver­ bindung steht, die vom Generator 2 selbst mit einer Gleichspannung von 12/24 Volt versorgt wird.

Bezugszeichenliste

1 Antriebsmotor
2 Synchron-Drehstrom-Generator
3 Magnetleitung bzw. Versorgungsleitung
4 Magnet
5 Steuerleitung
6 Steuerschalter

Claims (8)

1. Lasthebemagneteinrichtung mit einem aus wenigstens einer in einem Gehäuse angeordneten Magnetspule bestehenden Lasthebemagneten, einem angetriebenen elektrischen Genera­ tor zum Erzeugen einer elektrischen Spannung für die Span­ nungsversorgung der Magnetspule und einer Versorgungslei­ tung zwischen dem Generator und dem Lasthebemagneten, so­ wie mit einer elektrischen Schalteinrichtung und mindestens ei­ ner Steuerleitung mit einem Steuerschalter, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrischer Generator ein Synchron-Drehstrom-Genera­ tor vorgesehen ist, der über eine Versorgungsleitung (3) für Gleichspannung mit der Magnetspule (4) verbunden ist, und daß die Schalteinrichtung und die Steuerleitungen innerhalb des Gehäuses des Generators (2) angeordnet sind, wobei die Schalteinrichtung über eine außerhalb des Gehäuses des Ge­ nerators (2) vorgesehene Steuerleitung (5) mit einem Steuer­ schalter (6) verbunden ist.

2. Lasthebemagneteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die im Generator (2) integrierte Steuerung kon­ taktlos ist und im Stand-by-Betrieb betrieben ist.

3. Lasthebemagneteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (2) von einem Motor (1) anderer Antriebsart, beispielsweise einem Ver­ brennungsmotor, einem Hydraulikmotor oder einem Elektromo­ tor angetrieben ist.

4. Lasthebemagneteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungslei­ tung (3) mit einer Gleichspannung von 230 Volt betrieben ist.

5. Lasthebemagneteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitung (5) mit einer Steuerspannung von 12 bzw. 24 Volt betrieben ist.

6. Lasthebemagneteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lasthebemagnet­ einrichtung an einem Mobilbagger oder dgl. angeordnet ist.

7. Lasthebemagneteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (2) von einem Motor, insbesondere einem Hydraulikmotor des Mobil­ baggers angetrieben ist.

8. Lasthebemagneteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (2) als Synchron-Drehstrom-Generator in Schutzart IP 54 mit zwei Hauptwicklungen und einer integrierten Erregermaschine mit ei­ ner Nebenwicklung ausgebildet ist.