DE19757902A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Lasthebemagneten an Mobilbaggern und Mobilkranen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Last­ hebemagneten an Mobilbaggern und Mobilkranen sowie eine Vor­ richtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Oberbegrif­ fen der Ansprüche 1 bzw. 4.

Der Betrieb von Lasthebemagneten an Mobilkranen bzw. Mobilbag­ gern ist für den Materialumschlag, die Sortierung und die Ent­ sorgung von Schrott oder ferromagnetischen Stoffen üblich und unentbehrlich geworden. Da die Arbeitszeiten derart ausgerüste­ ter Geräte immer mehr zunehmen und im Mehrschichtbetrieb gear­ beitet wird, nehmen auch die Anforderungen an die Standzeiten der Stromversorgungsanlagen für derartige Lasthebemagneten mehr und mehr zu.

Es sind verschiedene Stromversorgungs-Systeme bekannt, welche die für den jeweiligen Magneten erforderliche Gleichspannung auf dem Gerät herstellen und bestimmungsgemäß schalten. Der Lasthebemagnet stellt für die Stromversorgung einen hochinduktiven Verbraucher in einem Gleichstromkreis dar. Es ist daher immer erforderlich, wegen der hohen Induktionsspan­ nungen bei Schaltvorgängen elektrische Schutzbeschaltungen für die peripheren Anlagenteile dieser Stromversorgungen zu instal­ lieren. Alle diese Systeme haben den Nachteil, daß sie stetig und intensiv gewartet werden müssen und zudem eine begrenzte Einschaltdauer zwischen 50 und maximal 70% relativ aufweisen. Hat zum Beispiel eine Stromversorgung 12,0 kW bei 70% Einschaltdauer, so ist ihre Nettoleistung lediglich mit 8,4 kW anzusetzen.

Die Anmelderin hat die Entwicklung auf dem vorgenannten Gebiet im Laufe der Zeit dahingehend optimiert, daß zum einen die An­ zahl der Anlagenelemente entscheidend reduziert worden ist und zum anderen eine Einschaltdauer von 100% erreicht wurde.

In bisher bekannten Stromversorgungen mit Einschaltdauern zwi­ schen 50 und 70% wurde in einer ersten Alternative ein Dreh­ stromgenerator betrieben, der eine Drehspannung erzeugt und über die Anlagenelemente Transformator, Gleichrichter, Schalt­ einrichtung und Schutzbeschaltung diese Drehspannung dem Last­ hebemagneten zugeführt. Insgesamt waren demnach fünf Anlagen­ elemente erforderlich.

Eine weitere Alternative bestand darin, einen Gleichstromgenerator einzusetzen, der eine Gleichspannung er­ zeugt und diese über die Anlagenelemente Gleichstromgenerator, Schalteinrichtung und Schutzbeschaltung dem Lasthebemagneten zugeführt wurde. Insgesamt waren drei Anlagenelemente erforder­ lich.

Eine dritte Alternative sah vor, daß vor dem Gleichstromgenera­ tor eine Schalteinrichtung geschaltet wird und die Gleichspan­ nung direkt dem Lasthebemagneten zugeführt wird.

Hierbei sind insgesamt noch zwei Anlagenelemente erforderlich. Allen diesen Alternativen gemein ist - wie oben bereits ausge­ führt - daß sie sehr wartungsintensiv sind und lediglich eine begrenzte Einschaltdauer aufweisen.

Die Anmelderin hat daher eine Stromversorgung entwickelt, die eine 100%ige Einschaltdauer gewährleistet und sehr wartungsarm ist. Bei diesem System wird mit Hilfe eines Drehstromgenerators direkt eine Gleichspannung erzeugt und auch geschaltet.

Die Nettoleistung der Stromversorgung ist gleich der Anlagen­ leistung, da eine Dauereinschaltung von 100% möglich ist und jegliche Art von Schutzbeschaltung entfallen kann. Gegenüber einer bisher verwendeten Stromversorgung mit zum Beispiel 12,0 kW und 70% Einschaltdauer hat diese Stromversorgung mit der Einheitsleistung von 10,0 kW eine Leistungssteigerung von 20% zu verzeichnen.

Obwohl dieses System einen großen Fortschritt gegenüber dem oben zitierten Stand der Technik darstellt, ist es jedoch mit dem Nachteil verbunden, daß der Drehstromgenerator ständig mit Nenndrehzahl arbeiten muß. Das bedeutet, daß ein ihn antreiben­ der Hydraulikmotor ebenfalls ständig volle Förderleistung geben muß, was zum einen einen hohen Kraftstoffverbrauch bedeutet und zum anderen die Gefahr des schnellen Verschleisses im Hydrau­ likmotor und im Generator mit sich bringt.

Darüber hinaus benötigt dieses System zwei Schalteinheiten, nämlich eine Einschalteinheit zum Betreiben des Hydraulikmotors und damit zum Betreiben den Generators bei Nenndrehzahl und eine (elektrische) Schalteinheit zum Ein- und Ausschalten der Magnetspannung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu führen, daß ein Dauerbetrieb nach wie vor möglich ist, jedoch mit einem wesentlich niedrige­ ren Kraftstoffverbrauch einhergeht, sowie eine Vorrichtung zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und mit nur einer Schalteinheit auskommt.

Die Erfindung löst diese Aufgabe gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs dadurch, daß im Nichterregungszustand des Magneten die Fördermenge des Hydraulikmotors derart reduziert ist, daß die Drehzahl des Generators signifikant unterhalb sei­ ner Nenndrehzahl liegt, zum Erregen des Magneten die Förder­ menge des Hydraulikmotors erhöht wird, bis der Generator seine Nenndrehzahl erreicht und vor Erreichen dieser Nenndrehzahl im Generator ein Signal zur Spannungsbeaufschlagung des Magneten erzeugt wird, und zum Abschalten des Magneten die Fördermenge des Hydraulikmotors wieder auf den Ausgangswert und damit die Drehzahl des Generators ebenfalls auf den Ausgangswert zurück­ gefahren wird, wobei vor Erreichen dieses Ausgangswertes im Ge­ nerator das Signal zum Abschalten erzeugt und die Entmagneti­ sierung des Magneten eingeleitet wird.

Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch die Merkmale des kenn­ zeichnenden Teils des Anspruchs 4, nämlich dadurch, daß im Ge­ nerator ein Signalerzeugungselement vorgesehen ist, das bei ei­ nem einstellbaren Drehzahlwert, der zwischen der Nenndrehzahl und etwa der halben Nenndrehzahl liegt, anspricht, und die För­ dermenge des Hydraulikmotors und damit die Drehzahl des Genera­ tors über ein Ventil verstellbar ist.

Durch Herstellen eines elektrischen Kontaktes zum Versorgungs- Ventil im Hydraulikkreis wird der Hydraulikmotor gestartet. Hierzu verfügt der Bagger- bzw. Kranführer über einen Schalter im Führerhaus. Die Fördermenge des Hydraulikmotors erreicht zunächst etwa 50% der Menge, die zur Erreichung der Nenndreh­ zahl des von ihm angetriebenen Generators erforderlich ist, so daß der Generator ebenfalls etwa nur 50% seiner Nenndrehzahl erreicht. Diese reduzierte Drehzahl reicht nicht aus, um die zur Magnetisierung des Lasthebemagneten erforderliche Spannung zu erzeugen.

Soll nun eine Last angehoben werden, betätigt der Baggerführer den Schalter erneut, und zwar in eine Schaltstellung, durch die die Fördermenge des Hydraulikmotors auf 100% angehoben wird. Hierdurch wird auch die Drehzahl des Generators erhöht, bis sie den Nenndrehzahlwert erreicht. Im Hochlaufen des Generators er­ folgt durch ein Signalerzeugungselement im Innern des Genera­ tors bei einer einstellbaren Drehzahl die Aktivierung der Ma­ gnetspannungserzeugung, der sogenannten Nennspannung. Der Ma­ gnet zieht die Last an.

Zum Abwerfen der Last betätigt der Baggerführer erneut den Schalter, wodurch die Fördermenge wieder auf die Grundmenge (etwa 50%) zurückgefahren wird. Dadurch reduziert sich auch die Drehzahl des Generators, bis ein Punkt erreicht wird, an dem die Drehzahl nicht mehr ausreicht, die Magnetspannung zu liefern. Gleichzeitig mit der Abschaltung der Generatorspannung wird automatisch die Entmagnetisierung des Magneten eingelei­ tet.

Die Schaltbefehle zur Veränderung der Fördermenge des Hydrau­ likmotors werden hydraulisch folgend manuell ausgelöst, während die Schaltbefehle zum Ein- und Ausschalten der Magnetspannung elektrisch folgend aus der Drehzahländerung automatisch ausge­ löst werden, beispielsweise mittels eines Drehgebers als Si­ gnalerzeugungselement, wie es der Anspruch 9 vorschlägt.

Der Baggerführer betätigt somit lediglich nur noch einen Schal­ ter, der die Fördermenge des Hydraulikmotors einstellt. Alles weitere erfolgt automatisch.

Neben diesem durch die Reduzierung der Schaltelemente erreich­ ten Bedienungsvorteil ist jedoch der Hauptvorteil darin zu se­ hen, daß der Generator und somit auch der Motor nicht ständig im Nennbereich laufen müssen, sondern nur dann, wenn die Ma­ gnetspannung wirklich gebraucht wird. In den Zwischenzeiten be­ findet sich die Anlage quasi in Leerlaufstellung. Somit kann der Kraftstoffverbrauch stark gesenkt und der Verschleiß der Aggregate entscheidend reduziert werden.

Weitere Vorteile und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

So schlägt zur Bedienungsvereinfachung der Anspruch 5 vor, daß das durch den Schalter betätigende Ventil lediglich die Schaltzustände "Fördermenge = Null %, 50% und 100" aufweist.

Zur Überwachung der einzelnen wichtigen Schaltzustände sind in bekannter Weise Anzeigeelemente vorgesehen, die beispielsweise in Form eines Mehrfach-Funktionsanzeigeelements ebenfalls in der Führerkabine vorgesehen sein kann.

Gemäß Anspruch 7 kann die Anzeige aber auch am oder im Genera­ torgehäuse vorgesehen sein, die dann lediglich aus einem opti­ schen Element bestehen kann, die nur noch den Betriebszustand "Magnetspannung an" optisch anzeigt.

Ein derartiges Anzeigelement kann aber auch gemäß Anspruch 8 am Lasthebemagneten selber vorgesehen sein.

Zur optimalen Kraftübertragung und zur weiteren Vereinfachung des Aufbaus sind Hydraulikmotor und Generator mittels einer Klauenkupplung miteinander verbunden, wie es der Anspruch 10 vorschlägt.

Als besonders geeignet hat sich als Generator ein Synchron- Drehstrom-Generator erwiesen, der den Vorteil hat, daß keine Kohlebürsten, keine Relais und keine Schalter benötigt werden und auch keine externe Schutzbeschaltung erforderlich ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen darge­ stellt und näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1: Prinzipielle Darstellung des Schaltungsaufbaus,

Fig. 2: Schaltfolge-Diagramm.

In der Fig. 1 ist in Prinzipdarstellung die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung gezeigt. Sie besteht im Kern aus einem Syn­ chron-Drehstrom-Generator 1, der von einem Hydraulik-Motor 2 angetrieben wird. Generator 1 und Hydraulik-Motor 2 sind mit­ tels einer Klauenkupplung 3 miteinander verbunden. Die Förder­ menge des Hydraulik-Motors 2 und damit die Drehzahl des Genera­ tors 1 wird mittels eines nicht dargestellten, durch einen Be­ dienhebel elektrisch betätigten Versorgungs-Ventils im Hydrau­ likkreis eingestellt.

Im Generator 1 ist ein nicht dargestellter Drehgeber angeord­ net. Vom Generator 1 verläuft eine elektrische Leitung 4 zu ei­ nem nicht dargestellten Lasthebemagneten, sowie eine elektri­ sche Leitung 5 zu einer Mehrfach-Funktionsanzeige (MFA) 6.

Die MFA 6 befindet sich in der Führerkabine eines Mobilbaggers oder Mobilkranes, auf dem ebenfalls die Generator-Hydraulik-Mo­ tor-Einheit angeordnet ist.

Die Anzeigeelemente 6 können jedoch auch am/im Generatorgehäuse oder am Lasthebemagneten selbst angeordnet sein.

Der Funktionsablauf ist in der Fig. 2 dargestellt.

Die X-Achse stellt den zeitlichen Verlauf dar und die Y-Achse die Fördermenge des Hydraulik-Motors 2 bzw. die Drehzahl des Generators 1.

In Punkt 0 wird der hydraulische Antrieb gestartet. Dies er­ folgt durch elektrischen Kontakt zum Versorgungsventil im Hydraulikkreis.

Der Hydraulik-Motor 2 treibt den Generator 1 mit einer redu­ zierten Drehzahl an. Diese liegt etwa bei 50% der Nenndreh­ zahl, was etwa 50% der maximalen Fördermenge des Hydraulik-Mo­ tors 2 entspricht.

Es folgt der elektrische Hinweis in der MFA 6:
"einschaltbereit".

In Punkt A wird der Einschaltbefehl hydraulisch folgend manuell ausgelöst. Die hydraulische Fördermenge wird auf 100% angehoben.

Im Hochlaufen des Generators 1 auf seine Nenndrehzahl erfolgt im Inneren des Generators im Punkt B durch Signalerzeugen des Drehgebers die Aktivierung der Erregung der Schaltung. Der Ge­ nerator 1 liefert seine Nennspannung ab. Der Lasthebemagnet zieht die Last an.

In Punkt C wird der Ausschaltbefehl (ebenfalls hydraulisch folgend manuell) ausgelöst, indem die Nenn-Fördermenge der hydraulischen Versorgung wieder auf die Grundmenge von 50% zurückgefahren wird.

In Punkt D erfolgt (durch Absinken der Drehzahl bedingt) die elektrische Abschaltung des Generators 1 mit automatischer Ein­ leitung der Entmagnetisierung.

Ein weiterer Hebevorgang schließt sich an.

Claims (11)

1. Verfahren zum Betreiben eines Lasthebemagneten an Mobil­ baggern und Mobilkranen, wobei die Stromversorgung für den Magneten durch einen Drehstromgenerator erfolgt, der durch einen Hydraulikmotor angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Nichterregungszustand des Magneten die Fördermenge des Hydraulikmotors derart reduziert ist, daß die Drehzahl des Generators (1) signifikant unterhalb seiner Nenndreh­ zahl liegt, zum Erregen des Magneten die Fördermenge des Hydraulikmotors (2) erhöht wird, bis der Generator (1) seine Nenndrehzahl erreicht und vor Erreichen dieser Nenn­ drehzahl im Generator (1) ein Signal zur Spannungsbeauf­ schlagung des Magneten erzeugt wird, und zum Abschalten des Magneten die Fördermenge des Hydraulikmotors (2) wie­ der auf den Ausgangswert und damit die Drehzahl des Gene­ rators (1) ebenfalls auf den Ausgangswert zurückgefahren wird, wobei vor Erreichen dieses Ausgangswertes im Genera­ tor (1) das Signal zum Abschalten erzeugt und die Entma­ gnetisierung des Magneten eingeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nenndrehzahl des Generators (1) nach Anheben der Fördermenge des Hydraulikmotors (2) auf 100% erreicht wird, während die Ausgangsfördermenge und die Ausgangs­ drehzahl 50% der maximalen Fördermenge bzw. der Nenndreh­ zahl beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördermengenänderung des Hydraulikmotors (2) durch manuellen Schaltbefehl und die Signalauslösung im Genera­ tor (1) automatisch bewirkt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Drehstromgenerator, einem die­ sen antreibenden Hydraulikmotor und einer Leitung vom Ge­ neratorausgang zum Lasthebemagneten, dadurch gekennzeichnet, daß im Generator (1) ein Signalerzeugungselement vorgese­ hen ist, das bei einem einstellbaren Drehzahlwert, der zwischen der Nenndrehzahl und etwa der halben Nenndrehzahl liegt, anspricht, und die Fördermenge des Hydraulikmotors (2) über ein Ventil verstellbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil die Schaltzustände "Fördermenge = 0%, 50% und 100%" aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß Anzeigeelemente (6) zur Anzeige des jeweiligen Betriebszustandes vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeelemente (6) am/im Generatorgehäuse vorge­ sehen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeelemente (6) am Lasthebemagneten vorgesehen sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Signalerzeugungselement im Generator (1) ein Dreh­ geber ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikmotor (2) und der Generator (1) mittels Klauenkupplung (3) miteinander verbunden sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (1) ein Synchron-Drehstrom-Generator ist.