DE19882170B4

DE19882170B4 - Verfahren zur Steuerung eines Hubmagneten einer Materialhandhabungsmaschine

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Publication number: DE19882170B4
Application number: DE19882170T
Authority: DE
Inventors: Ron W. Geneva Clutter; Kenneth J. Chagrin Falls Chlad; Timothy L. Marion Cooper; Charles A. Galion Robinson
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1997-03-07
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 2009-01-22
Anticipated expiration: 2018-03-07
Also published as: JP2001514607A; US5959416A; DE19882170T1; AU6450998A; WO1998039840A1

Abstract

Verfahren zur selektiven Erregung eines Hubmagneten (12) an einer Materialhandhabungsmaschine, wobei das Verfahren folgendes aufweist:
(a) Verbindung des Hubmagneten (12) mit einem Spannungsausgang eines getrennt erregten Generators (22) mit Kommutatorfeldwindungen (62) und Reihenfeldwindungen (64) wobei
der Generator (22) zusätzlich Shunt- oder Kurzschlußfeldwindungen (66, 68) aufweist;
(b) Drehung eines Ankers des Generators;
(c) selektive Verbindung der Kurzschlußfeldwindungen (66, 68) des Generators (22) mit einer elektrischen Leistungsquelle (50), um einen elektrischen Strom durch die Kurzschlußfeldwindungen (66, 68) zu leiten und den Generator zu erregen, wodurch eine Spannung am Ausgang des Generators eingerichtet wird;
(d) Aufzeichnung der Zeitdauer, für die der Hubmagnet (12) von dem Generatorspannungsausgang erregt wird, und zwar mit Bezug auf die gesamte Zeit,
für die der Magnet in Gebrauch ist; und
(e) Benachrichtigung eines Bedieners des Hubmagneten (12), wenn der Hubmagnet (12) mehr als einen vorbestimmter Prozentsatz der Gesamtzeit erregt wird, für die...

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Hubmagneten einer Materialhandhabungsmaschine. Sie findet spezielle Anwendung in Verbindung mit Hubmagneten, die mit Kranen und anderen Primärbewegungsvorrichtungen in der Stahl- und Altmetallindustrie verwendet werden.
Hubmagneten werden allgemein in der Materialhandhabungsindustrie verwendet, um magnetische Materialien zu heben und zu bewegen. Beispielsweise werden in der Stahlindustrie Hubmagneten verwendet, um Zwischenprodukte und endbearbeitete Güter zu bewegen. Auch werden in der Altmetallindustrie Hubmagneten allgemein an Kranen und anderen primären Bewegungsvorrichtungen befestigt und verwendet, um Schrott, Stahl und andere eisenhaltige Metalle zu laden, zu entladen und anders zu bewegen.
Während Hubmagneten für viele Jahre in allgemeiner Anwendung gewesen sind, bleiben die Systeme, die verwendet werden, um diese Hubmagneten zu steuern, relativ primitiv. Bekannte Steuersysteme arbeiten dahingehend, daß sie selektiv Kontakte öffnen und schließen, die wenn sie geschlossen sind eine Schaltung zwischen einer Gleichstromquelle und dem Hubmagneten schließen. Die Gleichstromquelle liefert im allgemeinen mindestens 230 Volt, die Spannung kann ungefähr 275 Volt erreichen. Wenn zusätzlich die Polarität der Spannung an dem Magneten kurz umgekehrt wird, wenn es erforderlich ist, eine Metalllast von dem Magneten "wegzudrücken", erreichen die Spannungen gewöhnlicherweise 500 bis 1.000 Volt. Somit hat das Öffnen und Schließen der Kontakte während dieser Zustände um die Magnetschaltung zu öffnen oder zu schließen natürlicherweise eine Lichtbogenbildung an den Spitzen der Kontakte zur Folge, und weiter die Erzeugung von Spannungsspitzen in dem Magnetsteuersystem.
Eine Lichtbogenbildung zwischen den Kontakten der bekannten Magnetsteuervorrichtungen bewirkt ein Abbrennen und eine Abnutzung, was schließlich zu der Notwendigkeit führt, die Kontakte zu ersetzen. Die große Veränderung der Spannung nützt schließlich auch den Generator ab (die typische Quelle für die Gleichstromleistung), weiter den Magneten und die zugehörige Isolation genauso wie die Kabel, die verwendet werden, um den Magneten mit dem Generator zu verbinden. Um den großen Spannungen und den Spannungsspitzen zu widerstehen, müssen der Magnet, die Kabel und die Steuersystemkontakte und die anderen Komponenten aus teureren Materialien aufgebaut werden und müssen auch größer gemacht werden.
Auch bei bekannten Magnetsteuersystemen muß das Steuersystem an den speziellen verwendeten Magneten angepaßt werden. Beispielsweise müssen die Kontakte und die zugehörige Schaltung in einer bekannten Magnetsteuervorrichtung für einen Magneten mit 240 cm (93 Inch) Durchmesser und 40 Kilowatt (kW) ungefähr 175 Ampere Strom durchlassen können und auch sehr großen Spannungsspitzen widerstehen können. Eine solche Steuervorrichtung wäre nicht effektiv, wenn sie in Verbindung mit einem Magneten von 76 cm (30 Inch) Durchmesser und 5 kW verwendet wird, der nur 20 Ampere Strom zieht. Natürlich wären die in einer Steuervorrichtung für den kleineren Magneten verwendeten Komponenten nicht fähig, den elektrischen Strom und den Spannungsspitzen zu widerstehen, die mit dem größeren Magneten assoziiert sind. Somit muß bei bekannten Systemen ein Betreiber eines Schrottplatzes oder einer anderen Einrichtung die Anwendung von unterschiedlichen Magneten bei verschiedenen Kränen und anderen primären Bewegungsvorrichtungen einschränken oder muß das gesamte Steuersystem der primären Bewegungsvorrichtung entsprechend schalten. Beispielsweise sind bekannte Magnetsteuervorrichtungen in sieben verschiedenen Kapazitäten verfügbar und jede davon ist nicht mit Magneten außerhalb ihres Betriebsbereiches verwendbar. Daher muß für eine Einrichtung, die Magneten von unterschiedlicher Größe verwendet, auch eine zur Anwendung mit jeden Magneten geeignete Magnetsteuervorrichtung gekauft und instandgehalten werden.
Bekannte Hubmagnetsteuersysteme sind nicht "anwenderfreundlich". Diese Steuersysteme versorgen den Bediener des Magneten nicht mit ausreichender Information bezüglich des Zustands des Magneten und des Magnetsteuersystems. Beispielsweise informieren bekannte Systeme nicht den Bediener darüber, ob es eine unerwünschte Erdung in der Magnetschaltung gibt. Eine solche Erdung kann den Magneten oder seine Steuervorrichtung schädigen und auch nachteilig den Betrieb von sowohl dem Magneten als auch der Steuervorrichtung beeinflussen, was fallengelassene Lasten oder andere Fehlfunktionen zur Folge hat. Eine Erdung mit dem Gehäuse der primären Bewegungsvorrichtung kann auch die Elektronik der primären Bewegungsvorrichtung schädigen, die vorzugsweise vollständig von der Magnetschaltung isoliert ist, die jedoch oft am Maschinenfahrgestell geerdet ist. Eine unerwünschte Erdung der Magnetschaltung ist auch potentiell schädlich für den Generator, der die Leistung an die Schaltung liefert.
Genauso überwachen bekannte Magnetsteuervorrichtungen nicht den "Lastzyklus" des Magneten. Der Lastzyklus ist der Prozentsatz der Zeit für den der Magnet erregt oder "angeschaltet" ist, und zwar mit Bezug auf seine Gesamtbetriebszeit für eine gegebene Zeitperiode. Somit muß der Bediener beispielsweise den Magneten zu 60 Prozent der Zeit anschalten, um eine Stahllast zu bewegen, wobei der Rest der Zeit berücksichtigt wird durch die Zeit, die erforderlich ist, um den Magneten und seine primäre Bewegungsvorrichtung zu manövrieren, genauso wie durch die Zeit, wenn der Magnet entregt oder "abgeschaltet" ist, um eine Last fallen zu lassen. Moderne Magneten können einem 75%igen Lastzyklus widerstehen. Wenn dieser maximale Lastzyklus überschritten wird, wird der Magnet geschädigt. Bei bekannten Magnetsteuersystemen jedoch können die Bediener nicht wirkungsvoll den Lastzyklus überwachen, und bekannte Steuervorrichtungen informieren den Bediener nicht darüber, ob der maximale Lastzyklus überschritten wird.
Bekannte Systeme überwachen auch nicht den Zustand des Generators, der elektrische Gleichstromleistung an die Magnetschaltung liefert. Wenn der Magnet stark beansprucht wird, ist es möglich, daß der Generator sich überhitzt. Wenn ein Bediener das Überhitzungsproblem des Generators nicht bemerkt, wird der Generator beschädigt. Somit wäre es wünschenswert, ein Magnetsteuersystem vorzusehen, welches kontinuierlich den Zustand eines Generators überwacht und den Bediener informiert, ob der Generator beginnt, sich zu überhitzen.
Weiterhin gestatten es bekannte Systeme dem Bediener nicht, die "Fallzeit" einzustellen – die Zeitdauer, für die eine umgekehrte Spannung an den Magneten angelegt wird, um seine Polarität umzukehren – und zwar ohne Beihilfe oder ohne daß der Bediener seine Kabine verläßt. Bekannte Systeme erfordern, daß diese Einstellung der Fallzeit an der Steuervorrichtung selbst vorgenommen werden kann, die gewöhnlicherweise unter dem oder am Hinterteil des Krans oder der anderen Primärbewegungsvorrichtung zugänglich ist. Dies ist gefährlich und schwierig, insbesondere auf Grund der Tatsache, daß Testhubvorgänge und Fallvorgänge während des Einstellvorgangs vorgenommen werden müssen. Somit muß entweder der Bediener der Primärbewegungsvorrichtung wiederholt aus der Bedienerkabine aussteigen und die Fallzeit einstellen, oder eine zweite Person muß die Fallzeit entsprechend auf Befehle vom Bediener einstellen. Diese zweite Person könnte leicht einen elektrischen Stromschlag bekommen oder anders verletzt werden, wenn der Bediener unerwarteter Weise den Hubmagneten oder die Primärbewegungsmaschine selbst aktiviert.
Ein weiterer Nachteil bekannter Magnetsteuersystemen bezieht sich auf die Tatsache, daß der Generator, der die Gleichstromleistung an den Magneten liefert, im allgemeinen durch eine riemengetriebene Verbindung angetrieben wird, oder unter Verwendung eines Hydraulikmotors, der durch eine Hydraulikpumpe mit Leistung versorgt wird, die mit dem Hauptmotor oder einem Hilfsmotor der Primärbewegungsvorrichtung verbunden ist. Somit hat bei bekannten Systemen eine Steigerung oder Senkung der Umdrehungen pro Minute (U/min) beim Motor, der den Generator antreibt, eine entsprechende Steigerung oder Senkung der U/min des Generatorankers zur Folge. Dies hat folglich eine Steigerung oder Senkung der Gleichstromleistungsabgabe des Generators zur Folge. Während ein gewisses Ausmaß an Überspannung aus einer Steigerung der Motorumdrehungen akzeptabel ist, kann eine starke Unterspannung, wie sie auftreten kann, wenn der Antriebsmotor "abgewürgt" oder anderenfalls verlangsamt wird, auftreten kann, einen schweren Abfall der Generatorleistungsabgabe an den Magnet zur Folge haben. Wenn nicht genügend Leistung an den Hubmagneten geliefert wird, könnte seine Last unbeabsichtigter Weise fallengelassen werden. Versuche zur Verwendung von herkömmlichen Spannungsreglern, um diese Spannungsvariationen zu überwinden, sind nicht erfolgreich gewesen. Insbesondere können herkömmliche Spannungsregler nicht den großen Spannungsspitzen widerstehen, die mit bekannten Magnetsteuervorrichtungen assoziiert sind.
Zum Stand der Technik sei speziell auf die Firmenschrift Hubbel Industrial Control, Inc., Madison, Ohio 44057, 1990 mit dem Titel "Euclid Lifting Magnet Controller TYPE 4291 Automatic Discharge" hingewiesen. In dieser Schrift werden mehrere Hubsteuervorrichtungen beschrieben, und zwar insbesondere eine Euclid Type 4291 Hubmagnetsteuervorrichtung. Eine solche Steuervorrichtung kann zusammen mit Hubmagneten verschiedener Bauarten verwendet werden. Die bekannte Hubsteuerung ermöglicht eine automatische Entladung des Magneten, eine schnelle und saubere Freigabe der Last, Stromeinstellungen für unterschiedliche Magnetbelastungen usw., wie dies im Einzelnen der Spalte 1 der E1 ausgeführt ist. Es sind insgesamt sechs Figuren in der E1 gezeigt, die verschiedene Betriebsbedingungen veranschaulichen. So zeigt beispielsweise die 1 der Type 4291 die Hubmagnetsteuerung für automatische Abgabe bei konstanter Spannung.
Die DE 31 03 607 C2 betrifft einen Lasthebemagnet für einen Hydraulikbagger bei dem ein den Magneten mit Strom versorgender Generator und der diesen antreibende Hydromotor in einer Aufhängeeinrichtung des Magneten an der Unterseite desselben angeordnet sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein neues und verbessertes Verfahren zur Steuerung eines Hubmagneten gemäß Anspruch 1 vorgesehen. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß eines ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zur selektiven Erregung eines Hubmagneten einer Materialhandhabungsmaschine die Verbindung eines Hubmagneten mit einer Spannungsausgangsgröße eines getrennt erregten Generators auf, der Shunt- bzw. Kurzschlußfeldwindungen aufweist. Der Anker des Generators wird gedreht und die Shunt- bzw. Kurzschlußfeldwindungen des Generators werden selektiv mit einer elektrischen Leistungsquelle verbunden, um einen elektrischen Strom durch die Kurzschlußfeldwindungen zu leiten, wodurch der Generator erregt wird und eine Spannung am Ausgang des Generators erzeugt wird.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines neuen und verbesserten Verfahrens zur Steuerung eines Hubmagneten.
Ein zweiter Vorteil der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen einer kostengünstigeren und dauerhafteren Vorrichtung zur Steuerung eines Hubmagneten.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen eines Verfahrens zur Steuerung eines Hubmagneten, das Spannungsspitzen in der Magnetschaltung minimiert, die Lichtbogenbildung über die Kontakte in der Magnetsteuervorrichtung eliminiert.
Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur Steuerung eines Hubmagneten, die die nützliche Lebensdauer des Magneten die Generatorversorgungsleistung an den Magneten und die assoziierte Schaltung verbessern.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen einer Vorrichtung zur Steuerung eines Hubmagneten, der mit einem großen Bereich von unterschiedlichen Hubmagneten verwendbar ist.
Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen einer Vorrichtung zur Steuerung eines Hubmagneten, der das Auftreten einer unerwünschten Erdung in der Magnetschaltung überwacht, und den Magnetbediener über eine unerwünschte Erdung informiert.
Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen einer Vorrichtung zur Steuerung eines Hubmagneten, der den Lastzyklus des Hubmagneten überwacht und den Magnetbediener informiert, ob der maximale Lastzyklus überschritten wird.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen einer Vorrichtung zur Steuerung eines Hubmagneten, die einen Fallzeitsteuermechanismus in der Bedienerkabine der Primärbewegungsvorrichtung vorsieht, die den Hubmagneten trägt.
Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen einer Vorrichtung zur Steuerung eines Hubmagneten, der die Temperatur des Gleichstromgenerators überwacht, der die elektrische Leistung an den Magneten liefert, und den Magnetbediener informiert, ob die Generatortemperatur ein ausgewähltes Niveau überschreitet.
Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen einer Vorrichtung zur Steuerung eines Hubmagneten, der ein konstantes Niveau an Gleichstromleistung an den Magneten liefert, und zwar unabhängig von der Drehzahl des Motors.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen einer Hydraulikströmungsmittelsammelleitung, die einen konstanten Fluß von Hydraulikströmungsmittel an einen Hydraulikmotor vorsieht.
Noch andere Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht, in denen die Figuren folgendes darstellen:
1 ist eine Seitenansicht einer Primärbewegungsvorrichtung, die einen Hubmagneten und ein Hubmagnetsteuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist;
2 veranschaulicht schematisch ein Hubmagnetsteuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 veranschaulicht schematisch eine Hubmagnetsteuerschaltung und eine Generatorschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 ist ein Flußdiagramm, welches ein Verfahren zur Steuerung eines Hubmagneten gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
5–11 veranschaulichen die verschiedenen Zustände der Schaltung der 3 wenn das in 4 gezeigte Verfahren ausgeführt wird;
12 veranschaulicht graphisch ein Spannungssignal, welches mit einer typischen Hubmagnetsteuervorrichtung des Standes der Technik assoziiert ist, wenn der Hubmagnet in einem Hub- und Fall- bzw. Abladezyklus betrieben wird;
13 zeigt graphisch ein Spannungssignal, welches mit einer Hubmagnetsteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung assoziiert ist, wenn der Hubmagnet in einem Hub- und Fall-Zyklus betrieben wird;
14 ist eine Perspektivansicht einer Hydraulikströmungsmittelsammelleitung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
15 ist eine schematische Veranschaulichung der Sammelleitung der 14, wenn sie zwischen einer Hydraulikpumpe der Primärbewegungsvorrichtung, die den Hubmagneten trägt, und einem hydraulischen Motor angeschlossen ist, der einen Gleichstromgenerator antreibt, der elektrische Leistung an den Hubmagneten liefert.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen die Darstellungen nur zum Zweck der Veranschaulichung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung vorgesehen sind und nicht zum Zwecke der Einschränkung derselbigen, zeigt 1 eine Primärbewegungsvorrichtung 10, die einen elektromagnetischen Hubmagneten 12 trägt. Obwohl die Primärbewegungsvorrichtung 10 hier als ein Kran gezeigt ist, wird der Fachmann erkennen, daß zahlreiche andere Primärbewegungsvorrichtungen zur Anwendung beim Tragen eines Hubmagneten 12 geeignet sind. Beispielsweise sind Überkopfkrane, Traktoren und andere Radfahrzeuge und Bagger Beispiele von geeigneten Primärbewegungsvorrichtungen 10. Die vorliegende Erfindung ist zur Anwendung bei der Steuerung eines Hubmagneten 12 geeignet, der durch irgend eine geeignete Primärbewegungsvorrichtung 10 getragen wird, oder eines Hubmagneten 12, der nicht mit einer Primärbewegungsvorrichtung assoziiert ist.
Der Kran 10 weist eine Bedienerkabine 14 auf, von der aus ein Bediener den Kran 10 und den Magneten 12 steuert. Typischerweise sind zwei Handsteuerhebel 16, 18 vorgesehen, um den Kran 10 zu manövrieren. Die Kabine 14 weist eine Steuertafel 19 auf, die Informationen für den Bediener anzeigt, und die auch verschiedene Steuerschalter zur Steuerung des Krans 10 und des Magneten 12 durch den Bediener aufweist. Der Kran 10 wird durch einen Verbrennungsmotor 20 angetrieben, der mit Benzin, Diesel oder irgend einem anderen geeigneten Brennstoff betrieben werden kann. Ein elektrischer Gleichstromgenerator 22 wird vom Motor 20 oder durch irgend einen Hilfsmotor 24 angetrieben, der optional vorgesehen ist, um Anbringungen bzw. Werkzeuge der Primärbewegungsvorrichtung 10 zu betreiben. Der Generator 22 kann durch einen Riemenantrieb oder eine ähnliche Verbindung mit einem Motor 20, 24 angetrieben werden, wird jedoch vorzugsweise hydraulisch angetrieben, wie im Detail unten beschrieben.
Auch mit Bezug auf 2 weist ein Hubmagnetsteuersystem 27 eine Magnetsteuervorrichtung 26 gemäß der vorliegenden Erfindung auf. Die Magnetsteuervorrichtung 26 verbindet den Hubmagneten 12 und den elektrischen Ausgang 23 des Gleichstromgenerators 22 durch Kabel 28, 30 oder irgend eine andere geeignete elektrische Verbindung. Die Magnetsteuervorrichtung 26 erregt und entregt selektiv den Hubmagneten 12 für Hub- bzw. Abladevorgänge. Wenn er erregt wird, zieht der Hubmagnet 12 eisenhaltige Metalle und andere magnetische Substanzen an und hält diese. Wenn der Magnet 12 entregt wird, wird er entmagnetisiert. Die Magnetsteuervorrichtung 26 ist auch mit dem Generator 22 durch Kabel 36, 38 verbunden, so daß die Steuervorrichtung 26 den Betrieb des Generators 22 steuern kann, wie im Detail unten beschrieben.
Der Betrieb der Magnetsteuervorrichtung 26 wie hier gezeigt, wird vorzugsweise gesteuert durch eine programmierbare Logiksteuervorrichtung (PLC = programmable logic controller) 40, die programmiert ist, um verschiedene Betriebsvorgänge auszuführen, wie unten beschrieben, und zwar ansprechend auf eine spezielle Eingabe in diese. Eine geeignete programmierbare Logiksteuervorrichtung 40 ist das Modell 1761 PLC von Micrologix, welches im Handel erhältlich ist, von Allen Bradley, Milwaukee, Wisconsin 53204. Andere geeignete Steuervorrichtungen können verwendet werden und der Fachmann wird auch erkennen; daß die programmierbare Logiksteuervorrichtung 40 durch getrennte Komponenten ersetzt werden kann, wie beispielsweise Kontaktrelais und ähnliches.
Mit weiterer Bezugnahme auf die 1 und 2 ist die Magnetsteuervorrichtung 26 mit Komponenten in der Kabine 14 verbunden, obwohl sie im allgemeinen unter oder nahe dem Hinterteil der Primärbewegungsvorrichtung 10 gelegen ist, so daß der Bediener den Magneten 12 betätigen kann, die Steuervorrichtung 26 einstellen kann und Informationen von der Steuervorrichtung 26 empfangen kann. Insbesondere weist hier der Steuerhebel 16, 18 in der Kabine 14 einen Druckknopf oder einen ähnlichen Schalter S1 bzw. S2 auf. Einer der Schalter S1, S2 wird durch den Bediener manipuliert, um zu bewirken, daß die Magnetsteuervorrichtung 26 den Magneten 12 zum Anheben einer Last erregt. Der andere der Schalter S1, S2 wird durch den Bediener betätigt, um zu bewirken, daß die Steuervorrichtung 26 den Magneten 12 entregt bzw. abschaltet, um eine Last fallen zu lassen.
Die Magnetsteuervorrichtung 26 ist auch mit der Steuertafel 19 in der Bedienerkabine 14 der Primärbewegungsvorrichtung 10 verbunden. Die Steuertafel 19 weist verschiedene Meßgeräte und andere Instrumente auf, die Informationen an den Bediener über den Betrieb der Primärbewegungsvorrichtung 10 und des Steuersystems 27 liefern. Beispielsweise weist die Steuertafel 19 eine Vielzahl von Sichtanzeigen auf, wie beispielsweise Anzeigemeßgeräte oder Lichter L1, L2, L3, L4, L5, die selektiv durch die programmierbare Logiksteuervorrichtung 40 beleuchtet werden, und zwar ansprechend auf verschiedene Systemzustände, um sicherzustellen, daß der Bediener diese bemerkt. Beispielsweise beleuchtet die programmierbare Logiksteuervorrichtung 40 das Licht L1, wenn der Magnet erregt wird. Die programmierbare Logiksteuervorrichtung 40 überwacht auch die Ausgangsspannung, die vom Generator 22 empfangen wird, um zu bestimmen, ob die Spannung innerhalb eines akzeptablen Bereiches von ungefähr 230 Volt Gleichstrom bis ungefähr 275 Volt Gleichstrom ist, und zwar abhängig von dem ausgeführten Vorgang. Ein Unterspannungszustand kann zur Folge haben, daß eine Last fallen gelassen wird, und eine Überspannung kann den Magneten und die assoziierten Ausrüstungsgegenstände schädigen. Wenn daher entweder ein Unterspannungszustand oder ein Überspannungszustand vorhanden ist, beleuchtet die programmierbare Logiksteuervorrichtung 40 das Licht L2.
Um zu bestimmen, ob es eine unerwünschte Erdung in dem Steuersystem 27 gibt, überwacht die programmierbare Logiksteuervorrichtung 40 kontinuierlich den Widerstand zwischen dem Steuersystem 27 und einer beabsichtigten Erdungsverbindung 44, um sicherzustellen, daß der Widerstand zur Erde 44 über einer bekannten Schwelle ist, wie beispielsweise ungefähr 50000 Ohm (Ω). Ein Widerstand an Erde 44, der geringer ist als dieser Wert, zeigt eine unerwünschte Erdung in dem Magneten, den Kabeln 32, 34 oder sonst irgendwo indem System 27 an. Eine unerwünschte Erdung im System 27 kann fallengelassene Lasten, einen nicht ausreichenden Umkehrstrom (unten besprochen) während des Lastabladens und andere Systemfehlfunktionen zur Folge haben. Auch kann eine unerwünschte Erdung den Generator 22 schädigen und läßt Sorge um die Sicherheit aufkommen. Daher wird der Bediener über diesen unerwünschten Zustand durch die Beleuchtung des Lichtes L3 informiert.
Die programmierbare Logiksteuervorrichtung 40 führt auch eine Messung des Magnetlastzykluses durch. Dies wird durchgeführt durch Programmierung der programmierbaren Logiksteuervorrichtung 40 zur Aufnahme und zum Vergleich der Zeitdauer, für die der Magnet 12 erregt wird, und zwar mit Bezug auf die Gesamtzeitdauer für die das System 27 in Betrieb ist. Wenn der Bediener den empfohlenen Lastzyklus für den Magnet 12 überschreitet, wird eine Schädigung des Magneten 12 die Folge sein. Daher beleuchtet die programmierbare Logiksteuervorrichtung 40 das Licht L4, wenn der maximale Lastzyklus überschritten wird. Zusätzlich zur Schädigung des Magneten kann eine übermäßig starke oder lange Anwendung des Magneten 12 den Generator 22 überhitzen, was eine permanente Schädigung bewirkt. Daher wird ein Temperaturfühler 46 im Generator 22 angeordnet. Der Temperaturfühler 46 beliefert die programmierbare Logiksteuervorrichtung 40 mit einem Temperatursignal, welches die Temperatur des Generators 22 darstellt. Wenn die programmierbare Logiksteuervorrichtung 40 ein Signal empfängt, welches eine Generatortemperatur über einer akzeptablen Schwelle anzeigt, beleuchtet die programmierbare Logiksteuervorrichtung 40 das Licht L5, um den Magnetbediener zu benachrichtigen.
In 2 ist zu sehen, daß das Hubmagnetsteuersystem 27, welches die Magnetsteuervorrichtung 26 aufweist, eine Leistungsquelle 50 aufweist, die beispielsweise durch eine oder mehrere Batterien vorgesehen wird, die 24 Volt Gleichstrom liefern. Die Leistungsquelle 50 wird selektiv mit der Magnetsteuervorrichtung 26 und den Schaltern S1, S2 in der Kabine 14 der primären Bewegungsvorrichtung durch einen oder mehrere Schalter verbunden. Vorzugsweise ist ein einzelner Hauptschalter 52 betreibbar, um sowohl die Magnetsteuervorrichtung 26 als auch die Schalter S1, S2 von der Leistungsquelle 50 zu trennen und mit dieser zu verbinden. Wenn der Hauptschalter 52 geschlossen wird, wird die Quelle 50 mit der Steuervorrichtung 26 durch elektrische Verbindungen 54, 56 verbunden und mit den Schaltern S1, S2 durch die elektrische Verbindung 58. Wenn der Schalter 52 geöffnet wird, empfängt die Steuervorrichtung 26 keine elektrische Leistung, und die Schalter S1, S2 der Kabine 14 werden von der Schaltung getrennt. Der Schalter 52 sieht einen Hauptsicherheitsausschalter für das Magnetsteuersystem 27 vor. Vorzugsweise erfordert die Öffnung der Zugangsplatte der Steuervorrichtung 26 zur Instandhaltung, daß der Schalter 52 als eine Sicherheitsmaßnahme geöffnet wird, so daß das System 27 nicht aktiviert werden kann, wenn die Zugangstafel zur Steuervorrichtung 26 offen ist.
Es ist in 2 zu sehen, daß wenn der Schalter S1 heruntergedrückt und vom Bediener geschlossen wird, eine Schaltung zwischen der ersten Eingangsgröße der programmierbaren Logiksteuervorrichtung 40 und der Quelle 50 vollendet bzw. geschlossen wird, wodurch bewirkt wird, daß die programmierbare Logiksteuervorrichtung 40 den "Hubzyklus" der Steuervorrichtung 26 ausführt. Genauso wird das Herunterdrücken des Schalters S2 durch den Bediener eine Schaltung bzw. einen Stromkreis zwischen einem zweiten Eingang der programmierbaren Logiksteuervorrichtung 40 und der Quelle 50 schließen, wodurch bewirkt wird, daß die programmierbare Logiksteuervorrichtung 40 den "Fallzyklus" bzw. "Abladezyklus" der Steuervorrichtung 26 ausführt.
Mit Bezug auf 3 sind die Magnetsteuervorrichtung 26, der Generator 22 und die Beziehung zwischen der Steuervorrichtung 26 und dem Generator 22 im Detail gezeigt. Der Generator 22 kann irgend ein geeigneter Gleichstromgenerator sein, der getrennt erregt wird, das heißt, der Generator 22 ist von der Bauart, die erfordert, daß die Shunt- bzw. Kurzschlußfelder (auch bezeichnet als "Shunt- bzw. Kurzschlußfeldwindungen" und "Feldwindungen") Strom von einer externen Spannungsquelle beziehen, um den Generator zu "erregen", so daß er Gleichstromelektrizität an seinem Ausgang 23 erzeugt. Obwohl nicht erforderlich ist der Generator 22 vorzugsweise ein verbundgewickelter Generator, der eine im wesentlichen konstante Ausgangsspannung liefert, auch wenn die mit dem Generator 22 verbundene Last variiert.
Der Generator 22 weist einen Anker 60 auf, der drehbar durch eine Verbindung mit dem Motor 20 oder mit dem optionalen Hilfsmotor 24 der Primärbewegungsvorrichtung 10 verbunden ist. Wie unten im Detail beschrieben ist vorzugsweise der Anker 60 des Generators 22 mit einem Hydraulikmotor verbunden, der durch einen konstanten Fluß von Hydraulikströmungsmittel von einer Hydraulikpumpe mit Leistung versorgt wird, die von einem Motor 20, 24 der primären Bewegungsvorrichtung 10 angetrieben wird. Der bevorzugte Generator 22, wie er hier gezeigt ist, weist ein Kommutatorfeld 62 und ein Reihenfeld 64 in Reihe mit dem Anker 60 auf. Der Generator 60 weist auch erste und zweite Shunt- bzw. Kurzschlußfelder 66, 68 auf. Wie es in der Technik der Gleichstromgeneratoren bekannt ist, wird Magnetfluß im Luftspalt zwischen dem Anker 60 und den Kurzschlußfeldern 66, 68 erzeugt, wenn Strom durch die Kurzschlußfelder 66, 68 geleitet wird.
Die Drehung des Ankers 60 durch den Magnetfluß induziert Spannung im Anker 60 als eine Folge der Relativbewegung zwischen dem Anker 60 und dem Luftspaltfluß. Ein Kommutator bzw. Wandler richtet die induzierte Spannung gleich und Kohlebürsten verbinden den Anker 60 mit dem Generatorausgang 23. Wenn jedoch kein Strom durch die Kurzschlußfelder 66, 68 des Generators 60 läuft, induziert die Drehung des Ankers 60 keine Spannung im Anker 60. Wenn somit die Kurzschlußfelder 66, 68 nicht erregt werden, erzeugt der Generator keine Ausgangsspannung am Ausgang 23. Weiterhin steuert die Richtung und Größe des Stroms in den Kurzschlußfeldern 66, 68 die Polarität und die Größe der im Anker 60 induzierten Spannung.
Im allgemeinen erregt die Magnetsteuervorrichtung 26 gemäß der vorliegenden Erfindung selektiv den Magneten 12 für Hubvorgänge indem sie selektiv Strom durch die Kurzschlußfelder 66, 68 des Generators 22 leitet. Dies eliminiert die Notwendigkeit, wiederholt die Hochspannungskontakte zwischen dem Magnet 12 und dem Ausgang 23 des Generators 22 zu öffnen und zu schließen, wie es bei Magnetsteuervorrichtungen des Standes der Technik vorkommt. Statt dessen weist die Magnetsteuervorrichtung 26 wie in 3 gezeigt eine Vielzahl von Kontakten oder "Kontaktvorrichtungen" 70, 72, 74, 76, 78 (70–78) auf, die von der programmierbaren Logiksteuervorrichtung 40 geöffnet und geschlossen werden, um selektiv die Kurzschlußfelder 66, 68 mit der Leistungsquelle 50 zu verbinden. Die Magnetsteuervorrichtung 26 weist auch eine Verbindungsvorrichtung 80 auf, die selektiv eine Schaltung bzw. einen Stromkreis zwischen dem Generatorausgang und dem Magneten 12 schließt. Die Kontaktvorrichtung 80 ist vorzugsweise normalerweise geschlossen.
Wie oben erwähnt hat die Leistungsquelle 50, die verwendet wird, um selektiv die Kurzschlußfelder 66, 68 des Generators 22 mit Leistung zu versorgen oder zu erregen eine relativ niedrige Spannung, vorzugsweise ungefähr 24 Volt Gleichspannung. Daher tritt wenig oder keine Lichtbogenbildung auf, wenn die Kontaktvorrichtungen 70, 72, 74, 76, 78 der Steuervorrichtung 26 geöffnet und geschlossen werden. Die Kontaktvorrichtung 80 ist vorzugsweise immer geschlossen, bevor die Kurzschlußfelder 66, 68 erregt werden und ist vorzugsweise niemals geöffnet, bevor die Kurzschlußfelder 66, 68 entregt werden. Somit wird die Kontaktvorrichtung 80 nicht geöffnet und nicht geschlossen, wenn der Generator 22 Leistung an den Magneten 12 liefert. Verschiedene herkömmliche Kontaktvorrichtungen 70–80 können in der Magnetsteuervorrichtung 26 verwendet werden. Geeignete Kontaktvorrichtungen weisen Kontaktvorrichtungen auf, die normal 200 Ampere Strom tragen, und zwar mit einer maximalen Widerstandslastunterbrechungsleistung von 200 Ampere bei 50 Volt Gleichspannung. Jede Kontaktvorrichtung 70–80 ist elektrisch mit der programmierbaren Logiksteuervorrichtung 40 verbunden und wird selektiv von ihr geöffnet und geschlos sen, und zwar gemäß des Verfahrens der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt ein Verfahren zur Steuerung eines Hubmagneten 12 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die 5–11 zeigen das Öffnen und das Schließen der verschiedenen Kontaktvorrichtungen 70–80 der Steuervorrichtung 26 zusammen mit dem Öffnen und dem Schließen des Hauptschalters 52, wenn das in 4 gezeigte Verfahren ausgeführt wird. Die Umrandung des Generators 22 ist aus den 5–11 weggelassen worden, jedoch wird der Fachmann erkennen, daß der Anker 60, das Kommutatorfeld 62, das Reihenfeld 64 und die Kurzschlußfelder 66, 68 innerhalb des Generators 22 enthalten sind, wie in 3 gezeigt. Bevor das System 27 wie unten beschrieben betrieben werden kann, wird natürlich die primäre Bewegungsvorrichtung 10 vorzugsweise angeschaltet, und der Anker 60 des Generators 22 wird drehbar angetrieben.
Mit Bezug auf die 4 und 5 schaltet ein Schritt 100 das System 27 bei Verwendung des Hauptschalters 52 ein. Dieser Schritt wird typischerweise manuell ausgeführt. Wie in 5 zu sehen, hat der Schritt 100 das Schließen des Schalters 52 zur Folge, so daß die Leistungsquelle 50 mit der Magnetsteuervorrichtung 26 durch die elektrischen Verbindungen 54, 56 verbunden wird. Das Schließen des Hauptschalters 52 verbindet auch die Schalter S1, S2 (2) auf den Hebeln 16, 18 mit der Leistungsquelle 50 durch die elektrische Verbindung 58. Bis der Schritt 100 ausgeführt wird, um das System anzuschal ten, ist das Magnetsteuersystem 27 inoperabel bzw. ausgeschaltet.
Obwohl die Magnetkontaktvorrichtung 80, die selektiv dem Ausgang 23 des Generators 22 mit dem Magneten 12 verbindet, eine normalerweise geschlossene Kontaktvorrichtung ist, überprüft ein Schritt oder Mittel 102, daß die Magnetkontaktvorrichtung 80 geschlossen ist. Wenn die Kontaktvorrichtung 80 offen ist, schließt der Schritt oder die Mittel 102 diese. Dieser Schritt wird durch die programmierbare Logiksteuervorrichtung 40 ausgeführt. Es ist wichtig sicherzustellen, daß die Kontaktvorrichtung 80 an diesem Punkt geschlossen ist, um die Notwendigkeit zum Schließen der Kontaktvorrichtung 80 zu eliminieren, wenn es eine große Spannung an den Spitzen davon ergibt, was Spannungsspitzen und eine Lichtbogenbildung zur Folge haben würde. Unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, die Magnetkontaktvorrichtung 80 vollständig zu eliminieren, obwohl dies nicht bevorzugt wird.
Wenn ein Hubmagnet 12 verwendet wird, um eine Last anzuheben, ist es allgemein vorzuziehen, den Magneten 12 mit einem anfänglichen Schub von hoher Leistung für eine kurze Zeitperiode zu versorgen, und danach die Leistung für, den Magneten 12 zu reduzieren, um die Last an dem Magneten zu halten. Beispielsweise kann eine Schubspannung von 275 Volt Gleichspannung an dem Magneten 12 für eine Periode von ungefähr 3 Sekunden angelegt werden. Danach kann die Leistung des Magneten 12 auf 230 Volt Gleichspannung verringert werden, um die Last zu halten. Natürlich kann die tatsächliche Schub- bzw. Boost-Zeit für den speziellen Magneten 12 und das spezielle dadurch transportierte Material variieren.
Wenn daher der Bediener einen Hubvorgang einleitet, in dem er den Schalter S1 auf den Hebel 16 drückt, überträgt ein Schritt oder Mittel 104 einen Schubpegelerregungsstrom durch die Generatorkurzschlußfelder 66, 68. Dieser Schubpegelstrom, der durch die Kurzschlußfelder 66, 68 läuft, bewirkt einen entsprechenden Schub im Ausgang des Generators 22. Dieser Schub- bzw. Boost-Schritt 104 wird vorzugsweise wie in 6 gezeigt ausgeführt, wobei die Kontaktvorrichtungen 70, 72, 74 von der programmierbaren Logiksteuervorrichtung 40 ansprechend darauf geschlossen werden, daß der Bediener den Schalter S1 herunterdrückt. Das Schließen der Kontaktvorrichtungen 70, 72, 74 schließt eine Schaltung von der Leistungsquelle 50 durch die Kurzschlußfelder 66, 68. Das Schließen der Kontaktvorrichtung 72 überbrückt teilweise einen Widerstand R1, um den Gesamtwiederstand in der Schaltung zu senken und somit den Strompegel zu steigern, der durch die Felder 66, 68 läuft. Auf dieser Stufe läuft Strom durch den Magneten 12 in einer ersten Richtung, wie von den Pfeilen I gezeigt, um eine erste Magnetpolarität in dem Magneten 12 einzurichten (angezeigt mit herkömmlichen (+) und (–) Symbolen).
Wie erwähnt ist der Boost- bzw. Leistungszustand relativ; kurz an Dauer. Somit verringert der Schritt oder die Mittel 106 vorzugsweise den Strom, der durch die Kurzschlußfelder 66, 68 läuft, wodurch eine entsprechende Senkung des Ausgangs des Generators 22 und der an den Magneten 12 gelieferten Leistung bewirkt wird. Der Schritt oder die Mittel 106 werden vorzugsweise wie in 7 gezeigt ausgeführt. Die programmierbare Logiksteuervorrichtung 40 wird mit der erwünschten Boost- bzw. Schubzeit programmiert. Nach dem Durchlaufen dieser ausgewählten Schubzeit öffnet die programmierbare Logiksteuervorrichtung 40 die Kontaktvorrichtung 72, so daß der Widerstand R1 nicht länger teilweise überbrückt wird. Dies steigert den Widerstand in der Schaltung und senkt den Strom, der durch die Felder 66, 68 fließt und senkt somit die Ausgangsgröße des Generators 22.
Wenn es Zeit ist, die Last fallen zu lassen, unterbricht ein Schritt oder Mittel 108 die Spannung der Generatorkurzschlußfelder 66, 68, um den Stromfluß dadurch abzuschneiden. Dies tritt vorzugsweise ansprechend darauf auf, daß der Bediener den Schalter S2 am Hebel 18 herunterdrückt. Wie in 8 gezeigt bewirkt das Schließen des Schalters 52, daß die programmierbare Logiksteuervorrichtung 40 die Kontaktvorrichtungen 70, 74 öffnet, um die Kurzschlußfelder 66, 68 von der Spannungsquelle 50 zu trennen. Bei einem getrennt erregten Generator 22 ist keine Spannung am Ausgang 23 vorhanden, außer wenn Strom durch die Kurzschlußfelder 66, 68 läuft. Daher wird die Leistung des Magneten 12 durch den Schritt 108 unterbrochen, ohne die Magnetkontaktvorrichtung 80 öffnen zu müssen. Wenn die Leistung zum Magneten 12 abgeschnitten wird, induziert der Restmagnetismus im Magneten 12 einen Strom durch den Magneten 12, wie von den Pfeilen I gezeigt, der durch den Anker 60 und die anderen Komponenten des Generators 22 dissipiert bzw. abgeleitet werden, die in Serie mit dem Magneten 12 sind.
Obwohl die von dem Magneten 12 getragene Last unter der Schwerkraft herunterfallen sollte, wenn die Leistung an den Magneten 12 im Schritt 108 unterbrochen wird, ist es vorzuziehen, sofort die Polarität des Magneten 12 für eine kurze Zeit umzukehren, was als die "Fallzeit" bekannt ist, um die Last vom Magneten 12 "wegzudrücken". Die Umkehrung der Polarität des Magneten 12 muß kurz sein oder sonst wird die Last wiederum zum Magneten 12 hingezogen. Auch variiert der Fall bzw. die Fallzeit abhängig von dem speziellen Magneten 12 und abhängig von der speziellen davon angehobenen Last. Daher übertragt ein Schritt oder Mittel 110 einen umgekehrten Strom durch die Kurzschlußfelder 66, 68 des Generators 22. Dies hat eine Umkehrung der Polarität der Spannung am Ausgang 23 des Generators 22 und eine Umkehrung der Richtung des Stroms zur Folge, der durch den Magneten 12 fließt. Wie in 9 gezeigt, schließt die programmierbare Logiksteuervorrichtung 40 die Kontaktvorrichtungen 76, 78, um eine Schaltung zwischen den Kurzschlußfeldern 66, 68 und der Leistungsquelle 50 zu schließen, wobei die Orientierung der Quelle 50 in der Schaltung umgekehrt ist im Vergleich zu der in den 6 und 7 gezeigten Orientierung. Dies bewirkt, daß ein umgekehrter Strom durch die Kurzschlußfelder 66, 68 fließt, was folglich die Polarität der Spannungsausgabe durch den Generator 22 umkehrt. Die Umkehrung der Polarität der Generatorausgangsspannung bewirkt, daß ein umgekehrter Strom I' durch den Magneten 12 fließt. Dies kehrt die Polarität des Magneten um und drückt die Last weg vom Magneten 12.
Mit Bezug auf 2 wird die Fallzeit der Magnetsteuervorrichtung 26 gesteuert, und zwar in dem der Bediener eine Fallzeitsteuerung 81 verwendet, die auf der Steuertafel 19 positioniert ist. Unter Verwendung der Steuerung 81 kann der Bediener eine Fallzeit in der programmierbaren Logiksteuervorrichtung 40 auswählen. Die Fallzeit kann leicht durch den Bediener ohne Hilfe und ohne die Kabine 14 der primären Bewegungsvorrichtung 10 zu verlassen eingestellt werden. Die Fallzeit muß im allgemeinen eingestellt werden, wenn der Magnet 12 das erste Mal mit der Primärbewegungsvorrichtung 10 verbunden wird, oder wenn die Art der bewegten Last variiert.
Nach dem Durchlaufen der ausgewählten Fallzeit zerbricht ein Schritt oder Mittel 112 den umgekehrten Strom, der durch die Generatorkurzschlußfelder 66, 68 fließt. Dies wird vorzugsweise wie in 10 gezeigt ausgeführt, wo zu sehen ist, daß die programmierbare Logiksteuervorrichtung 40 die Kontaktvorrichtungen 76, 78 öffnet, um die Schaltung zu unterbrechen und den Stromfluß durch die Kurzschlußfelder 66, 68 zu stoppen. Der Restmagnetismus im Magneten 12 induziert einen Strom, der durch den Magneten fließt, wie von den Pfeilen I' gezeigt. Dieser Reststrom dissipiert bzw. verläuft sich über eine kurze Zeit und wie es in 11 gezeigt ist wird der Magnet wiederum entmagnetisiert, ohne daß die Magnetkontaktvorrichtung 80 geöffnet worden ist. Wie in 4 bei 114 gezeigt, beginnt der Prozeß wieder mit dem Schritt 102, während ein zusätzliches Anheben auszuführen ist. Anderenfalls schaltet der Schritt 116 das System aus, in dem er den Hauptschalter 52 öffnet, um die Spannungsquelle 50 von der Schaltung zu trennen (3).
12 veranschaulicht grafisch die unerwünschten Spannungsspitzen, die bei typischen Magnetsteuervorrichtungen und Steuersystemen in einem Hub- und Ablaß- bzw. Fallzyklus des Standes der Technik auftreten. Die Wust- bzw. Schubpegelspannung wird zur Verdeutlichung weggelassen. Der Magnet wird am Punkt P1 mit 230 Volt erregt. Sobald die 230 Volt am Punkt P2 vorhanden sind, bleibt der Spannungspegel des Magneten konstant. Am Punkt P3 wird die Polarität der Spannung des Magneten kurz umgekehrt, um die Last vom Magneten wegzudrücken. Bei bekannten Steuervorrichtungen jedoch bewirkt diese Umkehrung der Magnetpolarität eine große umgekehrte große Spannungsspitze P4. Wie in 12 gezeigt, ist die Spannungsspitze P4 oft ungefähr –1000 Volt. Es ist weiter in 12 zu sehen, daß vor der Rückkehr auf 0 Volt die Spannung zurück auf 230 Volt am Punkt P5 klettert.
Im Gegensatz dazu veranschaulicht 13 graphisch die mit dem Magnetsteuersystem 27 und mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung assoziierten Spannungspegel bei einem typischen Hub- und Ablade- bzw. Fallzyklus. Wiederum wird die Wust- bzw. Schubpegelspannung zur Verdeutlichung weggelassen. Die Kurzschlußfelder 66, 68 werden am Punkt P1' erregt, und die Spannungsausgangsgröße zum Magneten klettert auf 230 Volt am Punkt P2'. Die Spannung bleibt konstant bis zum Punkt P3', wo der Strom an die Generatorkurzschlußfelder 66, 68 unterbrochen wird. Sofort danach wird ein umgekehrter Strom durch die Kurzschlußfelder 66, 68 geleitet, um die Polarität der Spannungsausgabe vom Generator 22 umzukehren. Dies bewirkt, daß der Spannungspegel abfällt und zum Punkt P4' umkehrt, der ungefähr –250 Volt ist. Sobald der umgekehrte Strom durch die Kurzschlußfelder 66, 68 unterbrochen wird, geht die Spannungsausgabe durch den Generator auf 0 Volt, ohne zuerst zu 230 Volt zurückzukehren. Es ist aus den 12 und 13 zu sehen, daß die Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung weite Spannungsfluktuationen und -spitzen eliminiert, die mit bekannten Magnetsteuervorrichtungen assoziiert sind.
Die Eliminierung von Spannungsspitzen und von Lichtbogenbildung in der Magnetsteuervorrichtung 26 gestattet es, daß die Kontaktvorrichtungen 70 bis 80 bezüglich der Größe kleiner gemacht werden können. Weiterhin leitet nur die Kontaktvorrichtung 80 direkt Strom zum Magneten 80. Daher kann beispielsweise die Magnetsteuervorrichtung 26 der vorliegenden Erfindung in sicherer Weise mit Magneten verwendet werden, die von einem kleinen Magneten mit beispielsweise 5 Kilowatt, 30 Inch und 20 Ampere bis zu einem großen Magneten variieren, wie beispielsweise einem Magneten mit 40 Kilowatt, 93 Inch und 175 Ampere.
Vorzugsweise wird der Generator 22 durch einen Hydraulikmotor angetrieben. Bei bekannten Systemen empfängt der Hydraulikmotor einen Fluß von Hydraulikströmungsmittel direkt von einer Hydraulikpumpe, die vorgesehen ist, um einen Generator oder andere Anbauvorrichtungen der primä ren Bewegungsvorrichtung 10 anzutreiben. Bei bekannten Systemen haben Veränderungen der Drehzahl des Motors, der die Hydraulikpumpe der primären Bewegungsvorrichtung 10 antreibt, entsprechende Veränderungen des Flußes von Hydraulikströmungsmittel von der Hydraulikpumpe zu dem Generator zur Folge, der den Hubmagneten mit Leistung versorgt. Dies bewirkt folglich Fluktuationen in der Generatordrehzahl und der an dem Hubmagneten gelieferten Spannung.
Daher wird ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung in den 14 und 15 veranschaulicht. Der Generator 22 des vorliegenden Systems 27 wird vorzugsweise durch einen Hydraulikmotor 120 angetrieben. Der Hydraulikmotor ist mit einer Hydraulikpumpe 122 der primären Bewegungsvorrichtung 10 durch eine Hydraulikschaltung 124 verbunden. Die Pumpe wird durch einen Motor 20, 24 der primären Bewegungsvorrichtung 10 angetrieben. Die Hydraulikschaltung 124 ist vorzugsweise in einer Sammelleitung 130 definiert, die Aluminium oder ein anderes geeignetes Material sein kann. Die Schaltung 124 reguliert den Fluß von Hydraulikströmungsmittel an den Hydraulikmotor 120 und stellt somit sicher, daß der Anker 60 des Generators 22 sich im wesentlichen mit konstanter Drehzahl dreht und zwar unabhängig von der Drehzahl der Pumpe 122, um somit die Spannungsausgangsgröße des Generators 22 zu regeln.
Insbesondere erzeugt die Pumpe 122 der primären Bewegungsvorrichtung im allgemeinen einen übermässigen Fluß von Hydrauliktrömungsmittel. Die Pumpe 122 pumpt Strömungsmittel von einem Reservoir R zu einem Sammellei tungseinlaß 132. Die Sammelleitung weist eine Entlastungsventilanordnung 134 auf, die entweder als ein herkömmliches Entlastungsventil zur Begrenzung des maximalen Hydraulikdruckes in der Schaltung 124 wirken kann, oder eingestellt werden kann, um den gesamten Strömungsmittelfluß von der Pumpe 122 direkt zum Auslaß 136 der Sammelleitung 130 abzuleiten.
Die Entlastungsventilanordnung 134 weist somit ein einstellbares entlüftetes Entlastungsventil 138 und ein Elektromagnetventil 140 auf. Wenn der Elektromagnet 140 erregt wird, dann wird die Entlüftung des Entlastungsventils geschlossen, und das Entlastungsventil 136 wirkt als ein herkömmliches Druckentlastungsventil, welches nur öffnet, wenn der stromaufwärts gelegene Druck eine eingestellte Schwelle erreicht. Wenn der Elektromagnet 140 entregt wird, wird das Entlastungsventil 136 entlüftet und öffnet sich bei einem Druck von "0" und leitet somit das ganze Strömungsmittel von der Pumpe 122 sofort zurück zum Reservoir R, um den Strömungsmittelfluß zum Hydraulikmotor 120 abzuschneiden.
Wenn die Entlastungsventilanordnung 134 eingestellt ist, um als ein herkömmliches Entlastungsventil zu wirken, erreicht Strömungsmittel, welches nicht von der Entlastungsventilanordnung 134 abgeleitet wird, eine druckkompensierte Flußsteuerventilanordnung 140. Die Anordnung 140 weist ein einstellbares Flußsteuerventil 142 auf, welches den Fluß von Hydraulikströmungsmittel zum Motor 120 regelt. Die Anordnung 140 weist auch einen Druckkompensator 144 auf, der eine ausgewählte Druckdifferenz an dem Flußsteuerventil 142 sicherstellt, sodaß der Fluß durch das Ventil 142 zumindest im wesentlichen konstant bleibt. Beispielsweise kann eine Druckdifferenz von ungefähr 135 bis ungefähr 165 Pfund pro Quadratinch (p. s. i.) an dem Flußsteuerventil 142 aufrechterhalten werden. Dieser konstante Fluß durch die druckkompensierte Flußsteuerventilanordnung 140 stellt eine im wesentliche konstante Drehgeschwindigkeit des Motors 120 sicher und somit des Ankers 60 des Generators 22. Dies ist so, auch wenn die Ausgabe bzw. Ausgangsgröße der Pumpe 122 steigt.
Der Hydraulikmotor 120 ist mit einem Motorauslaß 150 der Sammelleitung 130 verbunden. Strömungsmittel läuft durch den Motor 120 und treibt diesen an und kehrt in die Sammelleitung 130 am Motorrückleitungsanschluß 152 zurück. Strömungsmittel vom Motoreinlaß läuft zurück zum Reservoir R. Wenn der Strömungsmittelfluß zum Motor 120 unterbrochen wird, wird der Motor sich für eine Zeit weiterdrehen. Um sicherzustellen, daß der Motor sich nicht selbst trockenpumpt oder große Luftvolumen in die Schaltung 124 pumpt, weist die Schaltung bzw. der Hydraulikkreis vorzugsweise ein Anti-Kavitationsventil 160 auf, welches gestattet, daß der Motor 120 Strömungsmittel selbst zurückzirkuliert, wenn die Pumpe 122 gestoppt wird, oder wenn die Entlastungsventilanordnung 134 geöffnet wird, um Strömungsmittel zum Reservoir R abzuleiten.
Das einstellbare Flußsteuerventil 142 wird so eingestellt, daß ein vorbestimmter Fluß von Hydraulikströmungsmittel zum Hydraulikmotor 120 geliefert wird. Es ist jedoch herausgefunden worden, daß in gewissen Fällen, beispielsweise wenn ein geringfügiger Fluß von Hydraulikströmungsmittel am Motor 120 benötigt wird (wie beispielsweise erforderlich ist, wenn ein kleinerer Magnet 12 verwendet wird) der Druckkompensator 144 Schwierigkeiten hat, genau dem Druck stromaufwärts und stromabwärts des Flußsteuerventils 142 zu regeln. Daher weist die Sammelleitung 130 optional ein einstellbares cross-over- bzw. Kreuzfluß-Steuerventil 170 auf, welches eine kleine Menge von Hydraulikströmungsmittel aus der Schaltung bzw. dem Hydraulikkreis 124 ableitet oder "entlüftet", und zwar zwischen dem Flußsteuerventil 142 und dem Motor 120. Dies verhindert Stoßwellen in der Schaltung 124 und hilft dem Druckkompensator 144, den Druck am Flußsteuerventil 142 zu regeln. Wie schließlich in der Hydrauliktechnik bekannt, weist der Motor 120 eine Gehäuseablaufleitung 172 auf, um den Aufbau von übermäßigem Hydraulikdruck im Motorgehäuse zu verhindern.
Die Erfindung ist mit Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben worden. Offensichtlich werden anderen Modifikationen und Änderungen beim Lesen und beim Verständnis der vorangegangenen Beschreibung offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, daß die Erfindung alle solche Modifikationen und Veränderungen einschließen soll, insoweit sie in den Umfang der beigefügten Ansprüche oder äquivalenter Ausführungen fallen.

Claims

Verfahren zur selektiven Erregung eines Hubmagneten (12) an einer Materialhandhabungsmaschine, wobei das Verfahren folgendes aufweist: (a) Verbindung des Hubmagneten (12) mit einem Spannungsausgang eines getrennt erregten Generators (22) mit Kommutatorfeldwindungen (62) und Reihenfeldwindungen (64) wobei der Generator (22) zusätzlich Shunt- oder Kurzschlußfeldwindungen (66, 68) aufweist; (b) Drehung eines Ankers des Generators; (c) selektive Verbindung der Kurzschlußfeldwindungen (66, 68) des Generators (22) mit einer elektrischen Leistungsquelle (50), um einen elektrischen Strom durch die Kurzschlußfeldwindungen (66, 68) zu leiten und den Generator zu erregen, wodurch eine Spannung am Ausgang des Generators eingerichtet wird; (d) Aufzeichnung der Zeitdauer, für die der Hubmagnet (12) von dem Generatorspannungsausgang erregt wird, und zwar mit Bezug auf die gesamte Zeit, für die der Magnet in Gebrauch ist; und (e) Benachrichtigung eines Bedieners des Hubmagneten (12), wenn der Hubmagnet (12) mehr als einen vorbestimmter Prozentsatz der Gesamtzeit erregt wird, für die der Magnet in Gebrauch ist. f1) kontinuierliche Überwachung einer Schaltung, die den Hubmagneten und den Generatorausgang bezüglich des Auftretens eines Erdschlusses überwacht; und (g1) Benachrichtigung eines Bedieners des Hubmagneten auf ein Abfühlen eines Erdschlusses in der Schaltung, den Magneten (12) an den Generatorausgang verbindet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (c) folgende Unterschritte aufweist: (c1) Verbindung der Kurzschluß- oder Shunt-Feldwindungen (66, 68) mit der Leistungsquelle (50) in einer ersten Orientierung zur Leitung eines elektrischen Stroms durch die Kurzschlußfeldwindungen (66, 68) in einer ersten Richtung; und danach (c2) Verbindung der Kurzschlusfeldwindungen (66, 68) mit der Leistungsquelle (50) in einer zweiten Orientierung, um einen elektrischen Strom durch die Kurzschlußfeldwindungen (66, 68) in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung zu leiten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (c) folgende Unterschritte aufweist: (c1) Verbindung der Kurzschlußfeldwindungen (66, 68) des Generators (22) mit der elektrischen Leistungsquelle (50), um einen ersten elektrischen Strom von einer ersten Größe durch die Kurzschlußfeldwindungen (66, 68) zu leiten; und danach (c2) Verbindung der Kurzschlußfeldwindungen (66, 68) des Generators (22) mit der elektrischen Leistungsquelle (50), um einen zweiten elektrischen Strom von einer zweiten Größe durch die Kurzschlußfeldwindungen (66, 68) zu leiten, wobei der erste Strom eine größere Größe hat als der zweite Strom.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die ersten und zweiten Ströme durch die Kurzschlußfeldwindungen (66, 68) in der gleichen Richtung laufen, wobei das Verfahren weiter nach Schritt (c2) folgendes aufweist: (c3) Verbindung der Kurzschlußfeldwindungen (66, 68) mit der elektrischen Leistungsquelle (50), um einen dritten elektrischen Strom durch die Kurzschlußfeldwindungen (66, 68) für eine gewählte Dauer zu leiten, wobei der dritte Strom eine Richtung entgegengesetzt zu den ersten und zweiten Strömen hat.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter folgendes aufweist: (f2) Kontinuierliche Überwachung des elektrischen Spannungspegels am Generatorspannungsausgang; und (g2) Benachrichtigung eines Bedieners des Hubmagneten (12), wenn der Spannungspegel nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereiches ist.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter folgendes vorsieht: (d1) Überwachung der Temperatur des Generators (22); und (e1) Benachrichtigung eines Bedieners des Hubmagneten (12), wenn die Temperatur des Generators (22) einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (b) folgende Unterschritte aufweist: (b1) Verbindung des Ankers mit einem Hydraulikmotor; und (b2) Lieferung eines im wesentlichen konstanten Flußes von Hydraulikströmungsmittel an den Hydraulikmotor zur Drehung des Ankers auf einer im wesentlichen konstanten Drehzahl.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt (b2) folgendes aufweist: Leitung von Hydraulikströmungsmittel durch ein Ventil, um den Fluß von Hydraulikströmungsmittel einzuschränken; und Aufrechterhalten eines im wesentlichen konstanten Hydraulikdruckabfalls von einer stromaufwärts gelegenen Seite des Ventils zu einer stromabwärts gelegenen Seite des Ventils.
Eine Materialhandhabungsmaschine, die mit einem Hubmagneten (12) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 betrieben wird.