DE2241313B2 - Anordnung zur selbsttätigen Regelung des winkelabhängigen Gleichlaufs von zwei Elektromotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur selbsttätigen Regelung des winkelabhängigen Gleichlaufs von zwei Elektromotoren, die über Windwerke gemeinsam einen Körper bewegen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Insbesondere bei Wasserbauwindwerken ist ein exakter Gleichlauf der bewegten Vorrichtungsteile unabdingbar. Es handelt sich beispielsweise um Schleusentore, Wehrverschlüsse und Kranfahrwerke. Derartige Vorrichtungsteile besitzen eine solch große Breite, daß sie an den seitlichen Enden im Hinblick auf den gewünschten Gleichlauf von zwei Windwerken bewegt werden.

Schleusentore und Wehrverschlüsse sind mit empfindlichen Seitendichtungen ausgerüstet und können die aus einem Verkanten resultierenden Kräfte in den Seitenführungen nicht aufnehmen. Dabei ist aus Gründen der Dichtigkeit in den Seitenführungen nur ein geringes Bewegungsspiel möglich, so daß einem Verkanten der bewegten Vorrichtungsteile nicht durch ein entsprechendes Bewegungsspiel Rechnung getragen werden kann. Das Verkanten hat deshalb unvermeidbar eine Beschädigung der Seitendichtungen zur Folge. Darüber hinaus besteht bei fortschreitender Schiefstellung der bewegten Vorrichtungsteile die Gefahr eines Bruches bzw. der Beschädigung der Seitenführung.

Zur Erzielung eines Gleichlaufs ist es bekannt, die beiden Windwerke durch eine sogenannte mechanische Welle zu verbinden. Zu der mechanischen Welle gehören üblicherweise neben einer den Abstand zwischen den beiden Windwerken kraftschlüssig überbrückenden Verbindungswelle noch verschiedene Getriebe und Kupplungen. Die Getriebe bestehen zumeist aus jweils zwei Kegelradpaaren. Eine solche mechanische Welle stellt einen erheblichen baulichen Aufwand dar. Außerdem ist durch bauliche Toleranzen, Verschleiß und/oder durch Schlupf der Kupplungen eine gewisse Schiefstellung unvermeidbar.

Anstelle der mechanischen Welle wird in neuerer Zeit zunehmend die sogenannte elektrische Welle verwendet. Hierbei sind die eigentlichen elektrischen Antriebsmotoren, der beiden Windwerke mit besonderen Ausgleichsmaschinen gekuppelt. Die Ausgleichsmaschinen müssen erheblich leistungsstärker sein als die Antriebsmotoren und erfordern neben einer separaten Verkabelung einen zusätzlichen Aufwand an elektrischer Ausrüstung. Der damit verbundene Aufwand ist noch größer als der für die sogenannte mechanische Welle notwendige Aufwand. Zudem vergrößert sich die Länge der Windwerke um die Länge der Ausgleichsmaschinen, so daß Führungsgerüste oder Wehrpfeiler entsprechend größer ausgelegt werden müssen.

Ebenso wie bei Wasserbauanlagen ist auch bei Laufkränen und Protalkränen eine Schiefstellung von Nachteil. Die Schiefstellung kann nicht nur aus einem ungleichmäßigen Antrieb, sondern auch aus ungleichmäßiger Spurkranzreibung der Laufräder, d. h. einem Rutschen der Laufräder, resultieren. Eine übermäßige Schiefstellung kann ein Entgleisen oder Blockieren der Krananlage zur Folge haben. Zumindest besteht die Gefahr einer Beschädigung.

Aus der DT-PS 1 68 855 ist eine Synchronisierungseinrichtung für zwei in größerer Entfernung voneinander befindlichen Maschinen bekannt. Jede dieser Maschinen ist mit einem Antriebsmotor und einer umlaufenden Stromschlußvorrichtung gekoppelt. Die Stromschlußvorrichtungen bestehen aus umlaufenden Drehschaltern, deren ringförmig angeordnete Kontakte derart miteinander und mit einer Stromquelle verbunden sind, daß bei ungleichförmigem Lauf der Antriebsmotore ein Steuerstrom entsteht. Mit Hilfe des Steuerstromes werden auf elektromagnetischem Wege Widerstände in den Antriebsmotorkeis geschaltet oder beliebige Bremsen für die Antriebsmotoren betätigt.

Die zwischengeschalteten Widerstände in dem Antriebsmotorkreis führen jedoch nicht bei jedem Antriebsmotor zu einer Verringerung der Antriebsdrehzahl und besitzen insofern systemimmanente Nachteile. Soweit das Zwischenschalten von Widerständen nur das Antriebsmoment verringert, führt das gleichfalls nicht in jedem Fall zu einer Synchronisation der beiden Antriebsmotoren. Die Verringerung des Antriebsmoments ist untauglich, wenn das verringerte Antriebsmoment immer noch ausreicht, den Fahrwiderstand zu überwinden.

Ähnliche Nachteile wie das Zwischenschalten von Widerständen besitzt die Verwendung zusätzlicher Bremsen. Das Bremsen von unter Strom stehenden Elektromotoren kann zu einem Durchbrennen der Wicklungen führen. Im übrigen stellen die zusätzlichen Bremsen einen erheblichen zusätzlichen baulichen Aufwand dar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei Antriebsmotoren jedweder Art den Gleichlauf ohne die Gefahr einer Beschädigung der Motoren und mit geringem baulichen Aufwand sicherzustellen.

Nach der Erfindung wird das durch die Kennzeichnungsmerkmale des Anspruchs 1 erreicht.

Auf diese Weise wird mit geringem Aufwand ein sicherer und wirksamer Gleichlauf erzielt.

In weiterer Ausbildung der Erfindung sind beide Drehschalter mit einem Sprungschaltwerk ausgerüstet. Mit Hilfe der Sprungschaltwerke läßt sich die Schaltgeschwindigkeit auf ein Minimum verringern, so daß ein normales Schleusentor bei üblicher Bewegungsgeschwindigkeit allenfalls eine maximale Schiefstellung von wenigen Millimetern erreichen kann. Dementsprechend kann das Bewegungsspiel für die Seitenführui.gen des Schleusentores äußerst gering gewählt werden. Das trägt zu einer vermehrten Abdichtung des Schleusentores bei.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische isometrische Prinzipskizze der elektrischen Anordnung, wobei im Falle des exakten Gleichlaufs der Windwerke der Stromkreis beider Antriebsmotoren geschlossen bleibt.

F i g. 2 eine schematische isometrische Prinzipskizze der elektrischen Anordnung, wobei das rechte Windwerk voreilt und dadurch der Stromkreis seines Antriebsmotors unterbrochen wird.

F i g. 3 eine schematische isometrische Prinzipskizze der elektrischen Anordnung, wobei das rechte Windwerk nachhinkt und dadurch der Stromkreis des Antriebsmotors des linken Windwerks unterbrochen wird.

F i g. 4 eine schematische isometrische Prinzipskizze der elektrischen Anordnung in der Schaltstellung gemäß F i g. 1, wobei jedoch die Drehschalter mit einem Sprungschaltwerk ausgerüstet sind.

Die erfindungsgemäße elektrische Anordnung wird wie folgt beschrieben:

Empfänger-Drehschalter A ist mit einem geeigneten Getriebe-Abtrieb des Windwerks 1 und Geber-Drehschalter B ist mit dem entsprechenden Getriebe-Abtrieb des Windwerks 2 mechanisch gekuppelt. Das sechsadrige Verbindungskabel zwischen den beiden Drehschaltern ist symbolisiert durch die Stäbe 3 bis 8, im folgenden Leitungen 3 bis 8 genannt. Empfängerkontakt 9 des Empfängerdrehschalters A ist leitend mit Stromabnehmer 10, Empfängerkontakt 11 des Empfänger-Drehschalters A ist leitend mit Stromabnehmer 12 und Geberkontakt 13 des Geber-Drehschalters B ist leitend mit Stromabnehmer 14 verbunden. Die Empfängerkontakte 9 und 11 sind so lang bemessen, daß sie zwei aufeinanderfolgende Leitungsanschlüsse überbrücken können. Zwischen den Empfängerkontakten 9 und 11 bleibt stets eine vom Geberkontakt 13 unter Spannung gesetzte Leitung unberührt. Darstellungsgemäß überbrückt der Geberkontakt 13 wechselweise drei oder vier aufeinanderfolgende Leitungsanschlüsse gleichzeitig. Im übrigen sind die Stromabnehmer 10,12 und 14, sowie die Schaltstütze der Antriebsmotoren von Windwerk 1 und 2, in der dargestellten Weise mit der Steuerstromquelle 15 verkabelt.

In F i g. 1 laufen beide Windwerke drehzahlkonform. Das Schaltschütz des Windwerks 1 ist über Stromabnehmer 14, Geberkontakt 13, Leitung 4, Empfängerkontakt 9 und Stromabnehmer 10 mit der Steuerstromquelle 15 verbunden. Das Schaltschütz des Windwerks 2 ist über Stromabnehmer 14, Geberkontakt 13, Leitung 8, Empfängerkontakt 11 und Stromabnehmer 12 mit der Steuerstromquelle 15 verbunden.

Im weiteren Verlauf des drehzahlkonformen Betriebes der Windwerke bleiben beide Antriebsmotoren über ihre Schaltschütze mit Hauptstrom beaufschlagt. Der Antriebsmotor des Windwerks 1 bleibt beaufschlagt, weil der Geberkontakt 13 der folgenden Leitung 5 bereits unter Spannung gesetzt haben wird, bevor der Empfängerkontakt 9 ihn erreicht. Der Antriebsmotor des Windwerks 2 bleibt beaufschlagt, weil der Empfängerkontakt 11 die folgende Leitung 3 bereits erreicht haben wird, bevor der Geberkontakt 13 die Leitung 8 verläßt.

Kommt es gemäß Fig.2 in der Weise zu einer Relativ-Verdrehung der beiden Drehschalterwellen, daß das Windwerk 2 dem Windwerk 1 voreilt, bzw. das Windwerk 1 dem Windwerk 2 nachhinkt, so hat der Geberkontakt 13 die Leitung 8 bereits verlassen, bevor der Empfängerkontakt 11 die unter Spannung gehaltene Leitung 3 erreicht. In diesem Moment fällt das als •»ο Zeitrelais ausgebildete Schaltschütz des Windwerks 2 für die Dauer von etwa einer halben bis einer Sekunde ab. Das ist die Zeit, welche unter den betreffenden Gegebenheiten zur Normalisierung des vorgeeilten Geber-Drehschalters B erforderlich ist. Gleichzeitig wird im Fahrpult des Steuerhauses für die Dauer des Zeitrelaisabfallens ein Alarm ausgelöst. Hinkt Windwerk 1 chronisch nach, so wird sich der vorbeschriebene Aussetzungsvorgang mit Alarmgabe in gewissen Zeitabständen wiederholen. Wiederholt sich der Alarm in rascher Folge, so bedeutet dies eine ungewöhnliche Mehrbelastung des Windwerks 1. Wird Windwerk 1 völlig blockiert, bzw. wird es von der obligatorischen Überlastungsschutzeinrichtung gänzlich stillgesetzt, so kommt in den Drehschaltern A und B keine Überdeckung von Geberkontakt 13 und Empfängerkontakt 11 mehr zustande. Das Zeitrelais bleibt geöffnet, Windwerk 2 läuft nicht wieder an und der Alarm im Fahrpult geht in Daueralarm über. Es muß danach der Hauptschalter betätigt werden. Nach Beseitigung der Blockierung oder sonstiger Störung kann die Anlage ohne irgendwelche Eingriffe in die elektrische Gleichlaufsteuerung erneut angefahren werden. Mit dem Knopfdruck im Fahrpult erhalten beide Windwerke gleichzeitig das Anfahrkommando. ^h5 Während jedoch das Windwerk 1 unmittelbar auf das Anfahrkommando reagiert, läuft das in vorgeeiltem Zustand verbliebene Windwerk 2 erst an, nachdem der Geberkontakt 13 und der Eirmfäneerkontakt 11 wieder

zur Überdeckung gekommen sind. Grundsätzlich korrigiert die erfindungsgemäße elektrische Gleichlaufsteuerung bei jedem Anfahrvorgang die beim vorangegangenen Stillsetzen etwa überschrittene Schalt-Toleranz auf die vorbeschriebene Weise selbsttätig aus, so daß während der Fahrbewegung stets exakter Gleichlauf innerhalb der Schalt-Toleranz gewährleistet ist. Im übrigen braucht die Gleichlaufsteuerung nach einmal vorgenommener Grundeinstellung niemals mehr nachjustiert zu werden, es sei denn, eine Inspektion der Anlage ergibt, daß die Huborgane — Ketten oder Seile — sich im Laufe der Zeit unterschiedlich gereckt haben.

F i g. 3 zeigt einen Zustand, in dem die entgegengesetzte Relativ-Verdrehung der Drehschalterwellen eingetreten ist. Das Windwerk 2 hinkt dem Windwerk 1 nach, bzw. eilt das Windwerk 1 dem Windwerk 2 voraus. Der Empfängerkontakt 9 hat den Leitungsanschluß 3 verlassen, findet aber die Leitung 4 spannungslos vor, weil der Geberkontakt 13 ihn noch nicht erreicht hat. Infolgedessen fällt das Zeitrelais des Antriebsmotors des Windwerks 1 ab. Es stellen sich die gleichen vorhergehend zur F i g. 2 beschriebenen Reaktionen ein.

Fig.4 zeigt wie Fig. 1 einen drehzahlkonformen Betriebszustand der beiden Windwerke. In Fig.4 ist jedoch jeder der beiden Drehschalter mit einem Zwölf takt-Sprungschaltwerk ausgerüstet. Sprungschaltwerk 16 des Empfänger-Drehschalters A und Sprungschaltwerk 17 des Geber-Drehschalters B erzielen den gleichen Effekt und sind mit ähnlicher Schaltmechanik ausgerüstet wie die bekannten handelsüblichen Licht-Sprungschalter in Viertakt-Ausführung.

Als Schaltwerke können wahlweise bekannte Malteser-Schrittschaltwerke Anwendung finden. Malteser-Schrittschaltwerke erzeugen nicht solch hohe Kontaktwechsel-Geschwindigkeiten wie federbelastete Sprungschaltwerke, sind aber wegen ihrer einfachen Bauweise robuster und betriebssicherer.

Bei der Konzeption des Schaltwerks ist zu berücksichtigen, daß ein absoluter Gleichlauf niemals auftreten kann. Für ein System mit 6 Leitungen käme ein Sechstakt-Schaltwerk nicht infrage, weil dann beide Schaltwerke absolut gleichzeitig reagieren müßten, um beide Stromkreise aufrechtzuerhalten. Bereits die geringste Abweichung vom absoluten Gleichlauf würde zu einer Unterbrechung des einen oder des anderen Stromkreises führen. Ein Zwischenschritt zwischen jedem vollen Kontaktwechsel ist also zur Aufrechterhaltung einer Verdrehungstoleranz unbedingt erforderlich. Aus diesem Grunde kommt für das dargestellte, mit 6 Leitungen versehene System nur ein Zwölftakt-Schaltwerk in Betracht.

Bei Antrieben von Wehranlagen ist eine Betriebsdrehzahl von etwa 10 Upm der Drehschalterwellen zweckdienlich. Mit dieser Drehzahl ergeben sich bei einem Zwölftakt-Schaltwerk Schalt-Intervalle von einer halben Sekunde. Da die Gleichlaufsteuerung mit einer Toleranz von plus/minus zwei Schalt-Takten, in diesem Falle also innerhalb einer Sekunde anspricht, so ergibt sich bei einer Hubgeschwindigkeit des Wehrverschlusses von 300 mm pro Minute eine maximal mögliche Schiefstellungskomponente von 5 mm. Wird beim Antrieb eines Schleusen-Hubtores mit einer Schalterwellendrehzahl von 60 Upm operiert, so beträgt die maximal mögliche Schiefstellungskomponente bei einer Hubgeschwindigkeit von einem Meter pro Minute 2,8 mm. In diesem Drehzahlbereich der Drehschalterwellen wäre bei ohnehin zu empfehlendem Naßlauf der Kontakt-Elemente bereits ohne Schaltwerke auszukommen.

In der Zeichnung sind aus Gründen der Übersichtlichkeit Schleifkontakte symbolisiert, doch ist in der Praxis Rollkontakten der Vorzug zu geben.

Die darstellungsgemäß an den beiden Getriebe-Abtrieben angeschlossene elektrische Gleichlaufsteuerung ist nur für solche Anlagen gedacht, die mit Huborganen — Ketten, Seile oder Stangen — arbeiten. Bei Anlagen mit eingebautem Fahrantrieb, wie beispielsweise bei Kranfahranlagen, ersetzt die an den Fahrantrieben angeschlossene Gleichlaufsteuerung die teure elektrische Welle. Ein Rutschen der Laufräder auf den Schienen wird dadurch korrigiert, daß die Gleichlauf-Impulse nicht aus der Drehzahl, sondern aus der Wegstrecke abgeleitet werden.

Fahrantriebe mit mechanischer oder elektrischer Welle benötigen hierfür ortsfest verlegte Zahnstangen oder Triebstockstangen, welche so bemessen sein müssen, daß sie die maximal mögliche Fahrleistung übertragen können. Wird dagegen die erfindungsgemäße elektrische Gleichlaufsteuerung verwendet, so kommt man mit einer einfachen und leichten Galischen Kette aus, welche entlang der beiden Kranschienen ortsfest verlegt wird und an welcher die auf den Schalterwellen der Drehschalter A und B zu befestigenden Triebstockräder aus verschleißfestem Kunststoff entlanglaufen. Während die schweren Zahnstangen oder Triebstockstangen gut geschmiert und in diesem schmutzempfänglichen Zustand offen verlegt werden müssen und deshalb für Portalkrananlagen nicht praktikabel sind, bleibt die schmale Galische Kette trocken und läßt sich, geschützt am Steg des Kranschienenprofils unterbringen. Die an der Krankonstruktion schwenkbar und kippbar aufgehängten Drehschalter A und B tasten dann mittels Leitrollen den Schienenkopf ab und gewährleisten auf diese Weise einen exakten Eingriff ihres Triebstockrades in die Galische Kette.

Für Portalkrananlagen, für die es bisher noch keinen wegeorientierten Gleichlauf gab, ist hiermit eine durchaus praktikable und zugleich billige Lösung gefunden. Dabei ist zu berücksichtigen, daß mit der Verwendung der erfindungsgemäßen elektrischer Gleichlaufsteuerung die von Ausgleichsmaschinen gebildete elektrische Welle entfällt, die sonst der Gleichlauf bewirkt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur selbsttätigen Regelung des winkelabhängigen Gleichlaufs von zwei Elektromo- ; toren, die über Windwerke gemeinsam einen Körper bewegen, insbesondere Wasserbau- und Kranbauwindwerke, mit zwei die Drehbewegungen abbildenden Drehschalter, deren ringförmig angeordnete Kontakte miteinander durch elektrische Leitungen derart verbindbar sind, daß Gleichlauf der Motoren entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehschalter über Getriebe mechanisch mit den Windwerken gekuppelt sind und daß bei konformer Drehzahl der beiden beteiligten Windwerke beide der Schalterwelle des Empfänger-Drehschalters (A) angehörenden Empfängerkontakte (9/11) leitend mit dem der Schalterwelle des Geber-Drehschaiters (B) angehörenden Geberkontakt (13) verbunden bleiben und dadurch die Hauptstromkreise beider Windwerksmotoren mittels deren somit steuerstrombeaufschlagten Schaltschütze geschlossen gehalten werden, und daß bei Relativ-Verdrehung der beiden Schalterwellen infolge Ungleichlaufs der Windwerke derjenige Empfängerkontakt des Empfänger-Drehschalters (A) vom Geberkontakt (13) des Geber-Drehschalters (B) unbeaufschlagt bleibt, welcher den für das voreilende Windwerk bestimmten Steuerstrom zu empfangen hat, wodurch der Hauptstrom des voreilenden Windwerksmotors durch Abfallen des zugehörigen Schaltschützes so lange getrennt bleibt, bis der zuvor stromlos gewordene Empfängerkontakt des Empfänger-Drehschalters (A) wieder steuerstromschlüssig mit dem Geberkontakt (13) des Geber-Drehschalters (B) in Verbindung getreten ist.

2. Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Drehschalterwellen mit einem Sprungschaltwerk ausgerüstet werden, dessen Taktzah! pro Schalterwellenumdrehung ein mehrfaches der Anzahl der elektrischen Leitungen beträgt.

3. Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Drehschalterwellen mit einem Malteser-Schrittschaltwerk ausgerüstet werden, dessen Schrittzahl pro Schalterwellenumdrehung ein mehrfaches der Anzahl der elektrischen Leitungen beträgt.

4. Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Drehschalterwellen mit einem umsteuerbaren mechanisch zu betreibenden Hub-Schrittschaltwerk ausgerüstet werden, dessen Schrittzahl pro Schalterwellenumdrehung ein mehrfaches der Anzahl der elektrischen Leitungen beträgt ss

5. Elektrische Gleichlaufsteuerung gemäß Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hub-Schrittschaltwerk elektromagnetisch betrieben wird.

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