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SCHUTZEINRICHTUNG DES ANTRLIBS EINES ABSPERRELEMENTS Die Erfindung
betriftf Antriebe von Absperrelementen, die in verschiedenen Zweigen der Technik
und besonders für Rohrleitungsabsperrarmaturen und Spannvorrichtungen von Werkzeugmaschinen
angewandt werden, und genauer - eine Schutzeinrichtung des Antriebs eines Absperrelements.
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Bekannt ist eSn elektrischer Antrieb, hergestellt von der englischen
Firma Rotorque, zum Steuern einer Rohrleitungsabsperrarmatur, der einem Elektromotor
mit einem Schneckenuntersetzungsgetriebe enthält, in welchem die Schnecke des Untersetzungsgetriebes
auf dessen schnellaufender Welle mit der Möglichkeit einer Axialverschiebung aufgesetzt
ist. Außerdem sind zu beiden Selten der Schnecke je esne Druckfeder angeordnet,
deren Spannkraft eine Axialverschiebung der Schnecke
bei fehlender
Übeslastung des Antriebs ve hindern. Als Überlastungssicherung dieses bekannten
elektrischen Antriebs dienen Schalter, welche den elektrischen Antrieb in den Endstellungen
des Absperrelements der entsprechenden Rohrleitungsabsperrarmatur abschalten, sobald
der Antrieb überlastet wird, und die Schnecke, die Spannkraft einer der Federn überwindend,
diese zusammendrückt und sich in der entsprechenden Richtung verstellt.
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Folgllch dlenen die zu beiden Seiten der Schnecke angeordneten Federn,
deren Kompressionsgrad von Überlastungsgrad des Antriebs abhängt, als Überlastungsgeber.
Der Kompressionsgrad der Federn ist die Ausgangsgröße dieser Geber, und ist diese
vorgegeben, so la"ßt sich die Schutzeinrichtung zum Ansprechen bei einer bestimmten
Kraft einstellen, bei welcher die Schnecke slch in der Axialrichtung verstellt und
mit dem entsprechenden schalter des Antriebs zusammenwirkt.
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Die im obenbeschricbenen bekannten elektrischen Antrieb verwirklichte
Schutzeinrichtung des Absperrelements, in welcher die Aufgabe der Überlastungsgeber
Kraftelemente u. zw. Druckfedern erfüllen, die die gesamte achsrechte Belastung
von der Getriebeschnecke aufnehmen, reagiert nur auS die größe des durch den Antrieb
erzeugten Drehmoments, sie reagiert jedoch nicht auf die anstiegsgeschwindigkeit
des Drehmoments dieses Antriebs.
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Dabei läßt sich die erforderliche Abstimmungsgenauigkeit
der
Schutzeinrichtung sowie deren Empfindlichkeit gegen Überlastungen des Antriebs nicht
gewährleisten.
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Außerdem sind die dynamischen Überlastungen der Mechanismen der Absperrelemente
von geringer nachgiebigkeit (d.h. hoher Steifigkeit) bei gleicher Abstimmung der
Schutzeinrichtung bedeutend hoher als die dynamischen Uberlastungen der Bechanismen
der Absperrelemente von hoher Nachgiebigkeit; folglich kann die bekannte Schutzeinrichtung,
da sie auf die Änderungsgaschwindigkeit des Drehmoments nicht reagiert, die verschiedenen
dynamischen Belastungen nicht unterscheiden und daher die bei hohen dynamischen
Belastungen vorkommenden Störungen der Mechanismen der Absperrelemente nicht verhindern,
In der bekannten Schutzeinrichtung des beschrie benen elektrischen Antriebs können
Erüche desangetriebenen Absperrelements in den Fällen eintreten, wenn beim Anlassen
des Elektromotors der letztere sich umgekehrt zur Wirkungsrichtung des Absperrelements,
gegen die von der Kommandoanlage vorgegebene Richtung zu drehen beginnt. Eine derartige
Nichtübereinstimmung der Drehrichtung des Elektromotors mit der vorgegebenen kann
oft bei Probeläufen der Antriebe der Absperrelemente nach ihrer Reparatur infolge
einer Änderung der Phasenreihenfolge der dem Eloktromotor zugeführten Speisespannung
entstehen. Nun wollen wir den hall näher betrachten, was nach dem Anlassen des beschriebenen
elektrischen Antriebs bei falscher Phaseneinstellung des Elektromotors geschieht
Angenommen,
es wird eln Kommando zum Schließen des kb -sperrelements gegeben. Bei richtiger
Steuerschaltung des rotors und bei dessen richtiger Phaseneinstellung wird slch
dabei der Motor in der dem Schließen des Absperrelements entsprechenden Richtung
drehen. Sobald das hbsperrelement seine Endstellung errelcht hat, spricht der Antriebsschalter
an, welcher an derjenigen Seite des Antriebs angeordnet ist, wohin sich die Getriebeschnecke
verstellt, indem sie die Spannfeder infolge einer Ubeilastung des Antriebs beim
Schließen des Absperrelements zusammendruckt. Somit hat die Schutzeinrichtung in
diesem Fall richtig angesprochen und einer Beschädigung des Medhanismus des Absperrelements
bei einer Überlastung des antriebs vorgebeugt.
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Falls jedoch aus irgendeinem Grunde die Übereinstimmung der Drehrichtung
des Motors mlt der vom Kommando vorgegebenen Drehrichtung des Absperrelements /das
kann bei falscher Phaseneinstellung des Motors bzw. bei einer falschen Montage der
Steuerkreise des Alotors vorkommen/ gestört ist, so entsteht eine gefahr'liche Situation,
bei der die Schutzeinrichtung nicht anspricht, wodurch der Mechanismus des Absperrelements
beschädigt werden kann.
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Angenommen, daß auch in dlesem Falle eine Kommandogabe zum Schließen
des Absperrelements erfolgt Da, wie gesagt, die Drehrichtung des Motors nun der
vom Kommando vorgegebenen
Drehrichtung des Absperrelements nicht
entspricht, so wird sich der rotor in der entgegengesetzten Richtung drehen und
versuchen, das bereits geöffnete Absperrelement zu öffnen, d.
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h. er wird auf Anschlag wirken und sich folglich überlasten.
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Da aber der Steuerkreis des Motors bei diesem Kommando durch denjenigen
Antriebsschalter betätigt wird, welcher an der entgegengesetzten Seite der Schnecke
angeordnet ist, wo sie jetzt die Spannfeder nicht zusammendrückt da die Axialkomponente
der Druckkraft in der entgegengesetzten richtung wirkt, so wird dieser Schalter
nicht ansprechen und cter Motor wird trotz der Überlastung des Antriebs nicht abgeschaltet,
so daß diese Überlastung letzten Endes zu einem Bruch des Mechanismus des Absperrelements
führen wird.
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Die genannte Schutzeinrichtung des bekannten elektrischen antriebs
bewirkt offensichtlich keine Abschaltung bei ihrem Anlassen auch in den Fällen,
wenn zur Überwindung der Träghoitskräfte sowie aer Haftreibungskräfte der Motr eSn
Drehmoment entwickelt, welches das Drehmomentübersteigt, auf das die Schutzeinrichtung
abgestimmt war.
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Zweck der Erfindung ist, eine Schutzeinrichtung des Antriebs eines
Absperrelements zu schaffen, die einen sicheren Schutz des Antriebs durch dessen
Abschaltung bei seinen sämtlichen Überlastungen, einschließend die durch die Trägneitskräfte
antstandenen überlastungen, gewährleistet und sis durch ihre hohe Empfindlichkeit,
ihre Schnellwirkung und einfache
konstruktive Ausführung kennzeichnet0
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Schutzeinrichtung des Antriebs
eines Absperrelements zu schaffen, in der die gesteigerte Schutzsicherheit des Antriebs
gegen Überlastungen dank einer solchen Vervollkommnung des Überlastungsgebers gewährleistet
wird, bei der der letztere nicht nur auf die Größe des Drehmoments, sondern auch
auf eine Änderungsgeschwindigkeit dieses Drehmoments reagiert.
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Dies wird dadurch erreicht, daß in der Schutzeinrichtung des jintriebs
eines Absperrelements, enthaltend einen Schalter fur den Antrieb und einen mechanischen
Überlastungsgeber, der mit dem Antriebsschalter zwecks Abschaltung des Antriebs
bei Überlastungen im Antrieb zusammenwirkt, erfindungsgemäß der mechanische Überlastungsgeber
als Schwungrad ausgeführt ist, der von Antrieb des Absperrelements gedreht wird
und mit der Möglichkeit einer Axialverschiebung angeordnet ist.
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Es ist zweckmäßig, in der Schutzeinrichtung des Antriebs eines Absporrelements
mit Reduzlergetriebe ein Schwungrad auf einem nichtselbsthemmenden Gewinde der schnellaufenden
Welle des Reduziergetriebes anzuordnen und in der Axialrichtung so abzufedern, daß
ein Rücklauf des Schwungrads in seine Ausgangsstellung bei fehlender Überlastung
des Antriebs* gewährleistet wird.
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Die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung des Antriebs eines Absperrelements
gewahrleistet bei ihrer einfachen Konstruktion * d.h. bei unbeschleunigter Bewegung
einen
sIcheren Schutz gegen sämtliche Uberlastungen und kannzeichnet sich durch ihre hohe
Empfindlichkeit und beachtliche Schnellwirkung. Besonders hervorzuheben ist die
Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung nicht nur gegen stattsche,
sondern auch gegen dynamische Überlastungen, da sie auch auf die Änderungsgeschwindigkeit
des Drehmoments des Antriebs reagiert.
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Die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung kann für die Antriebe verschiedener
Rohrleitungsabsperrarmaturen / Schieber, Vontile, Kugelschieber, Drehverschlüsse,
hermetische Ventile/, Spannvorrichtungen von Werkzeugmaschinen und andere, auf'
Anschlag wirkende Mechaniemen, weitgehende Verwendung finden.
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Im folgenden wird eine eingehende Beschreibung einer konkreten Ausführungsvariante
der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung des Absperrelements nach beiliegender Zeichnung
angefahrt, auf welcher der elektrische Antrieb des Absperrelements mit der erfindungsgemäßen
Schutzeinrichtung im Längsschnitt dargestellt ist.
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Der elektrische Antrieb des Verschlaßelements enthalt einen Elektromotor
1 /auf der Zeichnung ist nur ein Teil des Motors, der unmittelbar an dasReduziergetriebe
angrenzt, zu sehen/, ein Reduziergetriebe 2 mit Schnecke 3 und Schneckenrad 4.
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Die schnellaufende Welle 5 des Reduziergetriebes 2 ist mit der Welle
6 des Motors 1 erbunden. Das Schneckenrad 4 ist
auf der Welle 7
des Absperrelemcnts befestigt. Auf dem nichtselbsthemmenden Gewlnde 8 der schnellaufenden
Welle des Rsduziergetriebes sitzt ein Schwungrad 9, das zu beiden Seiten durch ledern
10 und 11 abgefedert ist. Der Antriebsschalter hat zwei Öffnungskontakte 12 und
13, wobei Jeder von diesen eln auf der Achse 14 angeordnetes bewegliches Kontaktelement
15, ein unbesegliches Kontaktelement 16, eine Rückzugfeder 17 des beweglichen Kontaktelements
sowie Isolisreinlagen 18 hat.
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Jeder der beiden Öffnungskontakte ist in den Stromkreis der Spule
des entsprechenden magnetischen Kontaktgebers des Motors eingeschaltet. Die elektrischen
Kreise des Antriebs sind nach der üblichen aligemeinbekannten Schaltung der Umkehrsteuerung
eines Elektromotors montiert, z. B, ebenso wie * das im Prototyp ausgeführt ist,
und daher sind sie in der Zelchnung nlcht angegeben. Außerdem wurden aus der Zeichnung
sämtliche allgemeinbekannten elektrischen Elemente, die keine neue Information bieten,
weggelassen, wodurch diejenigen Eiemente klarer hervortreten konnten, welche fur
das Wesen der Erfindung bestimmend waren.
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Sämtlichen Elemente des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs sind
in seinem Gehause 19 untergebracht.
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Aus der dargelegten Beschrelbung und der beigefügten Zeichnung erhellt,
daß in der erfindungsgemäßen Einrichtung eine prinzipielle neue Konstruktion des
Überlastungsgebers im Vergleich zu der Bauart des Überlastungsgebers in der bekannten
* d.h. der eingangs beschriebenen, bekannten ausbildung
Schutzeinrichtung
der Firma Rotorque verwendet wurde.
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Im bekannten Antrieb der Firma Rotorque spielen Kraftfedern die Rolle
des Uberlastungsgebers, welche die Axialkraft der schnellaufenden Welle des Reduziergetriebes
sowie bei normalen Belastungen des Antriebs als auch bei dessen Uberlastungen aufnehmen.
Diese Federn müssen fur hohe Druckkräfte berechnet sein, um eine Axialverschiebung
der schnellaufeaden Welle des Reduziergetriebes bei fehlender Uberlastung des Antriebs
zu verhindern.
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Selbstverstan"dlich kann eine derartige ausführung des Gebers keine
hinreichende Empfindlichkeit und Genauigkeit der Abstimmung der Schutzeinrichtung
gegen Uberlastungen des Antrisbs gewährleisten.
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tfl>erdies kann eine solche Schutzeinrichtung nur auf die Große
des Drehmoments des Antriebs reagieren, sie reagiert aber auf die Anstiegsgeschwindigkeit
dieses Drehmoments über--haupt nicht. Folglich reagiert sie praktisch nicht auf
die dynamischen Uberlastungen, welche unter der Wirkung der Trägheitskräfte entstehen,
die bei den Änderungen des Drehmoments des Antriebs hervorgerufen werden, und der
damit zusammenhängenden Geschwindigkeitsänderungen der Drehung des Antriebs.
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Außerdem ist im obenbeschriebenen bekannten Antrieb zwecks Sicherung
der Arbeitsfähigkeit der Schutzeinrichtung die schnellaufende Welle des Reduziergetriebes,
auf welche die Schnecke aufgesetzt ist, so angeordnet, daß wesentliche
derselben
Axialverschiobungen nicht ausgeschlossen sind. Dieser Umstand muß slch zweifellos
auf die Verringerung der Betriebssicherheit des Antriebs selbst und die Kürzung
seiner Lebensdauer auswirken.
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Dagegen ist in der erfindungsgemäßen Einrichtung des Antriebe eines
Absperrelements der als Schwungrad ausgeführte Überlastungsgeber nach seinem Wirkungsprinzip
ein Trägheitsgeber. In der konkreten Ausfuhrungsvariante der erfindungsgemagen Einrichtung
ist das Schwungrad 9 auf dem nlchtselbsthemmenden Gewinde 8 der schnellaufenden
Welle 5 des Keduzlergetriebes 2 angeordnet und zu beiden Seiten durch die Federn
10 und 11 abgefedert. Bel normaler Arbeit dos Antriebs, solange sein Drehmoment
sich nicht geändert hat, dreht sich das Schwungrad gemeinsam mlt der schnellaufenden
Welle des Reduzlergetriebes, ohne slch in der Axialrichtung zu verschieben, und
ubt keine Wirkung auf die Spnnnfedern 10 und 11 aus.
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Dabei sind diese Federn 10 und 11 für eine relativegeringe Druckkraft
berechnet, die bloß zum Rückführen des Schwungrads in seine Mittelstellung nach
überwundener Überlastung ausreicht. Erst wenn eine unzulässige Änderung des Drehmoments
des Antriebs eintritt, beginnt das Schwungrad 9 dank der aufgespelcherten kinetischen
Energie, sich nach links bzw. nach rechts, je nachdem in welcher Richtung der Antrieb
des Absperrelements gearbeitet hat, zu verschieben.
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Es ist leicht einzusehen, daß die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung
mit
einem solchen Uberlastungsgeber über eine hohe Empfindlichkeit sowohl in bezug auf
die Große der tiberlastung als auch auf die Anstiegsgeschwindigkeit der Uberlastung
verfugt und eine genaue Abstimmung der Schutzeinrichtung auf eine vorgegebene Uberlastung
ermöglicht.
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Außerdem ist in der erfindungsgemäßen Konstruktion der Schutzeinrichtung
die schnellaufende Welle 5 des Reduztergetriebes mit der aufgesetzten schnecke in
Lagern 20 genau Fixiert, welche ihre Drehbewegung gewährleisten und praktisch keine
Axialverstellung zulassen. Dabei werden offenbar gunstige Bedingungen für eine zuverlässigere
Arbeit des Anabriebs geschaffen, wodurch seine Lebensdauer verlängert wird.
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Die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung arbeitet folgenderweise.
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Beim Einschalten des Elektromotors 1 beginnen sich seine Welle 6
sowie die mit ihr durch eine Kupplung 21 verbundene schnellaufende Welle 5 des Reduziergetriebes
2 beschleunlgt zu drehen. Das auf dem nichtselbsthemmenden Gewinde 8 der schnellaufenden
Welle 5 des Reduziergetriebes 2 angeordnete Schwungrad 9 wird sich dank seiner Trägheit
belm Anlauf des Motors, solange sich dessen normale Drehbewegung nicht eingestellt
hat, bedeutend langsamer drehen- als die schnellaufende Welle des Reduziergetriebes
2. Infolgedessen wird sich das Schwungrad am Gewinde entlang axial in der Richtung,
entgegen-; gesetzt demjenigen Kontakt des Antriebsschalters verstellen,
welcher
im Kreis des Magnetkontakte liegt, der sich in der eingeschalteten Stellung nach
dem letzten Kommando zur Betätigung des Antriebs befindet. Läßt man z. B. den Antrieb
an, so dreht sich die schnellaufende Welle 5 des Reduziergetriebes, von der Seite
des Rotors 1 gesehen, im Uhrzeigersinn. Im Stromkreis des Kontaktgebers, mit dessen
hilfe der Motor eingeschaltet war, befindet sich der Öffnungskontakt 13 des Antriebsschalters,
während das Schwungrad 9, die Spannkraft der Feder 10 überwindend, sich nach links
zum Öffnungskontakt 12 des Antriebsschalters verstellen wird. Dieser Kontakt 12
liegt abei im Stromkreis des anderen Kontaktgebers, welcher jetzt abgeschaltet ist,
und nicht im Stromkreis des eingeschalteten Kontaktgebers, der in diesem Moment
die Speisung dem Motor 1 zuführt. Und falls sogar der Kontakt 12 unter Einwirkung
des Schwungrads 9 slch öffnen sollte, so würde das nicht zur Abschaltung des Motors
1 führen. Auf diese Welse wird eine Blockierung der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung
verwirklicht, die ein Abschalten des Antriebs des iibsperrelements bei selnem Anlaufen
ausschließt.
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In der obenbeschriebenen bekannten Schutzeinrichkung ist eine derartige
Blockierung gegen Fehlabschaltungen des Antriebs belm Anlaufen nicht vorhanden,
was auch einen wesentlichen Mangel der bekannten Schutzeinrichtungen darstellt.
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Wenn aber aus irgendeinem Grunde, z. 3. bei falscher Phaseneinstellung
des Motors, sein Drehsinn der Kommandogabe
beim Einschalten des
Antriebs nicht entspricht, dann wird sich das Schwungrad am nichtselbsthemmenden
Gewinde in der Axialrichtung gegen denjenigen Schalterkontakt verstellen, welcher
im Stromkreis des magnetischen Kontaktgebers liegt, der sich in der eingeschalteten
Stellung nach dem letzten Kommando zur Betätigung des Antriebs befand. In unserem
Beispiel, wenn beim Anlaufen des Antriebs die schnellaufende Welle 5 des Reduziergetriebes
sich im Uhrzeigersinn dreht /von der Seite des Motors 1 gesehen/, beSände sich im
Stromkreis des Kontaktgebers, mit dessen Hilfe der Motor eingeschaltet wurde, der
Öffnungskontakt 12 des Antriebsschalters, gegen welchen das Schwungrad 9, die Spannkraft
der Federn 10 überwindend, sich verstellen wird.
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lurch die Zusammenwirkung des Schwungrads 9 mit diesem Kontakt 12
des Antriebsschalters schaltet sich der Motor 1 ab, und der Antrieb bleibt stehen.
Dadurch wird ein Bruch des Antriebs verhindert. Das muß, wie bereits gesagt, auch
als ein wesentlicher Vorteil der Erfindungsgemäßen SchutzeEnrlchtung betrachtet
werden. Wir haben bisher die Arbeit der erfindungsgemaßen Einrichtung zur ZXeit
des Anlaufs erläntert, d. h. wenn die Drehgeschwindigkeit der schnellaufenden Welle
des Reduzlergetriebes die Drehgeschwindigkeit des Schwungrads übersteigt.
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Nach der Anlaufsperiode des Antriebs, sobald sich die Drehgeschwindigkeiten
der schnellaufenden Welle 5, des Reduziergetriebes
2 und des Schwungrads
9 ausgeglichen haben, kehrt das Schwungrad 9 unter der Wirkung einer der Federn
/10 oder 11/ in seine ausgangsstellung zllnück. Nun wellen wir die Arbeit der erfindungsgemäßen
einrichtung bei elner Uberlastung des Antriebs betrachten. In dlesem Falle wird
sich die Drehgeschwindigkeit des Motors und der mit ihm zusaumenhangenden schnellaufenden
Y;elle 5 des Reduziergetriebes 2 verringern, während sich das Schwungrad 9 unter
der Wirkung der Trägheitskräfte mit der bisherigen Geschwindigkeit drehen wird.
Dabei wird sich das Schwungrad am nichtselbsthemmenden Gewinde der schnellaufenden
Welle 5 des Reduziergetriebes 2 gegen denjenigen Schalterkontakt axial verstellen,
welcher sich im Stromkreis des zu dieser Zeit eingeschalteten magnetischen Kontaktgebers
befindet, der die Speisung dem Motor des Antriebs zufürt.
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Im Zusammenwirken mit dem genannten Kontakt des Schalters wird ihn
das Schwungrad öffnen, der Motor wird abgeschaltet und der Antrieb bleibt stehen.
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Angenommen, daß die schnellaufende Welle 5 des Reduziergetriebes
2 beim L?inschalten des Ahtriebs sich, von der Seite des Motors gesehen, im Uhrzeigerseinn
dreht. Bei Eingetretener Überlastung wird sich die Drehgeschwindigkeit des Motors
und der mlt ihm verbundenen schnellaufenden Welle 5 des ReduzLergetriebes a vermindern.
Das Schwungrad 9 wird sich dabei unter der Trägheitswirkung mit der früheren Geschwindigkeit
drehen,
die die momentane Drehgeschwindigkeit der schnelllaufenden Welle 5 des Reduziergetriebes
2 übersteigt.
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Infolgedessen wird sich das Schwungrad in der Axialrichtung gegen
den Schalterkontakt 13 des Antriebs verstellen, über welchen die Speisung in die
Spule des im gegebenen Moment eingeschalteten magnetischen Kontaktgebers, der den
Motor 1 eingeschaltet hat, zugeführt wird.
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Unter Zusammenwirkung mit dem Kontakt 13 des Antriebsschalters schaltet
das Schwungrad den Antrieb ab, wodurch der Stromkreis der Spule des entsprechenden
magnetischen Kontaktgebors geöffnot wird. Dieser magnetische Kontaktgeber wird abgeschaltet
und damit schaltet er auch den Motor 1 ab.
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Der Antrieb bleibt dabei stehen.
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Beim Anlassen des Motors in der entgegengesetzten Richtung, wenn
die schnellaufende Welle 5 des Reduziergetriebes 2 sich entgegen dem Uhrzeigersinn
dreht /von der Seite des Motors 1 gesehen/, arbeitet die Schutzeinrichtung analog
der obendargelegten Weise.
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Es ist hier zu bemerken, daß je geringer die Nachgiebigkeit desangetriebenenAbsperrelements
d. h. je steifer es ist, und folglich, je schroffer sich dabei die Drehgeschwindigkeit
des Motors 1 und der mit ihm verbundenen schnellaufenden Welle 5 des Reduziergetriebes
andert desto schneller schaltet die erfindungsgemäße Ninrichtung den Motor 1 ab,
und desto schneller wird der Antrieb zum Stillstand gebracht. Auf diese Weise bewirkt
die
erfindungsgemäße Einrichtung das Abschalten des Moters mit der erforderlichen Voreilung
und läßt somit keine dynamischen Überlastungen eintroten, wobei die Voreilungszeit
je nach der Anstiegesgeschwindigkeit der Überlastungsgröße des Antriebs des Absperrelements
automatisch eingestellt wird.