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Einrichtung für von Linearmotoren angetriebene, eine
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Kabelgirlande tragende Schleppkabelwagen von Eörderbrücken Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für von Linearmotoren angetriebene, eine
Kabelgirlande tragende Schleppkabelwagen von Förderbrücken, bei welcher die Linearmotoren
der Schleppkabelwagen über einen einzigen thyristorgesteuerten Umrichter mit einer
gemeinsamen,zwischen einem Minimal- und einem Höchstwert steuerbaren Spannung und
Frequenz unter Vorgabe der Wanderfeldfortschreitungsrichtung durch einen ersten,
auf der Katze bzw. dem Bedienungsstand befindlichen Fahrtrichtungsschalter gespeist
werden, wobei die Geschwindigkeiten und Beschleunigungen der einzelnen Kabelwagen
entsprechend ihrer Ordnungszahl in der Girlande proportional abgestuft, die Abstände
der einzelnen Kabelwagen von einander gleich groß angestrebt werden und die Frequenz
und Spannung für alle Motoren gemeinsam zwecks Erzielung ausreichender Schubkraft
geschwindigkeitsproportional anhebbar sind.
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Solche Einrichtungen sind bekannt geworden durch: DT-OS 2 119 322;
Deutsche Hebe- und Fördertechnik 11j73, S. 53/55; fördern und heben 26 (1976), No.
15, S. 1527/29.
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Der Antrieb durch Linearmotoren statt durch Zahnräder, Reibräder oder
dergl. ermöglicht es, daß die einzelnen Kabelwagen nach Abschalten evtl. übrig gebliebene
ungleiche Wagenabstände und Kabeldurchhänge von sich aus ausgleichen. Eine korrigierende
Angleichung der Zugkräfte der einzelnen vorher nicht abgestimmten, ja sogar gleichgebauten
Linearmotoren an die
durch die Ordnungszahl innerhalb der Girlande
bedingten Forderungen ist zu einem gewissen Grade bei den bekannten Einrichtungen
zwar vorgesehen; aber es fehlt dabei eine strenge Methodik, und ungleiche Gegenkräfte
(Reibungskräfte) und ruckartige Bedienung gaben immer noch Anlaß zur Ausbildung
ungleicher Wagenabstände und zum restlichen Schlagen der herabhängenden Kabel.
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Es wurde daher in sT-AS 25 51 974 schon vorgeschlagen, den Linearmotor
jedes einzelnen Schleppwagens individuell über eine auch die relative Stellung der
Wagen zu einander und die dadurch bedingten Kraftkomponenten erfassende Logikschaltung
zu steuern bzw. zu regeln. Die dort vorgesehene meßtechnische Erfassung aller Kraftkomponenten,
die Ausbildung der Logikschaltung und ggf. des Rechenwerkes innerhalb der Gesamtheit
der Girlande und der Katze gestaltet sich dabei aber aufwendig, da Ist- und Sollwerte
der Einzelgeschwindigkeiten, -Beschleunigungen, bzw. -Kräfte dabei erfaßt werden
müssen.
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Ausgehend von der eingangs umrissenen bekannten Einrichtung liegt
daher der Erfindung die Aufgabe zugrund, die restlichen Nachteile der bekannten
Einrichtungen zu vermeiden und diese gleichzeitig weniger aufwendig und preisgünstiger
zu gestalten. Die angestrebten Geschwindigkeiten und Beschleunigungen der einzelnen
Linearmotoren der Girlande sollen durch eine ganz bestimmte gesetzmäßige Dimensionierung
und Ausgestaltung der Motoren von vornherein möglichst nahe an die gewünschten,
ihrer Stellung in der Girlande angepaßten Grundwerte herangebracht werden. Ausgehend
von dieser günstigen Ausgangsposition soll der Einfluß verschieden großer Gegenkräfte,
wie z. B. eine von Wagen zu Wagen verschiedene oder eine für denselben Wagen durch
Umwelteinflüsse und entlang seines Wegs beträchtlich sich ändernde Reibung, ohne
Zuhilfenahme von Soll/Istwert-Vergleichen und ohne Rechenwerk unterdrückt bzw. ausgeglichen
werden. Dabei soll der schaltungstechnische Aufwand klein sein, und es sollen zusätzlich
zu den Speiseleitungen für die Linearmotoren möglichst wenige der Steuerungen bzw.
Regelung dienende zusätzliche Leitungen erforderlich sein. Wenn sich eine
Vereinfachung
des elektrischen Aufwands durch eine mechanische Ausgestaltung zieleinheitlich erreichen
läßt, sodies im Rahmen der Gesamtaufgabe ausgenutzt werden.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß unter Verwendung
eines bis auf sehr niedere Frequenzen herabsteuerbaren Umrichters die Polteilungen
und die Zahl q der Nuten pro Pol und Strang der Linearmotoren der einzelnen Schleppkabelwagen
sich wie ihre Ordnungszahlen innerhalb der Girlande verhalten unter Verwendung desselben
Blechschnitts mit dadurch bedingten verschieden großen Windungszahlen, und die Nennfrequenz
am Ausgang des gemeinsamen Umrichters so gewählt wird, (im Beispiel etwa 11 Hz),
daß sich bei der so festgelegten Zahl q die gewünschte Höchstgeschwindigkeit des
schnellsten Schleppkabelwagens (im Beispiel etwa 6 m/sec) bei der technisch kleinstmöglichen
Nutteilung von ca 1 cm ergibt.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird weiter der Träger für
die Kabel nicht starr am Kabelwagen, sondern an einem an jedem Wagen befestigten,
um die Vertikale schwenkbaren, eine <ontakteinrichtung betätigenden Zwischenglied
angebracht, welches bei jedem einzelnen Wagen unabhängig von den Stellungen der
Zwischenglieder der übrigen Wagen über die von ihm betätigten Kontakte, über einen
wageneigenen gemeinsam von einem Schalter fernbetätigten (zweiten) Fahrtrichtungsschalter,
über seine wageneigenen Stufenschalter und über seine Vorschaltwiderstände direkt
ohne jede Benutzung von Rechengeräten die Größe des jeweiligen Linearmotoren-Felds
steuert, bei Übereinstimmung von Wanderfeld- und Wagen-Bewegungsrichtung zur Geschwindigkeits-Erhöhung
oder -Verkleinerung des betreffenden Wagens, bei Nichtübereinstimmung als Bremsung.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung und die dadurch erreichbaren
Verbesserungen sind aus den Unteransprüchen und der Beschreibung zu entnehmen.
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Die Erfindung wird an Hand der Figuren 1 bis 3 erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1a eine an die allgemein übliche Anordnung der Kabelgirlande sich anschließende
grundsätzliche Übersicht. Die besondere erfindungsgemäße Ausgestaltung der Linearmotoren
und derKabelaufhängung gemäß den Ansprüchen ist daraus nicht entnehmbar; Fig. ib
einen einzelnen Schleppkabelwagen mit an ihm starr befestigtem Kabelträger 6, nach
dem Stand der Technik; Fig. 1c einen einzelnen Schleppkabelwagen mit an ihm befestigtem
schwenkbaren Zwischenglied 6, nach einem Kennzeichen der Erfindung; Fig. 2 die Einrichtung
nach der Erfindung mit schwenkbarem Zwischenglied 6, dadurch betätigten Kontakten
7 und zugehöriger Schaltung. Hierbei wurde ein einzelner Wagen und Linearmotor aus
der Girlande herausgegriffen und seine Zur am menschaltung mit dem gemeinsamen Umrichter
gezeigt. Alle übrigen Linearmotoren haben dieselbe Schaltung.
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Fig. 3 zeigt tabellarisch die möglichen Kombinationen von Stellungen
des Zwischenglieds 6 und Stellungen des (zweiten) Fahrtrichtungsschalters 8.
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Im einzelnen bedeuten in Fig. 1a: 1 bis 7 sind beispielsweise die
Ordnungszahlen der Schleppkabelwagen. Die Girlande ist dabei schematisch in einer
mittleren Stellung gezeichnet. Dabei ist eine angestrebte gleichmäßige Verteilung
der Schleppkabelwagen-Abstände vorausgesetzt.
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In Fig. 1b ist schematisch ein einzelner dem technischen Stand entsprechender
Schleppkabelwagen 2 mit einem eingebauten Linearmotor 1 gezeichnet. Als Beispiel
wurde für den Linearmotor ein Einfach-Kamm gewählt. Die Ausführung des Sekundärteils
16 wurde im Beispiel bei den Berechnungen als eisenbeschichtetes Aluminium vorausgesetzi;
dies ist eine bekannte Ausführungsform.
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Der Kabelträger 6 ist dabei wie üblich starr am Schleppkabelwagen
2 befestigt. Das Kabel 4 ist weiter wie bekann rutschfest an der Kabelauflage 3
befestigt. Im Falle des gezeichneten Verlaufs des Kabeldurchhangs würde auf den
Kabelträger ein Zug nach rechts entstehen. Der Schleppkabelwagen 2 könnte von seiner
Bahn abgehoben werden, wenn er nicht schwer genug ist, oder wenn die Rollen nicht
beidseitig geführt sind.
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Aus den schematischen Fig. la und 1b sind die auf die speziellen erfindungsgemäßen
Kennzeichen der Linearmotoren bezüglichen Einzelheiten nicht ersichtlich. Sie werden
nachfolgend besser verständlich im Text ausführlich beschrieben.
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Der im Anspruch genannte Wert von 6 m/sec für die größtmögliche Schleppkabelwagengeschwindigkeit
des schnellsten Wagens ist als Beispiel aufzufassen, wie es etwa die in der Praxis
bis jetzt bekannt gewordenen Anwendungsfälle ergeben. Die Wagenzahl kann dabei auch
noch im Einzelfall über die in Fig. 1 als Beispiel gezeigte hinausgehen. Der Linearmotor
der Ordnungszahl 1 für die kleinste Geschwindigkeit wird dabei mit q=1, derjenige
mit der Ordnungszahl z. B. 7 mit q=7 ausgeführt . - Die einzelnen Linearmotoren
der Schleppkabelwagen sind in Fig. la schematisch in gleicher Länge dargestellt.
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Nach der Erfindung können die Paketlängen bei höherer Ordnungszahl
zunehmen und die Paketbreiten abnehmen, bei kleinerer Ordnungszahl die Breiten zunehmen
und die Längen abnehmen. Hierdurch wird der größeren Streuung und der weniger steilen
Zugkraft/Geschwindigkeits-Kennlinie der Linearmotoren mit kleinem q entgegengewirkt.
- Der über die ganze Fahrlänge durchgeführte Sekundärteil kann entsprechend im Bereich
der Motoren mit niederer Ordnungszahl und Geschwindigkeit breiter sein als im Bereich
der Motoren mit höherer Ordnungszahl und Geschwindigkeit.
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Der verteuernde Einfluß der verschiedenen Ausführung.der einzelnen
Linearmotoren wird nach der Erfindung eingeschränkt, indem für alle Motoren der
Girlande derselbe Blechschnitt
verwandt wird. Dafür können die
sonst für die Steuerung erforderliche Elektronik und die sonst ggf. für die einelnen
Motoren zusätzlich erforderlichen Umrichter und Thyristorsteller entfallen. - Bei
der Dimensionierung der einzelnen Motoren ist bekanntlich neben der individuellen
Beschleunigung innerhalb der Girlande und der Gegenkraft (Reibungskraft) noch ein
für alle Motoren im angestrebten Idealfall gleicher Zuschlag an Zugkraft beim Auseinanderziehen
der Girlande (Anheben des Schwerpunkts des im Idealfall gleichmäßig durchhängenden
Kabels) zugrund zu legen.
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Wenn sich durch die Zahlenfolge 1 bis q bei der gewünschten Wagenzahl
keine geeigneten Geschwindigkeitsstufen bei einer angenommenen größeren Gegenkraft
ergeben, kann durch Zufügen eines weiteren Wagens eine (oder mehrere) synchrone
Geschwindigkeit(en) doppelt benutzt werden durch 2 durch sie gelegte Zugkraft/Geschwindigkeits-Kennlinien
verschiedener Neigung, welche durch eine andere Auslegung der Statorwicklung des
Linearmotors des zugefügten Wagens zu erreichen ist.
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Die durch die Kennzeichen der Ansprüche 1, 3, 5 erreichbaren Geschwindigkeitsverhältnisse
wären bei kleiner und konstant bleibender Gegenkraft ohne zusätzliche Regelung bereits
ausreichend. Gemäß der der Erfindung zugrund liegenden Gesamtaufgabe sollen aber
die Wagenabstände auch bei großer Gegenkraft, die von Wagen zu Wagen, von Ort zu
Ort, und in zeitlicher Hinsicht schwanken kann, gesichert sein.
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Dies gelingt nach der Erfindung durch eine zieleinheitliche Weiterbildung
mechanisch-elektrischer Natur. Sie wird an Hand der Figuren 1c und 2 näher beschrieben.
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In Fig. 1c ist die Schaltung und der Linearmotor eines Schleppkabelwagens
der Girlande herausgegriffen und gemäß dieser Weiterbildung der Erfindung das Zwischenglied
6 um den Punkt 13 am Schleppkabelwagen um die Vertikale schwenkbar gelagert, so
daß es einem einseitigen Zug am Kabelträger nachgeben kann.
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Bei dieser Schwenkung wird die Kontaktreihe 7 (bzw. 7') betätigt und
dadurch die Zugkraft des zugehörigen Linearmotors 1
beeinflußt.
Die Kontakte 7 bzw 7' können unterhalb oder/und oberhalb des Drehpunktes 13 angeordnet
sein. Wenn die-iKabelZüge nach beiden Seiten gleich groß sind, zeigt das Zwischenglied
6 senkrecht abwärts.
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In Fig. 2 ist eine bestimmte Auslenkung des schwenkbaren Zwischenglieds
6 einmal nach links und einmal nach rechts gezeichnet. Die beiden Stellungen sind
durch ausgezogene und gestrichelte Linien unterschieden. Diese Stellungen des Zwischenglieds
6 sind nur möglich, wenn das Kabelstück 4 stärker gespannt ist als das Stück 4'.
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Die Erfindung geht bei den Anordnungen nach Fig. 1c und 2 von dem
Gedanken aus, daß jede ungleiche Ausbildung von Schleppkabelwagenabständen sich
in unterschiedlichen Durchhängen auswirken wird, die ungleiche Zugkräfte an ihrer
Auflage bzw. Befestigung hervorrufen. Das schwenkbare Zwischenglied 6 wird hierauf
durch eine Winkelverstellung antworten, die einmal den Unterschied in den Zugkräften
mildert. Andererseits wird aber nach der Erfindung diese Winkelbewegung umgesetzt
in eine die ungleiche Zugkraftverteilung rückgängig machende Vergrößerung oder Verkleinerung
der Schleppkabelwagen-Geschwindigkeit bzw.
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-Zugkraft. Zu diesem Zweck werden gemäß Fig. 2 durch das schwenkbare
Zwischenglied 6 die Kontakte 7 betätigt. Letztere schalten je nach der Art der augenblicklichen
Auslenkung des Zwischenglieds 6 und je nach der augenblicklichen Stellung des zentralgesteuerten
(zweiten) Fahrtrichtungsschalters 8 Widerstände R2 vor die Wicklung des Linearmotors
1 bzw.
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schließen Widerstände R1 vor dieser Wicklung 1 kurz. Hierbei ergeben
sich unter Berücksichtigung der augenblicklichen Fahrtrichtung des Schleppkabelwagens,
die theoretisch entweder mit der durch den ersten Fahrtrichtungsschalter vorgegebenen
Wanderfeldfortschreitungsrichtung übereinstimmen oder aber ihr auch entgegengesetzt
gerichtet sein kann, je nach der mehr oder weniger zweckmäßigen Betätigung des zentralen
Meisterschalters, insgesamt 8 Kombinationen aus Zwischengliedstellung, Fahrtrichtungsschalter-Stellung
und tatsächlicher Fahrtrichtung. In 6 von diesen 8 durch die betreffende Kombination
ausgelösten Befehlen ist ihre die Kabelspannung verkleinernde Wirkung sofort ersichtlich;
bei den durch einen Punkt markierten beiden Fällen (Bremsung) wird eine die
Kabel
spannung verkleinernde Feld-Schwächung und Verlangsamung der Bremsung veranlaßt.
Die insgesamt bereinigende WirFung der erfindungsgemäßen Schaltung wird vollends
ersichtlich, wenn man die Stellung des Schwenkglieds des durch das stark gespannte
Kabel verbundenen vorauslaufenden Wagens dazu betrachtet.
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Dieser wird richtigerweise verstärkt gebremst. Zwei durch ein stark
gespanntes Kabel verbundene Zwischenglieder 6 werden im allgemeinen in entgegengesetzter
Richtung ausgelenkt. - Sollten in einem zwar denkbaren, aber praktisch wenig wahrscheinlichen
Fall 2 aufeinander folgende Zwischenglieder ausnahmsweise dieselbe Auslenkung haben,
so würden die Linearmotoren dieser beiden Wagen dieselben Befehle erhalten und beide
Wagen als Gruppe eine die Kabelspannung herabsetzende Geschwindigkeitsänderung erfahren.
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Als zusätzliche Sicherheit gegen zu hohe Kabelspannung kann im Bedarfsfall
über einen Schleppschalter bei Vorliegen der Kombination '§Zwischenglied 6 ausgelenkt
in Fahrtrichtung" und Fahrtrichtungsschalter in Richtung entgegengesetzte Fahrtrichtung",
die ein Bremsen beinhaltet, unabhängig von den durch das Zwischenglied 6 betätigten
Vorschaltwiderständen sofort ein zusätzlicher, justierbarer, sonst kurzgeschlossener
Widerstand 15 vor die Linearmotorwicklung 1 geschaltet werden. Hierdurch wird ein
für die Kabelspannung weniger schädlicher langsamer Verlauf der Bremsung herbeigeführt.(Hilfskreis
17) Die Verstellung des schwenkbaren Zwischenstücks 6 erfolgt im normalen Arbeitsablauf
im allgemeinen stetig und die Kontaktgabe der Kontakte 7 ist daher etwas "schleichend".
Die Kontakte 7 sind daher an eine niedere Hilfsspannung gelegt, welche ihrerseits
die Sprungschalter 9 betätigt.
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Um eventuelle schwingungsähnliche Bewegungen der Schleppkabelwagen
beim Schalten der Widerstands stufen R1 und R2 zu vermeiden, können mehr und dafür
kleinere Widerstandsstufen vorgesehen werden. - Erforderlichenfalls kann nach einer
Variante der Erfindung zu demselben Zweck die Stufung der Kontakte 7 durch Verwendung
eines Drehpotentiometers zu einer stetigen Änderung ausgebildet werden, wobei das
Potentiometer ein Halbleiterventil im Primärkreis des Linearmotors steuert.
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(In Fig. 2 nicht gezeichnet). In an sich bekannter Weise
kann
ein solches Potentiometer auch berührungslos ausgebildet werden .
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Nach einer Variante der Erfindung wird die Eigenschaft solcher Umrichter
(11), daß Spannung und Frequenz-unabhängig von einander gesteuert werden können,
ausgenützt. Beim Beschleunigen bei sehr niederen Frequenzen wird gemäß der Erfindung
die Spannung an den Linearmotoren stärker angehoben als die Frequenz, wodurch das
magnetische Feld der Linearmotoren und damit ihre Zugkraft gestützt werden.
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Die der Erfindung zugrund liegende Gesamtaufgabe wird also dadurch
gelöst, daß einmal die Linearmotoren der Schleppkabelwagen in ganz bestimmter gesetzmäßig
auf ihre Ordnungszahl innerhalb der Girlande bezogener Weise dimensioniert und ausgelegt
sind, so daß sie ohne regeltechnische Zutaten bei verhältnismäßig kleiner und einigermaßen
gleichbleibender Gegenkraft weitgehend das gewünschte Geschwindigkeits- und Beschleunigungsverhalten
aufweisen und sich dabei die Abstände der einzelnen Schleppkabelwagen voneinander
schon annähernd gleich einstellen. Durch das zusätzliche schwenkbare Zwischenglied
6 werden eventuelle, durch stark schwankende Gegenkräfte entstehende Abweichungen
von den angestrebten Verhältnissen ohne Zuhilfenahme von Kraft-, Orts-, Geschwindigkeits-,
Beschleunigungs-Messungen, ohne Istwert/Sollwert-Vergleich, ohne jedes Rechenwerk,
ohne jeden zusätzlich für die einzelnen Schleppkabelwagenmotoren sonst erforderlichen
Umrichter oder Thyristorsteller und ohne die für eine elektronische Regeleinrichtung
erforderlich werdenden Meß- und Steuerleitungen, unmittelbar bei jedem Schleppkabelwagen
selbst ausgeglichen bzw. verhindert. - Durch Benutzung desselben Blechschnitts für
alle Linearmotoren einer Girlande wird die durch die technisch wünschenswerte individuelle
Ausgestaltung der einzelnen Motoren bedingte Verteuerung herabgesetzt, so daß die
durch den Wegfall von Meß- und Regeleinrichtungen, bzw.
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von besonderen Umrichtern oder Stellern für jeden Motor bedingten
Ersparnisse in hohem Ausmaße zum Tragen kommen können.
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