DE3739726A1

DE3739726A1 - Baustellen-stromerzeuger fuer elektrische verbraucher sowie schweissarbeiten

Info

Publication number: DE3739726A1
Application number: DE19873739726
Authority: DE
Inventors: Joseph Franz Freye
Original assignee: GS SCHWEISSMASCHINENVERLEIH GM
Current assignee: FREYE, JOSEPH FRANZ, 2840 DIEPHOLZ, DE
Priority date: 1987-11-24
Filing date: 1987-11-24
Publication date: 1989-09-14

Description

Die Versorgung mit elektrischer Energie ist auf Baustellen vielfach schwierig, unter gewissen Bedingungen, z.B. bei Erschließungsbauten in Entwicklungsländern, wegen fehlender öffentlicher Stromversorgungs netze unmöglich. In diesen Fällen wird eine eigenständige Stromver sorgung eingerichtet, die aus einem Maschinensatz von Benzin-, Gas-, Dieselmotor mit angekoppeltem Stromgenerator besteht.

Alle netzunabhängigen Strom- und Schweißstromgeneratoren, die elek trischen Strom von 220 V bzw 380 V bei 50 Hz erzeugen, benötigen zum Antrieb

bei 2-poligen Generator-Maschinen 3000 U/min,
bei 4-poligen Generator-Maschinen 1500 U/min.

Die Folge ist, daß der Antriebsmotor stets mit einer bestimmten Drehzahl betrieben werden muß, um die Soll-Werte von Spannung und Frequenz einzuhalten.

Im praktischen Einsatz stellt sich jedoch häufig die Situation ein, daß generatorseitig nur ein Teil der zur Verfügung stehenden elek trischen Leistung abgenommen wird, d.h. die installierte Leistung wird nur teilweise benötigt.

Bisher ist in diesen Fällen der Weg beschritten worden sich dem Bedarf dadurch anzupassen, daß in Zeiten ohne Stromabnahme die Drehzahl des Antriebsmotors gesenkt wird, z.B. auf ca. 1/3 der Nennleistung. Sobald jedoch eine noch so kleine Stromabnahme erfolgt, muß der An triebsmotor mit der vollen Betriebsdrehzahl gefahren werden, um Spannung und Frequenz für die Stromverbraucher einzustellen. Die vorgeschriebene Arbeitsweise ist bei Stromgeneratoren für den allgemeinen Bedarf völlig ausgeschlossen. Bei reduzierter Generator drehzahl sinken Spannung und Frequenz, so daß angeschlossene elektrische Verbraucher, z.B. Pumpen, nicht mehr betrieben werden können. Würde die Generatordrehzahl von 3000 U/min beispielweise auf 2400 U/min gesenkt, würde die Spannung von 380 V auf ca. 240 V, sowie die Fre quenz von 50 Hz auf ca. 40 Hz abfallen. Hiermit wäre ein Durchlaufen einer Pumpe während der nächtlichen Ruhestunden und Betriebspausen nicht mehr möglich. Für wenig benötigte elektrische Energie, d.h. Lei stung, muß die eigenständige Baustellen-Stromversorgung voll aufrecht erhalten werden.

Diese Arbeitsweise weist eine Reihe von Unzulänglichkeiten auf. Als besondere Nachteile seien erwähnt:

- Nennlastbetrieb der Stromversorgung auch wenn nur eine geringe Stromabnahme erfolgt, d.h. durchgehend hoher Kraft stoffverbrauch
- durchgehend gleich starke Belastung der Umwelt durch Abgase und Lärm!
- hohe, durchlaufende Dauerbelastung des Antriebsmotors mit der Folge von hohem Wartungsaufwand, erhöhter Störanfällig keit, hohem Verschleiß des Motors mit verkürzter Lebensdauer
- schlechte Anpassung an die real benötigte elektrische Leistung während der Arbeits- und Ruhestunden
- Vorratshaltung von mehreren Stromgeneratoren unterschied licher Leistungsgrößen.

Um die aufgezeigten Unzulänglichkeiten auszuräumen, stellt sich die Aufgabe eine netzunabhängige Stromerzeugung für Baustellen einzu richten, die folgende Merkmale aufweist:

- Anpassung der abgegebenen elektrischen Leistung an den augenblicklichen Verbrauch, ohne daß die Funktionen ange schlossener Stromverbraucher eingeschränkt werden.

Als Vorteile stellen sich ein:

- Energieeinsparung auf der Antriebsmotorseite durch bis 30% geringeren Kraftstoffverbrauch
- als Folge eines geringeren Kraftstoffverbrauchs weniger Umweltbelastung durch Abgase und Lärm
- Schonung des Antriebsmotors mit weniger Verschleiß, Wartung und Störung bei verlängerter Lebensdauer
- größere Flexibilität des eingesetzten Stromerzeugungs aggregates, so daß mit einer Maschinengröße eine erweiterte Bedarfsspanne mit elektrischer Energie versorgt werden kann.

Ausgehend von den bekannten Verfahren zur netzunabhängigen Strom versorgung auf Baustellen liegt der vorliegenden Erfindung die Auf gabe zugrunde, eine Eigenstromversorgung zusammenzustellen, die der unterschiedlichen Abnahme von elektrischer Leistung während der Be triebs- und Ruhezeiten Rechnung trägt und Strom mit weitgehend kon stanter Spannung und Frequenz für diese verschiedenen Betriebszu stände liefert. Das Verfahren soll sich nach Möglichkeit der unter schiedlichen Stromabnahme völlig automatisch anpassen. Um den hohen, schnellwechselnden Beanspruchungen gerecht zu werden, wird schnelle Anpassung des elektrischen Leistungsangebotes angestrebt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach Anspruch 1 ein Stromgenerator von einem Antriebsmotor nur mit der Leistung kW angetrieben wird, wie sie im jeweiligen Zeitpunkt von den angeschlos senen Stromverbrauchern benötigt wird, KVA. Diese Arbeitsweise wird da durch erreicht, daß nach Anspruch 2 ein stufenlos regelbares Getriebe zwischen Antriebsmotor und Stromgenerator geschaltet wird. Überraschen derweise hat sich herausgestellt, daß bei geringer Stromabnahme ein Stromgenerator die Stromversorgung aufrecht erhalten kann, wenn der Antriebsmotor gedrosselt, z.B. im Leerlauf, gefahren wird, jedoch dafür gesorgt ist, daß der Stromgenerator noch auf ausreichend kon stanter Drehzahl gehalten wird. Es stellt sich dann kein Abfall von Spannung und Frequenz ein, allein die Leistung KVA geht zurück. Unter Zuhilfenahme eines stufenlos regelbaren Getriebes wird bei ver änderter Drehzahl des Antriebsmotors die Drehzahl des Stromgenerators konstant gehalten, so daß ein geringerer Strombedarf vereinzelter Verbraucher gedeckt werden kann.

Zur Steuerung werden Stromverbrauch und Stromgenerator-Drehzahl kontinuierlich gemessen. Aus den gemessenen Daten werden in einem Rechnerprogramm die Einstelldaten für das stufenlos regelbare Ge triebe sowie die Antriebsmotor-Drehzahl errechnet und an die Stell glieder für die Übertragung des Getriebes sowie die Energiezufuhr des Antriebsmotors gegeben. Die erzielten Drehzahlen werden gemessen, mit den berechneten Drehzahlen verglichen und wenn nötig nochmals nachgeregelt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen zweckmäßigen Aufbau der Vorrichtung im Grundriß mit Stellung der Kegelschei ben für eine Übersetzung von ca. 1:1

Fig. 2 eine Stellung der Kegelscheiben im stufenlos regelbaren Getriebe für eine Übersetzung von ca. 1 : 0,75

Fig. 3 eine Stellung der Kegelscheiben im stufenlos regelbaren Getriebe für eine Übersetzung von ca. 1 : 2

Fig. 4 ein skizziertes Diagramm der Drehzahlen von Antriebs motor und Stromerzeuger bei verschiedenen Einstellungen des stufenlos regelbaren Getriebes sowie die übertragene Leistung in kVA.

Die Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Anordnung von Antriebsmotor 1, Stromerzeuger 2 und stufenlos regelbarem Getriebe 3. Der Antriebs motor 1 ist über eine feste Verbindung 4 a mit der Antriebswelle 5 a des einen Kegelscheibenpaares 6 a verbunden. Die Stellung der beiden Kegelscheiben des Kegelscheibenpaares 6 a zueinander wird über die Steuerwelle 10 a, die durch den Steuermotor 7 a bewegt wird, einge stellt. Das eine Kegelscheibenpaar 6 a ist mittels Keilriemen 8 oder sonstiger üblicher Bauelemente mit dem anderen Kegelscheibenpaar 6 b verbunden. Die Stellung der Kegelscheiben des Kegelscheibenpaares 6 b zueinander wird über die Steuerwelle 10 b durch den Steuermotor 7 b eingestellt. Über die Antriebswelle 5 b wird über eine feste Ver bindung 4 b der Stromerzeuger 2 angetrieben. Der im Stromerzeuger 2 erzeugte Strom wird an den Anschlußklemmen + bzw. - für die Stromabgabe 9 abgeleitet.

In der Fig. 1 sind die Kegelscheibenpaare 6 a und 6 b in einer zusam mengefahrenen Position gezeichnet. Die bedeutet, daß das Übertragungs verhältnis des stufenlos regelbaren Getriebes 3 auf ca. 1:1 einge stellt ist. Die Drehzahl des Antriebsmotors 1 ist gleich der Dreh zahl des Stromerzeugers 2.

In der Fig. 2 wird die Stellung der Kegelscheibenpaare 6 a und 6 b zueinander in der Position der Untersetzung dargestellt. Die Kegelscheiben des Kegelscheibenpaares 6 a sind auseinandergefahren, die Kegelscheiben des Kegelscheibenpaares 6 b sind zusammengefahren. Die Drehzahl der Antriebswelle 5 a wird auf eine niedrigere Drehzahl der Antriebswelle 5 b herabgesetzt. Beispielsweise wird die Drehzahl des Antriebsmotors 1 von 4500 U/min auf 3000 U/min für den Strom erzeuger 2 herabgesetzt.

Die Fig. 3 zeigt die Stellung der Kegelscheibenpaare 6 a und 6 b zu einander in der Position der Übersetzung. Die Kegelscheiben des Kegel scheibenpaares 6 a sind zusammengefahren, die Kegelscheiben des Kegel scheibenpaares 6 b sind auseinandergefahren. Die Drehzahl der Antriebs welle 5 a wird auf eine höhere Drehzahl der Antriebswelle 5 b herauf gesetzt. In diesem Fall wird die Drehzahl des Antriebsmotors 1 von 1500 U/min auf 3000 U/min für den Stromerzeuger 2 erhöht.

Die Vorteile einer an den tatsächlichen Bedarf angepaßten Betriebs weise gehen aus Fig. 4 hervor. Schematisch sind für die Betriebs zustände:
Fig. 1 Getriebeübersetzung 1 : 1
Fig. 2 Getriebeübersetzung 1 : 0,75
Fig. 3 Getriebeübersetzung 1 : 2
auf der Ordinate der Drehzahlen des Antriebsmotors, sowie die Über setzung der Drehzahlen im stufenlos regelbaren Getriebe dargestellt, die in den dargestellten, unterschiedlichen Betriebszuständen eine gleichbleibende Drehzahl des Stromerzeugers bewirken. Die bei ver schiedenen Drehzahlen des Antriebsmotors übertragenen Leistungen sind im Schaubild in KVA ausgewiesen. Die eingezeichnete Kurve für die elektrische Leistung gilt beim Einsatz eines etwa 40 kW Benzin- oder Diesel-Motors zum Antrieb.

Es hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäße Stromerzeugung im Einsatz an Arbeitsplätzen, die unterschiedliche elektrische Leistungen zeit weise benötigen mit großem Vorteil eingesetzt werden kann. Eine Not stromversorgung während der Arbeitspausen kann mit im Leerlauf be triebenem Antriebsmotor aufrechterhalten werden. Dadurch wird der Brennstoffverbrauch des Antriebsmotors gesenkt und somit Umweltbe lastung und Verschleiß vermindert, weil nur soviel elektrische Leis tung erzeugt wird, wie tatsächlich an elektrischer Leistung benötigt wird.

Claims

1. Stromerzeugungsaggregat für Baustellenbetrieb und variablem Einsatz für Beseitstellung von elektrischen Strom zum Schweißen und oder Betrieb von anderen Stromverbrauchern, wie z.B. Pumpen, elektrisch-betriebene Werkzeugmaschinen, Beleuchtung o.ä. ähnliche Einrichtungen, dadurch gekennzeich net, daß ein Stromgenerator von einem Benzin- oder Diesel motor mit der Leistung angetrieben wird, wie sie dem Stromgene rator von den angeschlossenen Verbrauchern im jeweiligen Zeitpunkt abgefordert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß zur Leistungsübertragung zwischen Benzin-, Dieselmotor und Stromgenerator ein stufenlos-regelbares Ge triebe eingebaut ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das stufenlos-regelbare Getriebe über ein Stellglied die an der Verbraucherseite angeforderte elektrische Leistung, so eingesteuert wird, daß der Antriebsmotor nur die Leistung an den Stromgenerator abgibt, die real, verbraucht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3 dadurch gekenn zeichnet, daß die Brennstoffzufuhr zum Antriebsmotor und somit Motordrehzahl und Leistung mit der jeweils dem Strom generator abverlangten Leistung in Spannung (V) und Frequenz (Hz) über Stellglieder so geregelt wird, daß Blindleistungen und Verluste minimiert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 und 4 dadurch ge kennzeichnet, daß zur Schalldämpfung die Kühlluft in einem geschlossenen Kreislauf an Stromgenerator und Antriebs motor vorbei durch Kühler und Schalldämpfer zwangsgeführt wird, so daß nur eine sehr geringe Umweltbelastung durch Schall von weniger als 65 dB (A) eintritt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 und 5 dadurch ge kennzeichnet, daß durch Abgleichen der eingegebenen Leistung auf die abzugebende Leistung durch Verringerung der Motorüberschußleistung im realen Betrieb eine Energieeinsparung bis 30% weniger Kraftstoff erzielt wird sowie längere Wartungs intervalle und verlängerte Lebensdauer des Antriebsmotor erreicht werden.