DE452229C - Steuerung fuer Triebwerke mit Antrieb durch Elektromotoren - Google Patents

Description

Die Geschwindigkeitsregelung erfolgt bekanntlich bei Drehstromasynchronmotoren durch Widerstände, die in den Läuferkreis eingeschaltet werden. Hat der Motor Arbeit zu leisten, so wird durch Vorschalten der Widerstände die Läuferdrehzahl vermindert. Wird der Motor dagegen vom Triebwerk angetrieben, z. B. dadurch, daß ein Fahrzeug auf eine Gefällestrecke kommt, so bewirkt die Einschaltung von Widerständen in dem Läuferkreis eine Erhöhung der Geschwindigkeit über die synchrone Drehzahl des Motors hinaus, die um so größer wird, je größer das antreibende Moment und die Ohmzahl des Widerstandes ist. Um auch bei diesem negativen Moment eine Herabsetzung der Geschwindigkeit unter die synchrone zu erreichen, benutzt man bekanntlich die Gegenstromschaltung, d. h. man schaltet die Ständerwicklung des Motors so ein, daß das Drehfeld sich entgegengesetzt der Drehrichtimg des Läufers bewegt. Man macht z. B. bei Krantriebwerken von dieser Gegenstromschaltung Gebrauch, indem man auf der Steuerwalze besondere Stellungen für Kraftstrom, d. h. Motorbetrieb, und Gegenstrom, d. h. Bremsbetrieb, vorsieht. Sache des Führers ist es, je nach den vorliegenden Betriebsverhältnissen die eine oder die andere Art von Schaltung herzustellen. Es gibt nun Fahrwerke, beispielsweise bei Abraumförderbrücken, bei denen der Führer einmal infolge der großen Abmessungen der Brücke und dann infolge anderweitiger Inanspruchnahme nicht ohne weiteres erkennen kann, ob der Motor treibend oder bremsend zu wirken hat. Abraumförderbrücken können z, B. bei unebenem Gelände in einen Gefällebereich gelangen, ohne daß der Führer die Geschwindigkeitssteigerung sofort bemerkt, die eintreten kann, wenn er mit vorgeschaltetem Widerstand auf den Kraftstellungen des Steuergerätes steht. Bei der großen Masse einer solchen Brücke und bei der Gefahr, die durch ein allzu großes Voreilen des einen Brückenfußes gegenüber dem unter anderen Verhältnissen arbeitenden zweiten Brückenfuß entsteht, muß diese Geschwindigkeitssteigerung unbedingt verhindert werden, und es wird sogar erwünscht sein, die Geschwindigkeit auf einen geringeren Wert als den der Beharrungsgeschwindigkeit herabzudrücken. Die Verwendung eines Zentrifugalschalters, der beispielsweise eine Bremse zum Einfallen bringt, ist, abgesehen von dem unerwünschten Stoß, deshalb nicht angängig, weil man auch im Gefälle und bei treibendem Wind die Brücke in Betrieb halten will. Das Kurzschließen der Rotorwiderstände mittels Zentrifugalschalters ergibt aber nicht die genügende Geschwindigkeitsverminderung, da der Motor dann mit der synchronen Drehzahl weiterläuft.

Es sind Steuerungseinrichtungen bekannt, bei denen die lebendige Kraft der bewegten Massen in der Endstrecke durch eine mittels Wächter selbsttätig eingeleitete Gegenstrombremsung vernichtet wird, um nach erfolgter

. Abbremsung mit verminderter Geschwindigkeit in Kraftschaltung bis zum Ende der Strecke fahren zu können. Das Umschalten in Bremsschaltung erfolgt also bei 'derartigen Anordnungen nur einmal. Wirken nun auf das Triebwerk größere Kräfte, z. B. Winddruck oder Gefälle von unvorhergesehener Größe, ein, so wird zwar durch die einmalige Bremsung vorübergehend eine genügende Geschwindigkeitsverminderung erreicht, aber das Triebwerk wird, da die Kraftschaltung mit vermindertem Moment hergestellt wird, durch das Gefälle oder den Winddruck eine erneute Beschleunigung erfahren, durch die eine für die Brücke gefährliche Geschwindigkeitssteigerung auftritt.

Gemäß der Erfindung wird nun eine sichere Beherrschung der Geschwindigkeitsverhältnisse sowohl beim Wirken von Massenkräften als auch beim Auftreten von äußeren Kräften dadurch erreicht, daß eine sich wiederholende wechselweise Umschaltung zwischen Bremsschaltung und Kraftschaltung stattfinidet.

Die Anordnung hat vor allem den Vorteil, daß die durch 'die periodische Umschaltung erreichte Bremsung sich selbsttätig der Größe der treibenden Kraft anpaßt. Da die Gegenstrombremsung sehr weich und für das Triebwerk stoßfrei wirkt, hat man es in der Hand, das Gegenstrombremsmoment genügend stark zu wählen. Bei kleinen treibenden Kräften wird dann die Abbremsung auf die untere Geschwindigkeitsgrenze schneller stattfinden, der Motor aber längere Zeit brauchen, bis er sich wieder auf die obere Geschwindigkeitsgrenze beschleunigt hat, d. h. die Zahl der Bremsimpulse wird kleiner sein. Bei größeren treibenden Kräften wird sich die Zahl der Bremsimpulse erhöhen, so daß die erzielte mittlere Geschwindigkeit annähernd gleich bleibt.

Der Geschwindigkeitswächter kann als Zentrifugalkontakt oder zweckmäßiger noch als Spannungswächter ausgeführt werden, bei letzterem hat man es in der Hand, den Spielraum zwischen Anspring- und Abfallspannung in gewissen Grenzen zu ändern. Läßt man den Spannungswächter bei nur geringer übersynchroner Drehzahl des Motors auslösen und wählt eine Abfallspannung, die einer möglichst weit unter dem Synchronismus liegenden Drehzahl entspricht, so läßt sich eine genügend verminderte Geschwindigkeit erzielen. Da bei einer Motordrehzahl zwischen Null und Synchronismus die Rotorspannung von Stillstandsspannung bis Null abnimmt, bei einer Motordrehzahl zwischen der synchronen und zweifachen synchronen Drehzahl aber wieder von Null bis zur Stillstandsspannung anwächst, die einzelnen Werte der Spannungen sich also wiederholen, so ergibt die Einstellung des Spannungswächters auf einen bestimmten Wert zwischen Null und Stillstandsspannung 6g immer zwei Auslösegeschwindigkeiten. Diesen Nachteil umgeht man durch Benutzung einer mit dem Triebwerk gekuppelten Gleichstrom-Nebenschlußdynamo als Spannungsquelle, an deren Ankerklemmen die Spulenenden des Spannungswächters angeschlossen werden. Man kann aber auch einen kleinen Drehstrommotor mit Schleifringläufer mit dem Triebwerk kuppeln, dessen Drehfeld stets entgegengesetzt der Richtung des Fährantriebes geschaltet wird. Auf diese Weise erhält man Spannungsquellen, deren Spannung sich verhältnismäßig mit der Geschwindigkeit des Triebwerkes ändert.

Bei Abraumförderbrücken benutzt man gewohnlich, besonders für das haldenseitige Fahrwerk, das aus zwei oder mehreren durch Drehgestell mit der Brückenstütze verbundenen Unterwagen besteht, zwei oder mehrere Motoren, deren Gesamtleistung der Fahrleistung einer Brückenseite entspricht. Bei dieser Anordnung empfiehlt es sich, nur den einen oder den anderen Teil der Motoren auf Gegenstrom umzuschalten, den anderen jedoch mit vorgeschaltetem Widerstand im Kraftsinne arbeiten zu lassen. Für diesen Fall ist die Steuerung nach der Erfindung in der Zeichnung erläutert. Als Antrieb der einen Brückenseite dienen hier die beiden Motoren 1 und 2. 3 stellt die Steuerwalze dar, die zweckmäßig beide Motoren gemeinsam steuert. Zur Vereinfachung der Zeichnung ist die Kontaktabwicklung zum Schalten der Rotorwiderstände 6', 6" fortgelassen. Die Ständerphasen XJ', V, W und XJ", V" W" der beiden Motoren 1 und 2 werden durch die Schütze 4' und 4" für Vorwärtsfahrt und S' und 5" für Rückwärtsfahrt geschaltet. 7 ist der Spannungszeigermotor, dessen Ständerphase XJ'", V"', W" wegen der geringen Leistung des Motors durch entsprechende Kontaktfinger der Steuerwalze direkt, und zwar immer entgegengesetzt der Richtung des Fahrantriebes, geschaltet werden. 8 ist der Spannungswächter, dessen Kontakt 9 ein Hilfsschütz 10 mit den Hilfskontakten 11, 12, 13 steuert. 14 ist ein weiteres Hilfisschütz, das in bekannter Weise die vor den Kraftstellungen der Walze angeordneten Gegenstromstellungen I-III beim Einschalten der Steuerwalze zu Nullstellungen macht und erst beim Zurückschalten von den Kraftstellungen wirksam werden läßt. Das Schütz 14, das mit seinem rechten Hilfskontakt 15 den Kontaktfinger R' am Kontroller mit dem Netz verbindet, kann erst auf Stellung IV der Walze durch den kurzen An-

Springkontakt 16 zum Anspringen gebracht werden, worauf es sich dann durch die Selbstspeisekontakte 16 und den Kontaktfinger i6" auf allen Stellungen der Walze selbst speist. Ein weiteres Schütz iy dient zum Schalten des Widerstanides i8, der zur Drehmomentsverminderung des Motors ι dient, der bei der selbsttätigen Umschaltung des Motors 2 im Kraftsinne weitertreibt.

ίο Die Arbeitsweise der Steuerung ist dann folgende: Beim Einschalten der Steuerwalze in die Vorwärtsrichtung werden die Gegenstromstellungen stromlos überschaltet, und der Führer kann auf den Kraftstellungen die Fahrt durch die Anlaßwiderstände in gewissen Grenzen regeln. Zum Stillsetzen der Brücke geht er auf die Gegenstromsteilungen zurück, die nun wirksam werden und ein Abbremsen der Geschwindigkeit in normaler Weise gestatten. Läßt der Führer aber die Walze beim Auftreten negativer Momente am Triebwerk auf den ersten Kraftstellungen stehen, so schließt sich beim Erreichen der oberen Geschwindigkeitsgrenze der Kontakt 9 des Spannungswächters 8, und das Schütz 10 springt an, dessen Stromkreis von der Phase R über die Schützspule 10, Kontakt 9 und Kontaktfinger 10 am Kontroller zur Phase 6" verläuft. Durch die unteren Hilfskontakte 11 des Schützes 10 wird der Stromkreis für das Vorwärtsschütz des Motors 2 unterbrochen und gleichzeitig durch die oberen Hilfskontakte 11 über den Kontaktfinger 5" ,an der Walze der Stromkreis für das Rückwärtsschütz des Motors 2 geschlossen. Es findet also ein Umschalten des Motors 2 auf Gegenstrom statt. Hierbei wird-- zweckmäßiger durch die bekannte Lichtbogensperrung das Einschalten in der entgegengesetzten Drehrichtung unmöglich gemacht, so lange, bis der Lichtbogen, der durch das Öffnen des ursprünglich geschlossenen Schützes entstanden ist und der einen Kurzschluß zwischen den Ständerphasen herbeiführen würde, erloschen ist. Der Motor 1 wird, da die Zuleitung zum Schütz 4' nicht über die Hilfskontakte 11 des Schützes 10 geführt ist, nicht umgeschaltet, sondern es wird nur durch die Kontakte 13 am Schütz 10 das normalerweise geschlossene Schütz 17 zum Abfallen gebracht und dadurch der Widerstand 18 in den Rotorkreis gelegt und das Drehmoment des Motors geschwächt. Sinkt die Geschwindigkeit der Brücke, so öffnet sich der Kontakt 9 des Spannungswächters. Das Schütz 10 fällt ab, und der ursprüngliche Zustand der Schaltung wird wieder hergestellt. Bleibt der Führer auf den ersten Kraftstellungen stehen, so wiederholt sich der Schaltvorgang so lange, wie das Gefälle oder der Winddruck wirkt. Der Führer hat natürlich die Möglichkeit, jederzeit auf die Gegenstrombremsstellungen zurückzuschalten. Hierbei fällt vom Übergang von Stellung IV auf III durch Ablauf des Kontaktfingers 10 der Walze von dem entsprechenden Kontaktstreifen das Schütz 10 ab. Eine Umschaltung des Motors 2 auf Gegenstrom findet jedoch, wenn der Motor gerade in Gegenstromschaltung arbeitet, nicht mehr statt, da der Stromkreis des Rückwärtsschützes 5" nunmehr durch den Kontaktfinger 5', 5" direkt gesteuert wird, durch den auch der Motor 1 in Gegenstrom geschaltet wird. Durch den Kontakt 13 des Schützes 10 wird auch das Schütz 17 erregt und der Widerstand 18 wieder überbrückt. Der Führer kann dann mit beiden Motoren eine kräftige Bremsung ausüben und die Brücke zum Stillstand bringen. Für die entgegengesetzte Fahrtrichtung spielen sich die Stauervorgänge genau in der gleichen Weise ab.

Bei stärkerem Gefälle kann zu der selbsttätigen Bremsung auch der Motor 1 mit herangezogen werden. Zur Verbesserung der Wirkung kann ein zweiter Spannungswächter und ein weiteres Schütz 10 hinzugefügt werden. Die beiden Spannungswächter können dann verschieden hoch eingestellt werden, so daß die Umschaltung der Motoren in Gegenstrom nacheinander erfolgt, wobei dann der Motor 2 nur bei geringen und der Mo- -tor 2 mit ι zusammen bei größeren treibenden Kräften zur Wirkung kommt. Im letzteren Fall kann dann der Motor 2 ohne Rückumschaltung mit gleichbleibendem Gegenmoment bremsend wirken und nur der Motor ι unter periodischem Drehmomentswechsel arbeiten.

Es ist erwünscht, die Bremsung des Fahrantriebes nur für bestimmte Wegstrecken, an denen die Verzögerung aus irgendwelchen Gründen erforderlich ist, wirken zu lassen, so kann man durch einen Endschalter den Geschwindigkeitswächter erst für diese Strecke in Wirkung setzen. Diese Anordnung läßt sich z. B. verwenden in den Endstrecken der Fahrbahn von Ahraumförder- oder Verladebrücken, wo man zur Verhütung von Unglücksfällen -unter allen Umständen, also auch bei Gefälle oder bei stark treibendem Wind, mit starker Verzögerung arbeiten muß. Der Geschwindigkeitswächter wird hierbei so eingestellt, daß er noch unterhalb der synchronen Drehzahl auslöst, und daß die durch die periodische Umschaltung erzielte Bremsung der Geschwindigkeit auf einen Bruchteil der normalen herabgedrückt wird. Beim Einfahren der Brücke in diese Endstrecke wird dann die selbsttätige Bremsung betriebsmäßig einsetzen. Gegenüber der be-

kannten Steuerung, wo beim Einfahren in die Endstrecke der Motor durch einen Endschalter in Gegenstrom umgeschaltet und nach erfolgter Bremsung durch Wirkung eines Spannungswächters wieder mit vorgeschaltetem Widerstand in Kraftrichtung geschaltet wird, hat die Steuerung nach der vorliegenden Erfindung den Vorteil einer sicheren Wirkung bei allen Betriebsverhältnissen.

Unter Erhöhung der Anlagekosten läßt sich eine vorteilhafte Bremsung auf untersynchrone Drehzahl auch auf die nachstehende Weise erzielen, wobei' gleichzeitig ein günstiger Stromverbrauch mit Stromrückgewinnung und eine vorteilhafte verlustfreie Regulierung auf zwei Geschwindigkeitsstufen erzielt wird. Zu diesem Zweck werden für den Antrieb jeder Brückenseite ao zwei Motoren verschiedener Drehzahl vorgesehen, von denen jeder für die ganze Leistung einer Brückenhälfte bemessen ist. Wählt man beispielsweise 600 Umdrehungen für den langsam laufenden und 1000 Umdrehungen für den schnell laufenden Motor, so erzielt man eine wirksame Geschwindigkeitsverminderung unter Stromrücklieferung an das Netz, wenn man mit Hilfe eines Geschwindigkeitswächters unter Abschaltung des ioootourigen Motors den öootourigen einschaltet, dessen Rotor gleichzeitig kurzgeschlossen wird, so daß die Drehzahl des Antriebes auf etwa 600 Umdrehungen herabgedrückt wird. Die beiden Motoren oder bei Mehrfachantrieben die Motorenpaare sind mit demselben Triebwerk gekuppelt. Die Steuerung kann so eingerichtet sein, daß beim Anfahren erst der langsam laufende und dann der schnell laufende Motor eingeschaltet wird, wobei der letztere auf ebenem Gelände die Brücke mit seiner Beharrungsdrehzahl antreibt. Bei unzulässiger Geschwindigkeitssteigerung durch treibende Kräfte erfolgt dann die selbsttätige Umschaltung auf den langsam laufenden. Durch Einstellen der Abfallspannung des Spannungswächters auf einen möglichst tiefen Wert läßt sich erreichen, daß nach der Geschwindigkeitsvermmderung eine Zurückschaltung auf den schnell laufenden Motor vermieden wird und die Brücke mit der verminderten Geschwindigkeit weiterfährt, bis der Führer eine Schaltungsänderung vornimmt. Durch willkürliches Einschalten des einen oder anderen Motors ergibt sich durch diese Anordnung gleichzeitig die verlustfreie Regulierung auf zwei Geschwindigkeiten.

Die Erfindung kann naturgemäß in gleicher Weise auch bei Antrieben durch Gleichstrom-Hauptstrom-Motoren benutzt werden.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Steuerung für Triebwerke mit Antrieb durch Elektromotoren, insbesondere von Fährwerken, . wie Albraumförderbrücken oder Verladebrücken, bei der durch Wächter selbsttätig eine verringerte Geschwindigkeit erzielt und nach Erreichen eines unteren Geschwindigkeitswertes selbsttätig wieder auf Kraft geschaltet wird, gekennzeichnet durch sich wiederholende wechselweise Umschaltung zwischen Bremsschaltung (Gegenstrom) und Kraftschaltung, so daß unabhängig von dem Auftreten äußerer Kräfte, wie Winddrücken und Gefällen, ein vorgeschriebener Geschwindigkeitshöchstwert nicht überschritten wird.
2. 2. Steuerung nach Anspruch 1, bei dem der Antrieb durch ein oder mehrere Motorenpaare erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schältungsänderung nur bei einem Motor oder einem Teil der Moren erfolgt, der andere Teil der Motoren aber mit vorgeschaltetem Widerstand weiterläuft.
3. 3. Steuerung nach Anspruch 1 und 2, bei der als Geschwindigkeitswächter ein Spanmmigsreliais verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer eindeutigen Abhängigkeit zwischen Geschwindigkeit und Spannung in an sich bekannter Weise mit dem Triebwerk eine besondere Gleichstrom - Nebenschlußdynamo oder ein Drehstromasynchronmotor gekuppelt ist, dessen Drehfeld stets entgegengesetzt der Drehrichtung des Antriebes geschaltet ist.
4. 4. Steuerung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungswächter durch einen Endschalter nur für bestimmte Strecken der Fahrbahn in Wirkung gesetzt wird.
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5. 5. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Drehstromasynchronmotoren verschiedener Drehzahl für jede Brückenseite vorgesehen sind, von denen beim Erreichen der zulässigen Höchstgeschwindigkeit durch den Geschwindigkeitswächter der Motor höherer Drehzahl abgeschaltet und der Motor mit der niedrigeren Drehzahl mit kurzgeschlossenem Anlaßwiderstand eingeschaltet wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.