DE545484C

DE545484C - Einrichtung zur Verhinderung einer unzulaessigen UEberlastung von elektrisch angetriebenen Hebezeugen

Info

Publication number: DE545484C
Application number: DEA48305D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Walther Engel
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1926-07-17
Filing date: 1926-07-17
Publication date: 1932-03-02

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AlB 2. MÄRZ 1932

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 35 b GRUPPE

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin*)

angetriebenen Hebezeugen

Patentiert im Deutschen Reiche vom 17. Juli 1926 ab

Die Antriebsleistung für das Windwerk eines Hebezeuges errechnet sich aus der größten Fördergeschwindigkeit und dem Drehmoment, das bei voller Belastung der Maschine auftritt. Bei dem Hubwerk eines Kranes z. B. entspricht diese Leistung der Energie, die zum Heben der vollen Last aufgewendet werden muß. Die Bruchgrenze bei den mechanisch beanspruchten Teilen eines Hebezeuges Hegt oberhalb des im Betriebszustand dauernd auftretenden Momentes, und zwar ist die Bruchsicherheit je nach Art des Betriebes und der Beanspruchung verschieden groß.

Eine oberhalb des normalen Drehmomentes liegende Beanspruchung erfährt das Triebwerk z. B. während des Beschleunigungsvorganges bei Reversierbetrieben. Das Drehmoment, das der für den elektrischen Betrieb benutzte Elektromotor ausüben kann, liegt

ao ebenfalls über dem Normaldrehtnoment, in manchen Fällen sogar oberhalb des Höchstdrehmomentes, mit dem die mechanischen Teile des Hebezeuges beansprucht werden dürfen. So ist der Elektromotor, der das Hubwerk eines Auslegerkranes antreibt, z. B. in der Lage, eine überlast anzuheben, die den Kran zum Kippen bringt.

Außer dem Drehmoment spielt für die Überbeanspruchung von Hebezeugen noch die Zeit eine Rolle, während der das unzulässig hohe Drehmoment ausgeübt wird. So läßt sich, um bei dem oben angeführten Beispiel zu bleiben, das Kippen des Auslegerkranes vermeiden, wenn die gefährliche Überlast frühzeitig genug abgeschaltet wird. Die Zeit muß so gering bemessen sein, daß sich nach Abschaltung des Motors der Schwerpunkt des entlasteten Hebezeuges noch nicht außerhalb der Stützebene befindet (Kippzeit).

Es erweist sich also die von einem unzulässig hohen Drehmoment in einer bestimmten Zeit geleistete Arbeit, die als Überlastarbeit bezeichnet werden soll, als ein Maß für die Gefährdung des Hebezeuges. Beispielsweise wird bei einem kippenden Auslegerkran die Uberlastarbeit aufgewendet, um das gesamte Krangerüst zu beschleunigen. Bei einer Verladebrücke wird beim Hängenbleiben des Greifers die Überlastarbeit zur Deformation des Brückenträgers aufgezehrt. Die Größe der Überlastarbeit ergibt sich rechnerisch durch nachstehende Formel:

A=P-S = Md ·έ·η·ο.

Hierin bedeutet A die Überlastarbeit, P die an dem Kran wirkende Überlast, s den Weg, den die Überlast bis zur erfolgten Abschal-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden: „

Dr.-Ing. Walther Engel in Berlin-Lichterfelde,

tung zurücklegt, M_d das an der Motorwelle ausgeübte Drehmoment, t die Zeit, während der das Drehmoment wirkt, η die Drehzahl des Motors, c eine Konstante.
Wenn man ein Hebezeug also gegen Überbeanspruchung schützen will, so muß man die Uberlastarbeit begrenzen, d. h. einerseits die Höhe des Drehmoments und andrerseits die Zeitdauer, während der das Drehmoment auftritt. Hierbei ist besonders zu berücksichtigen, daß diese Überlastarbeit nicht nur beim Anlauf, sondern auch im Arbeitszustand nach erfolgtem Anlauf begrenzt werden muß, da z. B. der Greifer während des Hubvorganges hängenbleiben kann.

Einrichtungen, die das vom Motor ausgeübte Drehmoment begrenzen, sind bereits bekannt. Da sich bei den meisten Motorarten der aufgenommene Strom proportional dem vom Motor ausgeübten Drehmoment ändert, so liegt es nahe, das vom Motor ausgeübte Drehmoment durch ein Stromrelais zu begrenzen. Dieses Relais muß jedoch oberhalb desjenigen Stromes eingestellt werden, der dem normalen Drehmoment des Motors entspricht, da der Motor während des Anlaufes zum Beschleunigen des Hebezeuges oder der Last einen erheblich höheren Strom aufnimmt. Dieser Schutz genügt für den Fall, daß die Last aus der Schwebe angehoben wird. Man kann die Anlaßwiderstände so einregulieren, daß ζ. B. die Vollast auf dem zweiten Kontakt langsam angehoben wird und der Stromstoß auf dem dritten Kontakt den Automaten nicht auslöst, während dies bei einer unzulässigen Überlast geschieht, weil diese auf dem zweiten Kontakt noch nicht angehoben wurde. Beim Anheben der Überlast mit Schlaffseil vom Boden hat es sich jedoch gezeigt, daß dieser Schutz nicht genügt, weil die Stromstöße kleiner wurden. Man hat nun versucht, das Hebezeug dadurch zu schützen, daß man die Stromrelais tiefer einstellt. Dies hat jedoch den Nachteil, daß der Kranführer das Triebwerk nunmehr mit dem verringerten Strom allzu vorsichtig einschalten muß und entsprechend langsamer beschleunigen kann. Es leidet hierdurch also die Förderleistung.

Auch ist es bekannt, zwischen den Augenblick der Überschreitung des zulässigen Drehmomentes und der Abschaltung des Motors eine Zeitverzögerung ζ. Β. mittels eines Uhrwerkes zu .legen. Diese Einrichtungen sind jedoch zumeist für den Schutz des Motors und des elektrischen Relais gedacht. Der Elektromotor verträgt jedoch eine wesentlich höhere, länger andauernde Überlastung, d. h. er kann wesentlich höhere Überlastarbeit hergeben, ohne zu verbrennen, als sie das Hebezeug.aus mechanischen Gründen zuläßt.

Erfindungsgemäß ist neben dem zum Schütze des Motors angeordneten Überstrom- bzw. Überstromzeitrelais eine besondere vom Motorstrom abhängige Schaltvorrichtung vorgesehen, die mit einer von der Zeitdauer der Überlastung abhängigen Einrichtung versehen ist. Diese Anordnung gestattet es, die Überlastarbeit des Motors auf ein beliebig kleines Maß zu beschränken, ohne jedoch den Kranführer zu hindern, das Triebwerk beim Anlaufen innerhalb der zulässigen Grenzen schnell zu beschleunigen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bei einer Gleichstromanlage dargestellt. Der Motor/ ist über einen Schalter g an eine Gleichstromquelle c angeschlossen. Der Schalterg· besitzt eine Steuerspule n. Diese ist als Nullspannungsspule ausgebildet und hält in erregtem Zustände den Schalter in der Einschaltlage fest. Die Spule« wird durch ein im Motorstromkreis liegendes Relais α gesteuert. Dieses ist von hoher Empfindlichkeit, d. h. es ist ein Relais, bei dem das Verhältnis von Abfallstrom zu Einschaltstrom nahezu gleich eins ist. Das Relais schließt im Ruhezustande die Kontakten und in erregtem Zustande die Kontakte k. Die Steuerspule des Relais ist so bemessen, daß es bei einem bestimmten einstellbaren Überstromwert beispielsweise 20 °/₀ anspricht. Es steuert ein Zeitrelais b, dessen Kontakte e einen Umgehungsstromkreis zu den Kontakten m bilden. Das Relais b kann z. B. als Schaltuhr ausgebildet sein.

Sobald nun infolge eines Überstromes das Relais α anspricht, werden die Kontakte k geschlossen und die Kontakte m geöffnet, der Stromkreis der Nullspannungsspule ist jedoch noch über die Kontakte e geschlossen. Durch Schließen der Kontakte k wird das Relais b erregt und beginnt abzulaufen. Nach einer geringer als die Kippzeit des Hebezeuges einzustellenden Zeit, beispielsweise nach 2 Sekunden, öffnet das Zeitrelais seine Kontakte e. Falls nun das Stromrelais α nicht innerhalb dieser 2 Sekunden abgefallen ist und den Kontakt m geschlossen hat, ist jetzt der Stromkreis der Nullspannungsspule η des Schalters g unterbrochen und der Schalter löst aus.

Das Stromrelais α begrenzt also das Drehmoment. Zum Schutz gegen kurzschlußartige Überlastungen ordnet man zweckmäßig ein oder mehrere Stromrelais J an. Diese Relais unterbrechen beim Ansprechen durch Öffnen ihrer Kontakte 0 den Einschaltstromkreis des Schalters g augenblicklich. Die Relais ί können z. B. aus den Maximalrelais bestehen, die normalerweise in dem Automaten des Hauptschalters vorhanden sind. An die Stelle des

Automaten- kann natürlich auch ein Schütz • treten.

Da durch die beschriebene Einrichtung der Kranführer in keiner Weise behindert werden soll, das Hebezeug in denkbar kurzer Zeit zu beschleunigen, so ist die Minimalgrenze der Überlastarbeit gegeben durch die Beschleunigungsarbeit, die zur Beschleunigung des Motorankers, des umlaufenden Getriebes und der

ίο Last bzw. des Hebezeuges erforderlich ist. Durch den bei Hebezeugen üblichen mehrstufigen Schaltbetrieb zerlegt sich diese Beschleunigungsarbeit in mehrere Impulse je nach Zahl der Anlaßstellungen.

Abb. 2 zeigt den Stromverlauf, der bei Verwendung eines normalen Anlaßgerätes beimAnlassen des Motors, beispielsweise eines Kranhubwerkes, auftritt. Beim Schalten von Stufe zu Stufe tritt entsprechend der Wider-Standsänderung jedesmal eine Stromspitze auf, die etwa das Doppelte des Normalstromes ist. Der Führer soll dem abgebildeten theoretischen Schaltvorgang zufolge nur so lange auf einer Stellung verharren, bis die Stromspitze auf den Normalstrom abgeklungen ist. Bei dieser Schaltweise beschleunigt der Kranführer die Last innerhalb der zulässigen Stromspitzen in der denkbar kürzesten Zeit. Dieser Verlauf wird bei der beschriebenen Einrichtung nun dazu benutzt, die Überlastarbeit so gering wie möglich zu halten. Wenn das Stromrealais bei 1,2/ Anspringstrom— das entspricht bei der verlangten Empfindlichkeit des Relais einem Abfallstrom von etwa 1,1/ — eingestellt ist, wobei / der Normalstrom des Motors sein soll, so wird dieses Relais bei einem Schaltbetrieb gemäß Abb. 2 fünfmal während des Anlaßvorganges anspringen und abfallen. Die denkbar geringste Einstellzeit des Zeitrelais b ist durch die Strecke t gegeben. Versucht der Führer eine Überlast zu heben, so· klingt der Strom auf den Wert von 1,1/ nicht mehr in der Zeit t, sondern gemäß der gestrichelten Linie etwa in der Zeit J₁ ab, d. h. das Stromrelais würde nach Ablauf des Zeitrelais noch nicht abgefallen sein, und gemäß der oben beschriebenen Arbeitsweise würde der Automat g auslösen.

Bei einem sehr schweren Schaltbetrieb besteht das Bedürfnis, daß der Führer schnell schaltet. Wenn in diesem Falle das Hebezeug eine größere Überlastarbeit zuläßt, als der Zeit t für normales Schalten entspricht, so kann die Einstellzeit des Zeitrelais 2 oder mehr Stromspitzen umfassen. Aus der beschriebenen Arbeitsweise geht weiter hervor, daß die Einrichtung nicht nur beim Anlaufen arbeitet, sondern auch in gleicher Weise wirksam bleibt, wenn eine Überbeanspruchung des Hebezeuges während des Laufes erfolgt, also wenn z. B. der Greifer während des Hubvorganges hängenbleibt.

Die Einrichtung kann in gleicher Weise für Drehstromanlagen benutzt werden. Bei Drehstromanlagen bestand bisher eine besonders große Gefahr für die Überbeanspruchung des Hebezeuges, da die bisher benutzten unverzögerten Stromrelais mit Rücksicht auf den sogenannten Rush-Strom, der im ersten Augenblick beim Einschalten von Drehstrommotoren entsteht, besonders hoch eingestellt werden müssen. Die beschriebene Einrichtung wird in ihrer Wirkungsweise durch den Rush-Strom in keiner Weise beeinträchtigt, da dieser auf alle Fälle in der Einstellzeit des Zeitrelais abgeklungen ist.

Die Einrichtung läßt sich auch zum Schutz der Überlastung von Kranen mit veränderlichem Ausleger, z. B. Hammerdrehkranen, benutzen. Bei diesen Kranen können je nach der Auslegerlänge verschiedene Lasten bewegt werden, denen je nach der Lastgröße verschiedene Beschleunigungsarbeiten entsprechen. In diesem Falle können den verschiedenen Auslegerlängen verschiedene Strom- und Zeitrelais zugeordnet werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Verhinderung einer unzulässigen Überlastung von elektrisch angetriebenen Hebezeugen, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem zum Schütze für den Motor angeordneten Überstrom- bzw. Überstromzeitrelais besondere vom Motorstrom abhängige Schaltvorrichtungen vorgesehen sind, die mit einer von der Zeitdauer der Überlastung abhängigen Einrichtung derart verbunden sind, daß die Überlastarbeit zwischen dem Ansprechen der Überstromschaltvorrichtungen und dem tatsächlichen Abschalten des Hebezeuges kleiner als die zum Kippen oder Deformieren des Hebezeuges erforderliche Arbeit bleibt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Hebezeugen mit veränderlichem Ausleger den einzelnen Auslegerstellungen bzw. Auslegerlängen verschieden bemessene Schaltvorrichtungen zugeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen