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Steuerung für elektrische Antriebe, insbesondere für Hebezeuge Es
ist bekannt, zur Feinregelung der Geschwindigkeit von elektrischen Antrieben eine
mechanische Bremse zum Schleifen zu bringen und damit, z. B. bei Hubwerken, langsam
zu senken oder leichte Lasten langsam und vorsichtig anzuheben. Hierzu benutzt man
üblicherweise eine Handhebelbremse, mit der sich durch mehr oder weniger weites
Auslegen des Handhebels und durch Lüften der Bremse eine sehr geringe Geschwindigkeit
und ein sanftes, feinfühliges Arbeiten erzielen läßt. Diese Bremsart ist aber nur
benutzbar, wenn der Führer ortsfest dicht beim Triebwerk steht. Bei Fernsteuerung
hat bisher eine derartige Steuermöglichkeit gefehlt. Man hat zwar schon vorgeschlagen,
die mechanischeBremse elektrisch durch einen Magneten oder Motorbremslüfter zu betätigen,
in deren Steuerstromkreis eine geschwindigkeitsabhängige Schalteinrichtung einzubauen
und damit die Handhebelbremsung nachzuahmen. Magnet und Motorbremslüfter besitzen
aber keine Zwischenstellungen zwischen der Ein- und Aus-Stellung, und die geschwindigkeitsabhängigen
Schalteinrichtungen arbeiten, soweit sie mechanischer Art sind, im niederen Drehzahlbereich
sehr ungenau; soweit sie elektrischer Art sind, also Strom- oder Spannungswächter
oder regelbare Vorschaltwiderstände, brauchen sie einen größerenDrehzahlbereich
zümArbeiten, da die Halteströme von Wicklungen stets wesentlich kleiner sind als
die Anzugströme. Es ist daher nicht möglich gewesen, mit diesen Mitteln eine gleichmäßig
niedrige Geschwindigkeit und die erforderliche Feinfühligkeit zu erzielen.
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Durch die Erfindung wird nunmehr eine einwandfreie Fernsteuerung z.
B. für Hubwerke dadurch erzielt, daß zum Lüften der Bremse eine elektrohydraulische
oder elektropneumatische Vorrichtung vorgesehen ist, deren Motor auf den Stellungen
des Hauptsteuergerätes für volle Arbeitsgeschwindigkeit unmittelbar am Netz liegt
und mit voller Drehzahl läuft, während auf den übrigen Stellungen des Steuergerätes,
die für niedere Regeldrehzahlen bestimmt sind, im Stromkreis des Lüftmotors Schaltmittel
angeordnet sind, mittels deren der Lüftmotor selbsttätig oder willkürlich auf kleine
Regeldrehzahlen eingestellt wird.
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Das elektrohydraulische Bremslüftgerät besteht aus einem Druckzylinder
mit Arbeitskolben und einer eingebauten Flügelradpumpe, welche von einem Elektromotor
angetrieben wird und zur Erreichung des Druckunterschiedes zwischen den beiden Kolbenseiten
dient. Bei der Einschaltung des Hauptantriebsinotors wird auch der
| Motor des Bremslüftgerätes an die Netz- |
| spannung gelegt, läuft auf volle Drehzahl |
| hoch und erzeugt dabei nach einer etwa hyper- |
| bolischen Kurve eine Luftkraft L, der ein |
| Bremsdruck (Kurve Mg) gegenübersteht. Dix |
| Kurven zeigen, daß eine Minderung (1e-., |
| Bremsdruckes erst von einer bestimmtes: |
| Drehzahl des Motors des Bremslüfters ab |
| eintritt, dann aber mit zunehmender Dreh- |
| zahl sehr schnell erfolgt. Sie zeigen weiter, |
| daß völlige Lüftung, also überwiegen der |
| Luftkraft über die Bremskraft, bereits bei |
| einer unterhalb der synchronen Drehzahl lie- |
| gendenDrehzahl des Bremslüftmotors erfolgt, |
| daß also ein Lüftkraftüberschuß vorhan- |
| den ist. |
Nach der Erfindung wi--d nun auf den Feinregelstellungen, auf denen niedrige Geschwindigkeiten
erzielt werden sollen; diese Charakteristik des Bremslüftmotors benutzt, um durch
Regelung der Drehzahl des Motors dessen Luftkraft und damit das wirksame Bremsmoment
auf einen bestimmten Wert einzustellen, der zusammen mit dem Lastmoment ein den
Triebwerksmotor auf einer bestimmten niederen Drehzahl haltendes Belastungsmoment
ergibt. Die Drehzahlregelung des Bremslüftmotors erfolgt in an sich beliebiger Weise
durch irgendeine sein Moment schwächende Schaltung, die am einfachsten in Abhängigkeit
von der Drehzahl des Hauptantriebsmotors; z. B. durch einen kleinen Fliehkraftschalter
(Drehzahlwächter), selbsttätig erfolgt. Wird aus einer Steuerstellung für höhere
Geschwindigkeit auf eine Feinregelstellung zurückgeschaltet, so wird der Drehzahlwächter,
da die Geschwindigkeit des Antriebs zu hoch ist; die das Drehmoment des Bremslüftmotors
schwächende Schaltung vornehmen, der dann in seiner Drehzahl und Luftkraft abfällt
und dadurch ein immer stärker werdendes Bremsmoment zur Wirkung bringt. Dieses vermindert
die Geschwindigkeit des Hauptantriebs auf das gewünschte Maß. Wird diese Geschwindigkeit
aus irgendeinem Grunde zu niedrig, so spricht der Drehzahlwächter wieder an und
hebt die elektrische Drosselschaltung für den Bremslüftmotor auf. Daraufhin steigert
sich dessen Drehzahl und Luftkraft, so daß der Hauptantriebsmotor entlastet wird
und eine höhere Drehzahl annehmen kann. Üblicherweise wird die Luftbewegung des
Bremsluftgerätes etwas gedämpft, z. B. durch ein Drosselventil in der Flüssigkeitsleitung,
um z. B. -bei Hubwerken zur Einleitung der Senkbewegung und zur Erzielung kleiner
Wege die Bremse langsam zu öffnen.
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Es liegt auf der Hand, daß diese Regelung auch von Hand willkürlich,
z. B. durch einen Druckknopfschalter, erfolgen kann, der an
| Stelle des oder parallel zu dem Fliehkraft- |
| sehälter angeordnet ist, wenn die mit der An- |
| ordnung erzielte niedere Geschwindigkeit |
| ;.Elgin Ermessen des Führers überlassen blei- |
| soll. Es ist auch möglich, die erwähnte |
| e.S"lel,itrische Drosselschaltung durch die be- |
| ,';annte Tippschaltung zu ersetzen, bei der der |
| B.remslüftrnotor durch ganz kurzseitiges |
| Drücken des Druckknopfes nur so kurz vom |
| Netz getrennt wird, daß seine Drehzahl nicht |
| allzu weit abfallen kann. Auch hierbei kann |
| übrigens an die Stelle der Abschaltung des |
| Motors die Vorschaltung eines Widerstandes |
| treten. |
Das hier für ein elektrohydraulisches Bremslüftgerät Gesagte gilt in gleichem Umfange
für ein elektropneumatisches Gerät, da die Verschiedenheit des Druckmittels auf
die Betriebsweise an sich ohne Einfluß ist.
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Für die Erfindung ist es auch ohne Bedeutung; ob bei dieser Regelung
der Haüptantriebsmotor eingeschaltet ist und Lasten mit Strom senkt oder ob er von
schweren Lasten stromlos durchgezogen wird. Die für Feinregelung erwünschte Lösung
ergibt sich bei Einschaltung des Antriebsmotors gleich auf der ersten Senkstellung.
Der Motor wird nach der Erfindung zu der Stromaufnahme gezwungen, die der gewünschten
niederen Drehzahl entspricht, und es setzen sich dann alle Lasten - von der kleinsten
bis zur Volllast - bereits auf der ersten Senkstellung in Bewegung. Der Vollständigkeit
halber sei noch erwähnt, daß auf den Feinregelstellungen des Steuergerätes, auf
denen mit der Einrichtung nach der Erfindung die niedere Geschwindigkeit erzielt
werden soll, der Haüptantriebsmotor wie stets auf diesen Stellungen mit vorgeschalteten
Widerständen betrieben wird.
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Eine in bezug auf die Innehaltüng einer gleichmäßigen niederen Geschwindigkeit
besonders geeignete Anordnung besteht nach der weiteren Erfindung darin; daß der
Bremslüftmotor auf den Feinregelstellungen vom Netz abgetrennt und an eine der Drehzahl
des Hauptantriebsmotors verhältnisgleiche Spannung angeschlossen wird. Eine solche
kann bei Drehstromantrieben die Läuferspannung des Hauptantriebsmotors selbst notfalls
unter Zwischenschaltung eines Transformators oder die Spannung einer besonderen
Spannungsgebermaschine, die auf der Welle des Triebwerks sitzt, bei Gleichstromantrieb
die Spannung an den Ankervorschaltwiderständen sein.
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Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist ohne weiteres klar. Auf den
Stellungen des Steuergerätes außerhalb der Feinregelstellungen liegt der Bremslüftinotor
am Netz, läuft also mit voller Drehzahl und entwickelt volle
Luftkraft.
Die Bremse ist dann voll geöffnet. Wird aus der Stellung für volle Geschwindigkeit
auf die Feinregelstellungen zurückgeschaltet, so erhält der Bremslüftmotor durch
die Umschaltung eine kleine Spannung mit ganz kleiner Frequenz. Das kommt im ersten
Augenblick praktisch einer Abschaltung gleich, so daß eine schnelle Abbremsung erfolgt
(s. Abb. 2). In dem Maße, in dem sich die Drehzahl des Triebwerks vermindert, steigt
die dem Bremslüftmotor vomAntriebsniotor gelieferte SpannungS und FrequenzF an,
die sich umgekehrt verhältnisgleich der Drehzahl ändert; dieser Linie -entspricht
auch annähernd der Verlauf des Motorinomentes 31,n. Die Drehzahl des Brernslüftmotors
und damit die Bremslüftkraft L erhöht sich in gleichem Maße (bzw. letztere quadratisch),
so daß mit abnehmender Drehzahl des Triebwerkes die Bremskraft, also die Abbremsung,
sich vermindert. Der Antriebsmotor läuft unter der schleifenden Bremse mit einer
bestimmten Drehzahl weiter, bei der sich Motormoment und Last plus Bremsmoment das
Gleichgewicht halten. Unterschreitet die Drehzahl diesen Wert (Punkt A in Abb. z),
so steigt zwar das Motornioinent 111 an, in noch viel stärkerem Maße vermindert
sich aber das Bremsmoment NIB, so daß der Motor entlastet wird und schneller läuft.
Bei Überschreitung der eingestellten Drehzahl wächst das Bremsmoment 1V1 schneller,
als das Motormoment Ivl,n abnimmt. Iss ist also eine stabile gleichmäßig niedere
Geschwindigkeit gewährleistet.
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Es sind nun bereits Regelanordnungen bekannt, bei denen das elektrische
Brernslüftgerät zum Zwecke der Erzielung niederer Geschwindigkeiten ebenfalls an
eine der Drehzahl des Triebwerkes verhältnisgleiche Spannung gelegt wird. Es handelt
sich aber bei diesen bekannten Einrichtungen nicht um dauernd umlaufende Bremslüftmotoren,
sondern um Geräte, die beim Lüften nur einen kurzen Hub oder eine kleine Drehbewegung
ausführen und dann still stehenbleib,en. Wenn auch bei dieser Art von Geräten die
Bezeichnung Bremslüftmotor üblich ist, so handelt es sich dabei jedoch nicht um
Motoren im üblichen Sinne, sondern lediglich um eine Hubeinrichtung mit Drehbewegung.
Diesen bekannten Anordnungen haften aber ganz außerordentliche Nachteile an, da
für die Luftkraft dieser Bremslüftmotoren das ausgeübte Moment maßgebend ist. Dieses
ändert sich quadratisch mit der Spannung. Eine Spannungsschwankung im Netz wirkt
sich also in quadratisch verstärktem Maße in einer Verkleinerung der Bremslüftkraft
aus. Dies bedingt einanal eine Überbemessung des Bremslüftmotors, zum anderen zeigt
Abb. 3, daß wohl die Läuferspannung S und Frequenz I#' eines Drehstrommotors sich
geradlinig mit der Drehzahl ia ändern, ' nicht aber das Läufermoment M, auf das
es aber gerade ankommt. Besonders im niederen Drehzahlbereich, in dem eine Drehzahländerung
eine starke Änderung der Bremslüftkraft und damit des Bremsdruckes hervorrufen soll
und bei der Anordnung nach der Erfindung auch tut, verläuft die Momentenkurve M
sehr flach, da -der Spannungsabfall durch den Frequenzabfall fast kompensiert wird.
Um dies zu vermeiden, hat man einen vielpoligen Spannungsgebermotor angeordnet und
diesen auf den Feinregelstellungen im Drehfeldsinn, auf den anderen Steuergerätstellungen
dagegen im Gegenstromsinn angetrieben, so daß die Momentenlinie nach der Kurve 11Is
in Abb.3 verläuft. Da das Verhältnis der synchronen Drehzahl i : q. bis i : 5 ist,
so ergeben sich bei voller Fahrt Periodenzahlen von Zoo bis 250 und entsprechende
Spannungen. Dies bedingt wiederum starke Überbemessung dieser Maschine, abgesehen
davon, daß bei gleicher Leistungsabgabe die Maschine schon wegen der geringen synchronen
Drehzahl um das q.- bis 5fache größer wird.
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Diese Nachteile fallen bei der vorliegenden Erfindung völlig fort,
da ein stets laufender Motor in seiner Leistungsabgabe von der Drehzahl und diese
fast allein von der Frequenz abhängt. In modernen Netzen ändert sich nun diese praktisch
nicht, so daß vom Netz her eine Minderung der Bremskraft nur in so geringem Maße
erfolgt, daß hierauf keine Rücksicht genommen zu werden braucht. Die Anordnung ist
daher gegenüber dem Bekannten in der Anlage um ein Vielfaches billiger, arbeitet
aber dafür mit ihren geringeren Mitteln wesentlich genauer. Dies ergibt sich auch
klar aus der Abb:3, in die die Lüftkraftkurve L eines elektrohydraulischen Bremsgerätes
in Abhängigkeit von der S- und F-Kurve eines Asynchr onmotors eingetragen ist. Sie
zeigt, wie steil gerade in dem niederen Drehzahlbereich diese Kurve verläuft, wie
genau daher die Anordnung in Abhängigkeit von der Drehzahl arbeiten muß.
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Um die Feinregeldrehzahl veränderlich einstellen zu können, wird es
mitunter zweckmäßig sein, bei Drehstrom den Spannungs-und Frequenzgebermotor polumschaltbar
zu machen, wobei die Einschaltung der niedrigpoligen Wicklung die höhere Feinregeldrehzahl
ergibt. Bei Hubwerken hat die Benutzung eines derartigen Spannungs- und Frequenzgebermotors
den weiteren Vorteil, daß man ohne Einschaltung des Hauptmotors auskommen und daher
finit dem geringsten Stromverbrauch und dem besten Leistungsfaktor arbeiten kann.
Die
beschriebene Regeleinrichtung kann noch dadurch verfeinert werden, daß auf den Feinverstellungen
die mechanische Bremsschließkraft (meist eine Feder) verändert wird.