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Selbsttätig auf- und abwickelnde Kabeltrommel mit elektrischem Antrieb
für ortsveränderliche elektrische Maschinen Der Gegenstand des Hauptpatents 613
974 bezieht sich auf selbsttätig auf- und abwickelnde Kabeltrommeln mit elektrischem
Antrieb, bei denen zwischen Motor und Wikkeltrommel ein Umlaufgetriebe so eingeschaltet
ist, daß die Übertragung der durch den Kabelzug auf die Bahn des Planetenrades wirkenden
Drehmomentsänderungen auf eine das Planetenrad tragende, gewichts- oder federbelastete
Schwinge erfolgt, von deren Bewegungen bei wechselnd großem Kabelzug die Steuerung
des Antriebsmotors abgeleitet wird. Ändert sich der Kabelzug und damit das an der
Trommel angreifende und auf die Bahn des Planetenrades übertragene Drehmoment, so
erfolgt eine Bewegung der Schwinge; der Motor wird nach der einen oder anderen Drehrichtung
angelassen und strebt an, durch Verdrehen der Trommel bzw. durch Einziehen oder
Abwickeln von Kabel den früheren Gleichgewichtszustand wiederherzustellen. Zum Steuern
des Motors ist also erforderlich, daß das Drehmoment aus dem Kabelzug um das Moment
der Reibung zwischen Trommel und Schwinge und dem Drehmoment der Motorsteuerung
zu- oder abnimmt; erst nachdem das Kabelzugmornent um die der Schwingenbewegung
widerstehenden Momente kleiner oder größer geworden ist, erfolgt eine Bewegung der
Schwinge. Je geringer die der Schwingenbewegung widerstehenden Momente sind, um
so geringere Kabelzugsdifferenzen sind zur Einleitung der Steuerbewegung notwendig
und um so feinfühliger ist die Steuerung an sich. Die widerstehenden Momente wachsen
nun mit der
Länge und dem Metergewicht des aufzuwikkelnden Kabels,
den Steuerkräften der Motoranlaßmittel, die etwa mit der Motorleistung wachsen,
und mit den Reibungsmomenten aller Kabelleitrollen, über die das auf- und. ablaufende
Kabel geführt werden muß. Kabeltrommeln mit dem oben beschriebenen Antrieb können
deshalb nur bis zu einem gewissen Kabelgesamtgewicht und dort verwendet werden,
wo das Kabel über eine einfache Leit- und Wickeleinrichtung abgelegt werden kann.
-Die Geräte oder Maschinen, an denen Kabeltrommeln mit elektrischem Antrieb Verwendung
finden, werden aber immer größer. und umfangreicher, damit wachsen die Längen und
die Abmessungen der auf- und abzuwickelnden Kabel, ferner können auch aus baulichen
Gründen die Kabeltrommeln nicht immer unmittelbar über dem abgelegten Kabel angeordnet
werden, sondern müssen an ganz anderer StelleAufstellung finden, so daß eine längere
Kabelführung, oft winkelig und mit mehrfachen Umlenkungen, erforderlich wird.
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Zum Verziehen des Kabels auf den für die Kabelführung erforderlichen
Leit- und Stützrollen ist nun eine Kraft notwendig, die.mit der Anzahl der Führungsrollen
und dem Reibungswiderstand dieser Rollen wächst. Je größer die Kraft ist, die notwendig
ist, um das Kabel über die Rollen zu bewegen, um so größer ist auch der Unterschied
im Kabelzug, um -eine Steuerung des Trommelantriebes zu erreichen. Mit zunehmenden
Reibungswiderständen sinkt also die Steuerfähigkeit der von der Schwinge des Antriebes
aus gesteuerten Trommel, da bei schlaffer oder straffer werdendem Kabel zunächst
der Kabelzug um das Maß der zu überwindenden Reibung ab- oder zunehmen muß, bevor
der erhöhte oder verminderte Zug des ablaufenden Kabels sich in einer Drehmotnentsänderung
an der Trommel auswirkt, deren Antrieb erst dann mit der Steuerung des Motors beginnt.
Nimmt der Kabelzug und damit das Drehmoment an der Trommel zu, dann wird die Feder,
gegen die die Schwinge des Getriebes abgestützt ist, zusammengedrückt, nimmt also
Arbeit auf. Diese von der Feder aufgenommene Arbeit muß so groß sein, daß sie, vermindert
um die zwischen Trommel und ablaufendem Kabel anfallende Reibungsarbeit, noch ausreicht,
mit Sicherheit die Anlaßmittel des Motors z. B. eines Phasenkollektormotors zu verstellen,
sobald der Kabelzug und damit das Drehmoment an der Trommel wieder abnimmt.
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Diese Verhältnisse sind in Fig. i und :2 der Zeichnung schematisch
dargestellt. Der Linienzug 0 - I -2 - 3 gibt die Stützkraft der Schwingenfeder
an. Im Punkt sm ist die Feder um die Vorspannung o-so und 11, des Nutzhubes
s gespannt. Der Kabelzug hat dann-einen mittleren Wert. Der Motor steht still. Die
Reibungsarbeit zum Verstellen der Bürstenbrücke sei mit q.-5-6-7 angenommen, die
Reibungskraft der Rollen, über die das Kabel abläuft, mit I-2-3-8-9-io bzw. i-2-3-8'-9'-Io'.
Sinkt der Kabelzug, so muß das Drehmoment an der Trommel zunächst um einen Betrag
entsprechend einer Federkraft 2-9', das ist die Reibungsarbeit der vorgelagerten
Rollen, abnehmen, bevor die Schwinge verstellt wird. Als wirklicher Steuerweg bleibt
also nur s1 und beim Ansteigen des Kabelzuges s2. Erreicht die Reibungsarbeit der
vorgelagerten Rollen den Wert I-2-3-II-I2-I3 bzw. 1-2-3-11'-12'-I3', dann werden
die Steuerweges, und s= gleich o, die Trommel steuert also nicht mehr.
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Wird jetzt die Schwingenfeder nach Fig. 2 nach 0-I, -2 -3, ausgelegt,
werden mit den Reibungsgrößen I, - 2, - 3, - I I, - 12, - 13, bzw. i, -2,
-3, -11, '-12', -13, 'die früheren Steuer, s1 und s2 erreicht. Mit der Reibungsarbeit
zwischen Trommel und ablaufendem Kabel wächst aber auch der für die Steuerung der
Trommel erforderliche Kabelzug, und gleichzeitig tritt eine zeitliche Verschiebung
zwischen dem Anlauf des Gerätes und dem der Kabeltrommel ein, die mit der Größe
dieser Reibungswiderstände wächst.
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Damit wird aber der vörbeschriebene Kabeltrommelantrieb, da er sich
nur durch Erhöhung des maximalen Kabelzuges durchführen läßt, für größere und zum
Kabelablauf ungünstiger angeordnete Kabeltrommeln ungeeignet, denn das Kabel soll
unter möglichst geringem mechanischen Zug auf-und abgewickelt werden; nur so kann
eine lange Lebensdauer erreicht und der wertvolle, für die Herstellung des Kabels
aufgewendete Werkstoff wirtschaftlich voll ausgenutzt werden.
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Es ist nun aber auch nicht ohne weiteres möglich, bei einer langen
reibungsreichen Kabelführung die Steuerung von der Trommel fort und nach einer Leitrolle
zu verlegen. Dies kann nur bei verhältnismäßig hoch über Flur ablaufenden Kabeln
und nur soweit durchgeführt werden, als die Verschiedenheit des beim Anfahren oder
Stillsetzen des Gerätes zurückgelegten Weges zur Länge des auf- oder abgewickelten
Kabels infolge des zeitlich verschiedenen Beginns der Geschwindigkeitsänderung und
des Verlaufs derselben durch eine Bogenänderung des frei ablaufenden Kabels aufgenommen
werden kann, sonst wird beim Anfahren und Stillsetzen des Geräts ein Übersteuern
des Motors und damit ein starkes Pendeln um die für die
Bewegung
des Geräts erforderliche Drehzahl eintreten.
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Der Anlauf z. B. eines Baggers und der auf diesem sitzenden Kabeltrommel,
deren Antriebsmotor von einer pendelnd gelagerten Rolle oder Rollenkette (vgl. Fig.
5 und 6) gesteuert wird, ist in Fig.3 dargestellt. Die Linie gibt die jeweilige
Geschwindigkeit auf dem Anlaufweg t, -t, an. Die Steuerung des Motors beginnt erst
bei t x, und die Schwinge f an der Pendelrolle b (Fig. 6) wird; da ja der Kabeltrommelmotor
erst später anläuft, mehr ausgelegt als der augenblicklichen Geschwindigkeit des
Baggers entspricht. Die Übersteuerung des Kabeltrommelmotors ist um so größer, je
größer die Reibungsarbeit zwischen Trommel und Ablaufrolle und damit die Strecke
t,-t, und je niedriger das Kabel über Flur abläuft, da bei flachem Kabelbogen eine
Kabelzugsänderung unter sonst gleichen Verhältnissen schneller eintritt als bei
einem hohen Bogen bzw. hohen Kabelablauf. Der Motor wird, da die Steuerung den mittleren
Kabelzug aufrechtzuerhalten sucht und den vom Gerät schon mehr zurückgelegten Weg
aufholen muß, zunächst schnell und auf eine höhere Drehzahl angelas-, sen, als der
des fahrenden Geräts entspricht. Nach Aufholung dieser Wegstrecke wird der Kabelzug
bis auf die Geschwindigkeit des Geräts und infolge der höheren Geschwindigkeit nach
Angleichung der auf- oder abgewickelten Kabellänge an den Fahrweg des Gerätes noch
weiter zurückgehen, und so fort. Es tritt also infolge der großen Trägheit der Trommel
und der verhältnismäßig hohen Reibungswiderstände der Leitrollen eine starkes Pendeln
der Geschwindigkeit des ab- und auflaufenden Kabels um die des verfahrenden Gerätes
ein, wie in Fig. 3 durch eine ..... Linie dargestellt ist.
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In ganz anderer, auch für größte Kabeltrommeln vollkommenerer Weise
wird die Forderung, die Geschwindigkeit des auf-und ablaufenden Kabels bei möglichst
geringem Zug an die jeweilige Geschwindigkeit des Gerätes anzugleichen, durch die
Weiterbildung des Gegenstandes nach dem Hauptpatent durch die vorliegende Erfindung
erfüllt.
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Die Erfindung sieht die Steuerung der Kabeltrommel unmittelbar an
der Wickeltrommel und von einer nahe am Ablauf gelegenen Führungsrolle vor. Sie
ist in Fig.4, 5, 6 und 7 der Zeichnung beispielsweise dargestellt.
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Die Kabeltrommel a befindet sich von der Kabelleitrolle b, über die
das Kabel abläuft, räumlich getrennt, und das Kabel wird zwischen der Kabeltrommel
und der Ablaufrolle durch die Rollen c unterstützt. Die Ablaufrolle b ist um die
Achse d auf der Schwinge f
pendelnd gelagert und wird bei einem mittleren
Kabelzug durch die Feder e in einer bestimmten Stellung gehalten. Wird der Kabelzug
beim Verfahren des Gerätes größer oder kleiner, dann schwingt die Rolle b aus, bis
der Kabelzug der größeren oder kleineren Federkraft wieder das Gleichgewicht hält.
Die Bewegung der Pendelrolle wird, wie beispielsweise dargestellt, durch eine elektrische
Welle g, h über den Motor i auf das Rad h
eines Differentialgetriebes,
das als Räderdifferential dargestellt ist, übertragen. Auf das Gegenrad Z des Differentialgetriebes
wirkt die Steuerbewegung der Schwinge m in der aus dem Hauptpatent bekannten Weise.
Die Planetenräder 7a des Differentialgetriebes sind mit dem Rad o verbunden, das
über das Ritzel p auf das Steuerelement des Motors z. B. die bewegliche Bürstenbrücke
eines Phasenkollektormotors wirkt. An Stelle der elektrischen Welle kann auch eine
mechanische Übertragung der Kräfte von der Ablaufrolle nach der Kabeltrommel, z.
B. durch ein Gestänge oder einen Ketten- oder Seilzug vorgesehen werden. Der Steuervorgang
ist dabei folgender: Fährt das Gerät an (Fig. 4), dann wird zunächst die Steuerung
von der Pendelrolle b oder Pendelrollenkette am Kabelablauf her auf den Motor wirken
und diesen anlassen. Da die Bewegung der Trommel etwas später bei ty einsetzt als
die des Gerätes, wird der Motor von der Pendelrolle her übersteuert, aber sobald
sich der Anlauf der Trommel in einer Drehmomentsänderung auswirkt, wird die Bürstenstellung
des Motors von der Schwinge m her über das Differentialgetriebe L, n, o ab
t" berichtigt. Der Kabel,-trommelmotor kann aber von der Pendelrolle her nicht nach
der Linie angelassen werden, da diese Steuerbewegung von der Schwinge m nach der--Linie
berichtigt wird, so daß .die Beschleunigung bzw. die Verzögerung der Kabeltrommel
sich etwa nach der Linie ................ eng an die des Gerätes anschmiegt und
somit eine gute Angleichung des ab- und auflaufenden Kabels an die Bewegung der
ortsveränderlichen Maschine herbeigeführt ist.
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Ist eine Kabelführung über eine größere Anzahl von Leit- und Führungsrollen
erforderlich, das auf- und abzuwickelnde Kabel aber leicht und kurz, die Wickeltrommel
also verhältnismäßig klein und leicht, kann schon der Arbeitsinhalt der vorgespannten
Feder, die die Schwinge m belastet, ausreichen, die Trommel genug zusätzlich zu
drehen, um Geschwindigkeitsdifferenzen zwischen Kabel und Gerät auszugleichen, so
daß die Bewegung der Getriebeschwinge m nur zur elastischen
Verstellung
des Motors gegen die Trommel dient und somit auf eine Steuerung des Motors von der
Getriebeschwinge her verzichtet und diese nur von einer pendelnd aufgehängten Rolle,
über die das Kabel abläuft, hergeleitet werden kann.