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Steuereinrichtung für elektrisch gesteuerte Schi$sruderanlagen Bei
Drehstromschiffen hat man bei der Ruderanlage bisher hauptsächlich auf die bewährte
Leonardschaltung zurückgegriffen, da das Nachlaufproblem des Rudermotors oder des
ihn ersetzenden Verstellmotors bei Anlagen mit 'hydraulischem Betriebe mit Drehstrommotoren
nicht so einfach zu lösen ist wie bei Gleichstrommotoren. .
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Von den bekannten Bremsverfahren hat das mechanische Abbremsen den
Nachteil, daß es stoßartig einsetzt und bei der hohen Spielzahl der Ruderanlagen.bald
zu einem Abnutzen der bremsenden Teile führt. Das elektrische Bremsen mit Hilfe
von Gleichstromerregung des Ständers von Käfigläufern hat wohl, solange der Motor
auf Drehzahl ist, eine befriedigende Bremswirkung; sie verliert diese jedoch, sobald
der Motor in die Nähe des Stillstandes kommt. Außerdem erfordert sie für das' Abschalten
des Gleichstromes nach erfolgtem Bremsvorgang zusätzliche Zeit sowie Hilfsrelais
und Schütze. Das Gegenstrombremsen wiederum verursacht infolge der hohen Stromaufnahme
ein starkes Erwärmen des Motors und ist auch nur bei Netzen von genügender Kapazität
wirksam; durch eine Automatik, wie z. B. einen Schleppschalter, der auf die dem
Motor vorgeschalteten Umkehrschütze wirkt, muß dafür gesorgt werden, daß der Motor
nach dem Stillstand nicht wieder in umgekehrtem Drehsinn hochläuft.
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Durch die Erfindung werden jedoch mit geringem Aufwand die meisten
der obengenannten Nachteile vermieden. Sie besteht im wesentlichen in der gemeinsamen
Anordnungsdes Gleichstromabbremsens des Verstellmotors für die hydraulische Steuerung
(Kurzschlußläufer) und einer zusätzlichen, vorzugsweise mechanischen Haltebremse,
die im allgemeinen erst nach dem Gleichstrombremsen angreifen soll. Durch diese
Kombination lassen sich für den vorhandenen Verwendungszweck manche Nachteile, die
sonst beiden Steuer- und Bremsarten getrennt anhaften, beseitigen.
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Ein Ausführungsbeispiel zeigt die Zeichnung. Es sind dabei, wie bei
fast allen Ruderanlagen, aus Sicherheitsgründen zwei Pumpenmotorenpl,
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und zwei Verstellmotoren v1, v. vorgesehen. Die dauernd durchlaufenden Pumpenmotoren
erzeugen den für die Hydraulik notwendigen Oldruck. Die Verstellmotoren wirken über
ein r Gestänge und meist auch über ein Schneckengetriebe auf das hydraulische Getriebe
zum Verstellen des Ruderschaftes. Ihre Leistung ist gegenüber den Pumpenmotoren
nur sehr klein .(etwa 2 bis 3 PS). Beide Motoren sind Drehstrommotoren mit Käfiganker.
Es ist vorausgesetzt, daß beide Motorengruppen dauernd betriebsbereit oder in Betrieb
sind und elektrisch bezüglich ihres Drehstromanschlusses parallel geschaltet sind.
Um die Drehspannung sicherzustellen, ist durch einen selbsttätigen Unischalter zo
bei Ausfall der Spannung einer Spannungsquelle El die Spannungslieferung von einer
anderen Quelle E, sichergestellt.
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Zum Versorgen der den Bremsstrom liefernden Gleichstromhilfsschienen
12, 13 dient eine ohnehin vorhandene Batterie 14 und wahlweise noch der Anschluß
an zwei Gleichstrommaschinen g1, g2, die der Einfachheit halber mit den Pumpenmotoren
unmittelbar gekuppelt werden können. Im allgemeinen genügt der Anschluß an die Batterie.
Es steht zwar dann die Gleichspannung nicht immer mit unbedingter Sicherheit zur
Verfügung; doch ist dies bei der gewählten Schaltung kein Nachteil, da ja die Ruderanlage
auch weiterarbeitet, wenn die Gleichspannung fortfällt. Es wird dann lediglich ein
etwas größerer Nachlauf vorhanden sein, weil das Bremsen in diesem Notfall nur mechanisch
erfolgt.
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Für das mechanische Bremsen ist eine durch einen kIotorbremslüfter
15 betätigte Bremse vorgesehen. Der Abfall dieses Bremslüfters erfolgt verzögert
(z. B. durch ein Hemmwerk oder eine Öldämpfung), so daß die Haltebremse im normalen
Betrieb erst zum Eingreifen kommt, wenn durch die Gleichstrombremsung der Hauptteil
der Schwungenergie der umlau-(enden Massen abgebremst worden ist. Es wird also ein
nennenswertes Abnutzen der mechanischen Bremse nicht stattfinden und auch kein zu
schroffes Stillsetzen der Anlage, da der llotörbremslüfter mit seiner Bremswirkung
erst bei kleinen Drehzahlen einsetzt.
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Fällt die Gleichspannung fort, so wird, nie erwähnt, nur ein etwas
größerer Nachlauf vorhanden sein, und diesen-kann man durch Verringern der einstellbaren
Verzögerung des abfallenden Motorbremslüfterswieder auf normale Werte bringen. Es
empfiehlt sich, durch ein Signal auf den Fortfall der Gleichspannung aufmerksam
zu machen.
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Der Steuerstand 17 ist als Druckknopfsteuerstand mit den Druckknöpfen
18, z9 ausgebildet; er hat im Ausführungsbeispiel für jeden Druckknopf sechs Arbeits-
und zwei Ruhekontakte. Die beiden obersten Arbeitskontakte 12 geben an die beiden
parallel geschalteten Bremslüftermotoren Spannung (Phasen u, v), die beiden nächsten
Kontakte 3; 4 geben zweiphasig Spannung an die Verstellmotoren v1, v2, wobei eine
Phasenvertauschung auftritt, je nachdem, ob der rechte oder der linke Druckknopf
niedergedrückt wird. Die Kontakte 5 und 6 sind an j die Phase w angeschlossen und
bewirken beim j .Niederdrücken eines der Druckknöpfe die Parallelschaltung der Anschlüsse
w der Verstellmotoren und ihren Anschluß an das Drehstromnetz. - Das Unterteilen
des Anschlusses der Phase w auf zwei Arbeitskontakte je Druckknopf ist deshalb vorgenommen,
weil die Parallelschaltung der beiden entsprechenden -Motorphasen für den Bremsbetrieb
aufgehoben werden muß. Die beiden untersten - Ruhekontakte 7".8 sind an die Gleichspannungsquelle
12; 13 angeschlossen, so daß die Zufuhr der Gleichspannung an die Verstellmotoren
beim Niederdrücken eines der Druckknöpfe 18, z9 unterbrochen wird. Außerdem ist
ein Pol des Gleichstromes über ein mit den Motorbremslüftern 15 mechanisch gekuppeltes
Schütz geführt, so daß- der Gleichstrom nur fließen kann, solange ein Motorbrernslüfter
unter Spannung steht, und im Augenblick des Einsetzens der mechanischen Bremse abgeschaltet
wird. Durch diese Anordnung wird die sonst erforderliche Automatik mit einem Verzögerungsrelais
überflüssig, da das Verzögern durch den Motorbremslüfter selbst gegeben ist.
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Wegen der Kompaßbeeinflussung dürfen die über den Druckknopfsteuerstand
geführten Gleichströme nicht zu groß gewählt werden. Deshalb ist eine Reihenschaltung
der beiden Motoren in bezug auf den sie durchfließenden Gleichstrom gewählt worden.
Da die Gleichspannung für das Abbremsen eines Kurzschlußläufers sowieso im Vergleich
zur Betriebsspannung nur relativ kleine Werte aufweist, ist eine Reihenschaltung
nicht nachteilig. Die das gleichstromnetz speisende Spannungsquellemuß entsprechend
der Ständerwicklung der Verstellmotoren bemessen sein. Die Kompaßbeenflussimg- wird
hier auch bei großen Bremsstromwerten gering bleiben, da gegenüber den Schaltungen
zum Betätigen der Felder eines Leonardgenerators eine wesentlich einfachere Leitungsführung
innerhalb des Steuerschalters möglich ist. Durch entsprechendes Anordnen der Kontakte
kann eine fast vollständige Kompensation der Gleichstrorhfelder erreicht werden.
Bei einem Verstellmotor von 2 kW und einer Betriebsdrehspannung von 5oo Volt beträgt
die Nennaufnahme etwa 3,7 A. Wählt man den Bremsgleichstrom etwa 5 A, so liegt dieser
Wert etwa 40% über dem Nennwert, wodurch eine kräftige Bremswirkung erreicht werden
kann. Wegen des Vorhandenseins der mechanischen Haltebremse ist eine Selbstsperrung
in den von den Verstellmotoren betätigten Getrieben entbehrlich, so daß die Leistung
der Verstellmotoren
bei dieser Anordnung kleiner gewählt «erden
kann.
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Ein Verwenden von zusätzlichen Schützen ist beim Speisen von Verstellmotoren
mit ihren geringen Leistungen nicht notwendig, wodurch der Aufwand für die gesamte
Schaltung gering bleibt.. Man kann die Zahl der Kontakte an den Druckknopfsteuerschaltern
noch dadurch verringern, daß man z. B. an Stelle des Motorbremslüfters einen verzögert
abfallenden Bremsmagnet anordnet, der z. B. über einen Trockengleichrichter, unmittelbar
an zwei oder drei Phasen des Verstellmotors angeschlossen ist. Die beiden obersten
Kontakte der Steuerschalter können dann fortfallen, da die Umkehr der Phasenfolge
an den Verstellmotoren bei Drücken des rechten oder linken Druckknopfes ohne Bedeutung
ist, sobald der Bremslüfter über Gleichrichter gespeist wird. Wesentlich bei den
Anordnungen ist jedoch, daß das Speisen für die Bremslüftung letzten Endes vom Drehstromnetz
genommen wird. Falls man den Bremslüfter an das Gleichstromnetz anschließen würde,
hätte man keine Gewähr dafür, daß bei Ausfall der Gleichspannung, für die ja keine
besondere Reserve vorhanden zu sein braucht, die Anlage immer einwandfrei arbeitet.
Lediglich dann, wenn außer drehstromseitig auch gleichstromseitig (z. B. bei selbsttätigem
Umschalten) eine dauernde Energieversorgung sichergestellt ist, wird man den Bremslüfter
vom Gleichstromnetz speisen.
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Gegenüber einer Anordnung in Leonardschaltung, bei der der Verstellmotor
als Gleichstrommotor ausgeführt ist, und wobei mit jedem Drehstrompumpenmotor ein
Leonardgenerator und eine Erregermaschine gekuppelt sind, erzielt man eine wesentliche
Ersparnis an Maschinen. Bei der Leonardschaltung wird man unter den angegebenen
Verhältnissen zwei Drehstrom- und sechs Gleichstrommaschinen vorsehen müssen, während
man bei der neuen Schaltung mit vier Drehstrom- und malimal zwei Gleichstrommaschinen
auskommt. Da man den Gleichstrom jedoch auch von einer anderen Spannungsquelle,
z. B. einer Batterie, beziehen kann, die auf großen Schiffen immer vorhanden sein
wird, kommt man auch mit vier Drehstrommaschinen z aus. Das Warten von Kommutatoren
für Gleichstrommaschinen entfällt dann vollkommen, ohne daß durch den geringen Aufwand
die Sicherheit der Ruderanlage beeinträchtigt wird.
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Die gewählte einfache Anordnung gestattet jedoch nur eine einzige
Verstellgeschwindigkeit für das Ruder. Falls zwei V erstellgeschwindigkeiten verlangt
«erden, könnten polumschaltbare Verstellmotoren vorgesehen werden, was zusätzliche
Umschalteinrichtungen erfordert. Bei Schaltungen ohne hydraulischen Betrieb treten
an Stelle der Verstellmotoren die Rudermaschinen mit ihren großen Leistungen. In
diesem Falle kann die Schaltung des Hauptstromes nicht durch den Druckknopfsteuerschalter
unmittelbar erfolgen, sondern durch besondere Schütze, die lediglich vom Druckknopfsteuerschalter
bedient werden.