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Senkbremsschaltung für Hubwerke Die Erfindung betrifft eine Senkbremsschaltung
für an ein Drehstromnetz angeschlossene Hubwerke, die neben der normalen eine erhöhte,
von der am Kranhaken hängenden Last nahezu unabhängige Senkgeschwindigkeit ermöglicht.
Die Steuerung der erforderlichen Schaltvorgänge erfolgt dabei in einfacher und übersichtlicher
Weise, so daß an die Aufmerksamkeit und Geschicklichkeit des Kranführers keine hohen
Anforderungen gestellt werden. Außerdem wird eine Freifallstellung bei allen Schaltvorgängen
unbedingt vermieden. Wird die Last mit einem Vielfachen der Hubgeschwindigkeit bzw.
der normalen Senkgeschwindigkeit gesenkt und soll das Abfangen der Last möglichst
rasch erfolgen, wie dies z. B. beim Vergüten von großen Stahlkörpern gefordert wird,
so stellt die Beherrschung der dabei auftretenden kinetischen Energie erhebliche
Anforderungen an das Triebwerk und den mechanischen Aufbau des Hubwerks. Die rasche
Verzögerung von
schweren Lasten in schneller Senkbewegung lediglich
durch mechanische Bremsung hätte außerordentlich hohe mechanische Beanspruchungen
des Hubwerks zur Folge. Auch wäre eine rasche Abnutzung der Bremsen zu erwarten.
Um diese Nachteile zu vermeiden, ist daher an derartige Kranbetriebe noch die Forderung
zu stellen, daß durch die beim Abfangen der Last frei werdenden lebendigen Kräfte
keine unzulässige Belastung des Hubwerks auftritt.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe macht die Erfindung von dem Gedanken
Gebrauch, das Hubwerk mit zwei Drehstromasynchronmotoren für die Seiltrommel auszurüsten,
die entweder verschiedene Polzahlen besitzen und mechanisch miteinander gekuppelt
sind oder bei gleicher Polzahl, über ein gegebenenfalls regelbares Getriebe miteinander
verbunden sind. Die Schnellsenkung geht erfindungsgemäß so vor sich, daß zunächst
der mit niedriger Drehzahl antreibende und bis zum Einfallen einer Stillhaltebremse
eingeschaltet bleibende Motor mittels einer besonderen Schaltwalze (Schnellsenkwalze)
auf seine synchrone Drehzahl beschleunigt wird und danach der mit höherer Drehzahl
antreibende Motor unter gleichzeitiger Widerstandseinschaltung in den Läuferkreis
des ersten Motors unmittelbar zugeschaltet wird. Bei Beginn des Abfangens der Last
wird der mit höherer Drehzahl antreibende Motor abgeschaltet unter gleichzeitiger
Abschaltung der Läuferwiderstände des ersten Motors.
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Es ist eine Hubwerksschaltung bekanntgeworden, bei der zwei auf eine
gemeinsame Welle arbeitende Asynchronmaschinen mit verschiedenen Synchrondrehzahlen
verwendet werden. Je nach der Größe der Hub- und Senkgeschwindigkeit wirken die
Motoren im gleichen oder im entgegengesetzten Drehsinn. Die verschiedenen Geschwindigkeitsstufen
werden durch Regelung beider Motoren, z. B. durch' Widerstandseinschaltung im Läuferkreis
der Motoren, erzielt. Beim Übergang von einer Geschwindigkeitsstufe auf die andere
kann der Fall eintreten, daß nur eine Maschine all Spannung liegt, deren Drehfeldrichtung
umzukehren ist. Zur Vermeidung einer Freifallstellung muß kurz. vor der Umschaltung
die zweite Maschine zugeschaltet werden. All dies erfordert umständliche und schwer
zu übersehende Schaltvorgänge und die Anwendung entsprechender Schalt- und Steuerapparate.
Ferner wird die Bedienung des Hub-,verks noch dadurch erschwert, daß je nach Größe
der Last verschieden geregelt werden muß. Es wird also keine von der Größe der Last
unabhängige, praktisch konstante Geschwindigkeit erzielt.
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Demgegenüber handelt es sich bei der Erfindung um eine ausgesprochene
Senkschaltung, mit deren Hilfe kleinste und größte Lasten mit gleichbleibender,
im Vergleich zur normalen Hub- bzw. Senkgeschwindigkeit um ein Mehrfaches gesteigerter
Geschwindigkeit gesenkt werden können. Der größte Teil der beim Abfangen der Last
frei werdenden lebendigen Kraft wird hierbei durch elektrische Bremsung vernichtet.
Da von den beiden Motoren nur der langsam laufende zu regeln ist, während der andere
nach Einleitung des Senkvorgangs unmittelbar zugeschaltet wird, sind die Schaltvorgänge
sehr vereinfacht. Die Bedienung des Krans zur Erzielung der Schnellsenkgeschwindigkeit
kann mittels einer einzigen Schaltwalze (Schnellsenkwalze) unter Benutzung ein und
derselben Widerstandsstufe für sämtliche Schaltvorgänge erfolgen.
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Statt der Verwendung von Asynchronmotoren mit verschiedener Polzahl,
also verschiedenen Synchrondrehzahlen, können auch Motoren gleicher Polzahl vorgesehen
werden, zwischen denen in bekannter Weise ein Übersetzungsgetriebe geschaltet ist.
Diese Anordnung hat noch den Vorteil, daß das Verhältnis zwischen normaler und erhöhter
Senkgeschwindigkeit nicht durch die unterschiedliche Polzahl der Motoren fest bestimmt
ist, sondern in weiten Grenzen beliebig gewählt werden kann. Durch Verwendung eines
Wechselgetriebes kann außerdem bei einer vorhandenen Anlage je nach den Erfordernissen
das richtige Übersetzungsverhältnis eingestellt werden.
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Dadurch, daß bei der Schnellsenkschaltung der die Seiltrommel mit
niedriger Drehzahl antreibende Motor in an sich bekannter Weise während des ganzen
Vorgangs eingeschaltet bleibt, kann ein Freifall der-Last nicht eintreten. Um diesen
Motor regeln zu können, ist er in ebenfalls bekannter Weise als Schleifringankermaschine
ausgebildet, bei deren Regelung durch eine der beiden Schaltwalzen ein Widerstand
im Ankerstromkreis verändert wird. Das normale Heben und Senken erfolgt in an sich
bekannter Weise mittels dieses Motors und der üblichen Steuerwalze in übersynchroner
Senkbremsschaltung.
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Zur Steuerung der Schnellsenkbewegung dient die besondere Schaltwalze
(Schnellsenkwalze), bei deren Betätigung in den ersten Stufen der Schleifringankermotor
angelassen wird. Die Einleitung der Senkbewegung muß mit großer Beschleunigung,
also mit wenigen Schaltstufen erfolgen, um das mit der höheren Senkgeschwindigkeit
erstrebte Ziel, nämlich eine kurze Senkzeit, auch tatsächlich zu erreichen. Nachdem
der Schleifringankermotor hochgefahren ist, wird bei Weiterbewegung der Schnellsenkwalze
der zweite Motor direkt
eingeschaltet. Zweckmäßig wird daher für
diesen Motor eine Käfigankermaschine verwendet. Gleichzeitig mit dem Einschalten
des Käfigankermotors wird in den Rotorstromkreis der Schleifringankermaschine so
viel Widerstand eingeschaltet, daß diese nunmehr als Generator wirkende Maschine
für sich allein die gleiche oder annähernd gleiche Drehzahl annehmen würde, die
der durch den Käfigankermotor sich ergebenden erhöhten Senkgeschwindigkeit entspricht.
Beide Motoren wirken nun als Generatoren in übersynchroner Drehzahl, und es tritt
nunmehr der Drehzahlbeharrungszustand ein, der praktisch für alle Lasten gleich
ist, da die Drehzahl des mit einem Käfiganker versehenen Motors bei verschiedenen
Belastungen sich nur wenig ändert.
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Soll die Last abgefangen werden, so wird durch Weiterbewegung der
besonderen Schaltwalze der Käfigankermotor abgeschaltet und gleichzeitig der im
Ankerstromkreis der Schleifringmaschine liegende Widerstand so verringert, daß diese
Maschine das nunmehr allein auf sie wirkende Lastmoment ohne Gefahr des überschreitens
des Kippmoments aufnehmen kann. Durch weiteres stufenweises Kurzschließen des Widerstandes
wird der Motor auf seine normale Drehzahl gebracht, so daß ein großer Teil der bei
diesem Vorgang frei werdenden lebendigen Kraft durch elektrische Bremsung vernichtet
wird. Erst dann kommt mit dem Abschalten auch dieses Motors die mechanische Bremse
zur Wirkung, die den Lasthaken zum Stillstand bringt und ihn in dieser Stellung
bis zum nächsten Schaltvorgang hält. Da die lebendige Kraft mit dem Quadrat der
Geschwindigkeit abnimmt, ist die mechanische Beanspruchung sowohl der Bremse als
auch der gesamten Krankonstruktion in erträglichen Grenzen gehalten. Leistung und
Kippmoment des Schleifringankermotors müssen so bemessen und die Stufung des Regelwiderstandes
so ausgebildet sein daß der Schleifringmotor beim Abschalten des Käfigankermotors
ein die absinkende Last genügend. rasch verzögerndes Moment entwickelt.
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Da sowohl bei der Einleitung der Senkbewegung als auch bei Beginn
des Abfangens der Last der Widerstand im Rotorstromkreis des Schleifringankermotors
in derselben Reihenfolge stufenweise kurzgeschlossen wird, muß die besondere Schaltwalze
abweichend von der normalen Ausführung für Kreisschaltung ausgebildet sein, derart,
daß die Walze nur in einer Richtung drehbar ist und alle Schaltvorgänge bei einer
Drehung um 36o° auslöst.
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Die Steuerung der Schnellsenkbewegung des Hubwerks kann auch selbsttätig
mit der besonderen Schaltwalze durch deren Antrieb von der Seiltrommel aus erfolgen.
Das Einleiten des Schnellsenkvorgangs erfolgt in .diesem Fall vorteilhaft durch
Druckknopfbetätigung. Der Kranhaken kommt dann an einer bestimmten, vorher einstellbaren
Stelle zum Stillstand. Die beiden Schaltwalzen werden zweckmäßig in an sich bekannter
Weise derart miteinander verriegelt, daß immer nur eine betätigt werden kann.
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EinAusführungsbeispiel fürdieAnwendung der Erfindung zeigen die Abbildungen.
der Zeichnung, und zwar Abb. i die Schaltung des Hubwerks, während in Abb. 2 Kurven
wiedergegeben sind, welche die Drehzahl der Motoren in Abhängigkeit von den Drehmomenten
veranschaulichen.
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Es sei angenommen, daß als Antriebsmotoren zwei starr miteinander
gekuppelte Drehstromsynchronmaschinen mit verschiedener Polzahl verwendet werden.
Der höherpolige, z. B. zehnpolige, als Schleifringankermaschine ausgebildete Motor
ist mit M i, der niedrigpolige, z. B. vierpolige, mit einem Käfiganker versehene
Motor mit M 2 bezeichnet. Der Motor M i wird für normalen Hub-und Senkbetrieb durch
stufenweises Zu- bzw. Abschalten des im Ankerstromkreis liegenden Widerstandes W
mittels der üblichen Steuerwalze K I geregelt. Für die Steuerung der Schnellsenkbewegung
dient die besondere Schaltwalze (Schnellsenkwalze) K II.
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Die Wirksamkeit der einzelnen Organe ist, wie aus der Schaltung hervorgeht,
bei den einzelnen Stellungen der Schaltwalze K 1I die folgende Beim Betätigen der
Schnellsenkwalze K II wird zunächst der zehnpolige Schleifringankermotor M i an
das Netz angeschlossen und der Bremslüftmagnet BIN mittels des Schützes B zum Ansprechen
gebracht. Beim Weiterdrehen der Schaltwalze bis zur Stellung 3 wird durch die Schütze
Si, S2, S3 der Widerstand W stufenweise kurzgeschlossen. Da der Motor nur
über drei Widerstandsstufen angelassen wird, kommt er sehr rasch auf seine volle
Drehzahl, die in diesem Fall: etwa 6oo U/min beträgt. Auf Stellung 4 der Schaltwalze
wird durch das Schütz-KA der vierpolige Käfigankermotor 312, direkt zugeschaltet,
der beim Überschreiten seiner synchronen Drehzahl, die bei diesem Beispiel i5oo
U/min beträgt, als asynchroner Generator auf das Netz zurückarbeitet. Gleichzeitig
fallen in dieser Stellung der Schaltwalze die Schütze Si, S2, S3 ab, so daß der
gesamte Widerstand W in den Rotorstromkreis der Maschine M i gelegt wird. Da dieser
Widerstand so bemessen ist, daß sich bei der nunmehr ebenfalls als Generator arbeitenden
Maschine M i eine Drehzahl ergibt, die der der
Maschine M2 entspricht,
wird das Aggregat von der zugeschalteten Maschine M2 unabhängig von der Last in
kürzester Zeit auf die erhöhte Drehzahl gedrückt. Auf diese Weise sind beide Maschinen
an der Abbremsung der in diesem Fall mit 21/2facher Geschwindigkeit gegenüber der
Hub- bzw. normalen Senkgeschwindigkeit absinkenden Last beteiligt. Durch Weiterdrehen
der in Rundschaltung ausgeführten Schaltwalze beginnt das Abfangen der Last. Auf
Stellung 5 wird der Motor M2 abgeschaltet und durch Ansprechen des Schützes S i
ein Teil des Widerstandes W kurzgeschlossen. Der Motor M i wird dadurch instand
gesetzt, das volle Lastmoment ohne Gefahr des Überschreitens seines Kippmoments
zu übernehmen und gleichzeitig die Schnellsenkbewegung zu verzögern. Schließlich
werden auf den Stellungen 6 und 7 durch Einschalten der übrigen Schütze S2 und S3
weitere Teile des Widerstandes W abgeschaltet. Der Motor M i geht daher wieder annähernd
auf seine normale Drehzahl zurück und verzögert dadurch die Senkgeschwindigkeit
sehr rasch. Die in Stellung Null nun einfallende Bremse vernichtet den letzten Rest
der kinetischen Energie der sinkenden Last und bringt den Kranhaken zum Stillstand.
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Abb. 2 zeigt die Regelkurven bei den einzelnen Stellungen der Schaltwalzen.
Beim Heben der Last ergeben sich entsprechend den Stellungen der Schaltwalze K I
auf der Hubseite die Kurven 1, 2, 3 für den Schleifringankermotor 111. Der Drehzahlverlauf
dieses Motors bei Einleitung der Senkbremsbewegung ist aus den Kurven 1, 2, 3 unterhalb
der Abszisse zu ersehen, und zwar gelten diese Kurven sowohl für die Senkstellungen
der Steuerwalze K I als auch für die drei ersten Stellungen der Schnellsenkwalze
K II. Bisher ist also die Maschine 311 antreibend auf die Seiltrommel wirksam gewesen.
In der folgenden Stellung 4 wird der Käfigankermotor M2 zugeschaltet, dessen Kennlinie
S i dünn ausgezogen eingezeichnet ist. In derselben Schaltstufe wird in den Läuferstromkreis
der Maschine M i der gesamte Widerstand W eingeschaltet. Die sich dabei für den
Motor M i ''ergebende Regelkurve ist mit 4 bezeichnet und gestrichelt dargestellt.
Bis zum Erreichen der synchronen Drehzahl ist der Motor M 2 motorisch, der Motor
1111 dagegen generatorisch wirksam. Um die tatsächlichen während dieses Zeitabschnitts
auf die Last wirkenden Momente zu erhalten, müssen von den durch die Kennlinie S
i der Käfigankermaschine M2 sich ergebenden Momente die durch die Kennlinie 4 gegebenen
Momente abgezogen werden, wie dies in Abb. 2 durch die Strecken ca angedeutet ist.
Die resultierende Kennlinie ist mit S2 bezeichnet und von dem Punkt an, wo der Motor
1172 generatorisch wirkt, gestrichelt gezeichnet. Aus dem flachen Verlauf dieses
Teils der Kurve ist zu ersehen, daß bei verschiedenen Lasten sich die Drehzahl und
damit die Schnellsenkgeschwindigkeit nur wenig ändert. Die Regelkurve ,4 der Maschine
M i zeigt, daß bei richtiger Bemessung des Widerstandes W der Schnittpunkt O i dieser
Kurve mit der Linie des größten negativen Lastmoments nur wenig unterhalb des Punkts
O 2 liegt, der die höchste Drehzahl der Schnellsenkbewegung bei größtem negativen
Lastmoment angibt, d. h. bei Ausfall des Motors M2 wird die sich einstellende höchste
Senkgeschwindigkeit etwa gleich derjenigen mit diesem Motor sein, so, daß dadurch
eine weitestgehende Betriebssicherheit der Anlage gewährleistet ist. Die Kurven
5, 6 und 7 zeigen den Drehzahlverlauf des Motors M i beim Abfangen der Last.