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Geschwindigkeitssteuervorrichtung für Wechselstrommotoren Die Erfindung
bezieht sich auf eine Geschwindigkeitssteuervorrichtung für Wechselstrommotoren,
insbesondere für Motoren, die verschiedenen Belastungen einschließlich überholbelastungen
ausgesetzt sind.
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Bei Aufzügen und Kranen, in denen derartige Überholungsbelastungen
auftreten, hat man lange dem Gleichstromantrieb den Vorzug gegeben, insbesondere
dann, wenn große Änderungen in der zu behandelnden Last auftreten. Diese Begünstigung
des Gleichstromantriebes beruht auf der Tatsache, daß Gleichstromantriebe derart
ausgeführt werden können, daß die Be@vegungsrichtung der Last und die Bewegungsgeschwindigkeit
sowohl während des Anhebens wie auch während des Absenkens durch die Bedienungsperson
bestimmt werden können, selbst wenn das Gewicht der Last unbekannt ist. Diese wünschenswerten
Eigenschaften des Gleichstromantriebes hängen teilweise mit den vorteilhaften Eigenarten
der sogenannten dynamischen Bremsung und zum Teil damit zusammen, daß man leicht
verhältnismäßig flache Geschwindigkeitsdrehmomentcharakteristiken in Gleichstrommotoren
vorsehen kann. Bei durch Wechselstrom angetriebenen Hebezeugen, Aufzügen u. dgl.
ist eine dynamische Bremsung bei Geschwindigkeiten unterhalb der Synchrongeschwindigkeit
des Motors nicht möglich. Ferner ändert sich bei Wechselstromantrieben das Drehmoment,
das durch den Motor ausgeübt wird, merkbar, wenn Geschwindigkeitsänderungen auftreten,
mit dem Ergebnis, daß es schwierig ist, das Maß und sogar Richtung der Bewegung
von Lasten unbekannten Gewichtes vorauszusehen.
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Es sind bereits zahlreiche Bemühungen unternomm,en worden, um Steuersysteme
zu schaffen, die in Zusammenhang mit Wechselstrominduktionsmotoren benutzt werden
können und mehr in der
Art von Gleichstromantrieben reagieren. Einige
der Lösungen haben eine erhebliche Annäherung an die gewünschte Betriebsweise bewirkt,
indessen sind die dazugehörigen Vorrichtungen sehr umfangreich und kostspielig und
sie benötigen erhebliche Unterhaltskosten.
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Gegenstand der Erfindung ist eine -Geschwindigkeitssteuervorrichtung
für Wechselstrommotoren, durch welche jede ausgewählte Geschwindigkeit des Motors
in jeder Drehrichtung verhältnismäßig konstant bleibt, gleichgültig, ob die Belastung
sich ändert bzw. Überholbelastungen auftreten.
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Die Erfindung besteht darin, daß bei einer Geschwindigkeitsäteuervorrichtung
für Wechselstrommoto:ren mit einer Wirbelstrombremse, die mit der Motorwelle verbunden
ist und Wicklungen besitzt, die bei Erregung Wirbelströme erzeugen, welche ein der
Motordrehung Widerstand leistendes Magnetfeld hervorrufen, ein Satz Widerstände
im Stromkreis der Wicklungen der Wirbelstrombremse und ein Satz Widerstände im Sekundärkreis
des Motors vorgesehen ist, wobei diese Widerstandssätze beide mit einem Steuerschalter
verbunden sind, der gleichzeitig denWiderstandsbetrag in jedemStromkreis auswählt,
um gleichzeitig die Erregung der Wicklungen der Wirbelstrombremse und den dem Motor
zugeführten Leistungsbetrag zu bestimmen.
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Bei der Geschwindigkeitssteuervorrichtung gemäß der Erfindung ist
die Charakteristik eines Wech.selstrommotors, sofern dieser mit irgendeiner gegebenen
Leistung arbeitet, derart beschaffen, daß die Geschwindigkeit des Motors im allgemeinen
verhältnismäßig konstant bleibt, gleichgültig, ob die Drehmomentbeanspruchung gering
oder erheblich ist. Dieses Ergebnis folgt daraus, daß die Hemmung der Wirbelstrombremse
in dem Maße abnimmt, in dem die Motorgeschwindigkeit zurückgeht und in dem Maße
zunimmt, in dem die Motorgesch«#indigkeit anwächst. Diese Eigenschaften stehen im
Gegensatz zu den Geschwindigkeitsdrehmoimnenteneigenschaften des Motors selbst.
Das gleiche oder ein ähnliches Resultat zeigt sich allerdings bei verschiedenen
Geschwindigkeiten, wenn dem Motor verschiedene Leistungen zugeführt und verschiedene
Erregungsgrade der WirbelstrombremseAnwendung finden und ebenfalls dann, wenn der
Motor umgesteuert und die Vorrichtung zum Absenken einer Last benutzt wird. Mehrere
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen wiedergegeben und werden
in folgendem beschrieben. Es zeigt Fig. i ein Schaltschema eines Ausführungsbeispieles
der Geschwindigkeitssteuervorrichtung gemäß der Erfindung, Fig.2 ein Schaltschema
eines anderen Ausführungsbeispieles der Geschwindigkeitssteuervorrichtung gemäß
der Erfindung, Fig.3 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt einer Wirbelstrombremse,
die mechanisch mit der Welle eines Motors gemäß der Erfindung verbunden ist, Fig.4
eine teilweise Darstellung einer Einzelheit, und zwar die hintere Ansicht (teilweise
abgebrochen) der Wirbelstrombremse, die in Fig.3 veranschaulicht ist.
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In der Geschwindigkeitssteuervorrichtung gemäß der Erfindung (s. Fig.
i) ist ein Wechselstrommotor i in der Form eines Induktionsmotors mit gewickeltem
Läufer üblicher Bauart verwendet. Mechanisch verbunden mit der Welle 2 des Motors
1 und rechts davon angeordnet ist ein Generator 3, dessen Zweck weiter unten vollständig
beschrieben #verden wird. Auf einer weiteren Verlängerung der Wellet und rechts
von dem Generator 3 befindet sich eine Wirbelstro@mbremse4 mit einer Erregerwicklung
5. Die Wirkungsweise und die Durchbildung der Wirbelstrombremse4 wird im einzelnen
weiter unten erläutert werden.
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Die Welle 2 des Motors i erstreckt sich auch nach links und steht
dort unter dem Einfluß einer mechanischen Bremse 6, die im Falle der Stromzufuhr
zu einer Magnetwicklung 7 freigegeben werden kann. Die Bremse 6 ist von üblicher
Bauart, wie solche'für das Stillsetzen und Anhalten der Motoren Verwendung finden,
wenn ihnen keine Energie zugeführt wird. Die Bremse wird daher im einzelnen nicht
weiter erläutert. Rechts von dem Motor erkennt man in schematischer Darstellung
eine Aufzugtrommel 8, um welche ein die Last tragendes Seil gewunden ist.
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. Die Energiemenge, die an,den Motor i abgegeben wird, läßt sich nach
Bedarf ändern, und zwar mit Hilfe eines Schiebewiderstandes, der außen an die Sekundärseite
des Motors angeschlossen ist. Somit sind mit der Sekundärseite des Motors 2 mit
Hilfe von Leitungen 9, io und ii Widerstandskörper 12, 13 und 14 verbunden, die
in üblicher Weise mit Abgriffen versehen sind. Die mit den Abgriffen zusammenhängenden
Leitungen führen zu den Fingern eines üblichen trommelartigen Steuerschalters innerhalb
des Rechteckes 15.
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Die für den Betrieb des Motors i erforderliche Strommenge wird von
einer Stromquelle 16, 17 und 18 geliefert. Diese ist über einen Unterbrecherschalter
1 g mit den Klemmen eines Hebekontaktgebers 2o und in ähnlicher Weise mit den Klemmen
eines Absenkkontaktgebers 21 verbunden. Damit der Hebekontaktgeber dazu veranlaßt
wird, sich zu schließen, ist eine Wicklung 22 vorgesehen, die einerseits über die
Leitung 23 den Begrenzungsschalter 24 und die Leitung 25 mit der Netzleitung 16
verbunden ist, andererseits steht die Wicklung 22 des Kontaktgebers 2o über die
Leitung 26 mit einem Finger 27 des Steuerschalters 15 in Zusamtnenhang. Wenn der
Steuerschalter 15 in die erste Hebestellung bewegt wird, berührt der Finger -27
das Segment 28, welches über die Verbindung mit dem Segment 29 eine elektrische
Verbindung zwischen dem Finger 27 und dem Finger 3o herstellt. Der Finger
30 steht seinerseits über die Leitung 31 in Verbindung mit dem normalerweise
offenen Kontakt 32 des Stromrelais 33. Unter normalen Bedingungen wird sich der
Kontakt 32 schließen und infolgedessen verläuft der Stromkreis von dort übcr die
Leitungen 34. und 35 zurück zu der Netzleitung 18.
Wenn der Unterbrecherschalter
i9 geschlossen ist, wird Strom über die Leitungen 36 und 37 zu einem Transformator
38 geleitet, der Strom zu einem Vollwegtrockengleichrichter 39 liefert. Die vom
Gleichrichter 39 abgegebene Leistung wird über die Leitung 4o einerseits zu einer
Klemme der \@'icklung 5 der Wirbelstrombremse .4 geführt. Die von dem Gleichrichter
39 abgegebene Leistung wird andererseits über die Leitung 41 an die Wickliulg 42
des Stromrelais 33 geführt. Die entgegengesetzte Klemme der Wicklung 42 ist über
die Leitung 43 mit dem normalerweise geschlossenen Kontakt 44 eines Stromausfallrelais
45 verbunden. Von dem Kontakt 44 wird die von dem Gleichrichter 39 abgegebene Leistung
über die Leitung 46 zu dem Finger 47 des Steuerschalters 15 geführt. Befindet sich
der Steuerschalter 15 in der vorher beschriebenen Hebestellung, so verbinden die
Segmente 48 und 49 die Leitung 46 über den Finger 50 mit der Leitung 51,
die ihrerseits über die Leitung 52, den Widerstand 53 und die Leitung 54 mit der
entgegengesetzten Seite der Wicklung 5 der Wirbelstrombremse 4 verbunden ist und
eine maximale Erregung dieser Bremse hervorruft.
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Befindet sich der Steuerschalter 15 in der Aus-Stellung gemäß Fig.
i, so steht die Leitung 46 in Zusammenhang mit dem Segment 48 und insofern mit dem
Segment 55. Der Finger 56 bleibt ebenfalls in Berührung mit dem Segment 55, und
das letztere steht durch die Leitung 57 und den Widerstand 58 in Verbindung mit
der Leitung 54, so daß ein mäßiger Strom in der Wicklung 5 der Wirbelstrombremse.I
zum Fließen kommt. Dieser Strom und der erhöhte Strom, der sich aus der Bewegung
des Steuerschalters in die erste Hebestellung ergibt, sind zusammen ausreichend,
um die Wicklung 42 in dem Maße zu erregen, daß sich das Stromrelais 33 in eine Lage
begibt, die der in Fig. i gezeichneten entgegengesetzt ist. Ein Schließen des Unterbrecherschalters
i9: bringt daher die Vorrichtung in einen Zustand, bei dem eine Bewegung des Steuerschalters
in irgendeine der Hebestellungen unverzüglich die Wicklung 22 des Hebekontaktgebers
20 erregt.
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Eine Bewegung des Steuerschalters 15 in die erste Hebestellung bringt
außerdem die Segmente ,59,6o und 61 entsprechend in Kontakt mit den. Fingern 62,
63 und 64 und schließt somit die sekundären Widerstandsstufen 12, 13 und 14 über
die Leitungen 6.5, 66, 67 in einer solchen Weise, daß der Sekundärstromkreis des
Motors i mit erheblichem Widerstand geschlossen wird. Der Motor i wird unter diesen
Umständen sich in der Vorwärtsrichtung beschleunigen, so daß die Last angehoben
wird. Die Geschwindigkeit steigt so lange an, bis die Dreh.momentenle,istung des
Motors i bis zu dem Punkt herunter sinkt, in dem der Gleichgewichtszustand mit dem
Drehmoment herbeigeführt ist, das durch die Last, vermehrt um das Bremsdrehmoment,
hervorgerufen wird, wobei das Bremsdrehmoment durch die Wirbelstrombremse .4 erzeugt
wird. Danach setzt die Last die Aufwärtsbewegung mit stetiger Geschwindigkeit fort.
Wenn die Last schwer ist, so wird die erzielte stetige Geschwindigkeit etwas niedriger
ausfallen, als wenn die Last leicher ist. Indessen hat sich infolge der Eigenschaften
der Wirbelstrombremse 4. herausgestellt, daß der Unterschied nur einen kleinen Bruchteil
der Höchstgeschwindigkeit des Motors i beträgt.
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Durch die Bewegung des Steuerschalters 15 1n die aufeinanderfolgenden
Hebestellungen wird der Sckundärwiderstand des :Motors i allmählich dadurch vermindert,
daß sich die Segmente 68, 69, 7o und 71 mit den Fingern 72, 73, 74 und 75
verbinden, welch letztere ihrerseits über Leitungen 76, 77, 78 und 79 mit den Widerstandskörpern
12, 13 und 14, wie dargestellt, zusammenhängen.
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Da die Steuervorrichtung in aufeinanderfolgende Hebestellungen bewegt
wird, so wird entsprechend die Erregung der Wicklung 5 der Wirbelstrombremse 4 verändert.
Zum Beispiel wird im Falle der Hebestellung 3 die Leistung des Gleichrichters 39
über die Leitung 57 und den Widerstand 58 geleitet und damit die Erregung der Wicklung
5 herabgesetzt. Die Folge ist ein etwas kleineres Gegendrehmoment am Motor i, und
damit ist die Ursache für eine anwachsende Hebegeschwindigkeit gegeben, selbst wenn
die Sekundärwicklung Lies Motors i ungeändert bleibt.
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In der vierten Einstellung des Steuerschalters i5 hängt der Erregungsstrom,
der zu der Wirbelstrombremse geführt wird, von dem Kontakt des Segments 8o mit dem
Finger 81 ab, welch letzterer über die Leitung 82 eine Verbindung mit dein Widerstand
83 herbeiführt, so daß die Erregung, die auf die Wicklung 5 der Wirbelstrombremse
.4 übertragen wird, weiter herabgesetzt wird.
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In allen Hebestellungen des Steuerschalters 15, nach der vierten Hebestellung,
wird die Erregung der Wicklung 5 der Wirbelstrombrelnse 4 abgeschaltet. Wenn dies
geschieht, kehrt das Relais 33 in die in Fig. i dargestellte Lage zurück, und der
Stromkreis wird unterbrochen, von dem die Aufrechterhaltung der Erregung der Wicklung
22 des Hebekontaktgebers 20 vorher abhängig gewesen ist. Unter diesen Umständen
kommt indessen das Steuersegment 84 in Berührung mit dem Finger 85, und somit wird
über die Leitung 86 der Kontakt mit der Leitung 35 und der Zuführungsleitung 18
aufrechterhalten.
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Wenn ein Absenken der Last gewünscht wird und der Steuerschalter 15
sich in der dargestellten Aus-Stellung befindet, steht der Motor i still, die Bremse
6 ist angelegt, und der Motor ist von der Energiezufuhr abgeschnitten. Die Wicklung
5 der Wirbelstrombremse 4 indessen ist, wie weiter oben beschrieben, infolge der
Segmente 48 und _9,5 tnäßig erregt, wobei die genannten Segmente ständig in Kontakt
mit den Fingern 56 und .I7 bleiben, wenn sich der Steuerschalter in der Aus-Stellung
befindet. Eine Bewegung des Steuerschalters in die erste Absenkstellung bringt das
Segment 87 in Kontakt mit dem Finger 50, so daß ein maximaler Erregungsstrom zu
der Wirbelstroinbremse hingeliefert wird. Zu der gleichen Zeit vervollständigen
die
Segmente 88 und 89 durch ihre Berührung mit den Fingern
go und 30 einen Stromkreis von der Netzleitung i8 über die Leitungen 35 und
34, den Kontakt 32, die Leitung 3 i, den Finger 30; den Finger go und die Leitung
gi mit der Wicklung 92 des Absenkkontaktgebers 21. Die Absenkkontaktgeberwicklung
92 wird ihrerseits über die Leitungg3 mit der Netzleitung 16 verbunden, wie dies
in der Zeichnung dargestellt ist. Der Motor i übt indessen in der i. Absenkstellung
des Steuerschalters 15 kein Absenkdrehmoment aus, da dessen Sekundärseite gänzlich
ausgeschaltet bleibt. Die Last indessen kann sich nach unten bewegen, da die Bremse
6 infolge des Schließens des Absenkkontaktgebers 21 gelöst wird. In den aufeinanderfolgenden
Absenkstellungen der Steuervorrichtung 15 wird der Motor durch das Zusammenwirken
der Segmente 94, 95, 96, 97, 98, 99, ioo, ioi und io2 mit den entsprechenden Steuerfingern
einschließlich der Finger 103 und 104, die bisher noch nicht beschrieben worden
sind, dazu veranlaßt, ein entgegengesetztes Drehmoment zu erzeugen, d. h. ein Drehmoment
in der gleichen Richtung wie das Drehmoment, das durch die Last ausgeübt wird, und
zwar in sich ändernder Menge zusätzlich zu dem Drehmoment, das durch die Last hervorgerufen
ist. Auf diese Weise können steigende Absenkgeschwindigkeiten zustande kommen.
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Es kommt hinzu, daß nachErreichen derAbsenkstellung 7 die Erregung
der Wicklung 5 der Wirbelstrombremse 4 dadurch herabgesetzt wird, daß das Segment
87 außer Kontakt mit dem Finger 5o kommt, und in der Absenkstellung 8 wird die Erregung
der Wicklung 5 dadurch begrenzt, daß die Segmente 48 und 55 außer Eingriff mit den
Fingern 47 und 56 gelangen. Zu gleicher Zeit kommt das Segment io5 in Kontakt mit
dem Finger 85, um einen Strom in der Wicklung g2 des Absenkkontaktgebers 2i beim
öffnen des Stromrelais 33 aufrechtzuerhalten.
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Während des Absenkens wird ein erhöhtes Gegendrehmoment, hervorgerufen
durch eine schwere Last, durch eine geringe Steigerung der Geschwindigkeit aufgenommen,
welche das Bremsmoment der Wirbelstrombremse 4 zu einer entsprechenden Steigerung
bringt. Jede Lage der Steuervorrichtung, die diese beim Absenken einnimmt, ruft
eine -Steigerung der Geschwindigkeit entsprechend dem Anwachsen der Last von Null
bis zu einem Maximum eine Änderung hervor, die einen geringen Bruchteil der Höchstgeschwindigkeit
des unbelasteten Motors i nicht übersteigt.
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Da eine Steuerung des Absenkens der Last durch die Geschwindigkeitssteuervorrichtung
ohne Zuhilfenahme eines Ausgleichsgeggendrehmoments, das vom Motor i ausgeübt wird,
erfolgt, besteht keine Gefahr, daß eine geringe Belastung angehoben anstatt abgesenkt
wird, wenn der Steuerschalter in eineAbsenkstellung übergeführt wird. Das Absenken
eines leeren Hakens oder einer sehr leichten Belastung erfolgt daher zwangsläufig.
Auch wird dadurch, daß die Wirbelstrombrernse 4 in der Aus-Stellung ständig erregt
ist, ein augenblickliches Anrucken der Last vermieden, wenn der Steuerschalter 15
vor oder nach dem Heben oder Absenken ein-oder ausgerückt wird.
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Um die Schwierigkeit zu überwinden, die bei gehobener Last entstehen
kann, wenn Energie ausfällt, sei es, daß die Bremse 6 schadhaft wird oder eine andere
mechanische Störung auftritt, wie beispielsweise ein Motorwellenbruch, ist eine
besondere Erregungsstromquelle vorgesehen, welche die Wicklung 5 der Wirbelstrombremse
4 speist. Diese Stromquelle mag durch den Generator 3, der oben erwähnt worden ist,
gegeben sein. Der Generator 3 ist einerseits über die Leitung io6 mit der Wicklung
5 der Wirbelstrombremse 4 verbunden und andererseits über die Leitung
107 und io8 mit dem normalerweise geschlossenen Kontakt iog des Stromrelais
33 in Zusammenhang. Wenn keine Energie zur Verfügung steht, tritt an dem Gleichrichter
39 keine Leistung auf, und der Kontakt iog, der oben erwähnt worden ist,
befindet sich in geschlossener Lage, wie dies in Fig. i dargestellt ist. Von dem
Kontakt zog, ausgehend über die Leitung iio und den normalerweise geschlossenen
Sperrkontakt i i i, die Leitung 112, und den normalerweise geschlossenen Sperrkontakt
113 ist der Generator 3 über die Leitung 114 an die Wicklung i 16 des Stromausfallrelais
45 angeschlossen. Die Wicklung i 16 ist ihrerseits über die Leitung i 17 an die
Leitung 40 und von dort an die entgegengesetzte Seite des Generators 3 angeschlossen.
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Stromausfall allein kann normalerweise nicht zu einem, gefährlichen
Zustand führen, da die Bremse 6, sofern sie in guter Beschaffenheit ist, jede gehobene
Last hält. Da jedoch die Bremse 6 eine Reibungsbremse ist und sich abnutzen kann,
oder da ein Ausfallen einiger anderer mechanischer Teile eintreten kann und dieser
Zustand unter Umständen nicht entdeckt wird, bis Stromausfall eintritt, sa könnte
ein gefährlicher Zustand eintreten, der zu einer beschleunigten Absenkbewegung der
Last Veranlassung geben mag. Dieser Zustand wird indessen bei der Vorrichtung gemäß
der Erfindung nicht eintreten, da ein Beschleunigen des Motors i infolge absinkender
Last den Generator 3 veranlaßt, über den obenerwähnten Stromkreis die Schließung
des Stromausfallrelais 45 zu bewirken und somit einen Stromkreis von dem Generator
3 über die Leitung 107, die Leitung i18, den Kontakt i 1g, die Leitung i
2o zu der Leitung 52 und von dort über den Widerstand 53 und die Leitung 54 zu der
Wicklung 5 der Wirbelstrombremse 4 zu schließen, wobei die Wicklung 5, wie vorher
beschrieben, über die Leitung io6 mit der entgegengesetzten Seite des Generators
3 verbunden ist. Es wird somit ein ausreichender Erregungsstrom geliefert, um ein
sehr langsames Absenken der Last herbeizuführen, selbst wenn diese sehr schwer sein
sollte.
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Diese Notbremse tritt in Tätigkeit, gleichgültig, welche Stellung
der Steuerschalter 15 einnimmt, d. h. die selbsttätige Hilfsvorrichtung wird wirksam
gleichgültig, ob der Steuerschalter sich in einer der Hebe- oder Absenkstellungen
oder aber in der
Aus-Stellung befindet. Dies steht im Gegensatz
zu den Eigenschaften der üblichen, mit Gleichstrom betriebenen, dynamischen Bremsen
von Windensteuerungen, bei denen die für das Absenken bestimmte Hilfsvorrichtung
im Falle des Ausbleibens des Stromes oder beim Eintreten einer mechanischen Störung
abhängig davon ist, daß d°r Steuerschalter entweder in der Aus-Stellung oder in
einer der Absenkstellungen sich befindet. Wenn jemand, der ein derartiges System
bedient, infolge der Aufregung beim Auftreten einer unvorhergesehenen Störung den
Steuerschalter in eine der Hebestellungen bewegt, so wird die Last herunterfallen.
Ein solcher Unglücksfall ist bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung vermieden,
da das Stromausfallrelais 45 sich schließt, sofern der Generator 3 überhaupt angetrieben
ist, und ein Stromausfall das Stromrelais 33 zurÖffnung bringt, gleichgültig, welche
Lage der Steuerschalter 15 einnimmt.
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Wenn es gewünscht wird, kann auch ein Akkumulator als Hilfsstromquelle
für den Erregungsstrom an Stelle des Generators 3 vorgesehen sein. Sollte ein Akkumulator
Verwendung finden, so ließe sich dieser so anordnen, daß er durch den Gleichrichter
39 wieder aufgeladen wird.
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Wenn eine Hilfsvorrichtung der obenerwähnten Art nicht erwünscht ist,
so können der Generator 3 und die Relais 33 und 45 offensichtlich fortgelassen werden.
Es kann auch gegebenenfalls der Generator 3 beibehalten und der Gleichrichter 39
fortgelassen werden. Wird ein Generator nach Art des Generators 3 als Erregungsstromquelle
benutzt, so läßt sich eine bessere Geschwindigkeitsregelung durch die Wirbelbremse4
in Abhängigkeit von Änderungen des Erregungsstromes erzielen, die durch die Geschwindigkeitsänderungen
des Generators hervorgerufen werden.
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Wird ein Motor großer Bauart verwendet, so können die Geschwindigkeitssteuervorrichtungen
gemäß der Erfindung so durchgebildet sein, daß ein leichter Trommelsteuerschalter
oder Wählschalter Verwendung findet und alle Belastungsströme über magnetische Kontaktgeber
geschaltet werden. Eine so ausgebildete erfindungsgemäße Vorrichtung kann entsprechend
Fig. 2 gestaltet werden.
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Wie Fig.2 zeigt, wird die Energie von einer Stromquelle 121 geliefert,
die über den Hebekontakt geber 122 und den Absenkkontaktgeber 123 mit den Anschlußleitungen
124 des Motors 125 in solcher Weise verbunden ist, daß ein Vor- und Rückwärtsantrieb
des Motors erzielt werden kann. Die Sekundärseite des Motors 125 ist über Leitungen
126 mit einem Stufenwiderstand üblicher Form verbunden, wie dies in dem gestrichelten
Rechteck 127 angedeutet ist. Der Stufenwiderstand ist über Leitungen, wie dies die
Figur zeigt, mit magnetischen Kontaktgeberschaltern 128, 129, 130, 131 und 132 verbunden,
wobei diese Schalter dazu dienen, bei ihrem Schließen den äußeren Widerstand der
Sekundärseite des Motors 125 jeweils zu ändern.
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Auf der Welle 133 des Motors 1-25 sind ein Generator 134 und eine
Wirbelstrombremse 13,3 mit einer Wicklung 136 angebracht. Links vom Motor 125 und
ebenfalls auf der Welle 133 angebracht befindet sich eine magnetisch ausrückbare,
mechanische Bremse 137. Maßnahmen zum Anheben der Last sind ebenfalls in Form einer
Hebetrommel 132 vorgesehen, die auch auf der Welle 133 angebracht ist. Mit
der Stromquelle 121 ist über die Leitung 139 und den Transformator 14G ein Gleichrichter
141 verbunden; dieser liefert den normalen Erregungsstrom für die Wicklung
136 der Wirbelstrombremse 135. Die abgegebene Leistung des Gleichrichters
141 gelangt über die Leitung 142 zu dem normalerweise geschlossenen Kontakt 143
eines Energieausfallrelais 1,44 mit Spule 144, und von dort über die Leitung 145
zu der Wicklung 146 des Stromrelais 147. Von der Wicklung 146 führt die Leitung
148 zu den normalerweise offenen Kontakten der Erregungsrelais 149 und i5o (s. Figur).
Über die Leitung 151 und 152 und über die Widerstände 153 und 154 verläuft der Stromkreis
über die Leitung 155 zu einer Klemme der Wicklung 136. Die gegenüberliegende Klemme
der Wicklung 136 ist über die Leitung 156 und die Leitung 157 rückkehrend mit dem
Gleichrichter 141 in Verbindung. Auf diese Weise wird der Erregungsstrom der Wicklung
136 zugeführt, wenn eines der ErregungsreIais 149, 150 sich schließt. Ein
derartiger Erregungsstrom ist dann schwächer, wenn nur der Kontaktgeber i5o geschlossen
ist. Wenn der Kontaktgeber 149 geschlossen ist, steigt der Erregungsstrom mit Rücksicht
darauf an, daß in dem Stromkreis nur ein geringer Widerstand vorhanden ist.
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Um das Öffnen und. Schließen der Erregungsrelais 149 und i5o zu steuern
und um bestimmte Widerstände des Stufenwiderstandes 127 auszuschalten, ist ein trommelartiger
Steuerschalter 158 vorgesehen. Bewegt sich der Steuerschalter in die erste Aufzugstellung,
so stellt die Berührung des Segments 159 mit dem Finger 16o eine Verbindung zwischen
der Wicklung des Erregungsrelais 150 über die Leitung 161 mit dem Segment 162 her
und von dort über den Finger 163 und die Leitung 164 eine direkte Verbindung mit
der Stromquelle 121. Die gegenüberliegende Seite der Wicklung des Erregungsrelais
i5o ist über die Leitung 165 ebenfalls mit der Stromquelle 121 in Zusammenhang,
so daß das Relais i5o zum Schließen gebracht und damit ein Strom in der Wicklung
des Stromrelais 147 hervorgerufen wird.
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Zu der gleichen Zeit bewirkt eine Kontaktgabe des Segments iSo mit
dem Finger 181 ein Schließen des Erregungsrelais 149 mit Rücksicht auf die Leitung
182, mit welcher es verbunden ist. Dies führt zu einem Schließen des normalerweise
offenen Kontaktes 166 des Stromrelais 147, und es wird sa ein Weg über die Leitung
167, 168, den Finger 169, das Segment 17o, das Segment 171,
den Finger 172
und die Leitung 173 zu der Wicklung des Hebekontaktgebers 122 geschaffen. Die Wicklung
des Hebekontaktgebers 122 ist ihrerseits über die Leitung 174, den Begrenzungsschalter
175 und die Leitung 176 zu der Stromquelle 121 geführt,
so daß der
Hebekontaktgeber 122 zum Schließen gebracht wird. Zu der gleichen Zeit vervollständigt
das Segment 177 durch Kontaktgabe mit dem Finger 178 einen Stromweg über
die Wicklung des Widerstandskontaktgebers129, wobei dieser Stromweg von der Stromquelle
121 über die Leitung 165 und von dort über die Wicklung des Kontaktgebers 129 und
die Leitung 179 zu dem Finger 178 führt. Von dem Finger 178 fließt der Strom über
das Segment 177, das Segment 170, den Finger 169, die Leitung 168, den Kontakt 166
und die Leitung 167 zurück zu der Stromquelle 1 2 1.
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Auf diese Weise ist ein vorbestimmter Wider-Stand in der Sekundärseite
des Motors 125 und eine vorbestimmte Erregung der Wirbelstrombremse 135 geschaffen,
und der Motor 125 bewegt sich in der Heberichtung.
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Wird der Steuerschalter 158 in die zweite Hebestellung bewegt, so
kommt das Segment iSo außer Berührung mit dem Finger 181, und der Strom für die
Wicklung des Erregungsrelais 149 wird unterbrochen. Der Strom in der Wicklung 136
der Wirbelstrombremse 135 wird demgemäß herabgesetzt. Dadurch kann der Motor 125
mit höherer Geschwindigkeit laufen. Zu gleicher Zeit kommt das Segment 183 mit dem
Finger 184 in Kontakt und es wird somit ein Stromkreis geschaffen, der sich von
der Stromquelle 121 zu dem Kontakt 166 und den vorher beschriebenen Leitungen zu
der Leitung 185 und dem Verriegelungskontakt 186 des Widerstandskontaktgebers 129
zu der Leitung 187 erstreckt, welch letztere mit der Wicklung des Widerstandskontaktgebers
13U zusammenhängt, so daß'letzterer veranlaßt wird, sich zu schließen. Auf diese
Weise wird der Sekundärwiderstand des Motors 125 weiter herabgesetzt und somit ebenfalls
dazu beitragen, das die Geschwindigkeit des Motors i25 ansteigt.
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In der dritten Hebestellung des Steuerschalters 158 verläßt
das Segment 159 den Finger 16o, so daß die Wirbelstrombremse 135 entregt wird. Zu
der gleichen Zeit verläßt das Segment 183 den Finger 184., und der Widerstandskontaktgeber
130 öffnet sich. Beim völligen Fortfall des Bremsmoments der Wirbel,strombremse.135
steigert der Motor 125 seine Geschwindigkeit, trotzdem der Sekundärwiderstand etwas
herabgesetzt ist.
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In der vierten Hebestellung des Steuerschalters 158 kommt das Segment
188 mit dem Finger 184 in Kontakt, und wenn alle anderen Bedingungen konstant bleiben,
findet wiederum ein Schließen des Widerstandskontaktgebers 130 statt, leas eine
weitere Steigerung der Geschwindigkeit des Motors 125 zur Folge hat.
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In der fünften Aufzugstellung des Steuerschalters 158 gelangt das
Segment 189 in Berührung mit dem Finger igo, und das Segment igi kommt in Kontakt
mit dem Finger 192. Das Ergebnis ist, daß die Widerstandskontaktgeber 13.1 und 132
geschlossen werden und daß der Sekundärwiderstand im Motor auf ein Minimum absinkt
und der Motor veranlaßt wird, bei maximaler Geschwindigkeit zu laufen. Wird der
Steuerschalter 158 in Absenkrichtung bewegt, und zwar in die erste Stellung, soI
verursachen die Segmente 193 und 194 durch Berührung mit den Fingern 16o und igi
eine maximale Erregung der Wicklung 136 der Wirbelstrombremse 135. Zu der gleichen
Zeit vervollständigt die Kontaktgabe des Segments 195 mit dem Finger 169 und des
Segments 177 mit dein Finger 196 einen Stromkreis über die Leitung 19.7 und über
die Windung des Absenkkontaktgebers 123, der mit der Stromquelle durch die Leitung
165 verbunden ist. Die Energie zur Auslösung der Bremse 137 wird somit geliefert,
indessen wird mit Rücksicht auf den offenen Zustand des Sekundärstromkreises des
Motors 125 dadurch kein Drehmoment ausgeübt, und .das Absenken der Last ist mithin
gänzlich unter Kontrolle der Wirbelstrombremse 135.
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Die Bewegung des Steuerschalters 158 in die zureite Absenkstellung
bringt das Segment 171 in Berührung mit dem Finger 198. Dadurch wird der Widerstandskontaktgeber
128 geschlossen und der Motor 125 wird veranlaßt, ein geringes Drehmoment zur Erhöhung
des Drehmoments auszuüben, das durch die Last beigesteuert wird, und auf diese Weise
wird der Wirbelstrombrernse 135 mit höherem Moment entgegengewirkt.
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Eine Bewegung des Steuerschalters 158 in die dritte Absenkstellung
bringt das Segment igi in Kontakt mit dem Finger 18,.. Dadurch wird der Widerstandskontaktgeber
130 geschlossen und es wird weiterhin das Gegendrehmoment des Motors 125 erhöht,
was zu einem Anwachsen der Absenkgeschwindigkeit führt.
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Eine Bewegung des Steuerschalters 158 in die vierte Absenkstellung
bringt das Segment ig-. dazu, den Finger 181 zu verlassen, während das Segment igg
zur Anlage an den Finger 192 kommt. Somit wird die Erregung der Wicklung 136 der
Wirbelstrombremse 135 verringert, und der Sekundärwiderstand des Motors 125 wird
durch das Schließen -des Widerstandsko.ntaktgebers'i31 herabgesetzt. Das Ergebnis
ist eine gesteigerte Absenkgeschwindigkeit.
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Eine Bewegung des Steuerschalters 158 in die fünfte Absenkstellung
veranlaßt das Segment 193 dazu, den Finger 16o zu veranlassen, wodurch die Erregung
der Wicklung 136 der Wirbelstrombremse 13.5 unterbrochen wird. Zur gleichen Zeit
wird das Segment i7o an den Finger igo angelegt, so daß sich der Widerstandskontaktgeber
132 schließt und der äußere Widerstand in dem Sekundärteil des Motors 125 auf ein
Minimum herabgesetzt wird. Das Ergebnis ist eine maximale Absenkgeschwindigkeit,
und die Bremswirkung wird dann abhängig von den regenerativen Bremsgeschwindigkeiten
bei Überschreitung der Synchrongeschwindigkeit des Motors 125.
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Bei hohen Hebe- und Absenkgeschwindigkeiten (in diesem Zustand ist
die Wirbelstrombremse 135 nicht erregt) wird die Schließung des Hebekontaktgebers
122 und des Absenkkontaktgebers 123 durch entsprechende Kontaktverbindungen zwischen
Segmenten
und Fingern am Steuerschalter 158 herbeigeführt.
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Bei Stromausfall und gleichzeitiger Störung an der mechanischen Bremse
137 oder einer sonstigen mechanischen Störung wird trotzdem eine sichere
Absenkbewegung erzielt, weil eine besondere Erregungsstromquelle, wie beispielsweise
ein Generator 13q., mit der Wicklung r3-6 über den normalerweise offenen Kontakt
2o3 des Stromausfallrelais 144 verbunden ist. Das Schließen des Stromausfallrelais
144 mit seiner Erregerspule 144d erfolgt, wenn der Hebekontaktgeber 122 und der
Absenkkontaktgeber 123 weiter offen sind und wenn das Stromrelais 147 entregt ist,
vorausgesetzt natÜrlich, daß der Generator 134 angetrieben wird. Auf diese Weise
wird die Last mit sicherer Geschwindigkeit abgesenkt, selbst dann, wenn die Stromduelle
121 versagt und die Bremse so viel Beschädigung erlitten hat, daß sie nicht mehr
in der Lage ist, die Last gegen Herunterfallen zu schützen, oder wenn irgendeine
andere mechanische Störung vorliegt.
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Gegebenenfalls kann im Sinne der Anordnung nach Fig. i auch die Vorrichtung
gemäß Fig. 2 so angeordnet werden, daß die Erregung der Wirbelstrombremse 135 aufrechterhalten
wird, während der Steuerschalter 158 sich in der Ausschaltstellung befindet. Zu
diesem Zweck ist es nur notwendig, die Steuersegmente 159 und 19,3 so miteinander
zu verbinden, daß sie ständig im Eingriff mit dem Finger 16o bleiben, und ferner
die Segmente 162 und 200 so zu vereinigen, daß sie ständig in Kontakt mit dem Finger
163 bleiben. Wie schon weiter oben auseinandergesetzt, verleiht die Vorerregung
der Wirbelstrombremse 135 der Bedienungsperson eine bessere Beherrschung der Last
in dem Augenblick, in dem der Steuerschalter entweder von der Hebe- oder von der
Absenklage in die Ausschaltstellung oder aus ihr heraus bewegt wird.
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Obgleich Wirbelstrombremsen an sich nichts Neues darstellen und die
Einzelheiten dieser Bauart keinen Teil der Erfindung bilden, ist in Fig. 3 in einfacher
schematischer Form ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gezeigt, wie diese
für die Zwecke der Erfindung geeignet ist.
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Gemäß Fig. 3 entspricht der dort dargestellte Motor 21g dem Motor
i in Fig. i oder dem Motor 125 in Fig. 2. Der Rahmen des Motors 2i9 trägt eine magnetisch
ausrückbare, mechanische Bremse 2o4 entsprechend der Bremse 6 in Fig. i oder der
Bremse 137 in Fig.2. Rechts vom Motorgig und zur Veranschaulichung einer Vorrichtung
zum Heben der Last ist eine Trommel 2o5 entsprechend der Trommel 8 in Fig. i und
der Trommel 13$ in Fig. 2 dargestellt.
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Die Trommel 205 soll nur eine typische Art der Belastung veranschaulichen.
Der Motor 21g kann natürlich auch über ein Getriebe oder auf andere Weise mit irgendeiner
Last in Zusammenhang gebracht werden. Rechts von der Trommel 205
befindet
sich ein Generator 2o6, der dem Generator 3 gemäß Fig. i oder dem Generator 134
gemäß Fig. 2 entspricht. Rechts vom Generator 2o6 ist eine Wirbelstronibremse veranschaulicht
(allgemein gekennzeichnet durch das Bezugszeichen 207). Nach dem Ausführungsbeispiel,
das Fig. 3 und in größerem Maßstab Fig. q. veranschaulicht, besteht die Wirbelstrombremse
2o7 aus einem ortsfesten Rahmen, der aus einer Abschlußplatte 2o8 gebildet wird,
die mit Hilfe von in Abständen angeordneten Flügeln Zog mit einem stationären Feldring
210 verbunden ist. Diese Teile sind zweckmäßig durch Schweißen oder Gießen cinstückig
ausgebildet und stellen den ortsfesten Rahmen der Bremse 207 dar. Nach innen erstreckt
sich von dem Feldring 21o eine Anzahl von im Abstand angeordneten magnetischen Fingern
oder Polen 211, die so geformt sind, daß sie einen ringförmigen Weg bilden, innerhalb
dessen die Erregungswicklung 212 in Toroidform untergebracht ist.
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In der Mitte der ortsfesten Stirnplatte 2o8 ist ein Lager 213 vorgesehen,
in welchem die Welle 214 drehbar gelagert ist. Mit der Welle 214 ist die dadurch
ebenfalls mit der Welle drehbare Nabe 215 fest verbunden. Am Umfang der Nabe befinden
sich im Abstand voneinander eine Anzahl von Kühlungsflügeln 216, welche an ihren
Außenkanten in ein umlaufendes Band aus magnetischem Werkstoff 217 übergehen. In
diesem Band kommen Wirbelströme zur Entstehung, wenn eine Relativbewegung zwischen
dem Band 217 und den Fingern 211 auftritt, unter gleichzeitiger Erregung eines Stromflusses
in der Wicklung 212. Die Verwendung von Kurzschlußstäben, die in. das Band
217 eingebettet sind, um die Bildung von Wirbelströmen zu erleichtern, ist nicht
notwendig, aber man kann etwas derartiges vorsehen, wenn es gewünscht wird. Des
weiteren ist mit der Welle 214 eine Zentrifugalgeb-läseanordnug -218 vereinigt,
um mit der Welle in Umdrehung versetzt zu «-erden und auf diese Weise einen Luftstrom
zu erzeugen, der die Vorrichtung durchsetzt und etwaige in der Vorrichtung auftretende
Wärmeansammlungen unterdrückt oder beseitigt. Die Wirbelstrombremse 207 entspricht
der entsprechenden Vorrichtung ..1 in Fig. i und 135 in Fig. 2.
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Wenngleich bei der vorstehend beschriebenen Vorrichtung eine Gegenbelastung
des Motors und damit eine Energieverschwendung in allen Fällen zu beobachten ist,
abgesehen von dem Fall, daß der Motor mit voller Geschwindigkeit läuft, kann der
dadurch hervorgerufene Wirkungsgradverlust doch im Hinblick auf die verbesserte
Geschwindigkeitsregelung des Motors als tragbar angesehen werden.
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Es sind zwar bereits Versuche angestellt worden, um die Geschwindigkeitsbelastungscharakteristik
einer Wechselstrommaschine durch Drehmoinenthemmungsvorrichtungen zu verbessern.
Indessen sind dabei mechanische keibungsvorrichtungeii entsprechend den Zustandsbedingungen
des Motors gesteuert worden. Eine derartige Vorrichtung hat den Nachteil großer
Schwankungen der Reibungskoeffizienten in Abhängigkeit von Schwankungen der Temperatur,
dem Abnutzungsgrad und dem Vorhandensein oder Fehlen von Schmiermitteln.
Die
Erfahrung hat gezeigt, daß die Reibungskoeffizienten in so großem Maße schwanken,
daß genügend zuverlässige Drehmomentenverhältnisse für einen erfolgreichen Betrieb
auf diese Weise nicht erzielbar sind.
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Die Geschwindigkeitssteuervorrichtung gemäß der Erfindung hat Eigenschaften,
die in keiner Weise von der Anlage reibender Teile abhängen. Änderungen der Temperatur
haben nur eine geringe Rückwirkung auf das sich ergebende Verhalten, so daß die
erfindungsgemäße Verrichtung ein beständiges Verhalten während ihrer normalen Lebensdauer
zeigt. Somit wird durch verhältnismäßig einfache, zuverlässige und robuste Mittel
eine Geschwindigkeitsregulierung und Steuerung von Hebezeugen erreicht unter Verwendung
eines Wechselstromaggregats, das sich günstiger verhält als ein Gleichstromaggregat.
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Aus der vorstehenden Erläuterung ist zu ersehen, daß die Fig. i und
2 zwei Ausführungsbeispiele eines Geschwindigkeitssteuerschalters für einen Wechselstrommotor
in Form einer Wirbelstrombremse 4 bzw. 135 zeigen, die von der Welle des Motors
i bzw. i25 angetrieben wird und Wicklungen 5 bzw. 136 besitzt, welche letztere
eine Erregung bewirken, damit Wirbelströme entstehen, die ein magnetisches Feld
als. Bremsmittel gegen die Drehung des Motors erzeugen.
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Bei beiden Ausführungsbeispielen steht die Stromlieferung zu den Wicklungen
5 bzw. 136 der Wirbelstrombremse4. bzw. 135 in einem vorher bestimmten Verhältnis
zu der Strommenge, die dem Motor i bzw. 125 zugeführt wird. Bei beiden Ausführungsformen
der Erfindung besitzen die Stromzuführungsvorrichtungen Mittel, durch welche die
Erregung der Wicklungen der Wirbelstrombremse verändert wird, ferner Mittel zur
Einstellung der für dem Motor zugeführten Energiemenge und schließlich hiermit zusammenwirkende
Einrichtungen, um gleichzeitig die Erregung der Wicklungen der Wirbelstrombremse
und die dem Motor zugeführte Energiemenge zu bestimmen.