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Selbsttätig aufwickelnde Kabeltrommel für ortsveränderliche elektrische
Maschinen
Die Erfindung betrifft eine selbsttätig aufwickelnde Kabeltrommel für ortsveränderliche
elektrische Maschinen, bei denen das durch den Kabelzug hervorgerufene Drehmoment
an der Kabeltrommel bzw. der Kabelzug mittels eines Getriebes mit veränderlichem
Übersezzungsverhältnis annähernd gleichbleibend gehalten wird.
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Es ist eine selbsttätige Kabelaufwiclçelvorrichtung für ortsveränderliche
elektrische Maschinen bekannt, bei denen eine gleichbleibende mechanische Zugbeanspruchung
des Kabels dadurch angestrebt wird, daß ein die Trommel antreibender Motor durch
Regelvorrichtungen in seiner Umlaufgeschwindigkeit und Umlaufrichtung entsprechend
der Fortbewegung des. Gerätes gesteuert wird. Dies wird dadurch erreicht, daß unter
Zwischenschaltung eines Umlaufgetriebes zwischen Motor und Kabeltrommel die Drehzahl
eines durch Bürstenverschiebung geregelten Einphasenmotors sich dem gewünschten
Drehmoment anpaßt. Dieser Lösung haftet der Nachteil an, daß die Verstellkräfte
erheblich sind und dadurch die Einhaltung einer mäßigen und gleichbleibenden Kabelspannung
erschwert wird.
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Ein anderer Vorschlag sieht vor, die Drehzahl eines die Kabeltrommel
antreibenden Gleichstrommotors dadurch zu beeinflussen, daß die bekannte Eigenschaft
eines Kohleplattenwiderstandes, seinen
Widerstandswert in Abhängigkeit
vom Druck zu ändern, zur Regelung des Motors benutzt wird.
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Dieser Vorschlag stellt insofern keine einwandfreie Regelung dar,
als der Kohleplattenwiderstand nicht unter gleichen Bedingungen in gleichem Maße
seinen Widerstandswert ändert.
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Eine weitere Lösung der Aufgabe ist durch den Vorschlag bekanntgeworden,
zwischen der Laufradwelle des Gerätes und der Kabeltrommel ein Getriebe mit veränderlichem
Übersetzungsverhältnis einzuschalten, das durch die Schwankungen des Drehmomentes
an der Kabeitrommel bzw. des Kabelzuges gesteuert wird. Der Vorschlag findet seine
Lösung in einem mechanischen Kegelrollenantrieb, der den Nachteil dauernden Verschleißes
und Beschränkung auf geringe übertragbare Leistungen und geringen Regelbereich besitzt.
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Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, daß als Antriebsgetriebe ein
Ölmotor etwa nach der Art der Thoma-Getriebe dient und daß ein in bekannter Weise
von den Schwankungen des Kabelzuges bzw. des Drehmomentes an der Kaheltrommel gesteuertes
Gestänge die Leistung der den Ölmotor speisenden Ölpumpe in entsprechender Weise
regelt.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es nur bei Einschalten
eines mit sehr geringen Verstellkräften in einem weiten Bereich stufenlos regelbaren
Getriebes zwischen Motor und Kabeltrommel möglich ist, die Forderung gleichbleibender
Kabeispannung zu erfüllen. Die Erfindung erlaubt die Verwendung eines gewöhnlichen
Kurzschlußläufermotors an Stelle eines Sondermotors, der beispielsweise im Stillstand
dauernd die NSennspannung ertragen muß oder oftmalig aus- und eingeschaltet wird.
Die Drehzahl des vorgeschlagenen Ölmotors kann in einfacher Weise dadurch geregelt
werden, daß die ihm zugeführte t) lmenge durch mittels eines einfachen Gestänges
bewirkte Hubverstellung der Pumpe geändert wird.
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Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich durch gedrängte Bauart,
niedriges Gewicht und hohen Wirkungsgrad aus.
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Als steuernde Größe für die Regelung der Kabeltrommel drehzahl in
Abhängigleeit keit von der Marschgeschwindigkeit des Gerätes kann entweder das an
der Kabeltrommel aufzuvwendende Drehmoment oder die von der ablaufenden Kabeltrommel
an einer Leitrolle angreifende Kraft oder auch der Seildurchhang, die beide dem
Seilzug verhältnisgleich sind, gewählt werden.
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Die steuernden Kräfte können dadurch wirksam gemacht werden, daß
dile Ölpumpe mittels eines Kolbenzylinders gesteuert wird, dessen auf der einen
unter dem in der Ölleitung herrschenden und auf der anderen Seite unter Feder- oder
Gewichtsdruck stehender Kolben die Leistung der Pumpe derart regelt, daß gleichbleibender
Druck in der :) 1-leitung erzeugt wird. Gemäß einem anderen Vorschlag kann die Ölpumpe
mittels eines vor und hinter dem Kolben beaufschlagten Zylinders gesteuert werden,
dessen von einer selbständigen Pumpe, beispielsweise Leckölpumpe gespeiste Zuleitungen
durch ein vom Kabelzug abhängiges Ventil entsprechend den wechselnden Belastungen
geöffnet und geschlossen werden. Nach einem weiteren Vorschlag kann das Ventil zusätzlich
von einem, von dem in der Ölleitung der Ölpumpe herrschenden Öldruck abhängigen
Regler gesteuert werden.
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Zur Vermeidung einer stoßweislen Regelung des Kaheltrommelantriebes
kanneineregelbareDrosselstelle in die Leitung zum Servomotor eingeschaltet sein.
Um das überschreiten einer bestimmten Kabelzugspannung als Folge einer Störung im
Antrieb der Kabeltrommel zu vermeiden, kann auf der Getriebehochdruckseite ein Uberdruckventil
angeordnet werden, das bei Überschreiten eines einstellbaren Druckes anspricht und
das von der Ölpumpe geförderte Öl ins Freie entweichen läßt bzw. den direkten Kurzschluß
zur Niederdruckseite herstellt.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung an drei schematisch dargestellten
Ausführungsbeispielen erläutert.
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In Abb. I wird die Kabeltrommel Tr mit dem aufzuwickelndem Kabel
K über ein Untersetzungsgetriebe UG von dem als. ÖlmotorM ausgebildeten Getriebesekundärteil
angetrieben. Dieser ist mit dem als ölpumpe ausgebildeten Getriebeprimärteil durch
je eine Druck- DL und Saugleitung SL verbunden. Die Fördermenge der Ölpumpe P ist
durch das Stellzeug SH regelbar. Im Ruhestand der Trommel Tr arbeitet der Primärteil
P mit sehr kleinem Kolbenhub, so daß nur so viel Öl gefördert wird, um unter Ergänzung
des durch Undichtigkeiten im gesamten Kreislauf auf Nebenwegen abfließenden Öls
das gewünschte Drehmoment an der Trommel Tr zu erreichen. Beim Fahren des Gerätes
würde je nachdem, ob das Kabel auf- oder abzuwickeln ist, bei festgehaltener Hubeinstellung
der Ölpumpe P der Öldruck absinken oder ansteigen und damit würde sich das auf die
Trommel Tr ausgeübte Moment ändern. Um dies zu vermeiden, wird erfindungsgemäß der
Druck in der Ölleitung konstant gehalten, was auf folgende Weise erreicht wird:
An die Druckleitung DL ist mittels einer Leitung mit der Drosselstelle D ein Servomotor
so angeschlossen, daß sein Kolben Ko einerseits dem Druck des Öls, andererseits
dem Druck einer Feder F oder eines Gewichts ausgesetzt ist. Bei abnehmendem Betriebsdruck,
beispielsweise durch Marsch des Gerätes in Richtung der Speisequelle der elektrischen
Energie, wird der Kolben Ko von der Feder F in der gezeichneten Lage nach links
gedrückt und verstellt damit über das Gestänge G den Stellhebel SH an der Pumpe
P und damit auch ihre Fördermenge im Sinne einer Vergrößerung, womit das Drehmoment
am Getriehemotor M ansteigt und eine Aufwicklung des Kabels K bewirkt, beim Abwickeln
des; Kabels K will zuerst der 01-druck ansteigen und bewirkt hierdurch eine Verkürzurig
der Feder und damit eine Verstellung des Stellhebels Sil auf kleineren bzw. über
die Nullstellung hinaus auf entgegengesetzten Hub.
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Durch diese sehr rasche Einstellung auf gleichbleiblenden Öldruck
wird auf die Kabeltrommel K dauernd ein in seiner Höhe praktisch unveränder-
liches
Drehmoment ausgeübt, wobei die bei Veränderungen der Marschgeschwindigkeit des Gerätes
auftretenden Schwankungen infolge der stufenlosen Regelung und des schnellen Arbeitens
der Hydraulik äußerst gering gehalten werden.
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Bei noch weitergehenden Ansprüchen an die Konstanz des Drehmomentes
ist es beispielsweise auch ohne wesentliche Vergrößerung des Aufwandes an Steuermitteln
möglich, den Arbeitskolben durch eine Vorsteuerung zu betätigen, wodurch die Verstellkräfte
beliebig klein gehalten werden können.
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Abb. 2 zeigt eine Ausführungsform des Erfindungsgedankens, bei dem
die Kabelspannung unmittelbar als steuernde Größe dient: Das über die Leitrolle
L ablaufende Kabel K übt auf die mittels des zweiarmigen Hebels H einstellbar aufgehängt
Rolle L einen Druck aus, der in seiner Höhe vom Kabelzug abhängt; beispielsweise
wird die Leitrolle L bei Fahrt des Gerätes von der Speisequelle weg entgegengesetzt
der Zugkraft der Feder F nach unten gedrückt, wodurch der Steuerschieber Sclz aus
seiner Mittellage verstellt wird; hierdurch kann das von einer, meist für die Leclrölergänzung
des Getriebes ohnedies erforderlichen, üblicherweise als Zahnradpumpe ausgeführten
Pumpe gelieferte Drucköl durch die nun freigegebene untere Leitung UL zum Servomotor
SM gelangen und den Arbeitskolben Ko nach oben drücken, wodurch gleichzeitig über
das angehängte Gestänge G der Hub des Primärteiles des Getriebes mittels des Stellhebels
SH auf einen kleineren Wert eingestellt wird, so daß die geförderte Ölmenge und
damit auch der Öldruck zurücligehen, womit gleichzeitig das vom Ölmotor M an der
Kabeltrommel K entwickelte Drehmoment kleiner wird und somit ein Abwickeln des Kabels
IC von der Trommel Tr gestattet. Umgekehrt wird die Leitung OL zum Servomotor SM
freigegeben und der Arbeitskolben KO nach unten gedrückt, wenn das Gerät sich zu
der Speisequelle hin bewegt, so daß die Leitrolle L in Richtung der Zugkraft der
Feder F nach oben geführt wird.
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Weg, en ihrer großen Masse besitzt die Kabeltrommel ein erhebliches
Trägheitsmoment, und es muß daher bei Anwendung des Erfindungsgedankens darauf geachtet
werden, daß bei einer Verstellung des Arbeitskolbens nach Abb. I bzw. des Steuerschiebers
nach Abb.a als Folge einer Geschwindigkeitsänderung des Gerätes der gewünschte Endzustand
sich nicht stoßweise einstellt, sondern daß die Drehbewegung des Getriebeölmotors
sanft einsetzt. Erreicht wird dies durch geeignete Drosselung des Steueröls, beispielsweise
gemäß Abb. I und 2 durch Einschalten einer regelbaren Drosselstelle D in die Leitung
zum Servomotor, wobei diese Drosselung so zu bemessen ist, daß die Verstellgeschwindigkeit
für die größten vorkommenden Geschwindigkeitsänderungen des Gerätes genügt, andererseits
Überregelungen oder zu schnelles Arbeiten der Hydraulik vermieden werden.
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Der in Abb. I dargestellte Vorschlag der unveränderlichen Aufrechterhaltung
eines einmal einzustellen den Betriebs druckes und damit eines gleichbleibenden
Drehmomentes an der Trommel hat bei sehr vielen Lagen, also sehr großer Kabellänge
wegen des dann größeren Winkeldurchmessers zur Folge, daß der Kabel zug bei voll
aufgewickeltem Kabel etwas geringer ist als bei nahezu leerer Trommel; ebenso bringt
veränderliche Reibung in den Lagern der Kaheirolle bzw. etwaiger Führungs-un1d Leitrollen
eine gewisse Unsicherheit in der Einstellung der tatsächlichen Zugspannung im Kabel
mit sich; bei sehr vielen Führungsrollen oder Führung des Kabels auf dem Gerät auf
mehrmals abgewinkeltem Weg mag es auch bei einer Ausführung gemäß der in Abb. 2
beschriebenen Weise, bei der die Zugspannung im ablaufenden Kabel unveränderlich
gehalten wird, vorkommen, daß infolge der beim Auf-und Abwickeln jeweils in entgegengesetzter
Richtung angreifenden Reibungskräfte trotz der konstanten Zugspannung im ablaufenden
Teil die Drehmomenterzeugung an der Kabeltrommel zu sehr schwankt, so daß ein ordnungsgemäßes
Auf-bzw. Abwiclieln des Seiles behindert wird.
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In diesem Falle ist es auch möglich, sowohl das vom Getriebe entwickelte
Drehmoment als auch die Kabel spannung, gemessen durch die Einstellung einer L'eitrolle
nach Abb. 2, als steuernde Größen gemeinsam zu verwenden; Abb. 3 zeigt dies: Ein
an die Hodidruckseite des Getriebes angeschlossener Druclikolben Dz wirkt auf den
Hebel H in gleichem Sinne wie die vom Kabelzug an der Leitrolle aus.-geübte Kraft;
beiden hält die ZugfederF das Gleichgewicht. Die Wirkungsweise dieser abgeänderten
Steuerung ist die, daß sowohl die auf den Kolben DK als auch die auf die Leitrolle
L vom Kabel K her einwirkende Kraft auf die Steuerung des Getriebes in gleichem
Sinne einwirken und vor allem aber auch jede Größe für sich allein einen Regelvorgang
einleiten kann; es wird also nicht nur das Drehmoment an der Kabeltrommel oder allein
die Zugspannung im ablaufenden Kabel unabhängig von dem Trommeldre'hmoment konstant
gehalten, sondern in überraschend einfacher Weise werden beide Größen gleichzeitig
unveränderlich gehalten, so daß irgendwelche Reibungskräfte zwischen den beiden
Meßstellen auf die endgültige Einstellung keinen Einfluß mehr ausüben können.
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Die Ausbildung des Servomotors, der in den Abb. I bis 3 mit geradlinig
verschieblichen Arbeitskolben dargestellt ist, kann auch in der Weise erfolgen,
daß eine Drehbewegung unter der Wirkung des Steueröles erfolgt, wodurch sich ein
besonderes Gestänge für die Kraftübertragung auf den Schwenkmechanismus des Primärteiles
erübrigt, da die Regelwelle des Servomotors dann direkt mit der Getriebewelle gekuppelt
werden kann.
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Für all dieseAusführungsformen desErfindungsgedankens gemäß Abb.
I bis 3 ist es möglich, einen einfachen und sicher wirkenden Schutz gegen Überschreitung
einer bestimmten Kabelzugspannung als Folge einer Störung im Antrieb der Kabeltrommel
vorzusehen und damit ein sonst mögliches Zerreißen des empfindlichen Kabels zu verhindern.
Hierzu wird in erfindungsgemäßer Weise auf der Getriebe-
hochdruckseite
ein Überdruckventil angeordnet, das bei Überschreiten eines einstellbaren Druckes
anspricht und das von der Olpumpe geförderte Ö1 ins Freie entweichen läßt bzw. einen
direkten Kurzschluß zur Niederdruckseite herstellt.
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PATETANSPÜCHE: I. Selbsttätig aufwickelnde Kabeltrommel für ortsveränderliche
elektrische Maschinen, bei denen das durch den Kabelzug hervorgerufene Drehmoment
an der Kabeltrommel bzw. der Kabelzug mittels eines Getriebes mit veränderlichem
Übersetzungsverhältnis annähernd gleichbleibend gehalten wird, dadurch gekennzeichnet,
daß als Antriebsgetriebe ein Ölmotor (M) etwa nach Art der sogenannten Thoma-Getriebe
dient und daß ein in bekannter Weise von den Schwankungen des Kabelzuges bzw. des
Drehmomentes an der Kabeltrommel (Tr) gesteuertes Gestänge (G, SH) die Leistung
der den Ölmotor (M) speisenden ÖIpumpe(P) in entsprechender Weise regelt.