DE972151C - Elektrisch angetriebene Fahr- oder Hubwerksanlage von Hebezeugen mit Magnetpulverkupplungen und/oder -bremsen - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 27. MAI 1959

E 4244 XI/35 b BtBLlCTHSK DES PATENTAMTES

Die Antriebe der Fahr- und Hubwerke stellen in bezug auf steuerbare Bremsen eines der wichtigsten Probleme der Hebeltechnik dar. Hierzu sind Fahr- und Bremsschaltungen für das Fahrwerk eines Hebezeuges mit verhältnismäßig einfachen Mitteln durchzuführen. Die Hubwerke stellen demgegenüber schwierigere Aufgaben, und zwar insbesondere mit Bezug auf das Senkbremsen. Auf der Senkseite des Steuergerätes muß zum Senken durchziehender Lasten ein im Hubsinn wirkendes Moment (Bremsmoment) und bei nicht durchziehenden Lasten ein im Senksinn treibendes (Kraftmoment) erzeugt werden.

Bei Montagekränen und Werkstück-Förderkränen ist es erforderlich, bei den meisten anderen Hebezeugen ist es erwünscht, die Senkgeschwindigkeit vor dem Absetzen der Last zu vermindern. Der Übergang auf die erste Senkstellung des Steuergerätes muß möglichst kontinuierlich sein. Es müssen sowohl zu plötzliches Abbremsen und damit Rucken als auch das Überschalten einer Freifallstellung bei durchziehenden Lasten vermieden werden. Leichte, das Hubwerk nicht durchziehende Lasten und der leere Haken müssen im Senksinn angetrieben werden. Für alle Belastungen ist es gleichermaßen erforderlich oder erwünscht, daß die Senkgeschwindigkeit in weiten Grenzen kontinuierlich steuerbar ist.

Die Handhebel-Steuerbremse ist die ideale Senkbremse. Indem man die Bremse mehr oder weniger lüftet, kann die Geschwindigkeit beim Senken aller Lasten in weiten Grenzen gesteuert werden. Beim

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Hubbetrieb können durch Anziehen der Bremse empfindliche Güter sanft angehoben werden. Da der Führerstand ortsfest zur Bremse liegen muß, ist aber eine Handhebel-Steuerung nur beschränkt anwendbar. Die mechanische Bremse unterliegt der Abnutzung, und bei schnellen Fördergeschwindigkeiten macht die rechtzeitige Wärmeabfuhr Schwierigkeiten. Eine mechanische Bremse kann außerdem rattern, was besonders bei schweren Lasten sehr ίο gefährlich ist.

^ Die Machteile der durch Handhebel gesteuerten Bremse werden bei einer elektrisch angetriebenen Fajirr oder Hnbwerksanlage von Hebezeugen mit Magiietpulverkupplungeii und/oder -bremsen erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die Erregung der Magiietpuiverkupplungeii bzw. -bremsen vom zentralen Steuerglied der Anlage einstellbar ist, wobei entweder eine Magnetpulverkupplung zwischen einen mit konstanter Drehzahl umlaufenden, ao vorzugsweise umpolbaren Käfigläufermotor und das Fahrwerk bzw. Hubwerk geschaltet ist oder eine regelbare Magnetpulverbremse die von einem Schleifringläufermotor angetriebene Welle ganz oder teilweise abbremst. Unter einer Magnetpulverkupplung oder -bremse wird dabei eine magnetische Kupplung bzw. Bremse verstanden, deren Arbeitsspalt mit- einem magnetisierbaren Medium, vorzugsweise einem öleisenpulvergemisch, gefüllt ist, das mit zunehmender Erregung des Magnetfeldes immer steifer wird, womit abhängig von der Erregung eine Schlupf- und damit Drehmomentregelung von ο bis 100% ermöglicht wird. Alle Vorteile der Handhebelsteuerung werden erhalten, ohne daß der Führerstand ortsfest zur Bremse liegen muß. Die Magnetpulverkupplung bzw. -bremse unterliegt keiner Abnutzung, sie arbeitet ferner vollkommen ratterfrei, und die Wärmeabfuhr bietet keine Schwierigkeiten mehr. Das hemmende Moment des Hubgetriebes beträgt etwa 15% des höchsten Lastmomentes. Das Restmoment einer Magnetpulverkupplung ist durchweg kleiner als 3% des Höchstmoments. Damit ist ein Durchgehen des leeren Hakens im Hubsinn bei durchlaufendem Motor und abgeschalteter Kupplung unmöglich.

Bisher bekannte Anordnungen verwenden vielfach Wirbelstromkupplungen, bei denen sich jedoch nachteilig bemerkbar macht, daß die Wirbelstromkupplung eine ähnliche Kennlinie besitzt wie ein Asynchronmotor, d. h. daß sie einen Kippunkt aufweist. Der Hebezeugantrieb mittels Wirbelstromkupplungen ist daher in bestimmten Bereichen unstetig im Gegensatz zu dem Antrieb mit Magnetpulverkupplungen, bei denen über den ganzen Bereich ein stetiger Betrieb möglich ist.

Bei Wirbelstromkupplungen ist zur Übertragung eines Drehmomentes immer ein gewisser Schlupf erforderlich, d. h. daß sogar beim Heben einer Last mit größter Geschwindigkeit die Wirbelstromkupplungen im Gegensatz zu den Magnetpulverkupplungen mit einem Schlupf arbeiten, durch den laufend Verluste und damit unnötige Wärmemengen entstehen.

Weiterhin ist es bekannt, bei derartigen Anlagen elektromagnetisch betätigte Reibungskupplungen zu verwenden. Das übertragbare Drehmoment einer solchen Kupplung ist jedoch infolge des Unterschiedes zwischen Gleit- und Haftreibung nicht stetig von Null bis zu einem Höchstwert einstellbar. Derartige Reibungskupplungen sind außerdem infolge des verhältnismäßig großen Verschleißes für einen Schlupfbetrieb gar nicht verwendbar, während Magnetpulverkupplungen auch einem starken Schlupfbetrieb gewachsen sind.

Die Zeichnung zeigt fünf Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Fig. ι zeigt die einfachste Ausführung. Es bezeichnet 10 den Käfigläufer-Antriebsmotor, 11 eine Magnetpulverkupplung, 12 den zugehörigen Regelwiderstand und 13 das Hubwerk. Mittels des Regelwiderstandes 12 können die Erregung und damit das Drehmoment der Kupplung 11 kontinuierlich zwischen Null und dem Höchstwert verstellt werden. 14 ist eine federbelastete Bremse, die an der Bremstrommel 15 angreift. Diese Bremse kann entweder von Hand oder motorisch durch eine elektrohydraulische Verstellvorrichtung oder durch einen Bemslüftmagneten 16 gelüftet werden. Die mechanische Bremse 14 soll das Hubwerk 13 stillsetzen, wenn der Antrieb 10 oder die Kupplung 11 abgeschaltet wird oder plötzlich das Netz ausfällt. Die Wirkungsweise ist folgende: Der Motor 10 läuft im Hubsinn mit konstanter Drehzahl, die Bremse 14 ist gelüftet. Am Regelwiderstand 12 wird das Drehmoment der Kupplung 11 langsam gesteigert. Nach Maßgabe der Belastung wird das Gut bei bestimmter Stellung des Regelwiderstandes 12 ausgesprochen weich angehoben und mit mäßiger Geschwindigkeit befördert. Durch weitere Steigerung des Drehmomentes der Kupplung 11 kann die Hubgeschwindigkeit bis zur Höchstgeschwindigkeit gesteigert werden. Wird vom Beschleunigungsmoment abgesehen und hat das Getriebe im Hubsinn einen Wirkungsgrad Jy₁, so hat die Kupplung bei einem Lastmoment Mi ein Hubmoment

aufzubringen.

M η =

Hat das Getriebe im Senksinn einen Wirkungsgrad η._2> so muß das Kupplungsmoment auf M_s = Mj₁ ■ Vj₁ · tj_z erniedrigt werden, um ein Absenken der Last zu erreichen. Auf allen Zwischenstellungen zwischen M_H und M₅ schwebt die Last.

Wird das Kupplungsmoment auf M₃ erniedrigt, so beginnt die Last infolge einer geringen Schlupfabhängigkeit des Moments mit konstanter Geschwindigkeit durchzusinken. Der Übergang von Heben und Stillstand zum Senken vollzieht sich ohne Freifallstellung. Die Senkgeschwindigkeit läßt sich kontinuierlich von der höchsten Geschwindigkeit bis zum Stillstand steuern. Soll die Last längere Zeit in einer bestimmten Lage gehalten werden, ist die Bremse 14 anzulegen. Die Kupplung kann nun abgeschaltet werden. Beim erneuten Übergang zum Heben oder Senken ist das Kupplungsmoment auf seinen ursprünglichen Wert einzustellen, um ein Durchsacken der Last zu vermei-

den. Da durch Unachtsamkeit des Kranführers ein solches Durchsacken gegen ein zu geringes Kupplungsmoment auftreten kann, wird die einfache Schaltung nach Fig. ι vorzugsweise bei kleineren Hebezeugen angewendet. Muß ein im Senksinn treibendes Moment aufgebracht werden, ist die Motordrehrichtung umzupolen.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 ist zusätzlich zur Ausführung nach Fig. ι eine Magnetpulverbremse i" vorgesehen. Über den Regelwiderstand 18 kann das Drehmoment der Bremse 17 kontinuierlich von Null bis zum Höchstwert verstellt werden. Die federbelastete Bremse 14 dient ausschließlich als Stop- oder Sicherheitsbremse. Diese Ausführung bietet gegenüber der nach Fig. 1 den Vorteil, daß durchziehende Lasten bei abgeschaltetem Motor allein durch Steuern des Bremsmomentes sehr weich und langsam gesenkt werden können. Hierdurch ist das überschalten einer Freifallstellung 2ü vermieden. Ebenso kann die Last ohne Rucken von der Bremse 17 an die Kupplung 11 übergeben werden, wenn aus einer beliebigen Haltestellung zum erneuten Heben übergegangen werden soll. Die Magnetpulverbremse 17 wird zur Sicherheitsbremse, wenn sie bei Netzausfall über das auf Ruhekontakte zurückfallende Schütz 19 an eine konstante Stromquelle 20 (Batterie) gelegt wird.

Fig. 3 zeigt einen Hebezeugantrieb mit Schleifringläufermotor 21 mit verstellbarem Läuferwiderstand 22 sowie Magnetpulverbremse 23. Das Hubwerk 13 ist fest mit der Motorwelle gekuppelt, ebenso die Bremse 23, deren Moment über den Regelwiderstand 24 kontinuierlich von Null bis zum Höchstwert verstellt werden kann.
Auf der ersten Hubstellung wird durch geeignet bemessenen Läuferwiderstand 22 die Drehmomentkennlinie so verflacht, daß durch zusätzliches Bremsmoment der Magnetpulverbremse 23 jede Last beliebig sanft angehoben werden kann. Durch A'eringern oder Vergrößern des Bremsmomentes ist die Hubgeschwindigkeit in dieser Stellung in weiten Grenzen kontinuierlich zu steuern. Auf den weiteren Hubstellungen gibt der Motor 21 sein volles Moment auf die Last ab.

Auf der ersten Senkstellung verflacht ein entsprechend bemessener Läuferwiderstand 22 die Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie des Motors 21. Die Bremse 23 überträgt ein so großes Moment, daß sie die Last im Gleichgewicht halten kann. Darüber hinaus hat die Bremse 23 noch ein Moment abzugeben, um den Motor 21 in der Drehzahl herabmindern zu können. Je nach Momentüberschuß an der Bremse 23 über das Lastmoment wird sich am Motor 21 entsprechend seiner Kennlinie eine bestimmte Drehzahl einstellen. Durch Verändern des Bremsmomentes mittels des Regelwiderstandes 24 kann die Senkdrehzahl in weiten Grenzen kontinuierlich gesteuert werden. Wird der Motor 21 stillgesetzt, bleibt die Last momentan stehen. Ein Durchsacken der Last ist unmöglich, da nach Abschaltung des Motors 21 das volle Bremsmoment zum Lasthaken zur Verfügung steht. Da der Motor 21 in dieser Senkstellung nur die Differenz aus Last- und Bremsmoment zu überwinden hat, können die schwerste Last sowie der leere Haken mit in weiten Grenzen steuerbarer Geschwindigkeit gesenkt werden. Auf den weiteren Senkstellungen ist die Bremse 23 abgeschaltet, und der Motor 21 gibt sein volles Moment an die Last ab. Wird hierbei durch ein Überwiegen des Lastmomentes die Synchrondrehzahl überschritten, erfolgt im Motor 21 eine Stromumkehr und damit ein übersynchrones Abbremsen der Last. Durchziehende Lasten können nach Abschalten des Motors 21 allein durch Steuern der Bremse 23 mit beliebiger Senkgeschwindigkeit gesenkt werden.

Die Bremssteuerung nach Fig. 3 wird zur Bremsregelung, wenn nach Fig. 4 die schlupfabhängige Läuferspannung 25 des Motors 21 gleichgerichtet der konstanten Spannung 26 entgegengeschaltet und die Differenz auf die Magnetpulverbremse 23 gegeben wird. Je nach Höhe der konstanten Spannung stellt sich eine bestimmte Regeldrehzahl ein, die weitgehend von der Belastung unabhängig ist. Die Spannung 26 kann mittels des Regehviderstandes 24 verändert und damit die geregelte Drehzahl gesteuert werden. Diese Bremsregelung hat gegenüber der Bremssteuerung nach Fig. 3 den Vorteil, daß zu einer bestimmten Stellung des Regehviderstandes 24 eine bestimmte Drehzahl unabhängig von der Belastung gehört.

Bei den Ausführungen der Fig. 3 und 4 kann im übrigen wie bei den Ausführungen der Fig. 1 und 2 eine mechanische Stoppbremse vorgesehen werden, die dann einfällt, wenn der Antrieb abgeschaltet wird oder das Netz ausfällt. Weiter kann bei allen Ausführungen die Schaltung so getroffen werden, daß die Stoppbremse selbsttätig einfällt, wenn das Netz ausfällt, das Steuerglied auf Null steht oder aus irgendwelchen Gründen die Magnetpulverkupplung bzw. -bremse stromlos wird. Durch Einbau von Relais oder Schützen ist die jeweilige Schaltung leicht auszuführen.

Allen bisher behandelten Schaltungen ist gemeinsam, daß zum Senken nicht durchziehender Lasten die Motordrehrichtung umgesteuert werden muß.

Fig· 5 gibt eine Schaltung mit zwei Magnetpulverkupplungen 27 und 28 wieder, die von dem mit konstanter Drehzahl laufenden Käfigläufermotor 10 gegensinnig angetrieben werden und über ein Getriebe 29 auf die gemeinsame Welle 30 arbeiten, an die das Hubwerk 13 fest angekuppelt ist. Je nachdem die eine oder die andere Kupplung 27 bzw. 28 erregt ist. dreht sich das Hubwerk 13 im Hub- oder Senksinn.

Mit dem Handhebel 31 werden über den Widerstand 32 die Hubkupplung 27 und über den Widerstand 33 die Senkkupplung 28 kontinuierlich ausgesteuert. Zum Senken durchziehender Lasten wird die Hubkupplung 27 so ausgesteuert, daß sie als Senkbremse dient. Völlig analog zur Schaltung der Fig. ι erfolgt eine kontinuierliche Steuerung der Senkgeschwindigkeit. Nicht das Triebwerk durchziehende Lasten und leere Haken werden über die Kupplung 28 im Senksinn mit steuerbarer Senkgeschwindigkeit augetrieben, ohne daß der An-

triebsmotor ίο umgesteuert werden muß. Die Senkkupplung 28 kann entsprechend den kleineren Senkmomenten kleiner ausgelegt werden.

Steht der Antriebsmotor 10 und werden beide Kupplungen 27 und 28 gleichzeitig, z. B. über das bei Netzausfall abfallende Schütz 34, an eine konstante Batteriespannung gelegt, so wird die Welle 30 festgebremst. Diese Schaltung dient z. B. als Stoppbremse durchziehender Lasten bei Netzausfall. Sie kann allgemein da angewendet werden, wo eine Welle in beliebiger Stellung gegen ein in zwei Drehrichtungen wechselnd wirkendes Drehmoment festgelegt werden soll, wie dies z. B. bei Festlegung • von Schiffsrudern, Schiebern oder Ventilen u. dgl. der Fall ist.

Bei allen Ausführungen kann zusätzlich zur Steuerung der Kupplungserregung eine Drehzahlsteuerung des Antriebsmotors z. B. durch Polumschaltung vorgesehen werden. In diesem Falle ist es möglich, die Drehzahl der Eingangskupplungsteile so einzustellen, daß die anfallende Schlupfwärme ein Minimum wird.

Die angegebenen Hub- und Senkbremsschaltungen mit Magnetpulverkupplungen schließen in bezug auf die Steuerfähigkeit alle Vorteile der handbetätigten Reibungsbremse ein, wobei sie jedoch in wesentlichen Eigenschaften diese übertreffen. Der Betätigungsstand ist nicht ortsgebunden. Die Steuergeräte erleiden praktisch keine Abnutzung, so daß eine besondere Wartung der Bremsfläche entfällt. Die anfallende Wärme ist bei großer Wärmekapazität leicht abzuführen. Die Fördergeschwindigkeit kann gesteigert werden, was gleichzeitig eine Produktionssteigerung bedeutet. Die Magnetpulverkupplungen und -bremsen arbeiten völlig ratterfrei, womit sie auch zur Senkbremsung schwerster Lasten geeignet sind. Im übrigen sind die angegebenen Schaltungen mit Vorteil auch für die Steuerung bzw. Regelung der Fahrwerke von Hebezeugen anwendbar.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Elektrisch angetriebene Fahr- oder Hub-Werksanlage von Hebezeugen mit Magnetpulverkupplungen und/oder -bremsen, deren Erregung einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung der Magnetpulverkupplungen (11, 27, 28) bzw. -bremsen (17, 23) vom zentralen Steuerglied (12, 24, 31) der Anlage einstellbar ist, wobei entweder eine Magnetpulverkupplung (11) zwischen einen mit konstanter Drehzahl umlaufenden, vorzugsweise umpolbaren Käfigläufermotor (10) und das Fahrwerk bzw. Hubwerk(i3) geschaltet ist (Fig. 1) oder eine regelbare Magnetpulverbremse (23) die von einem Schleifringläufermotor (21) angetriebene Welle ganz oder teilweise abbremst (Fig. 3).
2. 2. Anlage nach Anspruch 1, bei der als Antriebsmotor ein Schleifringläufermotor vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die schlupfabhängige Läuferspannung des Schleifringläufermotors (21) einer vom Fahr- bzw. Hubsteuerglied (24) gesteuerten konstanten Spannung entgegengeschaltet ist und die Differenz der beiden Spannungen der Magnetpulverbremse (23) zugeleitet wird.
3. 3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Bewegungsrichtung des Fahr- bzw. Hubwerkes (13) eine besondere Magnetpulverkupplung (27, 28) vorgesehen ist, wobei die beiden Magnetpulverkupplungen (27, 28) von einem immer in gleicher Drehrichtung umlaufenden Motor (10) gegensinnig angetrieben werden und über eine gemeinsame Ausgangswelle (30) auf das Fahr- bzw. Hubwerk (13) arbeiten.
4. 4. Anlage nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Schaltvorrichtung (31 bis 33), welche die gleichzeitige Einschaltung der beiden gegensinnig umlaufenden Magnetpulverkupplungen (27, 28) ermöglicht.
5. 5. Anlage nach Anspruch 1 und 3, gekennzeichnet durch eine Schaltvorrichtung, welche die Magnetpulverbremse (17, 23) bzw. die beiden Magnetpulverkupplungen (27, 28) bei Netzausfall selbsttätig an ein Reservenetz schaltet.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   USA.-Patentschriften Nr. 786419, 844662, 997;

   französische Patentschrift Nr. 976917; britische Patentschrift Nr. 607080; belgische Patentschrift Nr. 485 591;

   »Elektrotechn. Zeitschrift« (71. Jahrgang) vom 15· 7· 1950, S. 371, 372;

   Zeitschrift »Der Elektrotechniker« (2. Jahrgang), Juli 1950, S. 197;

   Zeitschrift »Die Technik« (Bd. 5), April 1950, S. 173 bis 176;

   Zeitschrift »Elektro-Technik, Coburg«, 1951, Heft 7/8, S. 22 bis 25;

   AJEE Transaction, 1948, Vol. 67, S. 1308,1315;

   General Electric Review, September 1949, S. 17, und Dezember 1949, S. 41;

   Prospekt der Firma The Vanghan Crane Co. Ltd., Manchester: »Vestac«, Section No CS. 4.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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