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Einrichtung zum Anhalten einer Arbeitsmaschine, insbesondere einer Seilbahn mit Antrieb durch einen Kommutatormotor
Bei Arbeitsmaschinen liegt oft das Bedürfnis vor, sie so abzubremsen, dass sie in einer bestimmten
Stellung mit geringer Toleranz anhalten. Ausserdem wird in vielen Fällen verlangt, dass die Verzögerung sanft erfolgen und der Bremsvorgang sich automatisch abwickeln soll. Derartige Bedingungen werden z. B. bei Seilbahnen für die Einfahrt in die Station gestellt. Bei Hebezeugen oder bewegten Brücken (Hub-,
Klapp-, Drehbrücken) liegen die Verhältnisse ähnlich ; genaues und sanftes Absetzen ist dort wichtig. Wird zum Antrieb ein regelbarer Gleichstrommotor, z. B. in Ward-Leonardschaltung, verwendet, lassen sich die Forderungen leicht verwirklichen.
Es besteht die Möglichkeit, den Motor bis zu sehr geringer Dreh- zahl und beliebig sanft elektrisch abzubremsen und anschliessend eine mechanische Schlussbremsung ein- zuleiten. Das Anhalten kann dabei automatisch und mit grosser Genauigkeit am gewünschten Ort und praktisch stosslos erfolgen.
Wenn die Geschwindigkeit betriebsmässig nicht in weiten Grenzen geändert werden muss, arbeitet das Ward-Leonard -System nicht wirtschaftlich .Die elektrische Leistung muss von Drehstrom in Gleichstrom umgeformt werden, was einen erhöhten Aufwand an Maschinen und entsprechende Verluste zur Folge hat.
Nicht zu vergessen sind noch die Energieverluste in dem Drehstrom-Gleichstrom-Umformer, die besonders dann zur Geltung kommen, wenn der Umformer während Stillstandspausen der Arbeitsmaschine durchläuft. In vielen Fällen stellt der Dreiphasen-Nebenschluss-Kommutatormotor, der die elektrische Leistung unmittelbar in mechanische umsetzt. ein günstigeres Antriebsmittel dar. Auch in bezug auf den Leistungsfaktor verhält sich der Kommutatormotor günstiger. Ein bedeutender Vorteil des Kommutatormotors besteht noch darin, dass er viel weniger Platz als das Ward-Leonard-System beansprucht und sein Zubehör, besonders bei Verwendung eines Schragemotors, gering ist.
Bei gegebener Nennleistung wird die Baugrösse des Kommutatormotors umso kleiner und sein Wirkungsgrad umso höher, je geringer die Schlupfleistung ist, da diese bekanntlich über den Kommutator geführt werden muss. Es ist daher zweckmässig, den Kommutatormotor nur für eine solche Veränderbarkeit der Drehzahl zu bauen, wie sie betriebsmässig verlangt wird. Dann kann aber der Motor nicht mehr bis praktisch zum Stillstand heruntergeregelt werden. Die tiefst erreichbare Regeldrehzahl bleibt also noch relativ hoch, besonders wenn das statische Lastmoment in generatorischer Richtung liegt. Eine genaue und sanfte Abbremsung ist dann schwer zu verwirklichen.
Diese Schwierigkeit möge für den Fall einer Standseilbahn erläutert werden.
Zum Antrieb des Windwerks solcher Bahnen ist der läufergespeiste Drehphasen-Nebenschluss-Kommu- tatormotor mit Erfolg eingesetzt worden. Bei solchen Bahnen genügt es durchaus, wenn die Geschwindigkeit im Verhältnis von etwa 1 : 3 oder 1 : 4 geändert werden kann. Der Regelbereich, für den der Motor ausgelegt werden muss, ist im allgemeinen durch die minimale Drehzahl bedingt, die auch im ungünstigsten Fall, d. h. bei generatorischer Belastung (voller Wagen abwärts, leerer Wagen aufwärts) erreicht werden soll. Die Bedienung solcher Antriebe erfolgt in der Regel wahlweise in der Station durch den Maschinisten oder bei automatischem Betrieb von einem Wagen aus durch den Kondukteur. Die Automatik wird dann meistens so weit getrieben, dass nur noch ein Knopf gedrückt zu werden braucht, wenn die Fahrt beginnen soll.
Alle weiteren Vorgänge bis zum Anhalten in der Station bedürfen keines weiteren Eingriffes mehr. Durch den Druck auf einen Knopf wird also der Motor eingeschaltet. Damit der Anlauf sanft erfolgt, werden meistens primäre Anlasswiderstände verwendet, die über Zeitrelais kurzgeschlossen werden.
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Dann wird der Motor über den Fernsteuerungsmotor durch Bürstenverschiebung auf die vorgewählte maxi- male Drehzahl, die z. B. einer Wagengeschwindigkeit von vier Meter pro Sekunde entsprechen möge, hochgeregelt. Vor der Einfahrt in die Station befindet sich neben dem Geleise ein Kontakthebel. Wenn der Wagen diesen überfährt, legt er ihn um, wodurch der Fernsteuerungsmotor rückwärts zu laufen be- ginnt und die Bürsten in die Nullage zurückgeschoben werden. Die Drehzahl des Kommutatormotors wird dadurch herabgesetzt, bis schliesslich eine minimale Bahngeschwindigkeit erreicht wird, die etwa ein
Meter pro Sekunde betragen möge. Kurz vor der Station befindet sich ein weiterer Kontakthebel. Wenn der Wagen diesen überfährt, wird der Antriebsmotor ausgeschaltet und die Manövrierbremse fällt.
Der
Bremsweg ist aber nicht immer derselbe, da das Drehmoment der Bremse nicht dauernd gleich bleibt, das statische Belastungsmoment an der Motorwelle verschieden ist und die Drehzahl vor Einfall der Bremse je nach der Belastung variiert. Infolgedessen halten die Wagen an ganz verschiedenem Ort, was sehr unan- genehm werden kann, wenn die Stationen kurz sind. Ausserdem hat das Einfallen der Bremse einen Stoss zur Folge, der für die Passagiere unangenehm werden kann und oft Seilpendelungen verursacht, so dass der untere Wagen auf-und abpendelt.
Solche Nachteile werden durch die Erfindung vermieden. Sie besteht in einer Einrichtung zum An- halten einer Arbeitsmaschine, insbesondere einer Seilbahn, die durch einen Dreiphasen-Nebenschluss-
Kommutatormotor angetrieben wird und an einer vorgewählten Stelle vorzugsweise sanft angehalten wer- den soll, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Motor mit einem Schaltorgan versehen ist, welches den Vorgang des Herunterregelns der Geschwindigkeit dann unterbricht, wenn eine vorgewählte Grösse der- selben erreicht ist, und dass weitere Mittel vorgesehen sind, welche anschliessend das Bremsmoment des
Motors mit Gegenstrom abhängig vom Lastmoment derart einstellen, dass der vorgewählte Bremsweg der
Arbeitsmaschine unabhängig von der Belastung praktisch eingehalten wird.
Wenn also der Befehl für das Anhalten der Arbeitsmaschine gegeben wird, was z. B. durch einen Hilfskontakt, der von ihr bei Passieren einer gewissen Stelle umgelegt wird, erfolgen kann, so wird der Motor zunächst durch den Fernsteuerungsmotor, der zur Verstellung des Steuerorgans für die Drehzahl dient, auf eine vorgewählte Geschwindigkeit heruntergeregelt. Hat der Kommutatormotor Läuferspeisung (SchrageMotor), so sind für die Änderung der Drehzahl die Bürsten zu verstellen ; hat eI Ständerspeisung, so ist der Drehregler zu steuern. Die vorgewählte minimale Drehzahl kann z. B. durch einen Fliehkraftschalter gemessen werden, der bei Erreichen der eingestellten Drehzahl gegebenenfalls über ein Zwischenrelais den Fernsteuerungsmotor ausschaltet.
Beim läufergespeisten Motor könnte man die Drehzahl auch durch ein Relais, das die Frequenz im Sekundärkreis misst, bestimmen. Damit die minimale Drehzahl möglichst genau erfasst wird, ist es zweckmässig, den Fernsteuerungsmotor mit Stoppbremse, z. B. als Stoppmotor, auszuführen. Weiterhin soll ein vorgewählter Bremsweg eingehalten werden. Man kann diesen z. B. durch einen zweiten Hilfskontakt festlegen, der in einem entsprechenden Abstand vor der Anhaltstelle angebracht ist. Bei Überfahren dieses Kontaktes, wird Gegenstrombremsung für den Motor eingeleitet. Der Auslaufweg bis zum Stillstand ist nun bestimmt durch die abzubremsende Schwungmasse, das statische Lastmoment und das Bremsmoment des Motors.
Es sei vorausgesetzt, dass die totale Schwungenergie von Motor und Arbeitsmaschine für alle Betriebsfälle praktisch dieselbe sei. Damit der Auslaufweg mit der vorgewählten Strecke übereinstimmt, muss noch dafür Sorge getragen werden, dass das Bremsmoment stets passend zum Lastmoment eingestellt wird. Diese Abhängigkeit kann z. B. dadurch fixiert werden, dass das Lastmoment vor Einleitung der Gegenstrombremsung gemessen wird, z. B. durch Messung der Leistungsaufnahme des Motors bei einer bestimmten Drehzahl oder einer bestimmten Stellung des Regelorgans. Noch einfacher ist es, die Stellung des Regelorgans (Bürstenbrücken beim läufergespeisten Motor bzw. Drehregler beim ständergespeisten Motor) während des Laufes mit der vorgewählten minimalen Drehzahl als Mass für die statische Belastung zu nehmen.
Es wird zweckmässig sein, für die Bewertung des Lastmoments verschiedene Stufen vorzusehen, also z. B. einige verschieden abgestufte Leistungsrelais bzw. einen Kontaktapparat, dessen Kontakte gewissen Stellungen des betreffenden Drehzahl-Regelorgans entsprechen. Das Bremsmoment des Motors kann durch Vorschaltwiderstände eingestellt werden, die in den Primärkreis oder in den Sekundärkreis des Motors eingeschaltet werden. Werden diese Widerstände nun in Stufen unterteilt, so kann durch Wahl einer entsprechenden Stufe das Bremsmoment des Motors auf dem gewünschten Wert gehalten werden ; d. h. man braucht nur noch eine geeignete Zuordnung von Widerstandsstufe und Leistungsrelais bzw. Kontakt des Kontaktapparates vorzunehmen. Auf diese Weise kann der Auslaufweg innerhalb gewisser Grenzen eingehalten werden.
Je nach Wahl der Stufenzahl ist die Genauigkeit mehr oder weniger gut. Es wäre auch. möglich, das Bremsmoment durch Veränderung der Klemmenspannung des Motors einzustellen, z, B. über einen Vorschalttransformator. Nach Vollzug der Gegenstrombremsung muss der Kommutatormotor ausgeschaltet werden, was in bekannter Weise erfolgen
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