Verfahren und Einrichtung zur Messung des Belastungsdrehmomentes an elektrischen Antrieben, insbesondere an Förderantrieben
Bei allen Antrieben treten ein Motor-und ein Belastungsdrehmoment auf, welche bei stationärer Drehzahl entgegengesetzt gleich sind. Das Belastungsdrehmoment setzt sich zusammen aus resultierendem Drehmoment der zu fördernden Last, resultierendem Drehmoment linearer Reibungskräfte und Reibungsdrehmomenten von Getrieben und ist eine variable Grösse. Man wtinscht nun häufig dieses Belastungs- drehmoment zu bestimmben Betriebszeitpunkten zu kennen, z.
B. bei Fördermaschinen zur Steuerung des Bremsvorganges. Die Erfindung verfolgt den Zweck der Messung des an Antrieben auftretenden Bela- stungsdrehmomentes.
Es sind bereits verschiedene, diesem Zwecke Idie- nende Verfahren bekannt. Es wird z. B. die durch das Belastungsdrehmoment verursachte elastische Verformung der Abtriebswelle des Antriebsmotors oder das Reaktionsdrehmoment des Antriebes gemessen.
Diese Messungen geben einen genauen Wert für das Belastungsdrehmoment, erfordern jedoch komplizierte und äusserst aufwendige Messeinrichtungen.
Gemäss einem anderen Verfahren, welches jedoch nur bei Gleichstrom-Antrieben angewendet werden kann, wird bei konstantem Motorfeld der Motorstrom gemessen, wobei dann der Messwert direkt ein Mass für das Relastungsdrehmoment ist. Bei Drehstromantrieben wird häufig zur Gewinnung eines Wertes für das Belastungsdrehmonent eine sogenannte Schlupf- bzw. Drehzahlmessung durchgeführt.
Die beiden letztgenannten Verfahren sind empfind- lich auf Spannungsschwankungen des Speisenetzes und Erwärmungserscheinungen an den Antriebsma- schinen und liefern deshalb nur sehr ungenaue Messwerte.
Ferner wurde auch schon vorgeschlagen, die Anlaufbeschleunigung des Antrieb es zu messen, welche Messung bei Lastunabhängigkeit des Motor-Anlaufdrehmomentes ein Mass für das Belastungsdrehmoment liefert. Die Messung erfolgt mittels eines Tachometerdynamos mit Differenziervorrichtung, welcher teine der Beschleunigung des Antriebes proportionale Spannung liefert. Das Motor-Anlaufdrehmoment ist jedoch meistens starken Schwankungen unterworfen, z. B. infolge Schwankungen der Speisespannung und Erwärmung, des Antriebsmotors. Ferner kann sich während des Betriebes das Belastungsdrehmoment wesentlich verändern, z.
B. infolge änderung der Reibungskräfte und Drehmomente, so dass z. B. für die Steuerung des Bremsvorganges der während des Anlaufvorganes gemessene Wert nicht mehr stimmt.
Nach der vorliegenden Erfindung. soll Idie Mes sung des Belastungsdrehmomentes derart erfolgen, dass das Messergebnis weder durch Motordrehmomentschwankungen der Maschine, noch durch Ände- rungen der Reibungswerte wesentlich beeinflusst werden kann, sich nicht auf die Aniaufperiode der Maschine beschränkt und keine komplizierte und aufwendige Messeinrichtungen erforderlich sind
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Messung des Belastungsdrehmomentes an elektrischen Antriebsmaschinen besteht darin,
dass in einen zur Messung vorgesehenen Betriebszeitpunkt wider Antriebsmaschine mindestens kurzzeitig das Motordreh moment Null eingestellt wird und die an der Antriebsmaschine in Idiesem Betriebszustand eintrtetende Beschleunigung bzw. Verzögerung, welche in Idiesem Fall direkt ein Mass für das an der Antriebsmaschine angreifende Belastungsdrehmoment ist, gemessen wird.
Die Einrichtung zur Durchführung des erfin- dungsgemässen Verfahrens besteht aus der Kombination einer MotordrUhmoment-Abschaltvorrichtung mit einer Beschleunigungs- bzw. Verzögerungs. mess- einrichtung.
Zweckmässigerweise kann die Motordrehmoment-Abschaltvorrichtung ein Schütz zur Unterbrechung der Speisung indes Antriebsmotors sein. Sie kann jedoch auch aus einer Kupplung zur Abtrennung des Antriebsmotors von der Maschine b.estehen.
Auf beiliegender Zeichnung sind zwei Aulsfüh- rungsbeispiele der erfindungsgemässen Messeinrich- tung dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung Ider elektrischen Teile einer analog wirkenden Messeinrichtung an einem Drehstrom-Antr.iebsmotor eines Fördermittel Antrieb es,
Fig. 2 ein Schaltschema der zugehörigen Steuerung,
Fig. 3 eine Schaltungsanordnung der elektrischen Teile einer digital wirkenden Messeinrichtung an einem Drehstrom-Antriebsmotor,
Fig. 4 ein Schaltschema der zugehörigen Steuerung.
In der Fig. 1 ist mit 1.1 ein Drehstrom-Antriebs- motor eines Fördermfttel-Antriebes 1 bezeichnet, welcher in üblicher Weise über ein Getriebe 1.2, eine Treibscheibe 1.3 und ein Förderseil 1.4 einen auf einer schiefen Ebene 1.5 gleitenden Förderkorb 1.6 antreibt. Mit 1.7 ist ein Ausgleichs. gewicht und mit 1.8 eine variable Last bezeichnet. RST ist das Dreh- stromnetz zur Speisung. des Antriebsmotors 1.1, welcher mit diesem über die Hauptkontakte 2.1 eines dreipoligen Schaltschützes 2 in Verbindung steht. Mit 3 ist eine Beschleunigungsmesseinrichtung bezeichnet, welche einen Glcichstrom-Tachodynamo 4, zwei Kondensatoren 5, 6 ein Spannungsanzeigeinstrument 7 und zwei Ruhekontakte 8.1, 9.1 von Relais 8, 9 aufweist.
Die Welle des Tachodynamos 4 ist mit Ider Welle des Antriebsmotors 1.1 gekuppelt. Es sind ferner nicht gezeichnete Drehrichtungsschütze sowie eine Bremseinrichtung vorhanden.
Im Schaltschema der Fig. 2 sind mit + und - die Klemmen einer Gleichspannungsquelle zur Speisung der Apparate-Spulen bezeichnet. In parallelen Stromkreisen dieser Gleichspannungsquelle. sind die Erregerspulen der Relais 8, 9 und des Schaltschützes 2 sowie eines Abfallverzöberungs-Zsitaelais 10 angeordnet. Das Relais 8 besitzt ausser Idem Ruhekontakt 8.1 noch den Selbsthaltekontakt 8.2, den im Stromkreis des Schützes 2 liegenden Ruhekontakt 8.3 und den Ruhekontakt 8.4 zur Steuerung indes Zeitrelais 10.
Mit 11 ist ein Betätigungskontakt für die Auslösung des Messvorganges und mit 12 ein solcher zur Rückstellung der Einrichtung nach erfolgter Messung in die Ausgangsstellung bezeichnet. Das Relais 9 besitzt ausser dem Ruhekontakt 9.1 einen dem Kontakt 8.3 parallel geschalteten Arbeitskontakt 9.2. Ferner weist Tdas Zeitrelais 10 einen Ruhekontakt 10.1 im Erregerkreis des Relais 9 lauf.
Die oben beschriebene Messeinrichtung arbeitet wie folgt:
Beim Einschalten der Gleichspannungsquelle wird das Schütz 2 und das Zeitrelais 10 erregt. Mit seinem Kontakt 2.1 schaltet das Schütz 2 den Antriebsmotor 1.1 ein. Das Tachodynamo 4 erzeugt eine der Drehzahl des Antriebsmotors 1.1 proportionale Gleichspannung. Die Kondensatoren 5 und 6 sind dauernd auf die vom Tachodynamo 4 erzeugte Spannung aufgeladen. Die Spannung am Anzeigeinstru- ment 7 ist Null. Soll nun eine Messung des Lastmomentes durch. geführt werden, so wird der Kontakt 1 betätigt. Relais 8 zieht an und macht über die Kontakte 8.2 und 12 Selbsthaltung. Die Ruhekontakte 8.3, 8.4 öffnen, so dass das Schütz 2 abfällt und das Zeitrelais 10 spannungslos wird.
Gleichzeitig trennt Kontakt 8.1 Iden Kondensator 6 vom Tachodynamoausgang, so dass der Kondensator 6 auf die Spannung vor der Abschaltung geladen bleibt. Beim Abfallen des Schützes 2 wird durch dessen Kontakt 2.1 die Speisung, des Antriebsmotors 1.1 unterbrochen, so dass dieser kein Drehmoment mehr erzeugt. Auf den Antriebsmotor 1.1 wirkt nun nur noch das reine Belastungsdrehmoment. Sofern dieses verschieden von Null ist, verzögert oder beschleunigt, es den Antriebsmotor 1.1 je nachdem, ob es positiv oder negativ ist.
Der Kondensator 5 wird dabei durch den Tachodynamo 4 auf einen entsprechenden Wert geladen.
Nach einer bestimmten Zeit fällt das Zeitrelais 10 ab, wobei sein Kontakt 10.1 das Relais 9 unter Strom setzt. Durch Idas Öffnen des Kontaktes 9.1 wird nun auch der Kondensator 5 vom Tachodynamoausgang abgetrennt. Kontakt 9.2 schliesst den Stromkreis des Schützes 2, und der Antriebsmotor 1.1 wird wieder an das Drehstromnetz angeschlossen. Die Beschleunigungsmessung ist nun getätigt. Die am Anzeigeinstru dient 7. ablesbare Spannungsdifferenz der Kondensatoren 5 und 6 ist direkt ein Mass für das Belastungs- drehmoment am Antriebsmotor 1.1. Nach erfolgter Ablesung kann die Einrichtung durch Betätigung des Kontaktes 12 wieder in iden Ausgangszustand rückgeführt werden.
Dabei ist vorausgesetzt, dass das Anzeige-Instrument 7 sehr hochohmig ist.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 besteht die wieder mit 3 bezeichnete Beschleunigungsmesseinrichtung aus folgenden Teilen: 13 ist ein photoelektrischer Impulsgeber üblicher Bauart, welcher mit der Drehzahl Ides Antriebsmotors 1.1 proportionaler Folgefrequenz Impulse erzeiugt. Mit 14 und 15 sind zwei Impulszähler bezeichnet, welche über einen Umschaltkontakt 16.1 eines ersten Zeitrelais 16, einen Arbeitskontakt 17.1 eines zweiten Zeitrelais 17 und einen Ruhekontakt 18.1 eines Relais 18 wahlweise an Iden Impulsgeber 13 anschaltbar sind. 19 ist ein Anzeigenerät, welches die jeweilige Differenz der Zählstellungen Ider beiden Impulszähler 14, 15 anzeigt.
Ferner sind nicht gezeichnete Mittel vorgesehen, welche Idafür sorgen, idass die Impulszähler 14, 15 nach jeder Messung auf Null zurückgestellt werden können.
Im Schaltschema, gemäss Fig. 4 sind die Zeitrelais 16 und 17 und die Erregerspulen Ides Schaltschützes 2, Ides Relais 18 und eines Relais 20 eingezeichnet.
Das Zeitrelais 17 ist für eine kurze und Idas Zeitrelais 16 für eine längere Abfallzeit ausgelegt. Dlas Schaltschütz 2 besitzt hier ausser dem dreipoligen Hauptkontakt 2.1 einen Ruhekontakt 2.2. Das Relais 20 weist einen Selbsthaltekontakt 20.1 und die Ruhekontakte 20.2, 20.3, 20.4 auf. Mit 21 ist ein Betätigungskontakt für die Auslösung des Messvorganges und mit 22 ein solcher zur Rückstellung der Einrichtung nach erfolgter Messung bezeichnet. Dlas Relais 18 besitzt ausser dem Ruhekontakt 18.1 einen Selbsthaltekontakt 18.2 und einen Arbeitskontakt 18.3.
Das Zeitrelais 17 weist ausser dem Arbeitskontakt 17.1 zwei Ruhekontakte 17.2, 17.3 und das Zeitrelais 16 ausser dem Umschaltkontakt 16.1 noch einen Ruhekontakt 16.2 und zwei Arbeitskontakte 16.3 und 16.4 auf.
Die Arbeitsweise, der letztbeschriebenen Mess sein richtung ist folgende: Im Ausgangszustand ist das Schaltschütz 2 erregt und der Antriebsmotor an das Drchstromnetz angeschlossen. Ferner sind dir Zeitrelais 16, 17 und Idas Relais 18 angezogen. Der Antriebsmotor 1.1 dreht und der Impulsgeber 13 erzeugt mit der Drehzahl des Antriebsmotors proportionaler Folgefrequenz Impulse. Kontakt 17.1 ist geschlossen, Kontakt 18.1 geöffnet und der Umschaltkontakt 16.1 liegt lam Eingang Ides Impulszählers 14. Die Impulszähler 14, 15 befinden sich in Ider Nullstellung. Soll nun eine Messung ;des Lastmomentes durch, geführt werden, so wird der Kontakt 21 betätigt. Relais 20 zieht an und macht Selbsthaltung.
Der dabei öffnende Kontakt 20.4 macht das Zeitrelais 16 spannungslos.
Ferner öffnen die Kontakte 20.2 und 20.3 und bewirken das Abfallen von Schaltschütz 2 und Relais 18.
Dadurch wird die Speisung des Antriebsmotors 1.1 unterbrochen, das Zeitrelais 17 abgeschaltet und Ider Impulsgeber 13. an inden Impulszähler 14 angeschaltet.
Nach einer bestimmten kurzen Messzeit fällt das Zeitrelais 17 lab und unterbricht mit seinem Kontakt 17.1 die Verbindung Impulsgeber 13 - Impuiszähier 14. Ferner schaltet der Kontakt 17.3 das Relais 18 wieder ein, welches nun über die Kontakte 18.2, 2.2, 16.4 Selbsthaltung macht und mit seinem Kontakt 18.3 das Zeitrelais 17 wieder erregt. Nach einer bestimmten Zeit fällt das Zeitrelais 16 ab. Umschaltkontakt 16.1 wird umgelegt an den Eingang des Impulszählers 15. Kontakt 16.4 unterbricht die Selbsthaltung des Relais 18, welches abfällt, mit seinem Kontakt 18.3 Idas Zeitrelais 17 abschaltet und mit seinem Kontakt 18.1 den Impulsgeber 13 an Iden Impulszähler 15 anschaltet.
Nach Ablauf der am Zeitrelais 17 ein, gestellten Messzeit fällt dieses ab und unterbricht mit dem Kontakt 17.1 die Verbindung Impulsgeber 13 - Impuiszähler 15. Gleichzeitig schliesst Kontakt 17.2 den Erregerkreis des Einschaltschützes 2, wodurch dieser mit Kontakt 2.1 den Antriebsmotor wieder an das Drehstromnetz an schliesst. Der Messvorgang ist damit beendet. Am Anzeigegerät 19 ist die Differenz Ider von Iden beiden Impulszählen 14, 15 erreichten Zählstellungen ersichtlich, welche Differenz direkt ein Mass für das , am Antriebsmotor 1.1 angreifende Belastungsdreh- moment ist.
Durch Betätigung des Kontaktes 22 kann clie Messeinrichtung wieder in den Ausgangszustand rückgeführt werden.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die in den Ausführungsbeispielen der Figuren gezeigten Messeinrichtungen und Antriebsmotoren.
Um die Messeinrichtung der Fig. 1, 2 unabhängig von der Drehrichtung des Antriebsmotors zu machen, kann z. B. an Stelle des Gleichstromtachodynamos 4 ein Wechselstromatachodynamo zusammen mit einem Gleichrichter verwendet werden.
An Stelle Ides Schütz 2 können auch die nicht gezeichneten Drehrichtungsschütze für das zur Messung benötigte Abschalten der Motorspeisung verwendet werden.
Der Messwert der beschriebenen Einrichtung kann direkt, als Steuergrösse, z. B. zur Steuerung des Bremsvorganges Ider Maschine eingesetzt werden.
Dies ist z. B. dort vorteilhaft, wo es sich um Antriebsmaschinen von Fördereinrichtungen, z. B. Eisenbah- nen, Aufzüge usw., oder von Werkzeugmaschinen handelt, da bei Idiesen ein möglichst genaues Anhal ten an einem bestimmten Ort der Arbeitsstrecke erforderlich sein kann. Dabei wird der bremseinsatzpunkt oder das Bremsmoment in Funktion Ides Messwertes, d. h. in Funktion des Belastungsdrehmomentes eingestellt.