DE568700C - Elektrischer Antrieb fuer gleichbleibende Leistung bei veraenderlicher Last und Drehzahl mit einem fremderregten Motor - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 24. JANUAR 1933

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 35 b GRUPPE 7oi

S10X121 XII35b

mit einem fremderregten Motor

Patentiert im Deutschen Reiche vom 3. August 1930 ab

Bei elektrischem Antrieb mit stark schwankender Belastung ist es unzweckmäßig, den Antriebsmotor mit gleichbleibender Drehzahl zu betreiben, da dann der Motor zwar bei starker Belastung einigermaßen günstig, bei schwacher Belastung aber sehr schlecht ausgenutzt wurde. Wird aber, wie z. B. beim Betriebe von Schiffsladewinden, Wert darauf gelegt, den Motor gleichmäßig voll zu belasten, indem man das Produkt von Last und Hubgeschwindigkeit möglichst konstant hält, also z. B. die Hubgeschwindigkeit bei kleiner Last erhöht, so kann, wenn geschultes Bedienungspersonal zur Verfügung steht, dieses Ziel durch geeignete Regulierung des Motors verhältnismäßig leicht erreicht werden. Anders liegt der Fall jedoch bei Schiffsladewinden, die in den verschiedensten Häfen der Welt häufig von ganz unkundigem Personal bedient werden und daher die genannte Forderung vollkommen automatisch erfüllen müssen. Von derartigen Winden wird häufig verlangt, daß die Hubgeschwindigkeit bei leerem Haken etwa das Fünffache derjenigen bei Vollast beträgt.

Um dieser Forderung entsprechen zu können, muß man bei kleiner Last die Drehzahl des Motors durch Feldschwächung erhöhen, und zwar in stärkerem Maße, als es bei einem Motor mit Hauptstromcharakteristik durch die Abnahme der Ankerstromstärke der Fall sein würde.

Die Erfindung ist auf einen elektrischen Antrieb für gleichbleibende Leistung bei veränderlicher Last und Drehzahl gerichtet, bei welchen eine derartige Erregungsregelung eines fremderregten Motors selbsttätig in Abhängigkeit von dem ■— beispielsweise durch die Last am Haken gegebenen — Drehmoment des Motors erfolgt. Hierbei kann man eine ununterbrochene Feldregelung dadurch erhalten, daß man den Erregerstrom einer besonderen Erregermaschine entnimmt, deren Charakteristik vom Drehmoment des Antriebsmotors bzw. von der Hublast so beeinflußt wird, daß die Bedingung gleicher Leistung bei verschiedener Hubgeschwindigkeit, also gleicher Ankerstromstärke des Antriebsmotors bei gleichbleibender Betriebsspannung erfüllt ist. Um nun die Charakteristik der Erregermaschine in Abhängigkeit von dem Drehmoment des Antriebsmotors zu bringen, läßt man gemäß der Erfindung die Last von dem Umlaufrade eines Umlaufrädergetriebes antreiben, von dessen Mittelrädern das eine mit dem Antriebsmotor und das andere mit einer zur Erregung des Antriebsmotors dienenden fremderregten Dynamomaschine zwangsläufig verbunden ist. Der Anker der zur Erregung des Antriebsmotors dienenden Dynamomaschine

*) Von dem Patentsucher ist ah der Erfinder angegeben worden:

Richard Deetjen in Eystrup, Weser.

ist dabei zweckmäßig in Reihenschaltung mit der Feldwicklung des Antriebsmotors an die Netzspannung angeschlossen.

In der Zeichnung ist eine solche Anordnung schematisch dargestellt. Es bedeutet 20' den Anker des Antriebsmotors, auf dessen Welle das als Innenrad des Umlaufgetriebes dienende Ritzel 21 aufgekeilt ist. Durch die Zwischenräder 2a und 22' wird das umlaufende Außenrad 23 angetrieben, dessen Moment durch den Anker 24 der Erregermaschine über die Zahnräder 25, 26 und 27, welch letzteres in einen Außenzahnkranz des Umlaufrades 23 greift, abgestützt wird. Die Zwischenräder 22 und 22' übertragen mit Hilfe des umlaufenden Bügels 28 und der Zahnräder 2g und 30 die vom Anker 20 abgegebene Leistung auf die Seiltrommel· 31. Der Anker 20 erhält seinen Strom unmittelbar aus dem Netz, während dieselbe Netzspannung die Erregerwicklung 32 der Erregermaschine speist. Der im Anker 24 der Erregermaschine erzeugte Strom dient unmittelbar zur Speisung der Erregerwicklung 33 des Antriebsmotors. In Fig. 2 ist dieselbe Getriebeanordnung schematisch von der Seite dargestellt. Die Erregung des Antriebsmotors ist also auf diese Weise in unmittelbare Abhängigkeit von ■ dem Drehmoment des Antriebsmotors gebracht.

Die Leistung der Erregermaschine braucht nur so groß zu sein, um die Erregerenergie für den Antriebsmotor zu liefern, schätzungsweise etwa 4 bis 5 % der Antriebsleistung. Arbeitet hierbei die Erregermaschine als Generator, so bilden der Anker der Erregermaschine und die Erregerwicklung des Antriebsmotors einen in sich geschlossenen Stromkreis. Um aber diese Erregerenergie abgeben zu können, müßte erst die Erregermaschine die erforderliche Drehzahl durch den Antrieb des Antriebsmotors erhalten. Da der letztere jedoch bei dieser Schaltung im ersten Anlauf noch keinen Erregerstrom erhält, so wäre eine Hilfserregung erforderlich. Zweckmäßiger ist es daher, die Erregermaschine als Motor zu schalten, dessen Anker in Reihe mit der Erregerwicklung des Antriebsmotors an das Netz geschaltet wird, und der eine getrennte, vom Netz gespeiste Nebenschlußerregung erhält. Das Schaltschema ist in Fig. 3 dargestellt mit den Bezeichnungen aus Fig. 1. Die Stärke des Erregermotors im Verhältnis zur Antriebsleistung kann grundsätzlich nach Belieben gewählt werden. Gibt der Erregermotor, indem er auf Tourenzahl kommt, das von ihm ausgeübte Drehmoment als Bewegungsenergie an das Umlaufgetriebe in Form von nutzbarer Leistung ab, so addiert sich diese zur Leistung des Antriebsmotors. Es genügt aber, daß z. B. bei normaler Belastung das zum Stützen des umlaufenden Rades 23 erforderliche Drehmoment von dem Erregermotor ruhend ausgeübt wird. In diesem Fall gibt er keine Nutzleistung ab, und die aus dem Netz entnommene Energie dient lediglich dazu, im Anker 24 des Erregermotors den Strom zu erzeugen, der in Verbindung mit dem Feld 32 das stützende Drehmoment ergibt und in Reihe mit diesem Ankerstrom gleichzeitig den Erregerstrom für den Antriebsmotor liefert. Die Netzspannung verteilt sich also auf den Anker 24, ohne daß in diesem selbst eine elektromotorische Kraft erzeugt wird, und auf die Erregerwicklung ^- Verringert sich nun die Last bzw. das Drehmoment des Ankers 20, so wird auch das Drehmoment im Erregermotor ein geringeres, die Stromstärke im Stromkreis 24/33 sinkt, und die durch den Widerstand der Erregerwicklung 33 abgedrosselte Spannung sinkt ebenfalls, so daß "der Anker 24 eine höhere Spannung erhält und er anfängt zu laufen, wobei er also Leistung abgibt. Diese Leistung wirkt in dem Sinne, daß sie die Geschwindigkeit der am Bügel 28 umlaufenden Zwischenräder, also auch die Drehzahl des Ritzels 2g, erhöht, demnach auch zur Steigerung der Hubgeschwindigkeit beiträgt. Diese Leistung ist allerdings gering und kommt für die praktische Bewertung kaum in Frage. Mit der geringeren Stromstärke in der Erregerwicklung 33 wird das Feld des Antriebsmotors geschwächt und, wie beabsichtigt, die Drehzahl bei geringerem Drehmoment erhöht.

Steigt andererseits das Drehmoment in dem Maße, daß der Ruhestrom in 24/33 dieses Drehmoment nicht ausgleichen kann, so wird der Erregermotor entgegen seinem eigentlichen Drehsinn angetrieben.· Der Anker erzeugt alsdann eine zur Netzspannung zusätzliche Spannung. Diese erhöhte Spannung hat eine höhere Stromstärke im Anker 24 und in der Erregerwicklung 33, also ein stärkeres Feld des Antriebsmotors zur Folge, wodurch im Sinne der gestellten Aufgabe bei sinkender Drehzahl ein höheres Drehmoment abgegeben werden kann.

Diese der früheren jetzt entgegengesetzte Drehrichtung hat auch eine wiederum nur in geringem Maße verzögernde Wirkung auf die Seilgeschwindigkeit.

Die im vorstehenden beschriebene Motorchaltung der Erregermaschine hat ferner den großen Vorteil, daß im Augenblick des Anlaufens der Antriebsmotor eine der Normalbelastung entsprechende Felderregung, der Motor selbst also ein hohes Anlaufmoment erhält.

Würde man, was grundsätzlich zulässig ist, die relative Leistung des Erregermotors erhöhen, z. B. so, daß er die gleiche Leistung aufweist wie der Antriebsmotor, so würde sich die gesamte Hubleistung auf zwei Motoren verteilen, von denen dann ein jeder nur die Hälfte der ,eistung des ursprünglich angenommenen Antriebsmotors herzugeben hat. Wirtschaftlich würde hierdurch jedoch kein Vorteil erzielt. Da die nominelle Leistung des Erregermotors

nur gering ist und man daher mit einem kleinen Motor auskommt, der allerdings auch nur ein kleines Drehmoment ausübt, so muß die Übersetzung zwischen dem Erregermotor und dem umlaufenden Außenrad 23 entsprechend groß gewählt werden, was durch die Zwischenräder 25, 26 in der Darstellung Fig. 1 und 2 zum Ausdruck gebracht ist.
Wenn die Last am Seil so groß ist, daß das Drehmoment des Motors nicht ausreicht, um sie anzuheben, dann bleibt der Bügel 28 stehen, und die Zwischenräder 22 und 22' rotieren nur um ihre Lagerzapfen. Die Leistung des Antriebsmotors wird vollständig auf den Erregermotor übertragen, der infolge der hohen Zwischenübersetzungen eine sehr große Drehzahl annimmt. Durch geeignete Mittel (z. B. einen Schwungkugelregler) kann dabei das Feld der als Generator arbeitenden Erregermaschine so stark geschwächt werden, daß eine für beide Maschinen schädliche Überlastung nicht eintritt. Die Leistung des Antriebsmotors ist also begrenzt, so daß selbst bei stillstehender Seiltrommel eine Gefahr für die elektrische und mechanische Antriebseinrichtung nicht besteht. Ein solcher Fall kann auch eintreten, wenn der Lasthaken sich unbeabsichtigt festhakt.

Die beschriebene Reguliereinrichtung ist nicht auf den Antrieb von Ladewinden beschränkt, sondern kann auch für andere Zwecke mit ähnlichen Betriebsbedingungen zur Anwendung kommen, ζ. B. für stationäre oder fahrbare Krananlagen, für Ankerwinden, Bagger u. dgl. Besonders bei Ankerwinden und Baggerantrieben ist die Forderung gestellt, eine schädliche Überlastung des Antriebsmotors zu verhüten. Dies gilt auch in solchen Fällen, wo der innere Widerstand so groß ist, daß bei der üblichen Antriebseinrichtung der Motor zum Stehen kommen würde. 4"

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Antrieb für gleichbleibende Leistung bei veränderlicher Last und Drehzahl mit einem fremderregten Motor, dessen Erregerstromstärke sich in Abhängigkeit von der Größe der zu überwindenden Last selbsttätig ändert, dadurch gekennzeichnet, daß die Last von dem Umlaufrade (22 bzw. 22') eines Umlaufrädergetriebes angetrieben wird, von dessen Mittelrädern das eine (21) mit dem Antriebsmotor (20) und das andere (23) mit einer zur Erregung des Antriebsmotors dienenden fremderregten Dynamomaschine (24) zwangsläufig verbunden ist.

2. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (24) der zur Erregung des Antriebsmotors (20) dienenden Dynamomaschine in Reihenschaltung mit der Feldwicklung (33) des Antriebsmotors an die Netzspannung angeschlossen ist.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen