DE3111252C2 - Schutzeinrichtung gegen Überlastung einer Maschinenanlage - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Schutz einer Maschinenanlage gegen Überlastung, die aus einem Antriebsmotor und einer Last sowie einem insbesondere zwischengeschalteten Untersetzungsgetriebe besteht. Die Einrichtung besteht aus einer drehelastischen Kupplung im Antriebszug zwischen Motor und Getriebe, die auf jeder Seite eine oder mehrere Marken trägt, die von Fühlern abgetastet werden. Entsprechend den abgetasteten Marken werden von einem Impulsgenerator Impulse ausgelöst und an ein Vergleichsgerät geliefert. Unter Berücksichtigung der Drehzahl der Maschinenanlage wird die festgestellte Impulszahl als Verdrehwinkel zwischen den beiden Seiten der drehelastischen Kupplung interpretiert. Wird ein vorgegebener Verdrehwinkel überschritten, gibt die Einrichtung ein Abschaltsignal an die Motorsteuerung.

Description

a) daß auf beiden Seiten eines zwischen Antriebsmotor (1) und Arbeitsmaschine liegenden, drehelastischen Verbindungsteils (2) jeweils mindestens eine Marke und die Marken abtastende Fühler (6,7) vorgesehen sind,

b) daß die Fühler (6, 7) in Abhängigkeit von den erfaßten Marken Impulse auslösen und an das Vergleichsgerät (8) liefern,

c) daß das Vergleichsgerät (8) die festgestellte Anzahl Impulse zwischen den auf den beiden Seiten des Verbindungsteils (2) angeordneten Marken als Maß für den Verdrehwinkel (α) zwischen den beiden Seiten des Verbindungsteils (2) mit einem Sollwert für den maximal zulässigen Verdrehwinkel vergleicht und bei Überschreiten des Sollwertes ein Abschaltsignal an die Steuereinrichtung liefert.

2. Überlastungsschutz-Einrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergleichsgerät (8) einen Rechner (20) aufweist, der aus einer vorgegebenen, stromabhängigen Systemkurve für das Motormoment, verschiedenen Meßwerten für den Motorstrotn bei verschiedenen Belastungen des Motors (1) und dem gemessenen Verdrehwinkel (λ) eine vom Verdrehwinkel abhängige Funktion für das Motormoment entwickelt und in Abhängigkeit von einem einstellbaren, maximal zulässigen Motormoment den maximal zulässigen Verdrehwinkel für den Solj-Istwertvergleich liefert.

3. Überlastungsschutz-Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergleichsgerät (8) einen Impulsgenerator (14) mit einem von den Marken gesteuerten Zähler und eine Verknüpfungsschaltung (16) aufweist, die in Abhängigkeit von der in den Zähler eingezählten Anzahl Impulse und der Drehzahl während der Zählung den tatsächlichen Verdrehwinkel (α) bestimmt.

4. Überlastungsschutz-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine automatische Korrektur des Nullpunktes des Drehwinkelversatzes durchgeführt und als neue Bezugsgröße der Verdrehwinkel als Ausgangsgröße im Vergleichsgerät (8) gespeichert wird, der möglichst nahe bei der Synchrondrehzahl des Antriebsrr.otors liegt oder ihr gleich ist, wobei die Drehzahl mit Hilfe des am Vergleichsgerät (8) gehörenden Drehzahlmessers (15) bestimmt wird.

5. Überlastungsschutz-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine automatische Korrektur des Nullpunktes des Drehwinkelversatzes durchgeführt und als neue Bezugsgröße der Verdrehwinkel als Ausgangsgröße im Vergleichsgerät (8) gespeichert wird, wenn der mit Hilfe des Strommessers (17) ermittelte Wirkstrom des Antriebsmotors (1) sein Minimum

möglichst nahe oder gleich dem Leerlaufstrom erreicht

6. Überlastungsschutz-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine Sperre mit einem Zeitgtied aufweist, die nach Einschalten des Antriebsmotors (1) für eine bestimmte Zeitspanne die Ausgabe des Abschaltsignals blockiert

7. Überlastungsschutz-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß eine vom Abschaltsignal ansteuerbare, dem Antriebsmotor (1) zugeordnete Sperre vorgesehen ist die die Einschaltung des Antriebsmotors (1) mit der Laufrichtung, bei der das Abschaltsignal gegeben wurde, verhindert

8. Überlastungsschutz-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Motor (1) und Getriebe (3) eine Bremse (10, 11) vorgesehen ist, die vom Abschaltsignal gesteuert wird.

9. Überlastungsschutz-Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer federkraftbetätigten und durch Beaufschlagung mit einem Hilfsmedium lüftbaren Bremse die Beaufschlagungsrichtung umkehrbar ist.

Die Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung gegen Überlastung einer Maschinenanlage, die aus einem Antriebsmotor, einem Getriebe und einer Arbeitsmaschine als Last besteht, mit einer Steuereinrichtung, die von einem Vergleichsgerät bei Überschreiten eines vorgegebenen Drehmomentes durch das vom Antriebsmotor aufgebrachte Drehmoment ein Abschaltsignal für den Antriebsmotor erhält.

Es ist bekannt, daß bei Maschinenanlagen zur translatorischen oder rotatorischen Bewegung großer Massen, z. B. bei Stetigförderern oder Kohlenhobel, die unter Tage eingesetzt werden, unregelmäßige und in der Größe stark unterschiedliche, zum Teil stoßartige Belastungen auftreten, die mit kurzzeitigen, teilweise beachtlichen Änderungen in der Bewegung den Antriebszug der Maschinenanlage erheblich belasten. Diese Belastungen sind von solcher Größe, daß sie z. B. nicht durch den Wirkstrom des/der antreibenden Motoren) erfaßt werden können. Zum Schutz gegen Überlastungen sind deshalb mechanisch oder hydrau-

lisch wirkende Überlastsicherungen bekannt, die bei auftretender Überlastung die Last auf der Antriebsseite des Getriebes vom Antrieb dadurch abtrennen, daß ein Stift abgeschert oder eine Kupplung gelöst wird. Die nach Wegfall der für die Überlastung verantwortlichen Störung erforderliche Wiederherstellung des Kraftflusses im Antriebszug ist zeit- und arbeitsaufwendig.

Bei einer anderen, bekannten Schutzeinrichtung mit einem Gleichstrommotor als Antriebsmotor wird die Drehzahl des Antriebsmotors mittels eines Tachogenerators überwacht und in einem Differentialverstärker mit einem Sollwert verglichen. Das Stellsignal des Differentialverstärkers wird seinerseits in einer Steuerschaltung für den Ankerstrom überprüft, ob es innerhalb vorgegebener Grenzen liegt, damit dem Gleichstrommotor kein unerwünscht großer Ankerstrom zugeführt wird (DE-OS 27 42 054).

Bei einer weiteren Schutzeinrichtung für einen elektromotorischen Antrieb wird vom Antrieb eine

Spindel angetrieben, auf der eine nicht selbsthemmende Schraubenmutter von einer Feder in Mittelstellung gehalten wird. Sofern sich die Drehzahl der Spindel ändert, verlagert sieb die nicht selbsthemmende Mutter auf der Spindel infolge ihres Trägheitsmomentes und löst bei ausreichend großer' Auswanderung aus der Mittellage über einen Schalter die Abschaltung des dem Motor zugeführten Stroms aus. Ein sich allmählich bis zu einer Überlastung des Motors aufbauendes Moment kann mit dieser nur auf positive oder negative Beschleunigungen des Motors ansprechenden Schutzeinrichtung nicht erfaßt werden (DE-AS 22 50 141).

In der den Oberbegriff des Anspruchs 1 belegenden DE-AS 14 63 484 wird eine Schutzeinrichtung beschrieben, bei der das Reaktionsmoment des Motormoments auf federnd abgestützte Schalter, die im Stromkreis des Antriebsmotors liegen, wirkt Bei Überschreitung eines vorgegebenen, jedoch durch die konstruktive Zuordnung und Auslegungscharakteristik der Federn nicht mehr einstellbarem Betriebsmoments, wini die Kraft der Federn überwunden und damit werden die Schalter geöffnet, was zu einer Stromunterbrechung des Antriebsmotors führt. Durch die einmalige Festlegung auf einen bestimmten Schaltpunkt ist eine einfache und schnelle Anpassung an sich ändernde Betriebs- und Belastungsbedingungen nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die im Vergleich zu einer Schutzeinrichtung mit mechanisch oder hydraulisch wirkenden Überlastsicherungen einen besseren Überlastungsschutz bietet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung geht also den Weg, über den Verdre'iwinkel eines drehelastischen Verbindungsteils im Antriebszug das Drehmoment zu überwachen und bei Überschreiten des Drehwinkelistwertes über einen vorbestimmten Drehwinkelsollwert den Motor abzuschalten. Die Überlastung wird sehr schnell erfaßt, denn bereits bei jeweils mindestens einer Marke auf dem Umfang und einer Drehzahl des Motors von 1500 Umdrehungen je Minute, wird.in jeder Sekunde 25mal die Anzahl der Impulse an das Vergleichsgerät geliefert und damit findet 25ma! pro Sekunde ein Soll-Istwertvergleich statt. Bei mehreren Marken auf dem Umfang ist die Zahl der Soll-Istwertvergleiche entsprechend höher.

Durch die technische Ausführung der Kupplung, des möglicherweise auftretenden Verschleißens des drehelastischen Verbindungsteils der Kupplung oder des Unvermögens, die Maschinenanlage belastungsfrei anlaufen zu lassen, ist es notwendig, die Grundausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung mit Zusatzeinrichtungen auszurüsten, die eine automatische Korrektur des Nullpunktes des Drehwinkelistwertes erlauben und gleichermaßen den vorbestimmten, einstellbaren Drehwinkelsollwert an die aktuelle Ausgangslage anpassen.

In der einen Ausgestaltung der Erfindung wird die Drehzahl des Antriebsmotors gemessen und als Korrekturgröße herangezoger.. Da vorzugsweise Drehstromasynchronmotoren als Antriebsmotoren verwendet werden, wird der Drehwinkelversatz der Kupplung als Nullpunkt definiert und gespeichert, bei dem die Motordrehzahl möglichst dicht, oder gleich der Synchrondrehzahl des Motors ist. Das kann aber nur erreicht werden, wenn der Motor nahezu unbelastet ist.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung macht sich zur aktuellen Bestimmung des Nullpunktes des Drehwinkelversatzes der Kupplung die bekannte Eigenschaft zunutze, daß bei geringen Belastungen des Antriebsmotors der Wirkstrom des Motors ein Minimum aufweist

Korrektureinrichtungen dieser Art setzen vpraug, daß der Zusammenhang zwischen Belastung und Drehwinkelversatz des drehelastischen Verbihdungsteils der Kupplung, möglichst unbeeinflußt durch die elastische Härte des Werkstoffes und/oder Herstellungsgenauigkeit und Formtreue, in gleichbleibend engen Grenzen ίο bleibt

Sofern dieser Sachverhalt nicht gegeben ist, kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das Vergleichsgerät einen Rebhher aufweisen, mit dessen Hilfe durch die Messung von Wertepaaren des Drehwinkelversatzes und des Motorstroms ein von Herstellungstoleranzen und/oder Verschleißeinwirkungen der Kupplung freier funktionaler mathematischer Zusammenhang zwischen Belastungsdrehmoment und Drehwinkelversatz ermittelt wird aus dem dann die Nullpunktkorrektur des Drehwmkelistwertes abgeleitet wird und mit dem gleichermaßen der vorbestimmte einstellbare Drehwinkelsollwert an die aktuelle Ausgangslage angepaßt werden kann.

Nach einer weiteren Ausgestaltung weist das Vergleichsgerät einen Impulsgenerator mit einem von den Marken gesteuerten Zähler und eine Verknüpfüngs^:

schaltung auf, die in Abhängigkeit von der in dem Zähler eingezählten Anzahl Impulse und der Drehzahl während der Zählung den tatsächlichen Verdrehwinkel bestimmt.

Die Einrichtung kann eine Sperre mit einem Zeitglied aufweisen, die nach Einschalten des Antriebsmotors für eine bestimmte Zeitspanne die Ausgabe des Abschaltsignals blockiert. Weiter kann eine vom Abschaltsignal ansteuerbare, dem Antriebsmotor zugeordnete Sperre vorgesehen sein, die die Einschaltung des Antriebsmotors mit der Laufrichtung, bei der das Abschaltsignal gegeben wurde, verhindert.

Vorzugsweise ist zwischen Getriebe und Motor eine Bremse vorgesehen, die vom Abschaltsignal gesteuert wird. Mit einer solchen Bremse werden z. B. im Blockierungsfall der Last die von der Motorseite kommenden Kräfte derart vermindert, daß sie an kritischen Stellen des Antriebszuges, z. B. bei einem Kohlenhobel an den Zugketten, als die Zugketteri zerreißende Kräfte nicht zur Entstehung kommen. Um die Ansprechempfindlichkeit einer federkraftbetätigten und durch Beaufschlagung mit einem Hilfsmedium lüftbaren Bremse weiter zu verbessern, kann die so Beaufschlagungsrichtung mit dem Hilfsmedium -umkehrbar sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellender Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 einen Teil einer Maschinenanlage mit einer Schutzeinrichtung gegen Überlastung,

F i g. 2 ein Blockschaltbild der Schutzeinrichtung gemäß Fig. 1,

Fig.3 ein Impulsdiagramm für die Signale der Marken,

Fig.4 ein Diagramm über die Abhängigkeit des Drehmomentes und des Verdrehwirikels mit und ohne Nullversatz des drehelastischen Verbindungsteils im Antriebszug und

Fig.5 ein Diagramm über die Abhängigkeit des Motorstroms und des Drehmomentes.

Gemäß F i g. 1 treibt ein Antriebsmotor 1 über eine drehelastische Kupplung 2 und ein Untersetzungsge-

triebe 3 eine nicht dargestellte Last, z. B. einen Kohlenhobel, an. Auf der Antriebsseite des Motors 1 und der Antriebsseite des Getriebes 3 sitzt jeweils eine mit einem oder mehreren Schlitzen als Markierung versehene Scheibe 4, 5. Jeder Scheibe 4, 5 ist ein feststehender Fühler 6, 7 zugeordnet, der in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Anzahl der Schlitze in der Scheibe Start- und Stopimpulse an ein Vergleichsgerät 8 liefert.

In Fig.3 sind für die beiden, jeweils einen Schlitz aufweisenden Scheiben 4, 5 die Impulsdiagramme über eine vollständige Drehung dargestellt. Danach liefern die Fühler 6,7 kein Signal, wenn die Schlitze die Fühler 6,7 beaufschlagen. Die beiden Impuisdiagramme zeigen, daß die Schlitze um den Winkel <x gegeneinander versetzt sind.

Das Vergleichsgerät 8 umfaßt eine Logik 13 (vergl. F i g. 2), der von den Fühlern 6, 7 die Start-/Stopimpulse zugeführt werden. Den ersten eintreffenden Impuls, z. B. die Vorderflanke der Spur 1, wird als Startimpuls und die Vorderflanke der Spur 2 als Stopimpuls ausgewertet, da der Abstand der Vorderflanken dem tatsächlichen Winkelversatz («) entspricht. Zum Vergleichsgerät 8 gehört ein Zählimpuls-Generator 14 mit einem Zähler, der von der Logik 13 mit den Start-/Stopimpulsen derart angesteuert wird, daß sämtliche in dem Zeitintervall zwischen dem Start- und dem Stopsignal vom Generator 14 gelieferten Impulse im Zähler eingezählt werden. Da bei gleichem Winkelversatz (α) das Zeitintervall von der Drehzahl abhängt, kann die Anzahl der eingezählten Impulse größer oder kleiner sein.

Mit der Anzahl der im Zähler eingezählten Impulse wird eine Verknüpfungsschaltung 16 zur Bestimmung des tatsächlichen Verdrehwinkels («) beaufschlagt. Diese Verknüpfungsschaltung erhält außerdem von einem von einer der beiden Marken angesteuerten Drehzahlmesser 15 ein der Drehzahl im Zeitintervall entsprechendes Signal.

Mit diesem Signal wird in der Verknüpfungsschaltung die Anzahl der eingezählten Impulse auf den tatsächlichen Verdrehwinkel umgerechnet. Der Wert für den tatsächlichen Verdrehwinkel wird zum Soll-lstvergleich der Vergleichsschaltung 21 zugeführt.

Das Vergleichsgerät 8 (F i g. 2) liefert ein Abschaltsignal an einen Motorschalter 9 an ein Betätigungsorgan 10 für die Bremsbacken 11 einer z. B. antriebsseitig am Getriebe 3 angeordneten Bremsscheibe 12.

Zum Vergleichsgerät 8 gehört ferner ein Strommesser 17 für den Motorstrom und ein Gerät 18 zur Vorgabe einer einstellbaren Systemkurve für die Abhängigkeit von Motorstrom und Drehmoment. Ein Rechner 20, dem der tatsächliche Motorstrom, die Systemkurve und der tatsächliche Verdrehwinkel vorgegeben wird, entwickelt aus diesen vorgegebenen! Werten eine Kurve für die Abhängigkeit des Motormomentes vom Verdrehvvinkel. Für diese Entwicklung sind; nur einige Werte des Verdrehwinkels und des; Motorstroms notwendig, wie weiter unten noch im einzelnen zu erläutern sein wird. Am Rechner 20 wird ferner das maximal zulässige Moment vorgegeben, bei dem der Motor abgeschaltet werden soll. In Abhängigkeit von der entwickelten Kurve und dem eingestellten Moment liefert der Rechner 20 an die Vergleichsschaltung 21 den maximal zulässigen Verdrehwinke!, der dann mit dem der Vergleichsschaltung 21 ebenfalls zugeführten tatsächlichen Verdrehwinkel verglichen wird. Stellt die Vergleichsschaltung 21 fest, daß der tatsächliche Verdrehwinkel größer als der maximal zulässige Verdrehwinkel ist, wird ein Abschaltsignal an den Motorschalter 9 und an das Betätigungsorgan 10' gegeben. Der Motorschalter 9 kann eine Sperre aufweisen, die ein Wiedereinschalten des Motors in der alten Drehrichtung verhindert.

Die Entwicklung der Kurve für die Abhängigkeit des Verdrehwinkels und des Drehmomentes bzw. Motorstroms erfolgt in der Weise, daß an der Schaltung 18> eine für die Motorcharakteristik typische Systemkurve vorgegeben wird, wie sie in F i g. 5 dargestellt ist. Aus der Abhängigkeit des Motorstromes vom Gesamtdrehmoment und der Abhängigkeit des Verdrehwinkels vom; Gesamtdrehmoment läßt sich die Kurve gemäß F i g. 4 entwickeln. Dies erfolgt in der Weise, daß bei bestimmten Motorstromstärken /1, /2, /3 die zugehörigen Verdrehwinkel «i, &2, oci bzw. αϊ*, «2*. <*3*, gemessen werden. Unter Verwendung des sich bei den gemessenen Stromstärken aus der Systemkurve gemäß F i g. 5 ergebenden Drehmoment Mi. M2, Λ/3 werden die den Verdrehwinkeln zugehörigen Punkte für die Kurve bestimmt, die die Abhängigkeit des Drehmomentes vom. Verdrehwinkel ergibt. Da die Kurven einen typischen Verlauf haben, reicht es zur Bestimmung der Kurve aus, wenn einige Meßpunkte benutzt werden.

Weiche der beiden verdrehwinkeigruppen «1, «2, «:i bzw. «ι* »2* «3* gemessen werden, hängt natürlich von den tatsächlichen Verhältnissen ab. Da die tatsächlichen Verdrehwinkel für die Bestimmung des Kurvenverlaufs herangezogen werden, wird beim betriebsmäßigen Soll-Istwertvergleich ein eventueller Nullversatz oder verschleißbedingter Versatz automatisch mit beriicksichiigt bzw. diiTsiniert.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentanspräche:

1. Schutzeinrichtung gegen Überlastung einer Maschinenanlage, die aus einem Antriebsmotor, einem Getriebe und einer Arbeitsmaschine als Last besteht, mit einer Steuereinrichtung, die von einem Vergleichsgerät bei Oberschreiten eines vorgegebenen Drehmomentes durch das vom Antriebsmotor aufgebrachte Drehmoment ein Abschaltsignal für den Antriebsmotor enthält, dadurch gekennzeichnet,