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Dokumentenidentifikation DE3435581C2 25.10.1990
Titel Einrichtung zur mechanischen Energiespeicherung bei Kranen mit eigener Energieversorgung
Anmelder Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München, DE
Erfinder Holland, Maarten, 8521 Poxdorf, DE
DE-Anmeldedatum 27.09.1984
DE-Aktenzeichen 3435581
Offenlegungstag 03.04.1986
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 25.10.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 25.10.1990
IPC-Hauptklasse B66C 13/18
IPC-Nebenklasse F16F 15/30   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur mechanischen Energiespeicherung bei Kranen mit eigener Energieversorgung, bei der mindestens ein von einer Verbrennungskraftmaschine angetriebener elektrischer Generator die elektrischen Antriebe des Kranes speist und mit dem Generator ein zur Energieaufnahme bzw. Energieabgabe dienendes Schwungrad mechanisch gekuppelt ist.

Mit diesem Oberbegriff wird auf eine Anordnung Bezug genommen, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 30 48 655 bekannt ist.

Bei dieser Anordnung wird die beispielsweise beim Senken der Last zurückgespeiste elektrische Energie als mechanische Energie im Schwungrad gespeichert, und zwar geschieht dies in der Weise, daß die Drehzahl des Schwungrades entsprechend dem aufgenommenen Energiebetrag erhöht wird. Solange die Drehzahl von Generator und Schwungsrad über der gewünschten Nenndrehzahl liegt, ist die Verbrennungskraftmaschine durch einen Freilauf vom Generator entkuppelt.

Anschließend wird dann nach gewisser Zeit die gespeicherte Schwungmassenenergie vom Generator in elektrische Energie zurückgewandelt. Wenn wieder die Nenndrahzahl erreicht ist, liefert die Verbrennungsmaschine wieder Leistung. Wenn anschließend die Haupttriebwerke in Richtung Heben beschleunigen, wird zusätzlich zur Leistung vom Diesel auch noch Schwungradenergie aufgebracht, was ebenfalls zu Drehzahländerungen führt.

Wird als elektrischer Generator ein Synchrongenerator verwendet, so haben die Drehzahländerungen im Regelfall auch entsprechende Änderungen der Frequenz zur Folge. Diese Änderungen sind für bestimmte Verbraucher störend bzw. überhaupt nicht zulässig.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Austausch der von den Antriebsmaschinen kommenden oder benötigten elektrischen Energie mit dem Schwungmassenspeicher so vorzunehmen, daß Drehzahländerungen des Generators möglichst vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Trägheitsmoment des Schwungrades in Abhängigkeit vom Ausgangssignal eines Drehzahlreglers, dem als Eingangssignale der Drehzahl-Istwert und ein vorgebbarer Drehzahl-Sollwert zugeführt werden, derart verändert wird, daß die Drehzahl des Schwungrades während der Aufnahme bzw. Abgabe von Energie möglichst konstant bleibt.

Auf diese Weise werden Drehzahlerhöhungen vermieden. Ferner kann die gespeicherte Energie zu beliebigen Zeitpunkten freigegeben werden.

Die vorstehend beschriebene Anordnung hat ferner noch den Vorteil, daß auch lösbare Verbindungen zwischen Schwungrad und Verbrennungskraftmaschine, wie z. B. Überholkupplungen, entfallen können.

Die Änderungen des mechanischen Trägheitsmomentes des Schwungrades können in an sich bekannter Weise vorgenommen werden; z. B. über Ein- oder Auspumpen von Flüssigkeiten oder mechanische Verstellung von Massen relativ zur Drehachse.

Ein derartiges Schwungrad, dessen Trägheitsmoment auch während des Betriebes veränderbar ist, ist beispielsweise aus der US-PS 32 48 967 bekannt.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sei die Erfindung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Energieversorgung für einen Kran und

Fig. 2 eine Möglichkeit für die Veränderung der Schwungmasse des in Fig. 1 gezeigten Schwungrades.

Eine Verbrennungskraftmaschine 1, z. B. ein Dieselmotor, treibt über ein Getriebe 2 einen elektrischen Synchrondrehstromgenerator 3. Dieser speist über ein Inselnetz 4 und Stromrichter 10 die einzelnen elektrischen Antriebsmaschinen 5 des nicht gezeigten Krans. Gestrichelt angedeutet ist eine Last 6. Mit dem Generator 3 ist mechanisch ein Schwungrad 7 gekuppelt, dessen mechanisches Trägheitsmoment mittels der Einrichtung 21 zur Veränderung der Schwungmasse während des Betriebes veränderbar ist, z. B. durch Ein- und Auspumpen von Flüssigkeit. Diese Veränderbarkeit ist in Fig. 2 gezeigt. Ein mit Flüssigkeit gefüllter Vorratsbehälter 12 ist mit einer von einem Elektromotor 11a angetriebenen Pumpe 11b verbunden, welche die Flüssigkeit über ein Rohrstück 13 einer Ringnut 15 eines Lagers 14 mit Mäanderdichtung zugeführt. Von dort gelangt die Flüssigkeit über eine Längsbohrung 17 in der Welle 16 zu einer Querbohrung 18 und über Rohrstücke 19 in den hohlen Innenraum 20 des Schwungrades 7.

Liefern die elektrischen Antriebsmotoren 5 (Fig. 1) z. B. während des Senkvorganges elektrische Energie an den Generator 3 zurück, so wird diese in mechanische Energie umgewandelt, die den Generator zu beschleunigen sucht. Dieser Beschleunigung wird durch entsprechendes Vergrößern des Trägheitsmomentes des Schwungrades 7 entgegengewirkt, d. h. die rückgespeiste mechanische Energie wird in Schwungmassenenergie umgeformt. Entsprechendes gilt für den umgekehrten Vorgang, wenn kinetische Energie des Schwungrades über den Generator 3 als elektrische Energie an die Motoren 5 gegeben wird.

Zur Steuerung des Trägheitsmomentes ist eine Regeleinrichtung 8 vorgesehen, die den vorgegebenen Drehzahl- Sollwert ns der Anordnung mit dem von einer Tachometermaschine 9 abgenommenen Drehzahl-Istwert ni vergleicht und über das Stellglied 23, den Motor 11a, die Pumpe 11b den Flüssigkeitsstand im Schwungrad 7 und damit die Schwungmasse so regelt, daß die Solldrehzahl erhalten bleibt. Die Veränderbarkeit des Flüssigkeitspegels 22a ist in Fig. 2 durch die gestrichelte Linie 22b angedeutet.

Anstelle einer Veränderung des Flüssigkeitspegels im Schwungrad 7 durch Ein- und Auspumpen von Flüssigkeit kann auch eine Verlagerung von Massenkörpern im Schwungrad 7 vorgenommen und diese Verlagerung durch eine Regeleinrichtung gesteuert werden.

Es ist vorteilhaft, dem Geschwindigkeitsregler 8a einen Beschleunigungsregler 8b zuzuordnen, insbesondere der Geschwindigkeitsregelung eine Beschleunigungsregelung zu unterlagern, wie dies Fig. 2 zeigt. Der Istwert für den Beschleunigungsregler wird über ein Differenzierglied 8c von der Tachometermaschine 9 gewonnen.

Anstelle eines Dieselmotors und/oder eines Generators können selbstverständlich auch mehrere Antriebsmaschinen und/oder Generatoren und/oder Schwungmassen gekuppelt sein und entsprechend den vorgegebenen Bedingungen gesteuert werden.

Bezugszeichenliste

1 Verbrennungskraftmaschine

2 Getriebe

3 Synchrondrehstromgenerator

4 Inselnetz

5 Antriebsmaschine

6 Last

7 Schwungrad

8 Regeleinrichtung

8a Geschwindigkeitsregler

8b Beschleunigungsregler

8c Differenzierglied

9 Tachometermaschine

10 Stromrichter

11a Elektromotor

11b Pumpe

12 Vorratsbehälter

13 Rohrstück

14 Lager

15 Ringnut

16 Welle

17 Längsbohrung

18 Querbohrung

19 Rohrstück

20 Innenraum

21 Einrichtung zur Veränderung der Schwungmasse

22a Flüssigkeitspegel

22b gestrichelte Linie

23 Stellglied

ns Drehzahl-Sollwert

ni Drehzahl-Istwert


Anspruch[de]
  1. Einrichtung zur mechanischen Energiespeicherung bei Kranen mit eigener Energieversorgung, bei der mindestens ein von einer Verbrennungskraftmaschine angetriebener elektrischer Generator die elektrischen Antriebe des Kranes speist und mit dem Generator ein zur Energieaufnahme bzw. Energieabgabe dienendes Schwungrad mechanisch gekuppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägheitsmoment des Schwungrades (7) in Abhängigkeit vom Ausgangssignal eines Drehzahlreglers (8), dem als Eingangssignale der Drehzahl-Istwert (ni) und ein vorgebbarer Drehzahl-Sollwert (ns) zugeführt werden, derart verändert wird, daß die Drehzahl des Schwungrades (7) während der Aufnahme bzw. Abgabe von Energie möglichst konstant bleibt.






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