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Wanderfeldmotor zum Antrieb von Webstuhlschützen.
Mit den bekannten elektrischen Wanderfeldantrieben für Webschützen ist es bisher nicht gelungen, auch nur annähernd die Schützengeschwindigkeiten zu erreichen, die für die üblichen Leistungen der
Kraftwebstühle gefordert werden müssen und die mit Hilfe von mechanischen Schützenschlagvorrichtungen auch bereits erzielt worden sind.
Nach dem der Erfindung zugrunde liegenden Merkmal wird ermöglicht, dem Webschützen während seinem Lauf über die ganze Schützenbahn die zu seiner gewünschten, mit hoher Geschwindigkeit erfolgenden Bewegung erforderliche Kraft fortwährend mitzuteilen, indem der Ständer (feststehender Teil, Stator, Primäranker) des Wanderfeldinduktionsmotors sich über die ganze Schützenbahnlänge erstreckt, so dass die Länge der Schützenbahn ohne Rücksicht auf den Schützenantrieb beliebig gross sein kann. Die durch die Webstuhlbreite bestimmte Länge der Laufbahn des Schützen entspricht der Abwicklung der Ständerbohrung eines Induktionsmotors.
Der in dem Schützen eingebaute Läufer ist der hin-und hergehende Teil des Wanderfeldmotors und er entspricht dem Wesen nach einem Stück des sich drehenden Teiles (Läufer, Rotor oder Sekundäranker) eines Induktionsmotors.
Da die Webschützen in ihrer Konstruktion und in ihren Abmessungen allgemein festgelegt sind, ist die Länge des Schützen eine gegebene Grösse.
Der Läufer kann jedenfalls nicht länger sein als der Schütz selbst, und es ist bekannt, die Polteilung so klein zu machen, dass sie höchstens die Hälfte der Schützenlänge erreicht. Um trotzdem Schützengeschwindigkeiten zu erreichen, welche mindestens denjenigen gleichkommen, die für die üblichen Leistungen der Kraftwebstühle gefordert werden müssen, wird erfindungsgemäss Mehrphasenstrom benutzt, dessen Frequenz möglichst hoch gewählt ist. Gleichzeitig werden Mittel vorgesehen, durch welche die durch die vorgeschaltete Statorimpedanz der von den Polflächen des Ankers nicht bedeckten Teile verursachten Spannungsänderungen teilweise oder ganz ausgeglichen werden.
Durch die erhöhte Anfahrbeschleunigung werden Schusszahlen ermöglicht, die den bisher üblichen Schusszahlen der mechanischen Schützenschlagvorrichtungen und bei breiten Webstühlen noch wesentlich höheren Schusszahlen entsprechen.
Auf der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in mehreren Ausführungen beispielsweise dargestellt, u. zw. zeigt :
Fig. 1 einen Teil eines geradlinig ausgestreckten Stators 2 des Wanderfeldmotors nebst dem Kurzsehlussanker Jf, welcher vier Polteilungen des Stators bedeckt. Weiterhin zeigt die Fig. 1 einen Webschützen 3 mit den Rollen 4. Der Anker 1 ist in die untere Seite des Webschützen 3 fest eingebaut. Fig. 2 veranschaulicht die Schaltung des Wanderfeldantriebes und Fig. 3 das durch den Induktionsregler 8 bedingte Spannungsdiagramm. Fig. 4 und 5 zeigen zwei weitere Ausbildungen der Erfindung.
In Fig. 6 ist gezeigt, wie im Statorteil des Wanderfeldmotors die Spulen der ersten und dritten Lage den Platz wechseln.
Zwischen einem geradlinigen Wanderfeldantrieb und einem normalen Drehstrommotor besteht bekanntlich ganz allgemein ein wesentlicher Unterschied darin, dass der Ankerkern nicht kreisförmig geschlossen, sondern geradlinig ausgestreckt ist. Der Kernquerschnitt des Ankers ist annähernd proportional der Polteilung ; zur Erzielung möglichst kleiner Eisenmassen wird neben hoher magnetischer Sättigung des Ankereisens die Polteilung des Ständers und des Ankers so klein gemacht, als es mit
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Rücksicht auf die schmalen Abmessungen der Statorzähne und mit Rücksicht auf die Streuung praktisch überhaupt möglich ist.
Da aber die Ausführung einer kleinen Polteilung auf Kosten der Geschwindigkeit geht, so wird erfindungsgemäss gleichzeitig die Anwendung einer Betriebsfrequenz erforderlich, die wesentlich höher ist als die sonst gebräuchliche Frequenz von 50 Hertz. Die durch die erhöhte Betriebsfrequenz bedingte hohe Ankerfrequenz muss allerdings durch Angleichung des Ohmschen Widerstandes der Kurzschlusswicklung an die erhöhte Induktivität des Ankers berücksichtigt werden.
Ausser der Anwendung einer kleinen Polteilung, hoher Betriebsfrequenz und hoher Sättigung des Ankereisens sind zur weiteren Verminderung der Eisenmassen auf der oberen Seite des Ankereisens und mit Rücksicht auf die Befestigung des Läufers im Webschütze Einbuchtungen oder Aussparungen 5 vorgesehen. Dadurch wird die bestmögliche Beschleunigung für den Anker erzielt. Wie aus Fig. 1 weiterhin ersichtlich, besteht ein wesentlicher Unterschied des Wanderfeld-
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der Wicklung des bedeckten, also mit dem Anker jeweils in Wechselwirkung stehenden Teiles des
Stators als Impedanz vorgeschaltet ist. Die Klemmenspannung des Wanderfeldmotors setzt sich demnach aus der auf den nicht bedeckten Teil entfallenden Spannung und aus der auf den vom Anker bedeckten Teil entfallenden Spannung zusammen.
Die auf den vom Anker bedeckten Teil entfallende
Spannung soll im folgenden als"Betriebsspannung"des Motors bezeichnet werden. Da sich bei einem Drehstrom- und Kurzschlussankermotor der Anlaufstrom vom Kurzschlussstrom bis zum Leerlaufstrom ändert, so ändert sich während des Anlaufes in entsprechender Weise das Verhältnis der Spannung der vorgeschalteten Impedanz zur Betriebsspannung des Motors. Ist also die an den Klemmen des Wanderfeldmotors herrschende Spannung konstant, so bewirkt die Abnahme des Anlaufstromes eine Zunahme der "Betriebsspannung" des Motors. Diese Zunahme ist aber nur insoweit günstig, als durch sie die Zugkraft erhöht wird. Die unerwünschte Schwankung der Motorbetriebsspannung kann nun in vollkommener Weise durch Anwendung selbsttätig wirkender Regelvorrichtungen bekannter Ausführung beseitigt werden, wie z.
B. durch einen Regeltransformator oder durch einen Induktionsregler 8.
In Fig. 3 sind die durch die Schaltung des Antriebes bedingten Spannungen graphisch dargestellt. Die Strecke 10 bedeutet die vorhandene Netzspannung, die Strecke 9 die vom Induktionsregler 8 induzierte Zusatzspannung und die Strecke 11 die an den Klemmen des Wanderfeldmotors herrschende Spannung, welche gleich der Resultierenden aus den beiden Spannungen 9 und 10 ist.
Im Anlaufmoment entspricht die Stromaufnahme des Wanderfeldmotors nahezu seinem Kurzschlussstrom, so dass die Motorspannung ohne Induktionsregler stark absinken würde. Durch den Induktionsregler wird nun die Zusatzspannung zur Deckung des Spannungsabfalles im nicht bedeckten Statorteil zur Verfügung gestellt, so dass die zur befriedigenden Arbeit des Schützen erforderliche Vergrösserung der Spannung 11 an den Klemmen des Wanderfeldmotors vorhanden ist. Mit dem Anlaufvorgang sinkt der Anlaufstrom, der Induktionsregler kehrt wieder in seine Ruhelage zurück, bis die resultierende Spannung 11 der Leerlaufspannung des Wanderfeldmotors entspricht.
Um die Impedanzspannung des vom Anker nicht bedeckten Statorteiles sowie auch die Blindleistung des Wanderfeldmotors herabzusetzen, wird die Selbstinduktion des nicht bedeckten Statorteiles durch eine mit der Statorwicklung in Reihe geschaltete Kapazität 6 kompensiert.
Man kann folgende Arten von Webstühlen mit Wanderfeldmotorenantrieb unterscheiden :
Breite, bei welchen das Schütz nach dem Zurücklegen der Anfahrstrecke mit normaler Schlüpfung, also einer Geschwindigkeit weiterläuft, die fast dem Synchronlauf entspricht, bis am Schluss der Fahrstrecke die Bremsstreeke beginnt.
Schmale, bei welchen das Schütz nur die Anfahr-und Bremsstrecke durchläuft, ohne dass eine eigentliche Fahrstrecke durchlaufen wird. In diesem Fall ist die halbe Schützenbahnlänge genau so gross wie die Anfahrstrecke. Bei ganz besonders kurzen Webstühlen kann sogar der Fall eintreten, dass die halbe Schützenbahnlänge noch kleiner als die Anfahr-bzw. Bremsstrecke ist, so dass die Läufergeschwindigkeit nur ansteigt und wieder sinkt, ohne dass sie das Maximum erreicht, wies es beim breiten Webstuhl in der Fahrstrecke der Fall ist.
Es gibt also folgende drei Läuferbewegungen oder Schützengeschwindigkeiten je nach der Breite des Webstuhles :
1. Ansteigend, konstantes Maximum, fallend.
2. Ansteigend bis zum Maximum, fallend.
3. Ansteigend, ohne das Maximum zu erreichen, fallend.
Um daher auch bei kurzen Webstühlen eine ebenso grosse Arbeitsgeschwindigkeit zu erreichen wie bei breiten, wird in besonderen Fällen die Betriebsfrequenz so weit gesteigert, dass die Höchstgeschwindigkeit dem konstanten Maximum des breiten Webstuhles entspricht.
Bezüglich der Steuerung des Webschützen 3 ist zu bemerken, dass dieselbe vermittels einer Schaltwalze 7 erfolgt, welche mit dem Antrieb des Webstuhles durch geeignete Übertragungselemente bekannter Ausführung zwangläufig verbunden ist. Die Kontakte der Schaltwalze sind derart angeordnet, dass die Zeitpunkte der Einschaltung, der Umkehr und der Ausschaltung der Statorwicklung 12 in beliebiger Weise gegeneinander verstellt werden können.
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Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, können im Statorteil des Wanderfeldmotors die Stirnverbindungen der ersten und dritten Lage den Platz wechseln. Hiedurch wird erreicht, dass in den drei Phasen die Widerstände, Induktivitäten usw. gleich werden.
Die einzelnen Spulengruppen sind in Reihe geschaltet. Die Schaltungsweise der Gruppen untereinander ist dann eine Sternschaltung bei einer Betriebsspannung von 220 Volt. Am Netzteil UVW wird diese Spannung zugeführt. Es ist vorgesehen, die Wicklungsenden X, Y, Z, welche normal zum Sternpunkt führen, mit einem Anlasser zu verbinden, um so die Arbeitsbedingungen zu verbessern. Erfindungsgemäss kann wiederum der Anker so ausgebildet sein, dass er eine oder mehrere Polteilungen des Statorteiles überdeckt.
Die Anwendung selbsttätig wirkender Spannungsregulatoren usw. kompliziert und verteuert den Wanderfeldantrieb in sehr erheblichem Masse. Um auch diese Nachteile zu vermeiden, werden nachstehend zwei geeignete Ausführungsbeispiele beschrieben, welche sich für schmale und breite Webstühle mit kurzen bzw. langen Wanderfeldern eignen.
In weniger schwierigen Fällen, z. B. bei kurzen Wanderfeldern, wird zur Verhinderung der durch die schon erwähnten Spannungsschwankungen bedingten unzulässig hohen Magnetisierung des aktiven Eisens der Motor so bemessen, dass das Verhältnis des Magnetisierungsstromes zum Kurzschlussstrom so klein ist, dass die entsprechende Stromänderung während des Anlaufes in der Impedanz des nicht bedeckten Statorteiles nur eine solche Spannungsänderung zur Folge hat, dass die erhöhte Motorbetriebsspannung, also die am bedeckten Statorteil herrschende Spannung, das aktive Eisen nur in zulässigen Grenzen beansprucht. Durch diese Massnahme wird wohl die mechanische Leistung verhältnismässig gering, jedoch spielt diese Tatsache gegenüber den sonst erreichten Vorteilen keine Rolle.
Fig. 4 zeigt eine Ansicht des langgestreckten Stators mit drei Wicklungsabschnitten, u. zw. bedeutet
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<tb> Teil <SEP> 14 <SEP> die <SEP> Fahrstrecke <SEP> in <SEP> jedem <SEP> Fall,
<tb> Teil <SEP> 13 <SEP> die <SEP> Anfahrstrecke <SEP> bei <SEP> der <SEP> Hinfahrt,
<tb> Teil <SEP> 15 <SEP> die <SEP> Bremsstreeke <SEP> bei <SEP> der <SEP> Hinfahrt,
<tb> Teil <SEP> 15 <SEP> die <SEP> Anfahrstrecke <SEP> bei <SEP> der <SEP> Rückfahrt,
<tb> Teil <SEP> 13 <SEP> die <SEP> Bremsstrecke <SEP> bei <SEP> der <SEP> Rüekfahrt,
<tb>
in schematischer Darstellung.
In sehr schwierigen Fällen, z. B. bei langen Wanderfeldern, dient zur Erklärung des Ausführungsbeispiels die Fig. 5.
Die Wicklungsabschnitte 13 und 14 bilden die Anfahr-und Bremsstrecke des Webschützen.
Der Wicklungsabschnitt 14 dagegen ist diejenige Strecke der Schützenbahn, welche vom Schützen 3 zum grössten Teil mit seiner Endgeschwindigkeit durchfahren wird. Die Windungszahl der Fahrstrecke 14 ist von derjenigen der Strecken 13 und 15 verschieden. Sie ist so hoch gewählt, dass sie der Leerlaufspannung des bedeckten Statorteiles entspricht. Bei sehr breiten Webstühlen wird die Windungszahl der Strecke 14 zur Herabsetzung der Kupferverluste des Magnetisierungsstromes zweckmässig soweit erhöht, dass der Magnetisierungsstrom dieses Wicklungsabschnittes einen so niedrigen Wert erhält, dass das von ihm erzeugte Feld gerade noch zur Aufrechterhaltung der normalen Leerlaufgeschwindigkeit des Ankers ausreichend ist.
Die Stromzuleitungen 16, 17 und 18 der drei Wicklungsabsehnitte führen zu einer Schaltwalze bekannter Ausführung, mit deren Hilfe der Schützen gesteuert wird. Die verstellbaren Kontakte der Steuerwalze sind so einreguliert, dass der jeweilige Abschnitt nur dann eingeschaltet ist, wenn sich der Anker des Webschützen innerhalb seines Bereiches befindet. Die Einschaltung eines Wicklungabschnittes erfolgt also erst nach Eintritt des Ankers und die Ausschaltung bereits vor Austritt desselben.
Würde ein Wicklungsabschnitt Spannung erhalten, ohne dass sich der Anker innerhalb seines Bereiches befindet, so würde die Betriebsspannung des Stators wegen des Fehlens des Hauptkraftflusses nur aus der Streuspannung und der Komponente des Ohmschen Spannungsabfalles gebildet.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Wanderfeldmotor zum Antrieb von Webstuhlschützen, bei dem die Polteilung höchstens so gross wie eine halbe Webschützenlänge ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor für eine Frequenz des aufgedrückten Mehrphasenstromes bemessen ist, die ein Mehrfaches der normalen Frequenz von 50 Hertz beträgt, und dass gleichzeitig Mittel vorgesehen sind, durch welche die durch die vorgeschaltete Statorimpedanz des von den Polflächen des Ankers nicht bedeckten Teiles verursachten Spannungsschwankungen teilweise oder ganz ausgeglichen sind.