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Einrichtung zur Regelung der Drehzahl einer angetriebenen Welle
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung der Drehzahl einer angetriebenen Welle, die mittels einer elektromagnetischen Kupplung mit veränderlichem Schlupf mit einer Antriebswelle kuppelbar ist, wobei die Erregerwicklung der Kupplung zwischen einer Erregerstromquelle mit konstanter Spannung und einer Dynamomaschine eingeschaltet ist, die mit der angetriebenen Welle auf Drehung verbunden ist und eine der konstanten Spannung der Erregerstromquelle entgegenwirkende Spannung erzeugt, deren Grösse gleichsinnig, wie die Drehzahl der angetriebenen Welle zu-bzw. abnimmt. Einrichtungen dieser Art ermöglichen es, bei veränderlicher Belastung der angetriebenen Welle deren Drehzahl automatisch auf einem vorbestimmten Wert zu halten.
Bei einer bekannten Einrichtung der beschriebenen Art kann zwar diese Regeldrehzahl Innerhalb eines bestimmten Bereiches eingestellt werden, das Stillsetzen der angetriebenen Welle erfolgt jedoch mit einem ungesteuerten Auslauf, dessen Dauer von der Grösse der umlaufenden Massen und deren Drehgeschwindigkeit im Zeitpunkt des Abschaltens abhängt und daher unkontrollierbar ist.
Die Erfindung zielt darauf ab, eine Einrichtung der einleitend beschriebenen Art so auszubilden, dass sie an Arbeitsmaschinen verwendet werden kann, die ausser einer Konstanthaltung der Drehzahl der angetriebenen Welle und einer wahlweisen Einstellung dieser Regeldrehzahl auch eine geregelte Stillsetzung bzw. einen geregelten Auslauf der angetriebenen Welle erfordern.
Dieses Ziel wird gemäss der Erfindung mit einer Einrichtung der einleitend angegebenen Art erreicht, die im wesentlichen gekennzeichnet ist, durch eine auf der angetriebenen Welle angeordnete elektromagnetische Bremse und durch einen Umschalter, durch den wahlweise die Verbindungsleitung zwischen der Erregerwicklung der Kupplung mit der Dynamomaschine oder eine Verbindungsleitung zwischen der Erregerwicklung der Bremse und der Erregerstromquelle mit konstanter Spannung schliessbar ist oder gleichzeitig diese beiden Verbindungsleitungen trennbar sind.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ermöglicht es bei einfachem Aufbau, wahlweise die angetriebene Welle an die Antriebswelle zu kuppeln und mit geregelter Drehzahl zu arbeiten oder die angetriebene Welle abzukuppeln und durch die elektromagnetische Bremse stillzusetzen oder die angetriebene Welle in Leerlauf zu versetzen, so dass sie bei laufendem Motor beliebig, z. B. von Hand aus, in eine bestimmte Lage gedreht werden kann, was bei Nähmaschinen
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gepasst werden. So kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Erregerwicklung der Kupplung iber eine durch den Umschalter wahlweise schliess- und trennbare Verbindungsleitung im Nebenschluss zur Dynamomaschine direkt an die Erregerstromquelle mit konstanter Spannung anschliessbar sein.
Diese Ausbildung bietet die Möglichkeit, durch einen einfachen Schaltvorgang die Regelung der Drehzahl ausser Wirkung zu setzen, so dass die angetriebene Welle, wenn dies durch zeitweise vorliegende Betriebsbedingungen zulässig erscheint, auch mit gleicher Drehzahl wie der Motor betrieben werden kann.
Um die Regeldrehzahl in einfacher Weise auch während des Betriebes auf einen gewünschten Wert sinstellen zu können, kann in die Verbindungsleitung von der Erregerwicklung der Kupplung zur Dynamomaschine zwischen dieser und dem Umschalter ein regelbarer Vorschaltwiderstand eingeschaltet sein.
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Die Verwendung eines regelbaren Widerstandes ist vorteilhafter, wenn die Regeldrehzahl sehr häu- fig oder innerhalb eines relativ weiten Bereiches verwendet werden soll. Bei seltenen oder geringfügigen Veränderungen des Regelbereiches kann mit Vorteil an Stelle des regelbaren Widerstandes ein Röhren- oder Transistorverstärker verwendet werden, dessen Regelbereich durch die elektrischen Betriebsgrössen vorbestimmt werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf einige in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele der Regeleinrichtung näher erläutert. Fig. 1 zeigt das Schaltbild einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemässen Regeleinrichtung, Fig. 2 zeigt das Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der Einrichtung, die sich von der Einrichtung nach Fig. 1 dadurch'unterscheidet, dass die Dynamomaschine über einen Verstärker mit der Magnetwicklung der elektromagnetischen Kupplung leitend verbunden ist, und Fig. 3 zeigt das Schaltbild einer dritten Ausführungsform der Einrichtung, bei welcher der Verstärker aus einem Transistor besteht, der durch die Spannungsdifferenz zwischen der Spannung der Dynamomaschine und einer von einer Hilfsspannungsquelle gelieferten konstanten Bezugsspannung gesteuert wird.
Die Fig. 1 - 3 zeigen einen Motor 1, mit dessen Antriebswelle 2 mittels einer elektromagnetischen Kupplung 4 allgemein bekannter Bauart eine angetriebene Welle 3 kuppelbar ist. Diese Kupplung kann z. B. als Magnetpulververkupplung ausgebildet sein. Die Welle 3 treibt irgendeine Arbeitsmaschine 5 an.
Der Motor 1 erhält seinen Strom über Zuleitungen 6 mit einem Hauptschalter 7. Hinter diesem Hauptschalter 7 ist ein Transformator 8 an die Leitungen 6 angeschlossen. Dieser Transformator 8 speist einen Gleichrichter 9, dessen Ausgangsklemmen 10 und 11 mitAnschlussklemmen'12 bzw. 13 leitend verbunden sind.
Die Magnetwicklung der Kupplung 4 liegt zwischen der Klemme 12 und einem Umschalter 14, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel wahlweise auf einen von vier Kontakten a, b, c und d umgeschaltet werden kann.
Auf die angetriebene Welle 3 kann auch eine Bremse 15 einwirken. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen handelt es sich bei dieser Bremse 15 um eine elektromagnetische Bremse irgendeiner bekannten Type, wobei ihre Magnetwicklung zwischen der Polklemme 10 des Gleichrichters 9 und einem Umschalter 16 liegt, der wahlweise auf einen von vier Kontakten a', b', c'und d'geschaltet werden kann. Die Umschalter 14 und 16 sind z. B. mechanisch gekuppelt, so dass bei Einstellung des Umschalters 14 auf die Kontakte a bzw. b bzw. c bzw. d der Umschalter 16 in entsprechender Weise auf seine Kontakte a'bzw. b'bzw. c'bzw. d'eingestellt ist. Die Kontakte a'und b sind isoliert, d. h. frei.
Bei Einstellung des Umschalters 14 auf den Kontakt a ist die Kupplung 4 und bei Einstellung des Umschalters 16 auf den Kontakt b'die Bremse 15 direkt zwischen die beiden Klemmen 12 und 13 eingeschaltet. Wenn die Umschalter 14 und 16 auf den Kontakten a bzw. a'stehen, so wird die Kupplung 4 vom Gleichrichter 9 gespeist, u. zw. derart, dass keinerlei Schlupf zwischen der Antriebswelle 2 und der angetriebenen Welle 3 auftritt und die beiden Wellen sich gleich schnell mit der Drehzahl des Motors 1 drehen, während die Magnetwicklung der Bremse keinen Erregerstrom erhält und daher die Drehung der Welle 3 nicht beeinflussen kann.
Werden die Umschalter 14 und 16 auf die Kontakte b bzw. b'umgestellt, so wird die Magnetwicklung der Kupplung 4 nicht mehr erregt, hingegen wird nun die Magnetwicklung der Bremse 15 erregt, wodurch die nun von der Motorwelle 2 entkuppelte Welle 3 stillgesetzt wird.
Stehen die Umschalter 14 und 16 auf den Kontakten c bzw. c', die beide isoliert, also frei sind, so befindet sich die Welle 3 im Leerlauf oder Freilauf. Stehen die Umschalter 14 und 16 schliesslich auf den Kontakten d bzw. b', so wird die Drehzahl der angetriebenen Welle 3 in der nachstehend beschriebenen Weise geregelt.
Mit der angetriebenen Welle 3 oder mit einer ändern Welle der angetriebenen Arbeitsmaschine 5 ist eine Tachometerdynamomaschine 17 verbunden oder auf Drehung gekuppelt, deren Feldwicklung 18 in einer ebenfalls zwischen den Klemmen 12 und 13 des Gleichrichters 9 verlaufenden Leitung liegt, u. zw. in Reihe mit einem regelbar veränderlichen Widerstand 19. Die im folgenden beschriebene Anordnung ermöglicht es, die elektromagnetische Kupplung 4 mit einer verringerten Spannung zu speisen, so dass zwischen der Antriebswelle 2 und der angetriebenen Welle 3 ein Schlupf auftritt. Zu diesem Zweck wird die Dynamomaschine 17 mit der Magnetwicklung der Kupplung 4 in der Weise elektrisch leitend verbunden, dass die Klemmenspannung der Dynamomaschine der vom Gleichrichter 9 gelieferten Spannung entgegenwirkt.
Im Schema gemäss Fig. 1 besteht über den Kontakt d des Umschalters 14 eine leitende Verbindung der Kupplung 4 mit einer Klemme 20, von der leitende Verbindungen zu einem regelbar veränderlichen
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Widerstand 21, der seinerseits mit der Klemme 12 leitend verbunden ist, und zu einem regelbar verän- derlichen Widerstand 22, der in Reihe mit der Dynamomaschine17 mit der Klemme 13 leitend verbunden ist, geführt sind.
Zur gleichen Zeit steht der Umschalter 16 der Bremse 15 auf dem isolierten, freien
Kontakt d'. Hiebei wird durch die Spannung, die von der mit der Magnetwicklung der Kupplung 4 in lei- tender Verbindung stehenden Dynamomaschine 17 erzeugt wird und der vom Gleichrichter 9 gelieferten
Spannung entgegenwirkt, die Erregung der Magnetwicklung der Kupplung 4 geschwächt, so dass zwischen der Antriebswelle 2 und der angetriebenen Welle 3 ein Schlupf auftritt. Wenn infolge einer Zunahme des von der angetriebenen Arbeitsmaschine 5 erzeugten Gegendrehmomentes die Drehzahl der angetriebenen
Welle 3 sinkt, so erniedrigt sich die Spannung der Dynamomaschine 17, wodurch die Speisespannung der
Magnetwicklung der Kupplung 4 zunehmen kann, so dass der Schlupf kleiner wird.
Wenn im umgekehrten
Falle das von der angetriebenen Maschine 5 erzeugte Gegendrehmoment kleiner wird, so steigt die Dreh- zahl der getriebenen Welle 3 und gleichzeitig damit auch die Spannung der Dynamomaschine 17, was zur Folge hat, dass die Speisespannung der Magnetwicklung der Kupplung 4 erniedrigt wird. In beiden
Fällen tritt eine Veränderung der Erregung der Magnetwicklung der elektromagnetischen Kupplung 4 ein, die den Änderungen der Drehzahl der angetriebenen Welle 3 entgegenwirkt. Die Einrichtung regelt somit die Drehzahl der angetriebenen Welle 3 derart, dass sie ungefähr konstant und von den Änderungen des von der angetriebenen Maschine 5 erzeugten Gegendrehmomentes unabhängig bleibt. Diese konstante
Drehzahl hängt, wie leicht zu ersehen ist, von der Einstellung der regelbar veränderlichen Widerstände
19,21 und 22 ab.
Das Schema nach Fig. 2 ist analog dem Schema nach Fig. 1, jedoch mit dem Unterschied, dass die
Dynamomaschine 17 mit dem Kontakt d des Umschalters 14 und der Klemme 13 über einen Verstärker
23 leitend verbunden ist, der so abgeglichen ist, dass er die beiden veränderlichen Widerstände 21 und
22 und ihre Funktion ersetzt.
Das Schema nach Fig. 3 ist analog dem Schema nach Fig. 2 aufgebaut, jedoch mit dem Unterschied, dass die Dynamomaschine 17 mit dem Kontakt d des Umschalters 14 und der Klemme 13 über einen Verstärker, der durch einen Transistor 24 gebildet ist, in leitender Verbindung steht. Um dem Transistor 24 eine grössere Empfindlichkeitzuverleihen, wird er, wie Fig. 3 zeigt, von der Spannungsdifferenz gesteuert, die zwischen der Spannung der Dynamomaschine 17 und einer konstanten, von einem Hilfsgleichrichter 25 abgegebenen Bezugsspannung besteht. Dieser Hilfsgleichrichter 25 wird von einem Transformator 26 gespeist, der hinter dem Hauptschalter 7 an der Speiseleitung des Motors 1 angeschlossen ist. Die Basiselektrode 27 des Transistors 24 ist über einen Widerstand 29 mit der negativen Polklemme 28 der Dynamomaschine 17 leitend verbunden.
Die positive Polklemme 30 der Dynamomaschine 17 steht mit dem positiven Pol 31 des Hilfsgleichrichters 25 in leitender Verbindung.
Der negative Pol 35 des Hilfsgleichrichters 25 ist über einen Widerstand 37 mit der Klemme 40 der Emitterelektrode 41 des Transistors 24 und mit dem positiven Pol 31 des Gleichrichters 9 leitend verbunden.
Zwischen Klemmen 34 und 36 und Klemmen 33 und 38 ist je ein Kondensator 42 bzw. 43 und zwischen Klemmen 32 und 39 ist ein Widerstand 44 geschaltet. Die Kollektorelektrode 45 des Transistors 24 ist mit dem Kontakt d des Umschalters 14 leitend verbunden. Der Transistor ist in geeigneter Weise gegen Beschädigung geschützt, wofür beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 eine Diode 46 verwendet ist, die zwischen den Polklemmen 28 und 30 der Dynamomaschine 17 eingeschaltet ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Regelung der Drehzahl einer angetriebenen Welle, die mittels einer elektromagnetischen Kupplung mit veränderlichem Schlupf mit einer Antriebswelle kuppelbar ist, wobei die Erregerwicklung der Kupplung zwischen einer Erregerstromquelle mit konstanter Spannung und einer Dynamomaschine eingeschaltet ist, die mit der angetriebenen Welle auf Drehung verbunden ist und eine der konstanten Spannung der Erregerstromquelle entgegenwirkende Spannung erzeugt, deren Grösse gleichsinnig wie die Drehzahl der angetriebenen Welle zu- bzw.
abnimmt, gekennzeichnet durch eine auf der angetriebenen Welle (3) angeordnete elektromagnetische Bremse (15) und durch einen Umschalter (14, 16), durch den wahlweise die Verbindungsleitung (d, 20) zwischen der Erregerwicklung der Kupplung (4) mit der Dynamomaschine (17) oder eine Verbindungsleitung (15, b', 13) zwischen der Erregerwicklung der Bremse (15) und der Erregerstromquelle (9) mit konstanter Spannung schliessbar ist oder gleichzeitig diese beiden Verbindungsleitungen trennbar sind.