DE1002857B

DE1002857B - Einrichtung zur Getriebeueberwachung elektromotorischer Antriebe, insbesondere Werkzeugmaschinen-Antriebe

Info

Publication number: DE1002857B
Application number: DES34090A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Harald Haeusler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1953-06-29
Filing date: 1953-06-29
Publication date: 1957-02-21

Description

Einrichtung zur Getriebeüberwachung elektromotorischer Antriebe, insbesondere Werkzeugmaschinen -Antriebe Für den Hauptantrieb großer Werkzeugmaschinen (Drehbänke, Karusseldrehbänke) werden vorzugsweise Leonardantriebe verwendet, wobei für die Drehzahlregelung sowohl die Spannungsregelung des Motors mit gleichbleibendem Moment (meist nur in der unteren Getriebestufe) als auch die Feldregelung des Motors mit gleichbleibender Leistung ausgenutzt wird. Bei den Einrichtungen zum Überlastungsschutz sind zwei Punkte zu berücksichtigen: a) Überlastschutz des elektrischen Antriebes, b) Überlastschutz der Maschine.
Der Überlastschutz des Leonardantriebes läßt sich sehr einfach durch ein Stromrelais im Leonardkreis verwirklichen, da bei allen. Drehzahlen der Nennstrom maßgebend ist, unabhängig von der Art der jeweiligen Drehzahlregelung.
Schwieriger ist der Überlastungsschutz für die Maschine bzw. für das Getriebe selbst. Der gesamte Aufbau einer Maschine läßt bestimmte Kräfte bzw. ein bestimmtes Drehmoment am Getriebeausgang ziz, welches bei keiner Drehzahl überschritten werden darf. Reduziert man dieses Drehmoment für die einzelnen Getriebestufen (meist sind drei oder vier mechanische Getriebestufen vorhanden) auf die Motorwelle, so fällt dieses etwa im Motorfeldregelbereich der ersten oder zweiten Getriebestufe mit dem Motornennmoment zusammen. Würde man den Antrieb so dimensionieren, daß das Motornennmoment in jedem Falle unter dem getriebemäßig zulässigen Moment liegt, so hätte man bei den hohen Planscheibendrehzahlen in den oberen Getriebestufen viel zu wenig Leistung zur Verfügung. Würde man andererseits den Motor so auslegen, daß er bei jeder Drehzahl das von der Maschinenseite her zulässige Moment abgeben kann, so ergäbe sich ein unwirtschaftlich großer Antrieb.
Die Verhältnisse seien an Hand des Schaubildes der Fig. 1 erläutert. Es ist M der Antriebsmotor, G ein Untersetzungsgetriebe, P die Planscheibe, S der Stahl. Bei der Bearbeitung des Werkstückes sei am äußeren Umfang die Drehzahl 3 min-', in der inneren Zone 9 min-' angenommen. Die Drehzahlregelung des Motors für drei bis neun Planseheibenumdrehungen erfolge durch Feldschwächung. Aus dem vom Stahl ausgeübten Schnittdruck und dem jeweiligen Bearbeitungsdurchmesser ergibt sich dann an der Maschinenwelle W ein bestimmtes Moment, das nicht überschritten werden darf. Arbeitet der Stahl in der Nähe des Außenumfanges, also auf großem Radius, so darf, da das Drehmoment durch Hebelarm und Kraft bestimmt ist, die vom Stahl S ausgeübte Kraft nur klein sein, d. h. auch das vom Motor in das Getriebe eingeleitete Moment und damit der Motorstrom dürfen einen bestimmten Wert nicht überschreiten. Rückt jetzt der Stahl mit fortschreitendem Bearbeitungsvorgang mehr nach der Achse zu, so verkleinert sich der Hebelarm. Dann darf aber die Schnittkraft ansteigen, um wieder an der Welle W auf das höchstzulässige Moment zu kommen. Da die Motordrehzahlregelung durch Feldschwächung erfolgte, kann der Motorstrom ansteigen, damit das Moment konstant bleibt. Jeder Planseheibendrehzahl bzw. jeder Drehzahl der Welle W und damit des Motors M ist also ein bestimmter Strom zugeordnet, bis zu dem der Antrieb belastet werden darf, der aber andererseits nicht überschritten werden darf.
Die Zusammenhänge sind für eine bestimmte Getriebestufe schaubildlich in Fi.g. 2 dargestellt.
Im Bereich der Motorspannungsregelung ist der Motorstrom zur Erreichung des zulässigen Getriebemomentes konstant. In dem angenommenen Beispiel darf die Stromaufnahme des Motors bei vollem Feld 160Ampere betragen, wenn das Getriebe in der Stufe 1 voll ausgenutzt werden soll. Bei 333 UpM beginnt die Motorfeldregelung. Dieser Punkt soll z. B. der Drehzahl 3 min-' des Beispieles der Fig. 1 entsprechen. Rückt jetzt der Stahl weiter nach innen, so ist eine größere Antriebsdrehzahl einzustellen, aber mit einer Stromaufnahme des Motors, die die Linie des getriebeseitig zulässigen Stromes nicht überschreitet. Die Grenze ist in diesem Falle bei 850 min-' erreicht, wo die getriebemäßig zulässige Stromstärke gleich dem Motornennstrom ist. Hier müßte also auf eine neue Getriebestufe umgeschaltet werden.
Die Erfindung besteht nun darin, ein M.eßgerät zu schaffen, das bei jeder Motordrehzahl bzw. bei der getriebemäßig zugeordneten Drehzahl der Welle W den zulässigen Motorstrom anzeigt, einmal, um das zulässige Moment voll ausnutzen zu können, andererseits aber, um ein Überschreiten und damit eine Getriebegefährdung zu vermeiden. Das Meßgerät gemäß der Erfindung vergleicht die in Stromwerte umgesetzten Drehzahlwerte des Antriebsmotors bzw. der Getriebewelle mit dem tatsächlichen Motorstromwert.
Die Erfindung sei an Hand der Fig. 3 erläutert, die zunächst nur für eine Getriebestufe gilt. Das Meßgerät enthält zwei Meßsysteme, das obere für den getriebeseitig zulässigen Strom I.,." das untere für den tatsächlichen Motorstrom IMot,. Das untere System wird über einen im Motorstromkreis liegenden Widerstand gespeist, während das obere an eine Tachometermaschine T JI angeschlossen ist, die mit dem Antriebsmotor HM gekuppelt ist. Sie könnte auch mit der austreibenden Getriebewelle gekuppelt sein. Aus den vorstehenden Ausführungen geht hervor, daß die Drehzahl der Welle W und der zulässige Strom innerhalb einer Getriebestufe in einem festen Zusammenhang miteinander stehen. Man kann also den Drehzahlwert unmittelbar m einen Stromwert umwandeln und ihn - in diesem Falle als einen der Drehzahl proportionalen Spannungswert - in das obere Meßsystem geben, dessen Zeiger dann den zulässigen Strom im Bereich der Feldregelung anzeigt. Die gegenseitige Stellung der Zeiger beider Meßsysteme läßt also erkennen, ob das Getriebe voll ausgenutzt ist oder nicht.
Das Gerät kann jetzt weiter zu einer Automatik ausgebildet werden. Man könnte z. B. die beiden Zeiger als Kontaktzeiger ausbilden, in der Weise, daß sie, sobald sie zur Deckung kommen, d. h. sobald das zulässige Motormoment erreicht ist, einen Signalstromkreis schließen, oder der Antriebsmotor stillgesetzt wird. Man kann auch die Spule der beiden Meßgeräte auf ein Relais aufschalten, das gleiche Wirkungen auslöst.
Es war bereits gesagt, daß im Bereich der Spannungsregelung des Motors (unterer Regelbereich) der getriebeseitig zulässige Strom konstant bleibt. Zur Berücksichtigung dieses Verhaltens ist auf das obere Meßsystem über einen Spannungsteiler SpT eine konstante Spannung aufgeschaltet, in der Weise, daß bis zum Feldregelbereich nur diese Spannung auf das obere Meßsystem einwirkt, dieses also einen festen Iman Wert anzeigt und die Spannung der Tachometermaschine erst nach Überschreiten dieser Grenze wirksam wird.
Bei mehrstufigen Getrieben wird man, wenn man die Tachometermaschine nicht mit der Getriebewelle W kuppelt, entweder für jede Getriebestufe ein derartiges Meßgerät vorsehen oder das obere Meß:system umschaltbar machen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung zur Getriebeüberwachung elektromotorischer Antriebe, insbesondere Werkzeugmaschinen-Antriebe, bei denen innerhalb einer Getriebestufe stark unterschiedliche Werte des Drehmomentes bei verschiedenen Drehzahlen auftreten, gekennzeichnet durch ein Meßgerät, das einen Vergleich des jeweils dem zulässigen Drehmoment des Getriebes entsprechenden Stromes einerseits mit dem im gleichen Augenblick tatsächlich auftretenden Motorstrom andererseits zu erkennen und auszuwerten erlaubt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät zwei Meßsysteme enthält, von denen das eine den Motorstrom mißt, während das zweite einen der Getriebedrehzahl proportionalen Stromwert nachbildet.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Stromwert über ein Tachometerdynamo in das Meßsystem gegeben wird.
4. Einrichtung nach einem der Voransprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf das zweite Meßsystem eine konstante Spannung aufgeschaltet ist, die im unteren Drehzahlbereich den getriebemäßig zulässigen Stromwert ergibt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 820 922.