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Stell- oder Regelantrieb mit durchlaufendem Drehstrommotor Zur Einsteuerung
beliebiger Drehzahlen bei Stell-oder Regelantrieben ist es bekannt, an einem mit
konstanter Drehzahl durchlaufenden Drehstrommotor die Arbeitswelle über steuerbar
erregte elektromagnetische Kupplungen anzuschließen. Man erzielt auf diese Weise
den Vorteil, daß die Ansprechzeit der Einrichtung wesentlich geringer wird, als
wenn man zum Zweck der Drehzahländerung den Motor selbst steuert.
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Für derartige Antriebe hat man Wirbelstrom- und Magnetpulverkupplungen
verwendet. Beide weisen jedoch im Betrieb empfindliche Nachteile auf.
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Die Wirbelstromkupplung ist als reine Schlupfkupplung nicht imstande,
im Stillstand ein Drehmoment zu übertragen. Ebenso wenig ist es möglich, die Arbeitswelle
auf die gleiche Drehzahl wie den Antriebsmotor zu bringen oder sie durch Kuppeln
mit einer festen Welle stillzusetzen.
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Die Voraussetzungen für einen solchen Betrieb sind nun zwar bei Magnetpulverkupplungen
und anderen magnetisch betätigten Reibungskupplungen gegeben, und es sind auch schon
entsprechende Stehantriebe gebaut worden, bei denen eine Arbeitswelle mittels zweier
Kupplungen in der jeweils gewünschten Drehrichtung an einen durchlaufenden Motor
angeschlossen wird. Bei solchen Antrieben ist man jedoch auf kleine Leistungen beschränkt,
da die Magnetpulverkupplung eine längere Dauererregung wegen des Verschleißes und
der dabei auftretenden Erwärmung nicht zuläßt. Besonders kritisch sind die Verhältnisse
bei sehr kleinen Drehzahlen, die während längerer Zeit aufrechterhalten werden sollen,
da hierbei eine besonders große Reibungserwärmung auftritt. Es ist bisher nicht
gelungen, Antriebe größerer Leistung auf diesem Prinzip aufzubauen.
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Es sind an sich verschleißfreie Kupplungen für Umkehrantriebe bekannt,
bei denen die Kupplungsteile im Stillstand axial gegeneinander verschoben werden,
so daß Reibscheiben zum Eingriff kommen und die getriebene Welle angehalten werden
kann. Diese Reibscheiben sind jedoch wiederum der Abnutzung unterworfen. Nach anderen
Vorschlägen kann man Kupplungen nach Art einer Synchronmaschine mit verteilten Polen
aufbauen, die auch im Stillstand ein gewisses Drehmoment übertragen können. Das
Grenzdrehmoment liegt jedoch für die meisten Anwendungsfälle zu niedrig, insbesondere
bei den hier betrachteten Stell- und Regelantrieben, die geeignet sein müssen, große
Massen mit beträchtlichem Schwungmoment festzuhalten.
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Die Erfindung betrifft einen Stell- oder Regelantrieb mit durchlaufendem
Drehstrommotor, der über ein Umkehrgetriebe und zwei elektromagnetische verschleißfreie
Kupplungen zur Steuerung der Drehzahl mit der Arbeitswelle verbunden ist. Die angeführten
Nachteile der bekannten Umkehrgetriebe und der hierbei verwendeten Kupplungen werden
gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß zum Stillsetzen der Arbeitswelle eine
als Bremse wirkende, an sich bekannte Hysteresekupplung dient, die sofort bei Auftreten
einer Regelabweichung mittels eines vom Regelverstärker gesteuerten magnetischen
Hilfsverstärkers gelöst wird.
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Bei Hysteresekupplungen ist zwischen den umlaufenden Teilen eine Zwischenlage
aus Rotationskörpern zur Führung des Flusses für die DrehmomentÜbertragung vorgesehen.
In der Regel handelt es sich bei diesen Rotationskörpern um Rollen, die zugleich
ein Rollenlager darstellen. Wegen näherer Einzelheiten sei auf die bekanntgemachten
Unterlagen der deutschen Patentschrift 970 895 verwiesen.
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In Verbindung mit einem magnetischen Hilfsverstärker gestattet eine
derartige als Bremse verwendete Hysteresekupplung den Aufbau eines Umkehrantriebes
mit Wirbelstromkupplungen od. dgl. für praktisch beliebige Leistungen, ohne daß
auf die Möglichkeit zum Festhalten der Arbeitswelle verzichtet werden muß. Soll
die Arbeitswelle mit dem Antriebsmotor synchron laufen können, was bei manchen Anwendungsfällen
vorteilhaft ist, kann man alle Kupplungen als Hysteresekupplungen ausführen.
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Der Antrieb nach der Erfindung ist gleich gut geeignet für den reinen
Steuerbetrieb und für den Regelbetrieb mit Vergleich zwischen einer eingestellten
Solldrehzahl und der Istdrehzahl. Bei einem Regelantrieb ist es möglich, sämtliche
Kupplungen über einen einzigen Gegentaktverstärker zu erregen, der als Regelverstärker
von der Regelabweichung gesteuert
wird. Um die -Ablösung der einzelnen
Kupplungserregerkreise zu erleichtern, kann man Ventile bzw. Schwellwertglieder
heranziehen oder eine oder mehrere Kupplungen über einen Zwischenverstärker erregen.
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Im folgenden sei ein Ausführungsbeispiel der-Erfindung an Hand der
schematischen Zeichnung näher beschrieben, das sich auf einen Regelantrieb mit umkehrbarer
Drehrichtung und gesteuertem Stillstand bezieht. In der Zeichnung ist .mit 1 ein
Drehstrommotor bezeichnet, der an die Netzklemmen R, S, T angeschlossen ist. Er
steht über eine Wirbelstromkupplung 3 mit der an die Arbeitswelle -angeschlossenen
Last 2 in Verbindung. Zur Umkehrung der Drehrichtung dient in an sich bekannter
Weise ein Umkehrgetriebe aus den Zahnrädern 4, 5, 6, 7 und 8 und einer zweiten Wirbelstromkupplung
9. Zum Bremsen und Stillsetzen der Arbeitswelle ist eine Hysteresekupplung 10 vorgesehen,
welche die Verbindung mit einer feststehenden Welle 11 herstellt.
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Zum Abfühlen des Drehzahlistwertes dient ein Tachometergenerator 12,
dessen Spannung an einem Potentiometer 13 mit der konstanten Sollspannung 14 verglichen
wird. Durch Verschieben des Abgriffes am Potentiometer ist die gewünschte Drehzahl
einstellbar. Die Regelabweichung wird mit Hilfe eines Gegentaktverstärkers 15 verstärkt
und über ein Ventil 16 der Erregerwicklung 17 der Wirbelstromkupplung 3 zugeführt.
Parallel dazu liegt der Erregerkreis der Wirbelstromkupplung 9 mit der Erregerwicklung
19 und den Ventilen 18, die gegebenenfalls zugleich als Schwellwertgeber dienen
können.
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Der Gegentaktverstärker 15 gibt je nach der Richtung der Regelabweichungen
Ausgangsspannungen verschiedener Polarität ab. In einem Gleichrichtersatz 20 wird
darauf ein immer gleichgerichtetes Signal für die Erregerwicklung 21 eines magnetischen
Verstärkers 23 gebildet, dem ein konstantes Signal über die Wicklung 22 entgegenwirkt.
Der Ausgangskreis des Magnetverstärkers speist die Erregerwicklung 24 der Hysteresekupplung
10. Das Ventil soll andeuten, daß es sich um einen magnetischen Verstärker mit Gleichstromausgang
handelt, beispielsweise um einen solchen in Brückenschaltung.
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Die Wirkungsweise der dargestellten Einrichtung beruht darauf, daß
die Erregerwicklungen der einzelnen Kupplungen je nach der vorhandenen Regelabweichung
selbsttätig erregt werden. Sie soll im folgenden für den Fall einer Regelung der
Elektrodenstellung bei Lichtbogenöfen erläutert werden, wofür die Einrichtung nach
der Erfindung insbesondere geeignet ist. Der Drebzahlsollwert wird dann meist von
einer Impedanzregelung vorgeschrieben.
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Bei richtiger Stellung der Elektroden, d. h. im Ruhezustand des Antriebes,
sind die Kupplungen 3 und 9 gelöst, dagegen die Kupplung 10 erregt. Dies folgt daraus,
daß die Regelabweichung gleich Null ist, so daß die Erregerwicklungen 17 und 19
stromlös bleiben, während der Magnetverstärker 23 wegen seiner konstanten Erregung
durch die Wicklung 22 Strom an die Wicklung 24 liefert. Bei Eintritt einer negativen
Regelabweichung gibt der Verstärker 15 eine Ausgangsspannung ab, die über das Ventil
16 und die Erregerwicklung 17 zum Ansprechen der Kupplung ,führt. Dadurch steigt
die Drehzahl der Arbeitswelle"sehr rasch, bis die Regelabweichung Null erreicht
ist. Steigt die Drehzahl noch weiter an, so kehrt der Verstärker 15 seine Polarität
um, die Kupplung 3 wird entregt und die Kupplung 9 spricht an, so daß die Überdrehzahl
abgebremst wird. Analoge Vorgänge treten im umgekehrten Falle sowie bei Änderungen
des Drehzahlsollwertes am Potentiometer auf. Die Kupplung 10 wird sofort gelöst,
sobald der Verstärker 15 eine nennenswerte Spannung abgibt.
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Es wurde bereits -anderweitig vorgeschlagen,. bei der Elektrodenregelung
ohne mechanisches Gegengewicht zu arbeiten und das Eigengewicht der Elektroden für
die Absenkung. auszunutzen. Auch für diese Betriebsweise ist die eben besprochene
Einrichtung anwendbar; wobei entweder das Umkehrgetriebe mit der Kupplung 9 fortfallen
kann oder man dafür sorgt, daß in Sonderfällen, in denen die Beschleunigung in Senkrichtung
durch das Elektrodengewicht -allein nicht ausreicht, der Motor hilfsweise auch zum
Antrieb in Senkrichtung benutzt wird.
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Die Einrichtung nach der Erfindung ist jedoch auch für andere Stell-
oder Regelantriebe geeignet, wobei die Drehzahl durch den Abgriff am Potentiometer
13 eingestellt werden kann. Sind Antriebe mit großem Drehzahlbereich aufzubauen,
so kann es zweckmäßig sein, polumschaltbare Drehstrommotoren zu verwenden. Die Polumschaltung
kann vorzugsweise über Schütze vom Sollwerteinsteller gesteuert werden.