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Verfahren zur Erzielung einer geradlinigen horizontalen Schlupf-Drehmomenten-Kennlinie
bei Elektromagnet-Schlupfkupplungen oder -bremsen in elektromotorischen Antrieben
Die bekannten Elektromagnet-Schlupfkupplungen zeigen in ihrem Drehmomentenverlauf
in Abhängig" keit von der Schlupfdrehzahl eine mehr oder weniger stark gekrümmte
Kennlinie. Bei Elektromagnet-Schlupfkupplungen, insbesondere bei ihrer Verwendung
als Anlaufk-upplungen, verläuft diese Schlupf-Drehmomenten-Kennlinie in wechselnden
Verhältnissen zum Synchronpunkt. Dies bedeutet, daß bei der Veränderung des Schlupfes
zwischen der Antriebs-und der Abtriebsseite bei gleichbleibender Erregung eine Moinentenveränderung
eintritt. Die Erfindung hat ein Verfahren zum Gegenstand, das es ermöglicht, bei
solchen bereits im Betrieb vorhandenen Kupplungen ohne Veränderung ihrer bewährten
und bekannten Konstruktion einen horizontalen geradlinigen Verlauf der Schlupf-Drehmümenten-Kennlinie
zu erhalten. Zur Durchführung dieses Verfahrens ist gemäß der Erfindung ein nicht
in die Kupplung bzw. Bremse selbst eingebautes, sondern zusätzlich in deren Erregungsstromkreis
einzuschaltendes Gerät geschaffen, das es ermöglicht, die Schlupfabhängigkeit des
Dreh-bzw. Bremsmomentes aufzuheben. Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zur Erzielung einer geradlinigen horizontalen Schlupf-Drehmomenten-Kennlinie bei
Elektromagnet-Schlupfkupplungen oder -bremsen in elektroniotori'schen Antrieben.
Erfindungsgemäß ändert ein an sich bekannter Magnetverstärker (Transduktor) in Abhängigkeit
von den durch Belastungsänderungen im Motorstromkreis hervorgerufenen Schwankungen
der Stromstärke die Erregung der Elektromagnet-Schlupfkupplung bzw. -bremse derart,
daß im gesamten Schlupfbereich, d. h. bei allen relativen Drehzahlen zwischen
An- und Ab-
trieb, ein gleichbleibendes, vorzugsweise einstellbares Drehnionient
übertragen wird.
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Es sind bereits Induktions-Schlupfkupplungen bekannt, bei denen durch
zweckentsprechende Ausbildung der Kupplungsteile eine ähnliche Wirkung erzielt werden
soll. jedoch ist bei diesen bekannten Kupplungen im Synchronlauf das Drehmornent
stets gleich Null; ebenso ist ein horizontaler geradliniger Kurvenverlauf über den
ganzen Schlupfbereich von 0 bis 100111o mit den angewendeten Mitteln nicht
zu erreichen. Wenn die bekannten Kupplungen als Wirbelstromkupplungen arbeiten,
steigt bei ihnen das Drehi-noment im Schlupfbereich von 0 bis 8011/o langsam
an und nimmt erst dann einen annähernd horizontalen Verlauf.
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Bei einer Kupplung, die im Synchronlauf das größte Drehmoment überträgt,
wird durch die Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung
erreicht, daß über den gesamten Schlupfbereich die Drehmomentenkurve horizontal
und geradlinig verläuft, das Drehmoment also unabhängig vom Schlupf stets gleichbleibt.
Bei Wirbelstromkupplungen mit asynchroner Übertragung bewirkt das Verfahren und
die Vorrichtung gemäß der Erfindung einen schnellen Drehmomentenanstieg im Schltipfbereich
von 0 bis 10"/o und einen daran anschließenden horizontalen geradlinigen
Kurvenverlauf.
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Es ist ferner bekannt, in Steuergeräten für elektrische Kupplungen
und Motore Transistoren und Röhre#n zu verwenden, die beide sehr empfindlich gegen
mechanische, thermische und elektrische Belastun -en und Überbelastungen sind. überdies
ist bei Transistoren die übertragbare Leistung sehr klein, so daß der Wirkungsbereich
und die Lebensdauer der bekannten Steuergeräte nur gering sind. Beim Erfindungsgegenstand
sind diese Nachteile durch die' Verwendung eines Magnetverstärkers vermieden.
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Um eine wirkungsvolle, alle Strom- und Belastungsschwankungen erfassende
und auf das eingestellte Drehmoment ausgleichende Steuerung der Erregung der Elektromagnet-Schlupfkupplung
bzw. -bremse zu erhalten, werden diese Schwankungen durch einen alle Motorstromphasen
umfassenden Stromwandler abgenommen und auf den Magnetverstärker übertragen.
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Gegenüber der bereits bekannten Erfassung nur einer Phase des Motornetzes
ergibt sich durch die Ab-
nahme der als Steuersignal dienenden Stromschwankungen
von allen Phasen ein genaues und vollkommenes
Bild der wahren Stromverhältnisse,
das ohne den Zeitverlust, der durch Abwarten der nächsten Periode bzw. Halbwelle
dieser einen Phase auftritt, entsteht, während bei Benutzung nur einer Phase die
Schwankungen in den beiden anderen Phasen bei der Bildung des Steuersignals nicht
mitwirken und außerdem der genannte Zeitverlust eintritt. Das so gewonnene Steuersignal
kann also niemals den wirklichen Verhältnissen voll entsprechen und muß daher zu
falschen und verzögerten Steuervorgängen führen.
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Bei der zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung entwickelten
Vorrichtung ist zweckmäßigerweise a) die Vorstromwicklung des Magnetverstärkers
über einen in Reihe liegenden Einstellwiderstand mit einer Stromquelle mit konstanter
Spannung (Batterie oder Netzgleichrichter) verbunden, b) die Steuerstromwicklung
des Magnetverstärkers in einen Stromkreis gelegt, in dem in Reihe geschaltet ein
einstelllsärer Vorwiderstand, ein Gleichrichter für die Wandlerströme und zwei in
Brückenschaltung angeordnete Einstellwiderstände enthalten sind, c) die eine der
beiden Leistungswicklungen des Magnetverstärkers unmittelbar mit dem einen Pol der
Erregerwicklung der Elektromagnet-Schlupfkupplung bzw. -bremse verbunden und
d) die andere der beiden, Leistungswicklungen des Magnetverstärkers über
die in Brückenschaltung angeordneten Einstellwiderstände mit dem anderen Pol der
Erregerwicklung der Elektromagnet-Schlupfkupplung bzw. -bremse verbunden.
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In der Zeichnung ist eine zur Durchführung des Verfahrens entwickelte,
als Beispiel dienende Schaltung (Abb. 1) und eine Gegenüberstellung von Schlupf-Drehmomenten-Kennlinien
(Abb. 2) die sich ohne und mit Verwendung der Erfindung ergeben, dargestellt.
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In der Schaltung sind enthalten: ein Magnetverstärker (Transduktor)
mit einer Vorstromwicklung Tl# einer Steuerstrornwicklung St und zwei Leistungswicklungen
L 1 und L2, vier Einstellwiderstände R 1,
R2, R3, R4,
drei StromwandlerW1, W2, W3, ein Gleichrichter G, eine Batterie B,
ein Drehstrommotor M und eine Elektromagnet-Schlupfkupplung K.
Der Ablauf
des Verfahrens ist folgender: Die Vorstromwicklung V des Magnetverstärkers wird
durch eine Stromquelle mit konstanter Spannung, z. B. eine Batterie B oder einen
Netzgleichrichter, je nach der Größe des zu übertragenden Nennmomentes erregt.
Die Bemessung dieses Vorstromes erfolgt durch einen veränderlichen F-instellwiderstand
R 1.
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Die Steuerstromwicklung St des Magnetverstärkers wird über drei verkettet
geschaltete Stromwandler Wl, W2, TV3, die im Motorstromkreis liegen, erregt. Diese
Stromwandler lassen nur Ströme zur Steuerwicklung St gelangen, die si£h im gleichen
Sinne wie das Motormoment und die Motorströme ändern.
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Nach einer Sechsphasengleichrichtung der Wandlerströme wird der gleichgerichtete
Strom durch einen Vorwiderstand R2 entsprechend dein gewünschten Nennmoment der
Kupplung K eingestellt.
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Zur Einstellung des Ve:rstärkungsverhältnisses des -%lagnetverstä,rkers
dient -der EinstellwiderstandR3, der mit einem weiteren EinstellwiderstandR4 in
Brückenschaltung arbeitet.
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Die Vorstromwicklung V und Steuerstromwicklung St arbeiten gegensinnig.
Diese Gegensinnigkeit ergibt, daß sich die Vorstromkurve und die Steuerstromkurve
schneiden. Der Schnittpunkt dieserbeiden Stromkurven stellt den Arbeitspunkt für
das zu übertragende Nennmoment der Kupplung dar. Durch Veränderung des Steuerstromes
mittels des Vorwiderstandes R2 läßt sich dieser Arbeitspunkt beliebig wählen und
festlegen. Im Betrieb wird dann dieser Arbeitspunkt durch die Schwankungen des Motorstromes
verschoben.
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Durch das Zusammenwirken des Vorstromes und des Steuerstromes werden
jedoch in bekannter Weise die Leistungswicklungen L 1 und L 2 in ihrem induktiven
Widerstand derart verändert, daß der zur Kupplung führende Erregerstrom die Schwankungen
des Drehmomentes ausgleicht, so daß der Arbeitspunkt stets wieder auf seine ursprünglich
eingestellte Lage zurückgeführt wird und von der Kupplung ein stets gleichbleibendes
Moment übertragen wird.
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In Abb. 2 ist mit 1 die Schlupf-Drehmomenten-Kennlinie einer
Induktionskupplung bezeichnet, die sowohl mit als auch ohne Schlupf ein Drehmoment
überträgt. Die Wirkung des Verfahrens gemäß der Erfindung zeigt die erzielte Kennlinie
3.
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Die Kennlinie 2 gehört zu einer Wirbelstromkupplung, die zwecks Übertragung
eines Drehmomentes stets im Schlupfzustand arbeitet, bei der mit Hilfe des erfindungsgemäßen
Verfahrens ein Verlauf des Schlupf-Drehmoment-Verhältnisses nach der Kennlinie 4
erreicht wird.