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Elektrischer Umkehrantrieb Es sind elektrische Umkehrantriebe für
stoßartige Belastungen bekannt, bei denen eine Schwungmasse zwecks Fernhaltung des
Leistungsstoßes vom speisenden Netz zur Wirkung gebracht wird. Der hierfür hauptsächlich
bekannte Antrieb ist der umsteuerbare Gleichstrommotor, der über den sogenannten
Egner-Umformer gespeist wird. Der Ilgner-Umformer bedeutet einen technisch relativ
großen Aufwand. Hinzu kommt, daß seine Schwungmasse nur indirekt zum Ausgleich der
stoßartigen Belastungen ausgenutzt wird. Darüber hinaus darf der Ankerdurchmesser
des umzusteuernden Gleichstrommotors nicht groß sein, um überhaupt eine schnelle
Reversierung zu ermöglichen. Bei großen Leistungen ist unter Umständen die Kommutierung
nicht ohne weiteres beherrschbar, wodurch zumindest ein zusätzlicher Aufwand bedingt
wird.
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Auf dem Gebiet von Umkehrantrieben ist es bereits bekanntgeworden,
zwei in entgegengesetzter Richtung dauernd umlaufende Antriebsmaschinen über ihnen
zugeordnete, entsprechend der Drehrichtung zuschaltbare Induktionsschlupfkupplungen,
also das Drehmoment übertragende elektrische Maschinen, zu verwenden. Auch bei diesem
Antrieb ändern also die Antriebsmaschinen und die mit ihnen verbundenen Teile der
Kupplungen ihren Drehsinn bei Drehsinnwechsel der Last nicht. Dabei sind die Antriebsmaschinen
als Dieselmotoren ausgebildet, welche in jedem Falle einer zusätzlichen Schwungmasse
bedürfen, um überhaupt betriebsfähig zu sein. Zusätzlich sind bei diesem bekannten
Umkehrantrieb Zahnradgetriebe vorgesehen, welche erheblichem Verschleiß unterworfen
sind.
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Bei anderen bekannten Umkehrantrieben wird die Reversierung bei einseitig
drehendem Antrieb ausschließlich über Wendegetriebe durchgeführt, deren die Umkehrung
bewirkenden Zahnräder über Induktionsschlupfkupplungen verbunden sind. Die Zähne
der beiden in verschiedener Richtung drehenden Zahntriebe sind hierbei naturgemäß
erheblichen Beanspruchungen ausgesetzt, wodurch die Möglichkeit, kurze Reversierzeiten
zu erreichen, stark eingeschränkt wird. Durch das mechanische Wendegetriebe ist
außerdem ein erheblichem Verschleiß ausgesetztes Maschinenelement vorhanden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die oben beschriebenen Nachteile der
bekannten elektrischen Umkehrantriebe, insbesondere soweit sie für stoßartige Belastungen
vorgesehen sind, zu beseitigen. Darüber hinaus sollen die bisherigen Leistungsgrenzen
für derartige Umkehrantriebe, die insbesondere aus der notwendigen Beschränkung
der Ankerdurchmesser der Gleichstrommotoren resultieren, beseitigt, die Schwungmomente
der Antriebsmaschinen direkt zum Auffangen der Laststöße ausgenutzt und der Aufwand
für die Gesamtanlage wesentlich vermindert werden.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Umkehrantrieb, insbesondere
für stoßartige Belastungen, unter Ausnutzung des Schwungmomentes des elektrischen
Antriebes, wobei das mit Links-oder Rechtsdrehsinn jeweils zu übertragende Drehmoment
stets auf dieselbe Abtriebswelle wirkt, der dadurch gekennzeichnet ist, daß als
Antrieb mehrere Synchron- oder Asynchronmaschinen vorgesehen sind, daß fernerhin
zwischen Än- und Abtrieb als Kupplung jeweils eine den Antriebsmaschinen zugeordnete
Schlupfkupplung in Form einer das Drehmoment übertragenden elektrischen Maschine
angeordnet ist, wobei der Antrieb und der mit diesem fest verbundene Teil der als
Kupplung wirkenden elektrischen Maschine ihren Drehsinn bei Drehsinnwechsel der
Last nicht ändern und daß außerdem radial außen auf den Außenläufern der Kupplungen
die. Primär- oder Sekundärwicklungen der als Antrieb wirkenden elektrischen Maschinen
angeordnet sind, welche wiederum, ebenfalls radial, von den ihnen zugeordneten Sekundär-
oder Primärwicklungen der gleichen als Antrieb wirkenden elektrischen Maschine umgeben
sind.
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Die vorausgesetzte Anordnung kann auch so ausgebildet sein, daß erfindungsgemäß
eine mit Ständern versehene und vorwiegend als Antrieb wirkende elektrische Maschine
vorgesehen ist, fernerhin, daß der als Innenläufer ausgebildete und vorwiegend kurz-.
geschlossene Sekundärteil der insbesondere als: Kupplung wirkenden weiteren elektrischen
Maschine bei Drehrichtungswechsel an das Netz gelegt wird,, wobei und wodurch nunmehr
die Kupplung mit: ihrem Innenläufer als entgegengesetzt drehender Antrieb direkt
auf den Abtrieb, mit ihrem Außenläufer
jedoch auf den - nunmehr
als Generator auf das Netz wirkenden - früheren Antrieb ein Drehmoment mit gleichbleibendem
Drehsinn ausübt.
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Zum besseren Verständnis sei die Erfindung an Hand von Beispielen
in der Zeichnung beschrieben: F i g. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung mit
zwei gegensinnig antreibenden Synchronmotoren, die je auf eine ihr zugeordnete Kupplung
und von dort über eine gemeinsame Welle auf den Abtrieb arbeiten. Die Kupplungen
sind radial im Innern der Synchronmaschine angeordnet; F i g. 2 stellt eine Verwendung
der zwischen den Antrieb und den Abtrieb geschalteten elektrischen Maschine als
Motor oder Kupplung dar.
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Nach F i g. 1 befindet sich im Innern des Ständers 2 des treibenden
Synchronmotors 1 dessen Läufer 3; auf den radial nach außen weisenden Polen 4 sind
die Erregerwicklungen 5 des Synchronmotors 1 angeordnet, während radial innen sich
in einem Eisenpaket die Kurzschlußwicklungen 6 der elektrischen SchlupfkUpplung
7 befinden. Diese elektrische Schlupfkupplung 7 ist reit ihrem als Innenläufer 8
ausgebildeten Erregerteil 9 fest mit der Abtriebswelle 10 verbunden. Auf
derselben Abtriebswelle 10 befindet sich in spiegelbildlicher Anordnung ein
weiterer, durch die Wicklung 15 erregter Synchronmotor 11 mit elektrischer Schlupfkupplung
17. Die beiden Synchronmotoren 1 und 11 sollen sich, wie die eingezeichneten
Pfeile 21, 22 andeuten, gegensinnig drehen. Wird nun der Erregerteil 9 der
elektrischen 9ehlupfkuppltmg 7 erregt, so wird der Synchronütotor 1 mit der
Abtriebswelle 10 gekuppelt und der Abtrieb 23 in der dem Drehsinn des Synchronmotors
1 entsprechenden Drehrichtung angetrieben. Währenddessen läuft der Synchronmotor
11 leer und kann ein großes Schwungmoment speichern.
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Ist der Synchronmotor 1 mit einem relativ großen Schwungmoment ausgebildet,
d. h., hat er große Massen, die, wie im Beispiel gezeigt, um die Anteile der hiermit
gleichsinnig umlaufenden Massen der elektrischen Sehlupfkupplung 7 vermehrt sind,
so wird btih Einkuppeln auch ein relativ gro-Bes "Stillstandsmoment des Abtriebes
23 verhältnismäßig schnell überwunden werdest können. Die hier-bei
auftretenden 13eschleunigungsmomente werden erbndnrrgsgtmäß noch dltdureh gemindert,
daß der Ijnnenlä.ufer 9 der elektrischen Schiupfkupplung 7 mit einem txmm kleinen
anfnehmbaren Schwungmment ausgebildet ist. Solfte das aufzunehmende Beschleunigungsmoment
jedoch fallweise bei nrormeder Erregung von Synchtonmaschine 1 und elastischer Schlupfkapplung
'l m groß sein, d. h., sollte es nicht von den genanten Schwungmomenten gedeckt
werden kömteu, so kauen man durch geeignete Steuerung skr gntgungen@ durch sogenannte
Stoßerregungen, bewirken, ttag der Synchronmotor 1 nicht außer Tritt fällt und das
Kippmoment der elektrischen 5cMupfkupplmg 7 ausreicht.
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Der Rewersiervörgang wird dadurch eingeleitet, dal3 man den Erregerfeil
19 der dem Synchronmotor 11 2ugeoräueten Scülupfkupplung 17 erregt unter
eichzeitrger Entregung des Erregerteiles 9 der dem chromrtotor 1 zugeordneten
Schlupfkupplung "7. Die Schmiftgmomente dos Antriebs werden hierbei z= Reversieren
also voll ausgenutzt, während bei Ikeversierbetrieb mit Gieichstronm2otoren diese
selber hochgeNhren wtrdcm. missen, wobei der dazu erforderliche Leistungsbearf vom
Schwungrad des Ilgner-Umformers, also indirekt aufgenommen werden muß. Es ist ersichtlich,
daß der gemäß der Erfindung ausgebildete Umkehrantrieb mit seiner direkten Schwungmomentausnutzung
einen besseren Leistungsfaktor bei wesentlich geringerem Bauaufwand ergibt.
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Hinzu kommt, daß der erfindungsgemäße Umkehrantrieb die wünschenswerte
Verwendung auch von drehzahlgeregelten Synchronmaschinen, die z. B. über elastische
Umrichter (ruhende Geräte, die die Netzfrequenz in veränderliche Frequenzen umformen)
gespeist werden können, als Antriebsmotoren gestattet. Diese Verwendungsart ist
wegen der Möglichkeit, Synchronmaschinen mit einer großen Schwungmasse auszubilden,
besonders vorteilhaft. Ein wesentlich schnelleres Hochfahren als bei den Umkehrantrieben
bekannter Bauarten ist dadurch ebenfalls möglich, wobei die vom Umrichter benötigte
Blindleistung sogar von den Synchronmotoren selbst gedeckt werden kann.
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Aber auch die Verwendung von Gleichstrommotoren als Antriebsmaschinen
ist gemäß einer anderen Ausbildung der Erfindung vorteilhaft, wie F i g. 2 zeigt.
Hier soll in Weiterbildung des Gegenstandes der Erfindung auch noch das erforderliche
Drehmoment des Abtriebes 51 je nach Drehrichtung verschieden sein: Die elektrische
Maschine 52 möge in der gezeichneten Drehrichtung über die als Kupplung wirkende
elektrische Maschine 54 ein Drehmoment auf den Abtrieb 51 ausüben. In diesem
Falle ist die Wicklung des Läufers 55 über den Schalter 56, gegebenenfalls auch
über Widerstände, kurzgeschlossen, es wird also das volle und relativ hohe Drehmoment
der elektrischen Maschine 52
vom Abtrieb 51 aufgenommen. Beim Reversiervorgang
wird der Schalter 56 an das Netz gelegt, wodurch die bisher als Kupplung wirkende
elektrische Maschine 54 zum Motor wird und. deren Läufer 55 entgegengesetzt der
bisherigen Drehrichtung dreht und damit den Drehsinn des Abtriebes 51 wechselt.
Gleichzeitig übt der Läufer 55 ein Rückdrehmoment auf den Außenläufer der elektrischen
Maschine 54 aus, weiches bewirkt, daß nunmehr die elektrische Maschine 52, als Generator
arbeitend, Strom in das Netz liefert. Dieser Strom kann in vorteilhafter Weise zur
zusätzlichen Stützung des Netzes - bei, entsprechender Dimensionierung der elektrischen
Maschinen 52 und 54 - beim Reversieren herangezogen werden.
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Man erkennt, daß in allen angeführten Beispielen die als Motor arbeitenden
elektrischen Maschinen sieh stets nur in einer Richtung drehen, also im Leerlauf
ihr Schwungmoment entsprechend den Erfordernissen des Reversiervorganges aufspeichern
können. Sie werden sich beim Reversiervorgang also stets auf eine schnelle Drehmomentabgabe
auf den Abtrieb unter voller Ausnutzung ihres Schwungmomentes »vorbereiten« können,
wobei und wodurch die Drehzahl des Abtriebes nach dem Reversieren sehr schnell auf
die erforderliche Höhe gebracht wird. Die baulich aufwendige Anordnung, wie sie
beispielsweise beim Ilgner-Umformer-Satz mit Schwungrad notwendig ist, wird wesentlich
vereinfacht.
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Die Antriebsmotoren werden nicht mehr durch das häufige Reversieren
in ihrer Lebensdauer beschränkt. Die elektrischen Kupplungen selber arbeiten im
Gegensatz zu mechanischen völlig verschleiß-.
frei. Sie können zudem,
wenn sie, entsprechend der F i g. 2, nicht mit kurzgeschlossenem Sekundärteil arbeiten,
ebenfalls vom Netz gespeist als Motor oder in das Netz speisend als Generator zusätzliche
Verwendung finden. Die Antriebsmotoren und die stets gleichsinnig drehenden Teile
der Kupplungen können in wünschenswerter Weise mit beliebig großem aufnehmbarem
Schwungmoment ausgebildet werden. Die den Drehsinn beim Reversiervorgang wechselnden
Teile, gemäß der Erfindung also insbesondere die Innenläufer der Kupplungen, können
dagegen mit einem extrem kleinen Schwungmoment ausgebildet werden.
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Die Erfindung kann mit besonderem Vorteil bei Walzwerkantrieben, Fördermaschinen
oder auch Pressen bzw. Scheren angewandt werden, d. h. bei Antrieben, die das Umsteuern,
verbunden mit Energiepufferung, erfordern; auch eine Verwendung im Bahnbetrieb,
bei Krananlagen usw. ist denkbar.