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Verfahren zum Betrieb von schwingenden Arbeitsmaschinen oberhalb der
Resonanzfrequenz Die Erfindung bezieht sich auf schwingendeArbeitsmaschinen, insbesondere
auf Schwingsiebe, Schwingförderrinnen und Vibriergeräte, die durch einen Antrieb
mit umlaufender Unwucht erregt werden und deren Betriebsfrequenz oberhalb der Resonanzfrequenz
eingestellt wird.
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Beim Antrieb der Unwuchtmassen derartiger Schwingsysteme verfährt
man vielfach in der Weise, daß man normale Kurzschlußläufer einsetzt. Diese Antriebe
erlauben jedoch keine Einstellung oder Regelung der Frequenz des Schwingsystems.
Ist letzteres erwünscht, so verwendet man Schleifringläufer-oder Kollektormotoren.
Wegen ihrer Bürstensysteme sind derartige Motoren wesentlich empfindlicher als Kurzschlußläufermotoren.
Wenn sie außerdem noch auf dem Schwingsystem angebracht sind und mitschwingen, dann
führen die Erschütterungen schlechte Kontaktgabe und schnellen Verschleiß von Bürsten
und Kollektor bzw. Schleifringen, also auch unzuverlässige Regelung herbei.
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Diese Nachteile vermeidet das erfindungsgemäße Verfahren. Das Kennzeichen
desselben besteht darin, daß zum Antrieb von schwingenden Arbeitsmaschinen ein Asynchronmotor,
dem durch entsprechende Ausbildung seines Läufers eine Hauptschlußcharakteristik
gegeben ist, verwendet wird, und daß die Betriebsfrequenz, nachdem die Resonanzfrequenz
durchlaufen und der Anlaufvorgang beendigt ist, durch Verminderung des Motormomentes
eingestellt wird.
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Weiterhin weist die Regelung des Motormomentes erfinderische Merkmale
auf, die aus den Unteransprüchen ersichtlich sind.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung dient A b b. 1 der Zeichnung,
die in einem Diagramm das Drehmoment Md des Antriebsmotors für die umlaufende Unwucht
als Funktion der Drehzahl bzw.
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Frequenz n zeigt. Die Kurve ko stellt das Gegenmoment des Schwingsystems
in Abhängigkeit von der Frequenz dar. Der als Antriebsmotor benutzte Asynchronmotor
besitzt erfindungsgemäß eine Hauptschluß charakteristik, die etwa der Kurve kg entspreche.
Aus dem Schnittpunkt der Kurven ko und k2 ergibt sich der Betriebspunkt S2 des Schwingsystems.
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Die Kurve k2 läßt sich durch Verwendung eines Läufers mit hohem inneren
Widerstand erreichen. Besonders geeignet sind Massivläufer aus Eisen. Jedoch kann
zur Verwirklichung der Erfindung jede Art Läufer genommen werden, der dem Asynchronmotor
eine Hauptschlußcharakteristik gibt.
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Da die Einstellung der gewünschten Frequenz erfindungsgemäß durch
Verminderung des Motordrehmomentes erfolgt, so verschieben sich die Motorkenn-
linien
nach unten und es entstehen beispielsweise die Kurven k5 oder k4, deren Schnittpunkte
mit der Kurve IcO die Betriebspunkte S3 oder S4 des Schwingsystems mit den Betriebsfrequenzen
,z3 und n4 ergeben.
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Die Charakteristik eines Asynchronmotors mit normalem Kurzschlußläufer
zeigt Kurve kJ. Er ist zur Frequenzregelung nicht zu verwenden, weil bei Verminderung
seines Motordrehmomentes Kennlinien (nicht eingezeichnet) entstehen würden, die
nur unwesentlich flacher als Kurve kt verlaufen und deshalb keine Frequenzregelung
in einem praktisch brauchbaren Bereich gestatten.
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Das durch Patentanspruch 1 gekennzeichnete Verfahren nach der Erfindung
besitzt noch folgenden Vorteil. Antriebsmotoren an Schwingsystemen, die oberhalb
der Resonanzfrequenz arbeiten, haben beim Durchlaufen der der Resonanzfrequenz entsprechenden
Drehzahl ein hohes Gegenmoment zu überwinden. Im Betriebszustand ist das Gegenmoment,
dem der Antriebsmotor das Gleichgewicht hält, verhältnismäßig gering. Die Ursache
für diese Erscheinung ist darin zu suchen, daß das Gegenmoment durch die Dämpfungskräfte
des gesamten Systems hervorgerufen wird, wozu vor allem die Reibung des Federsystems,
die Luftreibung sowie die Reibung des bewegten Gutes gehören. Da diese Reibungskräfte
von der Größe der Amplitude abhängig sind, ist das Gegenmoment in Resonanznähe besonders
hoch. Das Gegenmoment besitzt allerdings im Resonanzbereich keinen genau bestimmbaren
Wert. Seine Größe ist weitgehend davon abhängig, ob der Unwuchtantriebsmotor das
Schwingsystem schnell durch die Resonanzlage hindurchzieht, letzteres also gar keine
Schwingbewegungen mit größeren Amplituden ausführt, oder ob bei langsamem Durchlaufen
der Resonanzfrequenz
das System Gelegenheit hat, sich aufzuschaukeln.
Ist der Motor dann zu schwach, so wird er innerhalb des Resonanzdrehzahlbereichs
hängen bleiben. In A b b. 1 sind als Beispiele verschiedene Kurven ko im Resonanzbereich
gestrichelt und eine mögliche Betriebskurve ko ausgezogen eingezeichnet.
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Ein Schwingsystem der geschilderten Art benötigt also als Antrieb
für die erregende Unwucht einen Motor mit möglichst starkem Anlaufmoment. Das Drehmoment
im Betriebspunkt, z. B. S3 oder S4, kann dagegen bedeutend niedriger sein. Ein normaler
Kurzschlußläufermotor, der sein maximales Drehmoment bei einer Drehzahl abgibt,
die nur ein geringes unterhalb der synchronen Drehzahl liegt, ist bei Betriebsdrehzahl
nur etwa zu 30°/n ausgelastet. Wie A b b. 1 zeigt, ist der Antrieb nach der Erfindung
mit einer durch Kurve k2 dargestellten Hauptschlußcharakteristik viel besser geeignet.
Das Schwingsystem wird mit dem vollen Drehmoment des Antriebsmotors hochgefahren,
wobei die Amplituden der Resonanzschwingungen gering bleiben, und danach wird durch
Verminderung des Antriebsmotordrehmomentes die gewünschte Betriebsfrequenz des Schwingsystems
eingestellt.
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Die praktische Erprobung des erfindungsgemäßen Antriebsverfahrens
hat erwiesen, daß es besonders in rauhen Betrieben wegen der Unempfindlichkeit des
Antriebsmotors gegen Staubverschmutzung, Korrosion u. dgl. m. mit Vorteil angewendet
werden kann.
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Der Antrieb bedarf so gut wie keiner Wartung und ist trotzdem zuverlässig
und kaum reparaturanfällig.
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Dadurch, daß die Funkenbildung an einem Kollektor fortfällt, ist außerdem
das Einsatzfeld für schwingende Arbeitsmaschinen dort erheblich erweitert, wo solche
Maschinen bislang aus Gefahrgründen ausgeschlossen werden mußten.
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Zur Schwächung des Motormomentes kann erfindungsgemäß so verfahren
werden, wie eines der Beispiele nach A b b. 2 bis 4 angibt. Sie zeigen schematisch
die drei Statorwicklungen des Asynchronmotors in Dreieckschaltung und ihre Anschlüsse
an das Drehstromnetz mit den drei Phasen R, S und T. Die Statorwicklung kann aber
auch im Stern geschaltet werden.
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Gemäß A b b. 2 ist zwecks stufenloser Änderung des Motormomentes
ein Regelwiderstand 5 in einer Anschlußleitung des Asynchronmotors angeordnet.
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Auch in den anderen Anschlußleitungen können Regelwiderstände eingelegt
werden. Äquivalente Regelorgane sind z. B. Regeltransformatoren, Regeldrosseln,
Kondensatoren und Transduktoren. Eine grobe Stufenregelung kann durch die an sich
bekannte Stern-Dreieckschaltung vorgenommen werden, wohingegen zur Feinregelung
eines der vorstehend genannten Mittel dient.
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Als weiteres Beispiel zeigt A b b. 3 eine Motormomentverminderung
durch Gleichstrombremsung in einer Motorwicklung. Der Motor läuft in der normalen
Dreieckschaltung bzw. Sternschaltung hoch,
dann wird die eine Wicklung vom Netz getrennt
und an eine Gleichstromquelle 6 gelegt. Hierdurch wird eine wesentliche Schwächung
des Motormomentes erzielt. Durch Veränderung der Höhe der Gleichspannung läßt sich
das Motormoment variieren und die gewünschte Amplitude einstellen. Bei Verwendung
einer gittergesteuerten Röhre als Gleichstromquelle läßt sich die Drehzahlregelung
über von anderen Vorrichtungen abhängig gemachte Spannungsänderungen am Steuergitter
durchführen.
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Mit der Statorschaltung nach A b b. 4 kann ein Asynchronmotor mit
Massivläufer nach der Erfindung bis zum Stillstand gebremst werden, ohne daß er
danach in umgekehrtem Drehsinn wiederum anläuft. Die Statorwicklung 7 ist bis zur
Überschreitung der Resonanzfrequenz an den Phasen R-T angeschlossen und wird danach
an die Phasen R-S gelegt.
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Die erfindungsgemäße Feinregelung der Leitung, z. B. an einer schwingenden
Förderrinne, ermöglicht die genaue Anpassung der Fördermengen an den Bedarf nachgeschalteter
Verbraucher des Fördergutes (Dosierung).