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Antriebsvorrichtung zum Drehrichtungswechsel Die Erfindung betrifft
eine Antriebsvorrichtung, bestehend aus einem Elektromotor und einem von ihm angetriebenen
Umkehrgetriebe, das zum Drehrichtungswechsel einer angetriebenen Welle über zwei
Magnetkupplungen schaltbar ist, wobei im Betrieb die Kupplungshälften beider Magnetkupplungen
beim Abbremsen und bei Stillstand der angetriebenen Welle dauernd und im gleichen
Maße miteinander sowie antriebsseitig dauernd mit dem Elektromotor in kraftschlüssiger
Verbindung stehen und bei Antrieb der abgetriebenen Welle in einer Drehrichtung
die der anderen Drehrichtung zugeordnete Magnetkupplung schwächer erregt ist.
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Derartige Stellglieder werden beispielsweise bei Kopiersteuerungen
benötigt. Die Magnetkupplungen für die einzelnen Drehrichtungen sind dabei wechselweise
je nach der Auslenkung des Fühlers erregt. Hierbei wird gefordert, daß der Drehrichtungswechsel
und das Stillsetzen möglichst wenig Zeit benötigen, da sonst die Genauigkeit der
Nachformung leidet.
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Es ist bereits ein durch zwei elektri§che Hilfsmotoren angetriebenes
Schaltwerk zum Steuern von Elektromotoren bekannt, bei dem die im entgegengesetzten
Sinne auf die Schaltwerkswelle einwirkenden Hilfsmotoren so angeordnet sind, daß
bei ungleichen Drehmomenten der Hilfsmotoren eine Bewegung, bei gleichen Drehmomenten
dagegen ein Stillstand des Schaltwerkes erzielt wird. Um dabei den Stromverbrauch
während des Stillstandes zu begrenzen, sind den Hilfsmotoren dauernd Widerstände
vorgeschaltet. Nachteilig ist hierbei, daß zwei Elektromotoren benötigt werden,
die aufeinander abgestimmt sein müssen und eventuell dauernd nachzujustieren sind.
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Motoren, die auch im Stillstand eingeschaltet bleiben können, sind
z. B. Drehstrom-Asynchronmotoren besonderer Ausführung, die ihr größtes Drehmoment
bei Stillstand abgeben (sogenannte Drehfeldmagnete); derartige Motoren sind bekannt
(siehe z. B. »Das Industrieblatt«, Märzheft 1959, S. 88 bis 91).
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Weiterhin ist ein elektrisches Wendegetriebe mit zwei durch Gleichstromerregerwicklungen
steuerbaren Wirbelstromkupplungen bekannt. Über diese Kupplungen ist ein Gegenstand,
z. B. das Ruder eines Flugzeuges, von einem dauernd laufenden elektromotorischen
Antrieb wahlweise in zwei einander entgegengesetzten Richtungen einstellbar. Nachteilig
ist hierbei, daß das jeweilige Ansprechen der Kupplungen, auch wenn besondere Erregungsarten
gewählt werden, doch einige Zeit in Anspruch nimmt und daß außerdem noch besondere
Mittel vorgesehen sein müssen, um die Welle bei ausgerückten Kupplungen festzuhalten.
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So ist z. B. bei einem derartigen bekannten Stellantrieb noch zusätzlich
eine Hysteresekupplung vorgesehen, die zum Abbremsen und Festhalten der Arbeitswelle
dient (deutsche Auslegeschrift 1082 644).
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Erwähnt sei in diesem Zusammenhang auch noch, daß es bekannt ist,
steuerbare Wirbelstrombremsen für Abbremsvorgänge von Elektromotoren zu benutzen
(AEG-Mitteilungen, 1960, H. 3/4, S. 123 bis 126).
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Fernerhin ist auch noch ein Stellglied der eingangs aufgeführten Art
für Bühnenbeleuchtungsanlagen bekannt, welches aus einem durchlaufenden Elektromotor
und einem über Kupplungen schaltbaren Wendegetriebe besteht. Hierbei sind beim Abbremsen
und beim Stillstand des angetriebenen Organs beide Kupplungen gleich stark erregt
und so reguliert, daß sie ständig schwach schleifen. Hierdurch balancieren sich
ihre Drehmomente annähernd aus.
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Zum Antrieb der Arbeitswelle in der einen Richtung wird die dieser
Richtung zugeordnete Magnetkupplung stärker beaufschlagt als die andere.
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Schwierig ist hierbei das Ausbalancieren der Kupplungen, da sich durch
das ständige Schleifen die Kupplungen erwärmen und dadurch ihre Betriebseigenschaften
verändern. Nachteilig ist ferner, daß im Stillstand nur ein verhältnismäßig schwaches
Haltemoment auf die Welle einwirken kann, da sonst die Kupplungen durch das Schleifen
zerstört würden.
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Bei einem über Magnetkupplungen schaltbaren mehrstufigen Getriebe
wird die Abbremsung auch bereits durch gleichzeitige Erregung der den beiden letzten
Getriebestufen zugeordneten Kupplungen vorgenommen (deutsche Patentschrift 891105).
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antriebsanordnung
zu schaffen, die einen raschen Drehrichtungswechsel, ein schnelles Abbremsen
und
ein sicheres Halten der Arbeitswelle ermöglicht, aber trotzdem einfach im Aufbau
ist. Diese Aufgabe wird beim vorausgesetzten Stellantrieb erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß bei Verwendung eines an sich bekannten Elektromotors, der auch im Stillstand
eingeschaltet bleiben darf und hier sein größtes Moment abgibt, beide Magnetkupplungen
beim Abbremsen und im Stillstand mit ihrer maximalen Kupplungskraft gekuppelt sind
und zum Einschalten einer bestimmten Drehrichtung die der anderen Drehrichtung zugeordnete
Magnetkupplung vollständig gelöst ist. Hierdurch herrschen stets eindeutige Schaltzustände.
Das Ausbalancieren der einander entgegenwirkenden Kräfte oder Momente ist nicht
kritisch.
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Die Erfindung wird ausschließlich in der Gesamtheit der Anspruchsmerkmale
gesehen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt F i g. 1 im Prinzip den mechanischen Aufbau des Stellgliedes, F i g. 2
das Schaltungsprinzip bei Verwendung normaler Magnetkupplungen und F i g. 3 das
Schaltprinzip bei Verwendung federbelasteter Magnetkupplungen.
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Mit 1 ist die abtreibende Welle eines Stellgliedes bezeichnet, welches
aus Zahnrädern 2 bis 8 sowie Magnetkupplungen 9 und 10 für die beiden Drehrichtungen
besteht. Die antreibende Welle 11 des Stellgliedes wird von einem dauernd
eingeschalteten Motor angetrieben. Durch Erregung der Kupplung 9 oder der Kupplung
10 wird die entsprechende Kupplung eingerückt und dadurch eine Antriebsverbindung
von der Welle 11 über die Zahnräder 5 bis 8 entweder über die Kupplung 9 und die
Zahnräder 2 und 3 für Linkslauf oder über die Kupplung 10 und die Zahnräder
2 und 4 für Rechtslauf zu der Welle 1
hergestellt. Die Abschaltung
erfolgt durch Entregen der jeweils eingeschalteten Kupplung 9 bzw.
10.
Nach dem Entregen wird die Welle 1 infolge der Massenträgheit der in Antriebsrichtung
vor den Kupplungen liegenden beweglichen Teile mehr oder weniger nachlaufen, was
die Genauigkeit der Nachformung herabsetzt, wie eingangs bereits ausgeführt worden
ist. Bei einem solchen Antrieb müssen also zusätzliche Maßnahmen getroffen werden,
um diesen Nachlauf so klein wie möglich zu halten.
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Deshalb wird nun an Stelle eines ständig laufenden Motors ein bekannter
Motor 12 verwendet, der so bemessen ist, daß er auch im Stillstand eingeschaltet
bleiben darf und da sein höchstes Drehmoment abgibt. Das Abbremsen geht nun so vor
sich, daß beide Kupplungen 9 und 10 gleichzeitig eingerückt werden, so daß
eine Blockierung des Getriebes 2 bis 8 eintritt. Zum Einschalten der jeweiligen
Drehrichtung wird dann die der anderen Drehrichtung zugeordnete Kupplung gelöst.
Soll beispielsweise die Drehrichtung über die Kupplung 9 eingeschaltet werden, so
wird die Kupplung 10 gelöst und umgekehrt.
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In F i g. 2 ist die Schaltung wiedergegeben. Mit KF ist der Kontakt
eines Kopierfühlers bezeichnet, der entsprechend der gestrichelten Darstellung neben
dem Kontakt bei der Auslenkung nach links ein Schütz Cl und bei Auslenkung nach
rechts ein Schütz C2 an Spannung legt. Das Schütz Cl ist hierbei dem Linkslauf und
das Schütz C2 dem Rechtslauf zugeordnet. Über die zugeordneten Ruhekontakte cl und
C2 werden die entsprechenden Kupplungen K1 und K2 geschaltet. Die Kupplungen können
beispielsweise bekannte Elektrolamellenkupplungen sein. Befindet sich der Kontakt
des Kontaktfühlers in der mittleren Stellung, so sind beide Schütze Cl, C2 entregt,
und durch die Ruhekontakte Cl und c2 sind nun beide Kupplungen erregt. Da beide
Kupplungen erregt sind, wird infolge der Getriebeblockierung die Welle 1 keine Bewegung
ausführen. Wird nun beispielsweise der Fühlerkontakt nach links ausgelenkt, so erhält
das Schütz Cl Spannung, wodurch der Stromkreis der Kupplung K1 unterbrochen wird,
so daß nunmehr die Bewegungsübertragun4g über die andere Drehrichtungskupplung erfolgt.
Kehrt der Kontaktfühler wieder in seine Mittellage zurück, so wird auch wieder die
Kupplung K1 erregt, wodurch die Welle 1 unmittelbar angehalten wird. Es kommt aber
auch der Antriebsmotor 12 zum Stillstand. Durch die eigenartige Charakteristik des
als Antriebsmotor verwendeten Drehfeldmagneten ergibt sich bei Freigabe ein sofortiges,
aber sanftes Ansteigen der Drehzahl, wodurch Pendelungen verhindert werden. Die
Drehzahl wird sich bei Belastung nur bis zu gewissen Grenzen ändern.
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Es ist bekannt, daß-der Drehfeldmagnet im Stillstand sowie bei Lauf
etwa dieselbe Stromaufnahme hat.
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An Stelle der üblichen Schaltkupplungen können auch an sich bekannte
federbelastete Kupplungen verwendet werden. Eine entsprechende Schaltung ist in
F i g. 3 angegeben. Mit KF ist wiederum der Kontakt eines Kopierfühlers bezeichnet,
und die Schütze Cl' und C2' sind dem Linkslauf bzw. Rechtslauf zugeordnet. Im. Gegensatz
zu F i g. 2 weisen die Schütze Cl' und C2 Arbeitskontakte cl' und c2 auf. Mit Ki
und K2' sind die entsprechenden Kupplungen bezeichnet. Die Wirkungsweise ist ohne
weiteres zu erkennen.
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Um die.Wirkungsweise der Gesamtanordnung zu verbessern, kann mit dem
Antriebsmotor 12 eine elektrische Bremse gekuppelt werden, beispielsweise eine Wirbelstrombremse.
Diese ist in F i g. 1 mit einer Wirbelstromscheibe 13 und Magnetsystemen 14 angedeutet.
Ferner kann es zweckmäßig sein, beim Abbremsen die Erregung des Antriebsmotors 12
kurzzeitig herabzusetzen. In F i g. 2 ist in gestrichelten Linien eine entsprechende
Bremseinrichtung 15 angedeutet, die über Ruhekontakte c11 und C22 der beiden Schütze
Cl und C2 schaltbar ist.
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Das erfindungsgemäße Stellglied kann mit Erfolg überall dort zur Verwendung
kommen, wo es darauf ankommt, die Drehrichtung so schnell wie möglich umzuschalten.