DE1463376C - Antrieb der Regelscheibe von spitzenlosen Rundschleifmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Antrieb der Regelscheibe von spitzenlosen Rundschleifmaschine!! durch einen polumschaltbaren Drehstrom-Asynchronmotor.

Bei bekannten elektrischen Antrieben wird die Umfangsgeschwindigkeit der Regelscheibe mittels eines Drehstrom - Nebenschlußkommutatormotors, eines Drehstrom - Schleifringläufermotors, eines Gleichstrom - Nebenschlußmotors oder über ein mechanisches Getriebe geregelt. Außerdem ist es auch bekannt, die Regelscheibe über eine Induktionskupplung oder einen Ölmotor anzutreiben.

An spitzenlosen Rundschleifmaschinen wirkt bekanntlich von der Schleifscheibe her über das Werkstück ein rücktreibendes Moment auf die Regelscheibe. Es muß aber die Regelscheibenumfangsgeschwindigkeit zur Erzielung einer guten geometrischen Werkstücksform annähernd konstant gehalten werden. Deshalb sind bei den angeführten Antriebsarten mehr oder weniger kostspielige Einrichtungen nötig, die einem unzulässigen Umfangsgeschwindigkeitsanstieg der Regelscheibe beim Schleifvorgang entgegenwirken.

Weniger aufwendig ist ein anderer bekannter Antrieb der Regelscheibe mittels eines Drehstrom-Asynchronmotors und eines nachgeschalteten mechanischen Regelgetriebes. Bei dieser Antriebsart lassen sich jedoch Schlupf, Erwärmung und Laufunruhe, die sich nachteilig auf die Maschine auswirken, nur durch größeren Aufwand auf ein erträgliches Maß herabsetzen.

Die Forderung nach einem Antrieb der Regelscheibe, der im unteren Regelbereich bei langsamem Lauf konstante Drehzahl mit ausreichend großem Drehmoment hat, versuchte man durch die Verwendung transduktorgesteuerter Gleichstromantriebe Rechnung zu tragen. Ferner wurden auch schon recht gute Antriebsergebnisse mit Gleichstrommotoren erzielt, die über Siliziumzellen gesteuert wurden. Aber diese und ähnliche Gleichstromantriebe sind sehr aufwendig, weil die beim Schleifen fast immer auftretende negative Antriebsenergie über Widerstände vernichtet und die dabei unvermeidliche Verlustwärme abgeführt werden muß.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 061 426 ist eine Wechselstromerzeugungsanlage zur Speisung von Induktionsmotoren bekannt, mittels welcher Schleifspindeln eine Drehzahl bis zu 90 000 Umdrehungen pro Minute vermittelt werden kann. Es handelt sich hierbei aber um den Antrieb von Schleifscheiben, nicht jedoch von Regelscheiben. Das angestrebte Ziel ist die Erzeugung von hohen Drehzahlen.

Aus der britischen Patentschrift 663 570 ist es bei Schleifmaschinen bekannt, den Drehstrom-Asynchronmotor polumschaltbar zu machen. Weder die britische Patentschrift 663 570 noch die deutsche Auslegeschrift 1 061 426 befassen sich jedoch mit der nachstehenden Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es nämlich, daß der Antrieb einer Regelscheibe im unteren Regelbereich bei langsamem Lauf konstante Drehzahl mit ausreichend großem Drehmoment haben soll, so daß cf störungsfrei läuft. Es soll ferner ein in sehr weitem Bereich stufenlos regelbarer Antriebsmotor von einfacher und billiger Bauart verwendbar sein. Schließlich soll der Antrieb ohne besondere Zusatzaggregate einer Änderung der Umfangsgeschwindigkeit der Regelscheibe beim Auftreten eines rücktreibenden Momentes entgegenwirken.

Die Lösung der gestellten Aufgabe durch die Erfindung besteht bei einem Antrieb der eingangs geschilderten Art darin, daß erfindungsgemäß für den Schleifvorgang eine- hochpolige Wicklung des polumschaltbaren brehstrom-Asynchronmotors an einen Frequenzumformer angeschlossen ist, dessen Freo quenz in einem bis über j : 40 hinausgehenden Regelbereich stufenlos einstellbar ist, und daß seine Wicklung mit niedriger Polzahl, die für das Abziehen der Regelscheibe dient, mit einer gleichbleibenden, hohen Frequenz des Frequenzumformers oder aus einem is normalen Netz direkt speisbar ist.

Die Erfindung verwendet also für den Antrieb der Regelscheibe einer spitzenlosen Rundschleifmaschine einen weitgehend störungsfreien, in sehr weitem Bereich stufenlos regelbaren Antriebsmotor von einfächer und billiger Bauart, der ohne besondere Zusatzaggregate einer Änderung der Umfangsgeschwindigkeit der Regelscheibe beim Auftreten eines rücktreibenden Moments entgegenwirkt.

Ein Ausführungsbeispiel eines solchen frequenzgesteuerten Antriebes ist in der Zeichnung schematisch wiedergegeben, und zwar bezeichnet Teil 1 die anzutreibende Regelscheibe der spitzenlosen Rundschleifmaschine, Teil 2 den frequenzgesteuerten Antriebsmotor, der in dieser Darstellung mit zwei getrennten Wicklungen mit dem Polzahlverhältnis 1 :4 versehen ist, wobei die Motorwicklung 3 hochpolig ausgeführt ist und im Schleifbereich der Maschine über den vorgeschalteten Frequenzumformer 4 der gewünschten Motordrehzahl entsprechend mit der dazugehörigen Frequenz im Regelbereich 1 :40 oder mehr gespeist wird. Der Frequenzumformer kann ein rotierender oder ruhender Umformer sein.

Die zweite Motorwicklung 5 ist niederpolig ausgeführt und dient zum Erreichen der Abziehgeschwindigkeit der Regelscheibe. Diese Wicklung wird direkt an das vorhandene Drehstromnetz mit Nennfrequenz angeschlossen. Dadurch wird erreicht, daß der Frequenzumformer seine der Schleifdrehzahl zugeord- . nete Frequenz behält, so daß beim Umschalten von Abziehen auf Schleifen ein selbsttätiges Rückstellen auf die vorbestimmte Schleifdrehzahl erfolgt.

Die Drehzahlvorwahl für den Schleifbereich des Antriebes erfolgt entweder über eine Relais- oder Schützensteuerung' in Plus-Minus-Schaltung oder über einen Ist-Soll-Wertvergleich der Motorspannung bzw. der Motorfrequenz. Will man die Drehzahlabweichungen beim Be- und Entlasten des frequenzgesteuerten Motors während des Schleifvorganges verringern, so kann man dies mittels einer an dem Antriebsmotor 2 direkt angeflanschten Tachomaschine erreichen, wenn man die Tachospannung mit einer Vorwahlspannung über einen Ist-Soll-Wertvergleich gegeneinander schaltet, wodurch man die Möglichkeit hat, auch kurzzeitig auftretende unerwünschte Drehzahlabweichungen entsprechend den dem Regelkreis anhaftenden Zeitkonstanten auszugleichen.

Für die Abziehdrehzahl wird die Motorwicklung 3 abgeschaltet und die niederpolige Wicklung 5 direkt an das vorhandene Drehstromnetz gelegt. Hierdurch erreicht man, daß innerhalb des Frequenzumformers, gleichgültig ob man die Frequenzumformung mit einem rotierenden¹ oder ruhenden Umformer erreicht, keine Veränderung vorzunehmen ist.

Zum Erreichen der Abziehgeschwindigkeit ist lediglich die Motorwicklung 3 abzuschalten und die Motorwicklung 5 zuzuschalten. Beim Umschalten von »Abziehen« auf »Schleifen« ist die Schaltfolge umgekehrt.

Wird der Antriebsmotor 2 als polumschaltbarer Motor nach Dahlander ausgelegt, so entfällt die direkte Einspeisung der Wicklung 5 vom Netz her. Da jedoch die maximale Motorgeschwindigkeit, d. h. die Abziehgeschwindigkeit nur bei einer bestimmten Frequenz erreicht wird (dies wird in fast allen Fällen die maximale Regelfrequenz sein), so muß der Frequenzumformer beim Umschalten auf die Abziehgeschwindigkeit auf diese bestimmte Frequenz umgeschaltet werden. Beim Zurückschalten auf die vorher gewählte Schleifdrehzahl, das aus bedienungstechnischen Gründen selbsttätig erfolgen soll, muß der Frequenzumformer sich selbsttätig auf die vor dem Abziehen gelieferte Frequenz einstellen. Dieses selbsttätige Rückstellen auf die vorgewählte Schleifdrehzahl ist durch einen Ist-Soll-Wertvergleich möglich.

Etwaige Anlaufschwierigkeiten bei kalter Maschine sind dadurch zu vermeiden, daß beim Einschalten des Antriebsmotors, wenn dieser mit zwei getrennten Wicklungen ausgelegt ist, kurzfristig die niederpolige Wicklung zusätzlich direkt mit Netzspannung beaufr schlagt wird.

Ist der Antriebsmotor mit einer polumschaltbaren Wicklung nach Dahlander ausgelegt, so hat man hier die Möglichkeit, den Motor erst kurzzeitig auf seiner niederpoligen Stellung mit der bereits eingestellten Speisefrequenz anlaufen zu lassen und dann erst auf seine hochpolige Wicklung umzuschalten, wodurch man, ähnlich wie beim Motor mit zwei getrennten Wicklungen, ein größeres Losbrechmoment erzielt.

Will man an der Regelscheibe der Schleifmaschine 1 ein konstantes Drehmoment herab bis zur kleinsten einstellbaren Drehzahl erreichen, so muß man hierfür besondere Maßnahmen treffen. Eine dieser möglichen Maßnahmen besteht darin, daß man die frequenzabhängige Speisespannung des Motors im unteren Frequenzbereich so stark über ihre linear frequenzproportionale Größe anhebt, daß die drehmomentbildende innere elektromotorische Kraft über den gesamten Drehzahlbereich annähernd linear frequenzproportional bleibt. Durch diese Maßnahme ergibt sich ein etwa gleichbleibendes Kippmoment sowie ein etwa konstant bleibender Schlupf bei Belastung des Motors mit konstantem Moment.

Nachdem bei der Regelscheibe mit der gesteuerten Antriebsdrehzahl die prozentuale Differenz zwischen der sich bei Leerlauf und voller Belastung einstellenden Motordrehzahl nicht streng konstant gehalten werden muß, sondern eine gewisse Vergrößerung des sogenannten Schlupfes umgekehrt proportional der Drehzahl zulässig ist, braucht man die Speisespannung des Motors nur im unteren Bereich über ihre linear frequenzproportionale Größe anzuheben. Zur Beschränkung der Drehzahlabweichungen auf ein Mindestmaß dient eine Anpassung der Speisespannung an die Frequenz derart, daß die vorgegebene zulässige Schlupfgröße bei der untersten Frequenz gerade in Anspruch genommen wird und bei Betrieb mit zunehmender Frequenz nach oben hin sich verringert. Dies geschieht bei Speisung des frequenzgesteuerten Antriebsmotors 2 beispielsweise durch einen ständergespeisten rotierenden Frequenzumformer in Dreieckschaltung der Ständerwicklung des Umformers im unteren Frequenzbereich. Bei höherer Frequenz wird dann die Ständerwicklung des Umformers in Sternschaltung umgeschaltet. Bei kleinen Antriebsmotoren oder bei Speisungen des Antriebsmotors von einem ruhenden Umformer, der in seiner Auslegung die Spannung im unteren Bereich nicht selbsttätig anhebt, hat man die Möglichkeit, die Wicklung der Antriebsmaschine 2 im unteren Frequenzbereich in Dreieck und im oberen Frequenzbereich in Stern zu schalten. Es besteht auch die Möglichkeit, die Wicklung des Generators (bei rotierendem Umformer) und die Wicklung des Motors entsprechend dem gewünschten Drehmoment von Stern auf Dreieck bzw. umgekehrt umzuschalten. Hierdurch kann man also im unteren Frequenzbereich die Speisespannung des Motors um den Faktor 1,73 bzw. 3 gegenüber der durch den Frequenzumformer normalerweise linear frequenzproportionalen Speisespannung vergrößern.

Bei Verwendung eines ruhenden Umformers ist es möglich, die Speisespannung des Antriebsmotors frequenzabhängig so zu regeln, daß man ein annähernd konstantes Nennmoment erreicht.

Der Vollständigkeit halber sei hier erwähnt, daß man, wie bereits beschrieben, mittels einer Tachomaschine und eines Ist-Soll-Wertvergleiches die Speisefrequenz oder die Spannung so regeln kann, daß bei Belastungsänderung keine nennenswerten Drehzahleinbrüche oder -anstiege auftreten. Ebenso ist es auch möglich, bei der Verwendung eines Ist-Soll-Wertvergleiches der Motordrehzahl einen rotierenden Umformer frequenz- oder spannungsmäßig so auszuregeln, daß ebenfalls keine nennenswerten Drehzahlschwankungen auftreten.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Antrieb der Regelscheibe von spitzenlosen Rundschleifmaschinen durch einen polumschaltbaren Drehstrom-Asynchronmotor, dadurch gekennzeichnet, daß für den Schleifvorgang eine hochpolige Wicklung (3) des polumschaltbaren Drehstrom-Asynchronmotors (2) an einen Frequenzumformer (4) angeschlossen ist, dessen Frequenz in einem bis über 1:40 hinausgehenden Regelbereich stufenlos einstellbar ist, und daß eine Wicklung mit niedriger Polzahl (5), die für das Abziehen der Regelscheibe (1) dient, mit einer gleichbleibenden hohen Frequenz des Frequenzumformers oder aus einem normalen Netz direkt speisbar ist.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speisung des polumschaltbaren Asynchronmotors für den Antrieb der Regelscheibe ein Asynchronfrequenzumformer verwendet ist, dessen Antriebsmotor zur Erhöhung der Drehzahlsteifigkeit des polumschaltbaren Asynchronmotors ein Reluktanz- oder synchronisierter Asynchronmotor ist.

3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung und/oder die Sekundärwicklung des asynchronen Frequenzumformers und/oder die Primärwicklung des polumschaltbaren Asynchronmotors zur Erzielung einer den vorliegenden Verhältnissen angepaßten Anhebung der Höhe der linear frequenzproportionalen, vom Frequenzumformer abgegebenen Speisespannung des polumschaltbaren Motors wahlweise in Dreieck oder in Stern schaltbar ist.

4. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der unteren Frequenzen die Höhe der Speisespannung des polumschaltbaren Motors durch Drosseln, Transduktoren oder Thyristoren über den linear frequenzproportionalen Wert den jeweils vorliegenden Verhältnissen angepaßt erhöht ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen