DE1588297A1

DE1588297A1 - Antriebsanordnung fuer ein in einer vorbestimmten Lage rasch stillzusetzendes Organ

Info

Publication number: DE1588297A1
Application number: DE19671588297
Authority: DE
Inventors: Manfred Oehmann; Dosch Dr Peter
Original assignee: Heberlein and Co AG
Current assignee: Heberlein and Co AG
Priority date: 1966-10-07
Filing date: 1967-08-26
Publication date: 1970-06-25
Also published as: CH449750A; BE704771A; GB1200945A

Description

DR. A. MENTZEL DIPI-IIfG. W. DAHLKE 80β HBFBATH b. köl». d» 24. August 1967

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PATENTANWÄLTE TII.MON: BIliSBBHG 8 4800 ' '

Heberlein & Co.-AG. Wattwil

Antriebsanordnung für ein in einer vorbestimmten Lage rasch.stillzusetzendes Organ

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein in einer vorbestimmten lage rasch stillzusetzendes Organ, mit einem. Elektromotor, der sich nach einer ersten Bremsung langsam in die der Halt Bestellung des Organs entsprechende Lage weiterdreht und durch eine zweite Bremsung abrupt ange-

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halten wird.

Bei einer btkannten Antriebsanordnung dieser Art ist zur Durchführung der beiden Bremsungen eine mechanische Bremse vorgesehen, und zur Änderung der Drehzahl nach der ersten Bremsung wird der Motor polumschaltbar ausgebildet. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß die erste Bremszeit so groß gewählt werden muß, daß der Motor auch bei den ungünstigsten Belastungs- und Reibungsverhältnissen mit Sicherheit auf die geringe Drehzahl abgebremst wird. Die Steuerung der Bremse ist kompliziert und die ganze Anordnung sehr aufwendig und überdies an bestimmte Drehzahlen gebunden. Ebenso oder noch aufwendiger sind Antriebsanordnungen mit mechanischen Bremsen und zwei Motoren verschiedener Drehzahl.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile dadurch, daß als Motor ein Gleichstrom-Reihenschlußmotor vorgesehen ist, und zur Steuerung ein Schaltorgan dient, um den Rotor dieses Motors zur Durchführung der beiden Bremsungen über einen Bremswiderstand zweimal kurz zu schließen, und daß durch Betätigung eines Bedienungsorganes zum Anhalten zunächst ein erster Kurzschluß bewirkt und eine niedrigere Klemmenspannung für den Motor gewählt, dann dieser erste Kurzschluß aufgehoben und der Motor durch diese niedrigere Klemmen-

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spannung langsam weitergedreht und schließlich durch eine die Lage des anzuhaltenden Organs überwachende Schaltvorrichtung ein zweiter Kurzschluß bewirkt wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

Zum Antrieb der Hauptwelle 1 einer im übrigen nicht dargestellten Maschine dient eine Transmission 2, die mit ^Ä dem Rotor 3 eines Gleichstrommotors verbunden ist. Die Feldwicklung des Gleichstrommotors 4 ist mit dem Rotor 3 in Reihe geschaltet. Wenn der Motor 3, 4 abgeschaltet wird, soll die Welle 1 möglichst rasch in einer vorbestimmten Winkellage zum Stillstand können. Die Winkellage ist so gewählt, daß 4a sich die von der Welle 1 angetriebene Maschine in der gewünschten Stellung befindet. Auf der Welle 1 ist beispielsweise ein Hocken 5 angebracht, der in der dargestellten Haltestellung eine Schaltvorrichtung 6 betätigt, die einen Unterbrecherkontakt 6* und einen Umschaltkontakt 6 p aufweist, und z.B. aus zwei nebeneinander angeordneten Schaltern bestehen kann. Zum Ein- und Ausschalten des Motors 3, 4 ist ferner ein Pedal 7 vorgesehen. Der Motor kann in üblicher Weise durch Einunterdrücken eine» federbelasteten Pedals eingeschaltet und durch loslassen des Pedals ausgeschaltet werden. Das Pedal 7 steht mit zwei Unterbrecherkontakten 7., 72 und mit zwei Umschaltkontakten 7* und 7. in Verbindung.

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Alle Eontakte sind mit vollen Linien in der Ausschaltstellung gezeichnet, d.h. in der Stellung, in der sie sich befinden, wenn das Pedal 7 losgelassen wurde und die Welle die Haltestellung bereits erreicht hat.

Zur Speisung des Motors 3> 4 dient eine pulsierende Gleichspannung, die von einer an die Klemmen 8 eines Wechselstromnetzes angeschlossenen Gleichrichterbrücke 9 geliefert wird. In den Zweigen^der Brücke sind zwei Dioden 10 und zwei Thyristoren 11 angeordnet. An die von der Gleichrichterbrücke 9 ausgehenden Speiseleitungen 12 und 13 sind der Reihenschlußmotor 3» 4, ein Steuergerät 14 und ein aus zwei Widerständen 15 und 16 bestehender Spannungsteiler angeschlossen. Das Steuergerät 14 ist über zwei Leitungen 17 mit den beiden Steuerelektroden 18 der Thyristoren 11 verbunden, um den Phasenanschnittwinkel zu steuern. Bei eimern bestimmten Phansenschnittwinkel sind die Thyristoren 11 stromdurchlässig und verändern somit die an den Speiseleitungen 12 und 13 wirksame Spannung. Das Steuergerät 14 ist ferner über einen Stellwiderstand 19 mit eines festen Kontakt 20 und über einen Stellwiderstand 21 mit einem festen Kontakt 22 verbunden, wobei der Umschaltkontakt 7» den einen oder den anderen dieser Kontakte 20 und 22 mit zwei festen Kontakten 23 und 23a verbindet, die mit den Unterbrecherkontakten O₁ bzw. 7-L zusammenarbeiten, welche ebenfalls an das Steuergerät 14 angeschlossen sind.

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Der Stellwiderstand 19 dient zur Einstellung der Klemmenspannung für den Langsamlauf des Motors 3, 4 und der Stellwiderstand 21 dient zur Einstellung der Klemmenspannung für dessen Normallauf, d.h.. also, daß man^dem Stellwiderstand 21 die normale Betriebsdrehzahl der anzutreibenden Maschinenwelle 1 umstellen kann und mit dem Stellwiderstand 19 die kleinere Drehzahl, mit welcher die Welle 1 nach dem ersten Abbremsen in ihre Haltestellung gedreht wird.

Im vorliegenden falle dient das Steuergerät 14 auch zur Regelung der normalen Drehzahl des Rotors 3, indem es über eine Leitung 24 mit dem Verbindungspunkt 25 zwischen Rotor 3 und Feldwicklung 4 verbunden ist. Der Punkt 25 ist auch mit einer zur Feldwicklung 4 parallel geschalteten Diode 26 von der Klemmenspannung entgegengesetzter Durchlaßrichtung und mit einer zum Rotor 3 parallel geschalteten Reihenschaltung eines Bremswiderstandes 27 won wenigen Ohm und eines Thyristors 28 verbunden.

Die Steuerelektrode 29 des Thyristors 28 ist über einen Unterbrecherkontakt 7₂ und einerseits über einen kleinen Widerstand 30 mit einem festen Kontakt 31 und andererseits über einen kleinen Widerstand 32 mit einem festen Kontakt 33 verbunden. Der Teilungspunkt 34 des Spannungsteilers 15, 16 ist über eine Diode 35 mit zwei festen Kontakten 36 und

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— β —

38 verbunden. Der Umschaltkontakt 6 p verbindet den einen oder dea anderen der Kontakte 31 und 36 mit einem Kondensator 37. Ebenso verbindet der Umschaltkontakt 7/ den einen oder den anderen der Kontakte 33 und 38 mit einem Kondensator

Das nicht im einzelnen dargestellte, auf verschiedene Arten ausführbare Steuergerät 14 kann z.B. eine Brückenschaltung aufweisen. Wenn einer der Kontakte 6. oder 7.. geschlossen ist, wird je nach der Stellung des Kontaktes 7, der eine oder der andere der Stellwiderstände 19 oder 21 an die Brücke angeschlossen. Mit Hilfe der Brücke wird die am Rotor 3 herrschende, dem Istwert der Drehzahl entsprechende EMK mit einer Sollspannung verglichen und die Differenz zwischen Soll- und Istspannung benützt, um einen Kondensator aufzuladen, der sich bei Erreichen der Durchbruchspannung eines Triggerelementes entlädt und über die leitungen 17 den Steuerelektroden 18 der Thyristoren 11 Zündimpulse liefert, deren Phasenlage somit einerseits von der Drehzahl des Rotors 3 und andererseits von der Einstellung des jeweils eingeschalteten Stellwiderstandes abhängt. Wenn die Kontakte 6.. und 7-i offen sind, wird der Kondensator nicht geladen und da die Steuerelektroden 18 somit keine Zündimpulse erhalten, herrscht an den Speiseleitungen 12 und 13 keine Spannung und der Rotor 3 steht still.

Wenn das Pedal 7 hinuntergedrückt wird, so werden

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dessen Kontakte in die gestrichelt gezeichneten Stellungen umgelegt. .

Über die Kontakte 7₁ und 7* ist nun der Stellwiderstand 21 mit dem Steuergerät 14 verbunden und die Steuerelektroden 18 erhalten Zündimpulse mit einem Phasenschnittwinkel, der die für Normallauf erforderliche Spannung an den Speiseleitungen 12 und 13 erzeugt.

Der Motor 3» 4^- kommt nun rasch auf seine normale Drehzahl, die durch das zugleich als Regler dienende Steuergerät 14 auch bei Belastungsschwankungen praktisch konstant gehalten wird. Da der Kontakt 7₂ nun offen ist, sind die die Kondensatoren 37 und 39 enthaltenden Stromkreise, die zum Zünden des Thyristors 28 dienen, wirkungslos, so daß letzterer sich dauernd im Sperrzustand befindet.

Wenn nun das Pedal 7 losgelassen wird, kehren die Kontakte 7« - Ta in ihre mit vollen Linien zeichneten Stellungen zurück. Obwohl nun der Stellwiderstand 19 über die Kontakte 7·· utid 7* mit dem Steuergerät 14 verbunden ist, nimmt aber die Spannung der Speiseleitungen 12 und 13 nicht gleich den für Langsamlauf erforderlichen Wert an, weil zunächst auf nachfolgend näher erläuterte Weise der Rotor 3 rasch abgebremst wird und das Sinken seiner EMK zunächst eine Vergrößerung des Phasenanschnittwinkels bewirkt. Das Abbremsen des Rotors 3

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wird durch Zünden des Thyristors 28 bewirkt, der den Rotor 3 über den kleinen Bremswiderstand 27 kurzschließt. Über den Kurzschluß fließt nun der von der Feldwicklung 4 in Rotor 3 induzierte Strom, was eine erste sehr rasche Bremsung bewirkt, wobei die Rotationsenergie des Rotors im Bremswiderstand 27 in Wärme umgesetzt wird. Der Bremswiderstand kann auch nur aus dem Widerstand des Thyristors 28 und seiner Zuleitungen bestehen. Zum Zünden des Thyristors 28 erhält dessen Steuerelektrode 29 einen Zündimpuls vom Kondensator 39t der sich beim Schließen des Kontaktes 7₂ ^und beim Umlegen des Kontaktes 7₄ auf den Kontakt 33 im Stromkreis 7., 33, 32, 7₂> 29,

13 entlädt. Der Rotor 3 wird durch den Kurzschluß etwa in einem Bruchteil einer Sekunde bis zum Stillstand abgebremet, wobei der Bremsstrom so gering wird, daß der Thyristor 28 schließlich wieder in seinen Sperrzustand zurückkehrt* Der Stellwiderstand 19 ist so einzustellen, daß das Steuergerät

14 unter dem jetzt herrschenden Bedingungen den Phasenechnittwinkel der Thyristoren 11 auf den Wert bringt, welcher der für den Langsamlauf des Rotors 3 gewünschten Klemenepennung entspricht.

Bei der nach der Bremsung erreichten, sehr niedrigen Drehzahl wird nun das durch den Hocken 5 bei jeder Umdrehung der Welle 1 bewirkte Schließen und öffnen des Kontaktes 6- und das Umlegen des Kontaktes 62 wirksam. Wenn eich die Kontakte 6.J und 6₂ in der gestrichelt dargestellten Lag· befinden, wird der Stellwiderstand 19 im Stromkreis 6-, 7», 28,

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19 am Steuergerät 14 wirksam, so daß die Eür Langsamdrehung " erforderliche Spannung an den Speiseleitungen 12 und 13 herrscht. Wenn nun der Nooken 5 in die Lage der gewünschten Haltestellung kommt, und somit die Kontakte 6.. und 6 p in die in vollen Linien gezeichnete Lage zurückkehren, entlädt sich der Kondensator 37 im Stromkreis 6₂, 31, 30, 29, 13, so daß der Thyristor 28 wieder gezündet wird und den Rotor 3 kurz schließt. Die dadurch gewirkte zweite Bremsung hat infolge der dann herrschenden geringen Drehzahn praktisch ein sofortiges Anhalten des Rotors 3 zur Folge, wobei natürlich eine gewisse Positionierungstoleranz von wenigen Giaden besteht und überdies die Schaltvorrichtung 6 - wenn erwünscht gegenüber der gewünschten Stillsetzungslage in dem der Drehrichtung der Welle 1 entgegengesetzten Sinne um einige Gftade vorverlegt sein kann.

Die der Feldwicklung 4 parallel geschaltete Diode 26 hat den Zweck, in den Zeitintervallen, in denen die Thyristoren 18, entsprechend dem jeweiligen Phasenanschnittwinkel nichtleitend sind, die Spannung zwischen den Leitungen 12 und 13 also null ist, den Strom in der Feldwicklung 4 in^sich bekannter Weise aufrecht zu erhalten. Dies ist notwendig, um die früher erwähnte, der Rotordrehzahl proportionale EMK zu erzeugen, die dem Steuergerät 14 zugeführt wird. Pur besonders hohe Ansprüche an die Regelung könnte man auf die Diode 26 und die Verbindungsleitung 24 verzichten und stattdessen einen kleinen Tachometerdynamo mit dem Rotor 3 kuppeln und eine

von diesem gelieferte Gleichspannung dem Steuergerät 14 zuführen. Im allgemeinen ist die bei der dargestellten Anordnung erzielte Konstanthaltung der Normaldrehzahl durchaus genügend. Man kann auch auf eine Regelung der Normaldrehzahl überhaupt verzichten, also einfach die Diode 26 und die Verbindungsleitung 24 weglassen.

Die beschriebene Antriebsanordnung ist sehr einfach, da keine mechanischen Bremsen und Kupplungen nötig sind. Die verwendeten elektrischen Schaltelemente sind nicht aufwendig. Durch entsprechende Wahl des Bremswiderstandes 27 und der Stellwiderstände 19 und 21, sowie der bei der Regelung der Drehzahl durch das Gerät 14 bewirkten RegelverStärkung, kann die Anordnung leicht allen gewünschten Anforderungen angepaßt werden.

Wenn es sich um einen Antrieb handelt, bei dem es erwünscht ist, die Halte—stellung des angetriebenen Organes zu verändern, so kann dies leicht dadurch erreicht werden, daß man die Schaltvorrichtung 6 in Umfangsrichtung verstellbar macht. Diese Schaltvorrichtung kann natürlich sehr unterschiedlich aufgebaut werden, z.B. aus Bürsten bestehen, ' die auf einem auf der Welle 1 anstelle des Nockens 5 angebrachten Kontaktring mit entsprechet^ ausgebildeten Kontaktbahnen schleifen.

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Es sei ferner noch bemerkt, daß man anstelle der Umschaltkontakte 6g und Ta auch einfach Unterbrecherkontakte zwischen den Kondensatoren 37 und 39 und den Eontakten 31 und 33 vorsehen und diese Kondensatoren unmittelbar an den Gleichrichter 35 anschließen kann. In diesem Falle muß Man den Spannungsteilerwiderstand 15 so hoch wählen, daß der nach der Entladung des Kondensators 39 über diesen Widerstand und den Kontakt 7. zur. Steuerelektrode 29 fließende Strom nicht genügt, um den Thyristor 28 im leitenden Zustande zu halten. Der"Gleichrichter 35 ist vorgesehen» veil die an den Speiseleitungen 12 und 13 herrschende Spannung pulsiert und infolgedessen ohne den Gleichrichter 35 die Kondensatoren 37 und 39 in gewissen Zeitinter-TaIlen der Neteperiode über den Spannungsteiler 15, 16 nicht geladen, sondern entladen würden.

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Claims

Patentansprüche

/1J Antriebsanordnung für ein in einer vorbestimmten Lage rasch stillzusetzendes Organ, mit einem Elektromotor, der sich nach einer ersten Bremsung langsam in die der Haltestellung des Organs entsprechende Lage weiterdreht und durch eine zweite Bremsung abrupt angehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Motor ein anrieh bekannter Gleichstrom-Reihenschlußmotor (3, 4) vorgesehen ist sowie zur Steuerung ein Schaltorgan (28) dient, um den Rotor (3) dieses Motors zur Durchführung der beiden Bremsungen über einen Bremswiderstand (27) zweimal kurzzuschließen und daß durch Betätigung eines Bedienungsorganes (7) zum Anhalten zunächst ein erster Kurzschluß bewirkt und eine niedrigere Klemmenspannung für den Motor hergestellt, dann dieser erste "Kurzschluß aufgehoben und der Motor durch diese niedrigere Klemmenspannung langsam weitergedreht und schließlich durch eine die Lage des anzuhaltenden Organes überwachende Schaltvorrichtung (6) ein zweiter Kurzschluß bewirkt wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das zum Kurzschließen des Rotors (3) vorgesehene Schaltorgan ein Thyristor (28) ist, dessen

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Steuerelektrode (29) zur Durchführung der "beiden Kurzsohlüsse durch die Entladung zweier Kondensatoren (39»37) Zündimpulse erhält.
3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß zur Speisung des Motors (3, 4) eine pulsierende Gleichspannung dient, die von einer Thyristoren (11) enthaltenden Gleichrichterbrückeaus einem Wechselstromnetz abgeleitet wird_y und daß ein Steuergerät (14) vorgesehen ist, das den Phasenanschnittwinkel der Thyristoren steuert und mit zwei Stellwiderständen (21, 19) in Verbindung steht, von denen der erste (21) eingeschaltet ist, um die für den normalen Betrieb erforderliche Klemmenspannung zu liefern, während der zweite (19) durch die Betätigung des Bedienungsorgangs (7) zum Anhalten des Motors anstelle des ersten (21) eingeschaltet wird, um die niedrige Spannung vorzuwählen.
4. Anordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß das Steuergerät (14) auch zur Regelung einer konstanten Betriebsdrehzahl des Motors (3>4) dient und daß hierzu eine dieser Drehzahl proportionale Spannung dem Steuergerät zugeführt wird.
5. Anordnung nach Anspruch 4_f dadurch gekenn-

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zeich.net , daß die der Drehzahl proportionale Spannung eine im Rotor (5) induzierte EMK ist, welche dadurch, erzeugt wird, daß eine der Feldwidäung (4) des Motors (3, 4) parallel geschaltete Diode (26)^. ein Weiterfließen des Peldwicklungsstromes in denjenigen Abschnitten der Netzperiode gestattet, in denen die pulsierende Gleichspannung null ist.
6. Anordnung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Steuergerät (14)» der Motor (3,4) und ein Spannungsteiler (15, 16) parallel zueinander an den Ausgang der Gleichrichterbrücke (9) angeschlossen sind, und daß vom Teilungspunkt (34) des Spannungsteilers die zum Laden der beiden Kondensatoren (39, 37) erforderliche Spannung über eine Diode (35) abgenommen wird.
7. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß bei geregeltem Betrieb des Motors durch die Wahl der RegelTerstärkung die Bremswirkung einstellbar ist.

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