DE2058368C3 - Vorschubantriebseinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorschuban-Iricbscinhcit mit einem drchzahlregelbarcn, polumlchaltbarcn. ein- oder mehrphasigen Induktionsmolor. durch den über eine Gewindespindel mit Mutter od. dgl. ein Werkzeug- oder Werkstückträger mit einer dem jeweiligen Arbeitsspiel angepaßten, mittels Sollwertgeber vorwählbaren Vorschub- bzw. Rücklaufgeschwindigkeit unmittelbar oder mittelbar über ein Getriebe hin- und herbewegbar ist und der mit einem Drehzahl-Istwertgeber in Antriebsverbindung steht.

An solche Vorschubantriebseinheiten — wie sie im wesentlichen durch die USA.-Patentschrift 2 585 215 bekannt sind — sind besondere Anforderungen hinsichtlich des Betriebsverhaltens und der Antriebsvorgänge zu stellen, die der jeweiligen Vorschub- oder Rüeklaufgeschwindigkeit und dem hierzu erforderlichen Drehmoment anzupassen sind. Des weiteren ist das Kurzschlußverhulten des Antriebsmotors von entscheidender Bedeutung, da bekanntlich die Erwärmung im Bereich geringerer Drehzahlen sowie bei Auftreten eines kurzzeitigen Kurzschlusses, der z.B. beim Blockieren des Antriebs auftreten kann, bestimmte Werte nicht überschreiten darf. Dabei wird bekanntlich der Wirkungsgrad mit zunehmendem Schlupf geringer, so daß wegen der Erwärmung des Antriebsmotors in unteren Drehzahlbereichen dor Motor überdimensioniert werden muß, um einen zu hohen Anstieg der Erwärmung in jedem Falle zu vermeiden. Bei höheren Drehzahlen ist dagegen ein solcher Motor überdimensioniert.

Um diese Vorbedingungen nach M-iglichkeit einigermaßen zu erfüllen, ist es bekannt, bei Vorschubaniriebseinheiten zwei Motoren zu verwenden, die für höhere und für geringere Drehzahlen entsprechend eintiescluiitcl und gesteuert werden (USA.-Patentschrift^ 5K5 215). Ferner ist es bekannt, im Bedarfsfälle polumschaltbar Motoren zu verwenden. Bei Vorschubanlriebseinheiten sind jedoch die bereiis genannten sehr hohen Anforderungen einzuhalten, was durch die bekannten Antriebe nicht zu erfüllen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine übcrdimensionierung des Antriebsmotor einer Vor- :-,chub".nlr:ehseitiheifder eingangs erwähnten Gaming zuverlässig zu verhindern und dabei den Wirkungsgrad des Antriebsmotors auch im Bereich niedriger Drehzahlen zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß wenigstens einer der je Arbeitsspiel vonjeeebenen Sollwerldrehzahlen eine Drehzahländerung durch WicklungsumschalMng des Motors auf eine andere Polpaarzahl übcrlagerbar ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausführung wird in einfacher Weise erreicht, daß eine Überdimensionierung des Motors vermieden werden kann, wobei gleichzeitig der Wirkungsgrad des Antriebsmotor* im Bereich niedriger Drehzahlen verbessert wird. F.s wird ferner eine unzulässige Erwärmung des Antriebsmotors unterbunden, wobei außerdem eine entsprechende Drehmomentsteigerung infolge der Wirkungsgraderhöhung auch im Bereich unterer Molordrcbzahlcn gewährleistet ist.

Die Wicklungsumschaltung erfolgt in Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßigerweisc zeit- oder wegabhängig.

Die Umschaltung im Regelkreis auf den betreffenden Drehzahl-Sollwert und das Umschalten der Wicklung des Motors kann selbsttätig mittels mechanisch betätigter oder berührungslos arbeitender Schalter durchgeführt werden.

Das Umsehalten des Drehzahl-Sollwertes und die Wicklungsumschaltung können auch gleichzeitig stattfinden.

Nach einem weiteren Merkmal im Rahmen der Erfindung kann die Anordnung auch so getroffen werden, daß unabhängig von der eingeschalteten Wicklung- bzw. Polpaarzahl die Kühlung des Motors konstant gehalten wird, d. h., es wird durch an sich bekannte Mittel die Erwärmung des letzteren möglichst klein gehalten, z. B. mittels Einbaus von temperaturabhängigen Meßstellen in den Motor.

Die Grunddrehzahl des Motors kann nach weite-

ren Merkmalen im Rahmen der Erfindung durch Änderung der Frequenz der Speisespannung oder darüber hinaus noch zusätzlich durch kombinierte Wieklungsumschaitung des Motors festgelegt werden, um die Erwärmung des Motors gering zu halten.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist schematisch in der Zeichnung dargestellt und wird nachgehend beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Vorschubantriebseinheit in Seitenansicht,

F i g. 2 das Schaubild des Wirkungsgrades und Drehmomentverlaufes eines polumschaltbar^ Motors,

F i g. 3 ein Schaubild des Funktionszusammenhanges während eines Arbeitsspieles.

Entsprechend F i g. 1 besteht die Vorschubantriebseinheit einer Arbeitsmaschine aus einem Antriebsmotor 1 in Form eines polumschallbaren. ein- oder mehrphasigen Induktionsmotors, mit dessen Welle ein Getriebe 2 gekuppelt ist, wobei die Abtriebswelle d'e hierzu fluchtende Spindel J antreibt, die in einem vorderen Lager4 und in einem hinteren Lager 5 gelagert ist. Auf der Spindel 3 befindet sieh eine Mutter 6, die sich bei Drehung der Spindel 3 in Achsrichtung hin- und herbewegt. Mit der Mutter6 ist der Support 7 zur Aufnahme der Bearheitiingselemente 8, wie Bohrer, Fräser od. dgl. vereinigt. Der Drehzahl-Istwertgcber kann auf übliche Weise als Ein- oder Mehrphasengencrator ausgebildet und im Innern des Motorgehäuses vorgesehen sein. Die Sollwert-Drehzahl wird in an sich bekannter Weise vorgegeben.

Gemäß F i g. 2 hat der polumschaltbar: Antriebsmotor in seinem zweipoligen Bereich einen Drehmomentverlauf M₁, = / (n) — M₁ mit einem Whkimgsgracl // 1 von etwa 0.75 bei der Leerlaufdrehzahl ;i, von etwa 2800 je Minute. Mit kleiner werdender Drehzahl — z. B. bis auf den Punkt U bei einer Drehzahl /i„ von etwa 1200 — ergibt sich auch eine Verringerung des Wirkungsgrades _(/., auf etwa 0,24.

Bei der im Punkt U vorgenommenen vierpoligen Umschaltung wird nun der Wirkungsgrad »,., auf etwa 0/i°. also auf das etwa 2,87fache, vergrößert. Außerdem steigt des Drehmoment M., in dem Dreh/ahlbe reich unter etwa 1150 deutlich über das Drehmoment Λ7, des Motors in demselben Drehzahlbcrcich, d. h., bei niedrigen Drehzahlen ergibt sich infoige der Wickhmgsumschaltung ein Anstieg des Drehmoments bei gleichzeitiger Erhöhung des Wirkungsgrades, wobei zugleich auch die Verlustwärme des Motors zurückgeht.

Der prinzipiell? Funktionsablauf je Arbeitsspiel ist Fig. 3 zu entnehmen. Zum Ausgangspunkt t„ wird der Antriebsmotor eingeschaltet und erreicht seine Eingangs- oder Etlgangsdrehzahln, von etwa 2800 nach kurzem Anlauf zum Zeitpunkt/, mit einem Wirkungsgrad »/, vor. etwa 0,78.

Zum Zeitpunkt ι., erfolgt die Umschaltung des Mo-

tors von seiner ersten Drehzahl n, auf die Drehzahl/J₁, von etwa 1600, die über einen mechanischen oder berührungslosen Kontakt weg- bzw. zeitabhängig ausgelöst wird. Bei der Drehzahl tu erhöht sich deshalb der Wirkungsgrad auf η₂ von etwa 0,35 und

ίο bleibt so bis zu dem Zeitpunkt Λ," bei dem der Motor auf eine weitere Drehzahl /i., von etwa 1200 umgeschaltet wird. Der Wirkungsgrad zum Zeitpunkt/₃ beträgt jetzt zunächst nur noch etwa 0,24.

Zum Zeitpunkt ;,, wird aber gleichzeitig die Wicklungsumschaltung durchgeführt, wodurch der Wirkungsgrad »/., wesentlich auf etwa 0,69 erhöht wird. Durch diese Verbesserung des Wirkungsgrades wird ferner die Verlustwärme des Motors geringer und damit auch die Erwärmung des Moiors. Der Antriebsmotor kann somit wesentlich nu-iir beansprucht werden, als dies vor der Wicklungsumschaltung möglich gewesen ist. Außerdem ist es vorteilhaft, daß sich in dem Bereich der unteren Drehzahlen eine beträchtliche Drehmomentsteigerung ergibt.

=5 Die Wicklungsumschaltung kann auch zu irgendeinem anderen Zeitpunkt oder bei irgendeiner anderen Drehzahl erfolgen. Wesentlich ist dabei nur. daß diese Drehzahl unterhalb einer Drehzahl

/1 liegt, wobei beispielsweise die Polpaar-

zahl Γ konstant 1 sein kann. Die Zeit für den Umschaltvorgang auf jeweils eine niedrigere Solldrehzahl kann durch Zuschalten einer Bremse verringert werden.

Zu dem folgenden Zeitpunkt;, läuft der Motor gegen einen Anschlag, also mit der Umdrehungszahl 0 bis zu dem Zeitpunkt;-. Daraufhin wird der Antriebsmotor selbsttätig umgepolt und läuft nun in entgegengesetzter Drehrichtung zunächst auf eine erstc Rücklaufdrchzahl ;i_(i, welche nach kurzer Zeit zum Zeitpunkt;,, erreicht wird. Zum Zeitpunkt;, wird dann für den Rücklauf das selbsttätige Umschalten auf die maximale Eilgangsdrehzahl n. durchgeführt, welche der Eingangsdrehzahl/i, in umgekehrter Drehrichtung entspricht. Nach Erreichen des Zeilpunktes ;_M wird der Motor zur Drehrichtungsänderung wieder umgepolt, so daß zu dem kurz darauf folgenden Zeitpunkt f„ das nächste Arbeitsspiel von neuem begonnen werden kann.

Die die Umschaltvorgänge auslösenden Schültglicdet oder Schaltelemente sind zweckmäßigerweise an dem bewegbaren Schlitten angebracht, während die hierzu erforderlichen Schalter stationär am Maschinengestell befestigt sind.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorschubantriebseinheit mit einem drehzahl-Wgelbaren, polumschaltbaren, ein- oder mehrphasigen Induktionsmotor» durch den über eine Gewindespindel mit Mutter od. dgl. ein Werkzeug- oder Werkstückträger mit einer dem jeweiligen Arbeitsspiel angepaßten, mittels Sollwertgeber vorwählbaren Vorschub- bzw. Rücklaufge- «rhwindigkeit unmittelbar oder mittelbar über ein Getriebe hin- und herbewegbar ist und der mit einem Drehzahl-Istwertgeber in Antriebsverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der je Arbeitsspiel vorgegebenen Sollwertdrehzahlen eine Drehzahländerung durch Wicklungsumschaltung des Motors auf eine andere Polpaarzahl überlagerbar ist.

2. Vorschubantriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsumschaltung zeit- oder wegabhängig erfolgt.

3. Vorschubantriebseinheil nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung im Regelkreis auf den betreffenden Drehzahl-Sollwert und das Umschalten der Wicklung des Motors selbsttätig mittels betätigter oder berührungslos arbeitender Schalter erfolgt.

4. Vorschubantriebseinheit nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschalten Jes Drehzahl-Sollwertes und die Wicklungsumschaltung gleichzeitig erfolgen.

5. Vorschubantriebseinheit nach den Ansprüchen I bis 4. dadurch gCKennz iclinet, daß unabhängig von der jeweils eingeschalteten Wicklung bzw. Polpaarzahl die Kühlung des Motors konstant gehalten wird.

Ct. Vorseluibantriebseinneit nach den Ansprüchen 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Grunddrehzahl des Motors durch Änderung der Frequenz der Speisespannung festlegbar ist.

7. Vorschubantriebseinheit nach den Anspriichcn 1 bis Ct, gekennzeichnet durch kombinierte Wicklungsumschaltung des Motors und Frequenzänderung der Speisespannung.

8. Vorschubantriebseinheit nach den Ansprüchen I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die die Unischaltvorgänge auslösenden Schaltglicder an dem bewegbaren Werkzeug- oder Werkstückträger angebracht und die zugehörigen Schalter stationär am Maschinengestell befestigt sind.

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