DE294212C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Erfindung ist hauptsächlich für den elektrischen Antrieb von Hobelmaschinen, Druckerpressen und ähnlichen Maschinen bestimmt, bei denen die Bewegungsrichtung einer schweren Masse periodisch umgekehrt werden muß. Solche Maschinen wurden unter Verstärkung des Feldes gebremst, wobei der Motor kurze Zeit Leistung an das Netz zurückgab. Die Verstärkung des Feldes geschall jedoch stets plötzlich; d. h. das geschwächte Feld wurde mit einem Male wieder voll erregt. Versuche haben nämlich gezeigt, daß die Feldstärke meistens nicht allmählich unter den hemmenden Einflüssen der Selbstinduktion und Ankerrückwirkung ansteigt. In dem Moment, in dem nämlich der Motor in Bremsschaltung als Dynamo auf das Netz zurückzuarbeiten beginnt, bringt der rotierende Anker die entgegengesetzte Wirkung hervor als früher, da er als Motor arbeitete, und die Selbstinduktion der Feldwicklung wird dann durch die Ankerrückwirkung aufgehoben. Infolgedessen tritt eine augenblickliche kräftige Verstärkung des Feldes ein. Dadurch wird gleichzeitig ein hoher Bremsstrom erzeugt; der Bremsstrom steigt rasch an und. fällt ebenso rasch wieder ab. Diese Stromspitze, die vielfach Bürstenfeuer hervorbringt, vermag wegen ihrer kurzen Dauer nur wenig Energie an das Netz abzugeben. Die Brem-" sung selbst dauert mit wesentlich geringerer Stromstärke noch weiterhin an. Die Zeit und der Weg während des Bremsens wächst dadurch an und wird um so größer, je mehr die erste Stromspitze wegen des sonst auftretenden Bürstenfeuers entsprechend begrenzt werden muß. Weiter ist zu berücksichtigen, daß die gute Kommutierung für die größte mögliche Tourenzahl des Motors vorgesehen werden mußte. Der bei großen Tourenzahlen zulässige Bremsstrom ist jedoch beträchtlich geringer als der bei niedrigeren Tourenzahlen zulässige. Bei kleineren Motorgeschwindigkeiten, bei denen die Bremsung mit einem kräftigeren Strom einsetzen könnte, würde die Bremsung trotzdem mit einem geringeren Stromwert bewirkt, der eben dem entspricht, der für höhere Tourenzahlen zulässig ist, und damit wird dieser Bremsvorgang unnötig um ein beträchtliches verzögert. .

Die Erfindung bezweckt nun, die Bremsung in der möglichst kürzesten Zeit und unter möglichst ausgedehnter Energierückgabe au das Netz durchzuführen. Gemäß der Erfindung wird das Feld des Motors selbsttätig bei der Nutzbremsung derart geregelt, daß der Motor jeweils die mit Rücksicht auf gute Kommutierung bei den verschiedenen Geschwindigkeiten noch zulässige höchsteBremsstromstärke erzeugt. Soll der Motor also beispielsweise von seiner höchsten Tourenzahl herabgebremst werden, so wird ein selbsttätiger Regler kontinuierlich oder stufenweise das Motorfeld derart verstärken, daß der Motor bei abnehmender Geschwindigkeit jeweils möglichst die gerade noch zulässige Stromstärke erzeugt. Beginnt die Motorbremsung jedoch bei einer kleineren Tourenzahl, so wird die Bremsung sofort mit dem entsprechend hohen, bei dieser niederen Tourenzahl noch zulässigen Stromstärke einsetzen. Auch hier wird das Feld, wenn möglich, mit abnehmen-

der Motortourenzahl weiter verstärkt. Es hat sich gezeigt, daß die Feldverstärkung nicht nur einfach: proportional der abnehmenden Tourenzahl vorgenommen werden kann, sondem rascher etwa nach einer quadratischen Funktion.

Die den verschiedenen Tourenzahlen entsprechend einsetzende Bremsung und damit die verschieden rasche Bremsung erfolgt dadurch, daß der Regler des Motorfeldes durch eine Magnetspule bewegt wird, welche je nach der Geschwindigkeit des Motors bei der Bremsung,, d. h. je nach dem augenblicklichen Stande des Feldreglers stärker oder schwächer erregt und ihren Anker bei stets gleichem Bewegungswiderstand entsprechend schneller oder langsamer in Bewegung setzen wird. Es wird nämlich bei den in Betracht kommenden Betrieben die Motorgeschwindigkeit für jede Arbeitsperiode von vornherein festgelegt durch entsprechende Einstellung eines Feldreglers. Es wird einem schwachen Feld demnach eine große, und einem stärkeren eine kleinere Geschwindigkeit des Motors entsprechen. Wird nun von dem gleichen Feldstromkreis oder in Abhängigkeit von diesem der Magnet gespeist, welcher die Kurzschließung der Feldwiderstände herbeiführt, so wird dessen Erregung ersichtlich gering sein bei schwachem Motorfeld und größer sein bei stärkerem Feld. Hierdurch ist die Abhängigkeit von Motorgeschwindigkeit und Widerstandsbremsung hergestellt. Der Regler wird sich bei starkem Feld schneller in Bewegung setzen als bei schwachem Feld, und in ersterem Fall die Bremsung rascher vollenden als im letzteren. Bewegungswiderstand, Hub usw. des Bremsreglers werden von vornherein so bemessen und eingestellt sein, daß in der Tat eine Bremsung erfolgt, bei der der Motor stets seine höchstzulässige Bremsleistung an das Netz abgibt.

Auch, nach erfolgter Nutzabbremsung besitzt der Motor noch eine Umlaufszahl, die dem vollerregten Feld entspricht. Um auch dann den Motor möglichst rasch vollkommen abzubremsen, kann an den erfindungsgemäßen Bremsvorgang in an sich bekannter Weise eine Ankerkurzschlußbremsung angeschlossen werden. Hierbei kann erfindungsgemäß das Motorfeld etwa mittels eines Schleppumschalters an die Ankerspannung gelegt werden, so daß das Motorfeld auch dann erhalten bleibt und eine Bremsung bewirkt wird, wenn der Netzstrom etwa ausbleibt. Im übrigen bewirkt diese Art der Speisung des Motorfeldes die Verstärkung des letzteren und damit ebenfalls eine Verkürzung der Bremszeit.

Bei den hier in Betracht kommenden Schalteinrichtungen ist es unbedingt erforderlich, daß die Reihenfolge der einzelnen Schaltvorgänge, wie Umschalten, Anlassen, Feldschwachen, Feldverstärken, Kurzschlußbremsen, Wiederumschalten usw., genau eingehalten wird. Zu diesem Zweck ordnete man früher verschiedene elektrische oder mechanische Verriegelungen an, die bei den im folgenden beschriebenen Einrichtungen nach der Erfindung wegfallen.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, α ist ein Motoranker, c dessen Kompoundwicklung, und f dessen Nebenschlußfeldwicklung. Der Arbeitsstrom fließt von der -j" - Leitung durch die. Kompoundwicklung zu einem Umschalter mit den Schalthebeln 15, 16 und 17, 18. Je nach deren Stellung bzw. je nachdem das eine oder das andere dieser Hebelpaare Kontakt gibt, fließt der Arbeitsstrom in der einen oder der anderen Richtung durch den Motoranker α zu den Anlaßwiderständen b und den Anlaßschalthebeln I, II oder III. Von dort geht der · Arbeitsstrom über ein Maximalrelais d zur Leitung.

Parallel zu dem-geschilderten Arbeitsstromkreis liegt der Stromkreis der Nebenschlußfeldwicklung des Motors. Er zweigt auf der einen Seite beim Drehpunkt des Anlaßschalthebels I ab und führt zu einem Widerstand 13 und einem Nebenschlußregler 12. Der Widerstand 13 als auch der Nebenschlußregler kann durch eine Brücke 34 kurzgeschlossen werden, die durch ein Relais e gesteuert wird. Der Nebenschlußregler besitzt zwei Kontaktbahnen; die eine (in der Zeichnung rechts liegende) dient zur Steuerung des Arbeitsganges, die andere (in der Zeichnung links liegende) regelt den Rücklauf. Während des Anlassens des Motors schließt die Brücke 34 den Widerstand 13 und den Nebenschlußregler 12 kurz. In diesem Falle führt der Weg des Feldstromes vom Drehpunkt des Schalters I unmittelbar zur Brücke 34 und von dieser über Klemme 8 und Leitung 50 zur Feldwicklung / und durch diese zur -\- - Leitung. Parallel zur Feldwicklung / liegt ein Stromkreis für das Feldschütz e und das Hilfsschütz h.

Der Steuerstrom, der die einzelnen' Schaltvorrichtungen in Tätigkeit setzt, nimmt seinen Weg über Serienschalter 4", 4' und 4 zur Schaltspule ^ und von dieser zu dem Kontakthebel 46. Dieser Kontakthebel 46 ist mit dem Hauptsteuerteil verbunden, der wieder von dem hin und her gehenden Teil der Arbeitsmaschine gesteuert wird. Der Hauptsteuerteil werde nun aus der gezeichneten Lage bei- ' spielsweise so umgelegt, daß er den Kontakt 1 berührt. Der Weg des Steuerstromes führt dann von der + - Leitung über die Kontakte bei 7 des Maximalauslösers d zur Spule / und von dieser zum Kontakt 1; von dort führt ihn

der Weg über Kontakthebel 46, Spule S₁ die

Serienschalter 4 zur Leitung.

Die schwingbare Steuerstange 26 möge sich vor Umlegen des Kontakthebels 46 in ihrer Mittellage befunden haben. Nach Umlegen des Kontakthebels 46 nach dem Kontakt 1 wird sie durch die Spule I und deren Kern 27 nach links gezogen werden. Hierbei wird durch die Stange 27 Kontakt bei 6 gemacht, und die Hauptschaltspule i erhält Strom. Infolgedessen wird die Schaltstange 26 aufwärts gezogen und legt zunächst die Kontakthebel 15, 16 ein, wodurch die Drehricbiung des Motors bestimmt wird. Sodann bewegt sie den

^X5 doppelarmigen Hebel 31. Dieser wird nun zunächst den Anlaßschalthebel I einlegen, demzufolge sowohl· der Motor als auch dessen Nebenschluß feld Strom erhält. Der Motor wird angelassen, indem der Anlaßwiderstand b allmählich kurzgeschlossen wird. Auf der anderen Seite gibt der doppelarmige Hebel 31 bei seiner Bewegung den Hebel 32 und damit den Kern 33 des Feldschützes e frei. Das Feldschütz mit der Brücke 34 beginnt sich daher

^a5 nach abwärts zu bewegen. Seine Bewegung ist durch eine beliebige Vorrichtung, die einstellbar ist, gedämpft. Die Brücke 34 schließt, bevor sie den Kurzschluß der Widerstände 13 und 12 aufzuheben beginnt, Kontakte bei 35 und damit einen Stromkreis für die Spule k. Dieser verläuft von der + - Leitung, Kontakte 7 über Schaltspule i zur Spule k und von dort zum Drehpunkt des Hebels. 46. Die Spule k ist aber durch einen Zweigstromkreis kurzgeschlossen, der, hinter der Hauptschaltespule * einsetzend, über die Kontakte 6 und 1 ebenfalls zum Drehpunkt des Hebels 46 führt. Durch das Feldschütz e wird bei der Abwärtsbewegung seines Kernes und des damit verbundenen, nacheinander erfolgenden Abgleitens des Brückenkontaktes 34 von den Kontakten 11, 10, 9 und 8 das Feld f des Motors allmählich geschwächt, und der Motor gelangt auf eine Tourenzahl, die durch die Stellung des Nebenschlußreglers 12 bestimmt ist.

Wird nach dem geschilderten Anlassen des

Motors der Schalthebel 46 vom Kontakt 1 zu dem Kontakt 2. bewegt, so wird der über Spule / und Kontakt 6 fließende 'Steuerstrom unterbrochen. Dadurch wird auch der Kurzschluß des Stromkreises über die Spule k und den Kontakt 35 aufgehoben. Die Hauptschaltspule i bleibt daher auch nach Öffnen des Kontaktes bei 6 unter Strom. Bei Erregung des Hilfsschützes k wird aber bei 36 der Kontakt geschlossen und damit die Spule des FeId-¹ Schützes e unmittelbar an die Spannung der Feldwicklung / gelegt. Das Feldschütz e zieht nun seinen Kern an, und die Brücke 34 wird nach oben bewegt. Dadurch werden stufenweise der Nebenschlußregler 12 und der Vorschaltwiderstand 13 kurzgeschlossen. Während des Kurzschließens dieser. Widerstände, deren Zahl und Abstufung übrigens beliebig gewählt sein kann, wird auch das Feld f des Motors allmählich verstärkt und ebenso die Erregung des Feldschützes e. Die Bewegung des Feldschützes und der Brücke 34 wird daher entsprechend beschleunigt, und zwar mit zunehmender Feldverstärkung. Die Bewegung des Feldschützes ist im übrigen, wie erwähnt, durch eine Windflügelhemmung gedämpft, und es besteht dadurch ein annähernd konstanter Widerstand gegen dieselbe. Hat die Brücke 34 sämtliche Feldwiderstände kurzgeschlossen, so wird während des Restes der Bewegung auch der Kontakt 35 und damit der Stromkreis des Hauptschaltmagneten i unterbrochen. Die Schaltstange 26 wird nunmehr abfallen und den Hauptkontakt IV und dann die Hilfskontakte 51, 52 schließen. Während bei dem früher beschriebenen allmählichen Wiederkurzschließen der Feldregelwiderstände die Nutzbremsung des Motors in der eingangs dargelegten geeignetsten, kräftigsten und. raschesten Weise stattfand, wird nun die Kurzschlußbremsung des Motors eingeleitet, nachdem die Nebenschlußerregung des Motors durch öffnen des letzten Anlaßschalthebels I beim Zurückdrehen des Hebels 31 durch die abfallende Schaltstange 26 abgeschaltet worden ist. Durch Einlegen der Kontakte 51, 52 wird parallel zu dem Stromkreis über Anker a, Schalter IV, Spule 41, Bremswiderstand 53 ein Stromkreis von dem unteren Kontakt des Hauptschalters IV über die Kontakte 51,20,21, die Feldwicklung f, die Kontakte 22, 23, 52 nach dem anderen Ankerpol geschlossen. Der Motor besitzt daher während der Kurzschlußbremsung ebenfalls eine eigene Erregung. Da die Erregerwicklung f stets im gleichen Sinne erregt ist, muß ein Umschalter 25 in den Feldstromkreis eingeschaltet sein, der die Ankerspannung stets im richtigen Sinne auf die Erregerwicklung überträgt. Dieser Umschalter wird ebenfalls durch die Schaltstange 26 bewegt, wenn diese sich beim Anschalten des Motors zum Umlauf in einer oder anderer Richtung nach aufwärts bewegt.

Durch Umlegen des Kontakthebels 46 auf den Kontakt 2 war auch die Spule r auf der Schaltstange 27 erregt worden. Sie konnte jedoch noch keine Bewegung der Schaltstange 26 nach rechts herbeiführen, da diese durch das Kurvenstück 30 verhindert war. Letzteres läßt die Bewegung der Schaltstange 26 bzw. der Rolle 29 nach rechts erst dann zu, wenn die Schaltstange 26 ihre tiefste Stellung bzw. ihre Nullage erreicht hat. Erst nach Öffnen des Kontaktes 35 und folgeweisem Aberregen des Magneten i und Abfallen der Stange 26

kann die letztere durch die Spule r nach rechts gezogen werden. Sie schließt dann mittels des Hebels 28 die Kontakte 17, 18 und bereitet damit den Rücklauf des Motors vor.' Dieser wird dadurch bewirkt, daß die nach rechts bewegte Stange 27 bei 5 Kontakt gibt, wodurch der Hauptschaltmagnet i wieder erregt, die Schaltstange 26 nach aufwärts bewegt, der Hebel 31 wieder entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn gedreht und die Anlaßschalter I, II und III eingelegt werden. Damit jedoch nicht das Wiederanlassen des Motors in anderer Richtung vor vollendeter Kurzschlußbremsung erfolgt, ist ein Riegel 39 vorgesehen, der so lange die Aufwärtsbewegung der Schaltstange 26 hindert, als der Anker 40 durch die vom Bremsstrom durchflossene Spule 41 festgehalten wird. Dies wird so lange geschehen, bis der Bremsstrom einen zulässigen Mindestwert erreicht hat und der Motor folgeweise hinreichend abgebremst bzw. verzögert ist.

Ein Kontakthebel 46 dient zum Anlassen und Reversieren des Arbeitsmotors und zu dessen Stillsetzung. Er wird durch den sogenannten Stiefelknecht einer Hobelmaschine oder durch entsprechende, an der Arbeitsmaschine angebrachte Organe in Tätigkeit gesetzt und umgelegt. In der gezeichneten Mittelstellung ist der Arbeitsmotor stillgesetzt, während er nach Drehung des Hebels 46 nach rechts beim Berühren des Kontaktes 2 den Motor in der einen Richtung anlassen möge, während bei Berührung des Kontaktes 1 durch den Hebel 46 der Motor reversiert wird. Es sei eine selbsttätige Vorrichtung vorgesehen, welche den Hebel 46 stets in die gezeichnete Mittellage zu drehen bestrebt ist, z. B. ein Gewicht oder eine Feder. Zur Festlegung des • Hebels in seiner rechts oder links liegenden Schaltstellung sind beispielweise Hebel 37, 38 vorgesehen, welche mit Rollen in Rasten 44 einer Scheibe 43 eingreifen, welche fest mit der Welle des Hebels 46 verbunden ist. Eine Spule 5" ist vorgesehen, welche auf die Hebel 37> 38 als Anker einwirkt und, erregt, diese Hebel in die Rasten der Scheibe 43 eindrückt. Befindet sich der Kontakthebel 46 auf Kontakt 2, in welche Lage er von Hand oder selbsttätig von der Arbeitsmaschine gebracht wird,

so ist ein Stromkreis geschlossen von Leitung über 4", 4', 4, Spule S, Kontakthebel 46, Kontakt 2 zur + - Leitung. Die Spule 5" drückt die Hebel 37, 38 in die Rasten der Scheibe 43. Gleiches erfolgt in der Lage des Kontaktes 46 auf Kontakt 1, wobei der Strom über die links gezeichnete + - Leitung zurückfließt. Es wird daher bei Ausschaltung eines der Schalter 4,4' usw. die Spule 5 aberregt. Die Hebel 27, 28 werden sich aus den Rasten 44 bewegen, die Scheibe 43 wird hierdurch freigegeben. Der Hebel 46 kehrt unter Einwirkung· eines Gewichtes o. dgl. in seine Mittelstellung zurück. In dieser kann er fixiert werden, indem nach Loslassen, also Wiederschließen der beispielsweise als Druckknopf ausgebildeten Schalter 4 die Verbindung zur Leitung wieder hergestellt ist, während der vom Pluspol über je zwei oder einen der verschiedenen eingezeichneten Schalter i', 1", 2'', 2"', 3', 3" über die Leitung 60 und über den Kontakt 3 gehende Strom den Magneten 6" erregt und die Rastenhebel 37, 38, wie gezeichnet ist, in die Scheibe 43 eindrückt. ,Das Wiederanlassen des Motors mittels Fernsteuerung erfolgt, indem der Hebel 46 auf einen der Kontakte 1 und 2 mittels nicht eingezeichneter Fernsteuermagnete geschaltet wird. Die Einzelheiten dieser Fernsteuerung sind nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Die Kontaktzunge 14 legt beim Arbeitsgang des Motors den rechts gezeichneten Teil des Nebenschlußreglers 12 in den Feldstromkreis, bei Rücklauf des Motors den links gezeichneten Teil. Sie wird vom Doppelhebel 28 oder in Abhängigkeit von den Umsteuerhebeln 15, 16 und 17, 18 gesteuert. Dabei verhindert auch hier das Kurvenstück 30 eine falsche Steuerung der Kontaktzunge 14.

Die Wicklung des Feldschützes e, die beim Ausführungsbeispiel parallel zur Erregerwicklung des Motors liegt, kann auch in Serie mit der Motorerregung geschaltet sein. Ihre Wirkungsweise bleibt dadurch unverändert, da der Feldstrom um so niedriger ist, je höher die Tourenzahl des Motors liegt und mit allmählichem Kurzschließen der Widerstände im Feldstromkreis und mit abnehmender Tourenzahl des Motors anwächst.

Wie aus der Beschreibung der Wirkungsweise der dargestellten Einrichtung hervorgeht, wird durch das Hilfsrelais h erreicht, daß die Kontakte 36 nicht im gleichen Augenblick geöffnet werden, in dem die Kontakte 35 unterbrochen werden. Sie werden vielmehr erst dann geöffnet, wenn der Feldstromkreis zufolge Unterbrechung an den Kontakten 1 oder 2 vollständig abgeschaltet wird. Inzwischen wird die Kontaktbrücke 34 bereits durch die Schaltstange 26 über Doppelhebel 31 und 32 in ihrer oberen Lage festgehalten.

Claims (7)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Schalteinrichtung für Elektromotoren, deren Nebenschlußfeld während der Bremsung verstärkt wird, insbesondere zum Antrieb von Hobelmaschinen und anderen Maschinen mit hin und her gehendem Getriebe, bei denen am Ende jedes Ganges der Motor selbsttätig gebremst und dann reversiert wird, gekennzeichnet

   durch derartige selbsttätige Regelung des Nebenschlußfeldes, daß bei Nutzbremsung des Motors der mit Rücksicht auf gute Kommutierung bei verschiedenen Geschwindigkeiten jeweils noch zulässige Bremsstrom erzeugt wird und somit bei niedriger Motorgeschwindigkeit eins raschere'Feldregelung bei der Nutzbremsung erfolgt als bei höherer Geschwindigkeit. .
2. 2. Schalteinrichtung nach Anspruch τ, gekennzeichnet durch selbsttätige Einschaltung einer Kurzschlußbremsung, nachdem die Nutzbremsung bis zu bestimmtem Grade durchgeführt ist.
3. 3. Schalteinrichtung nach Anspruch ι ■ und 2, gekennzeichnet durch einen schwingbaren Schaltteil (26), der bei Bewegung in bestimmten Richtungen das Anlassen und Bremsen sowie das Ab- und darauffolgende Umschalten des Motors bewirkt, und dessen Schaltbewegungen vom hin und her gehenden Maschinenteil mittelbar veranlaßt und durch ein Kurvenstück (30) ο. dgl. gelenkt 'werden.
4. 4. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des schwingbaren Schaltteiles (26) durch Magnete oder Motoren (i, I₁ r) be-.

   wirkt wird, von denen die das Umschalten des Motors bewirkenden (l,r) bereits bei Einleitung der Bremsung erregt werden, wobei elektrische oder mechanische Vorrichtungen den richtigen Verlauf der Bremsung vor dem Umschalten und das Anlassen der Motoren erst nach erfolgtem Umschalten sichern.
5. 5. Schalteinrichtung nach Anspruch .1 bis. 4, dadurch gekennzeichnet, daß der schwingbare Schaltteil (26) bei jeder Umschaltung des Motors einen Umschalter .(14) des Moforfeldes (/) mitnimmt, der in der derart eingestellten Lage bis zur nächsten Umschaltung" des Motors verbleibt
6. 6. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der schwingbare Schaltteil beim Ahlassen mittelbar oder unmittelbar außer Anlaß\vider- ' ständen im Ankerstromkreis auch vom Feldregler eingestellte Widerstände mit vorbestimmbaren Geschwindigkeiten einschaltet, während er beim Bremsen die ersteren ausschaltet und die letzteren dann kurzschließt, wenn dies nicht bereits durch eine selbsttätige Vorrichtung (Feldschütz (?) in Abhängigkeit von der jeweiligen Feldstärke geschehen ist.
7. 7. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Schalter (25), der ■ durch den schwingbaren Schaltteil (26) gesteuert wird, bei Ankerkurzschlußbremsung das Nebenschlußmotorfeld in einem solchen Sinne an die Ankerspannung.gelegt wird, daß es auch bei Abtrennung des Motors vom Netz erhalten bleibt bzw. verstärkt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.