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"Mehrwellenantrieb"
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BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft eine mehrwellige Antriebsgruppe
für schnelllaufende Lasten.
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Anordnungen der beschriebenen Art werden dort eingesetzt, wo viele
gleichartige Antriebsmittel gleichzeitig benutzt werden müssen. Im Textilbereich
beispielsweise werden Texturierspindeln elektrisch angetrieben und hier werden mehrwellige
Antriebsgruppen verwendet.
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Bisher bestanden die Antriebsgruppen beispielsweise aus einem Zentralmotor
und mehreren, durch diesen Zentralmotor angetriebenen weiteren Lastspindeln.
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Der Antrieb der Lastspindeln erfolgt durch einen Riemen, dertum Gleichlauf
der Spindeln zu erreichen, gezahnt ist. Dadurch entstehen starke Laufgeräusche,
der Zahnriemen nutzt sich ab und es sind hohe Spindelgeschwindigkeiten nicht erreichbar.
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Die Erfindung hat demnach die Aufgabe, eine mehrwellige Antriebsgruppe
zu schaffen, die geräuscharm und mit hohem Gleichlauf zu betreiben ist und mit der
hohe Drehzahlen zu erreichen sind. Weiterhin soll diese Antriebsgruppe preiswert
in der Herstellung sein.
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Erfindungsgemäss wird dazu jede Antriebswelle als Rotor eines kollektorlosen
Gleichstrommotors ausgebildet, wobei ein Rotor der Gruppe einen Lagesensor aufweist,
alle Motoren der Gruppe parallel
mit einer Kommutierungsschaltung
verbunden sind und die Rotoren der Gruppe durch eine mechanische Kopplung geringer
Leistungsübertragung verbunden sind.
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Eine solche Anordnung hat den Vorteil, dass der Geräuschpegel durch
Verwendung nichtgezahnter Riemen niedrig gehalten werden kann, dass der Anlauf ohne
Schwierigkeiten erfolgt, dass dabei keine hohen Netzbelastungen auftreten und trotzdem
Synchronismus erreicht wird. Weiterhin können hohe Drehzahlen erreicht werden.
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Insbesondere wenn die Kopplung über einen leichten Flachriemen erfolgt,können
sehr hohe Drehzahlen erreicht werden, da die Kopplung auch dann, wenn der Riemen
durch die hohen Fliehkräfte nur noch auf einer kleinen Umfanosstrecke anliegt zur
Dämpfung der den Synchronismus gefährdeten Pendelmomente der Rotoren gegeneinander
ausreicht.
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Diese Eigenschaft der erfindungsgemässen Anordnung rührt daher, dass
der mit dem Lagesensor ausgestattete Rotor zusammen mit der Kommutierungsschaltung
ein Wechselstromnetz bildet und dass die beiden anderen Motoren sich wie Synchronmotoren
in diesem Netz verhalten. Da kollektorlose Gleichstrommotren jedoch keinen Dämpferkäfig
haben wie normale Synchronmotoren,treten gegenüber der internen Netzfrequenz schwingende
Lastwinkel auf.'4erden diese Instabilitäten jedoch durch eine mechanische Kopplung
der Rotoren verhindert, stellt das gesamte Gebilde einen sehr stabilen Antrieb dar.
Weil die Lastkräfte selbst nicht durch das Koppelglied übertragen werden, hat dieses
ausschliesslich steuernde Wirkung. Falls tatsächlich Last
unterschiede
auftreten, gleichen diese sich über den Schlupf des Koppelgliedes nach wenige Umdrehungen
aus, bis der der momentanen Last entsprechende Lastwinkel jedes Rotors der Gruppe
erreicht ist. Andererseits ist die Anordnung ohne das leichte Koppelglied nicht
verwendbar, da schon bei geringen Lastschwankungen einer der Rotoren ausser Tritt
fallen kann und dann wie ein asynchron betriebener Synchronmotor schnell zum Stillstand
kommt, ohne je wieder erneut anlaufen zu können (Dies wäre erst durch erneutes Hochfahren
von allen Rotoren möglich wegen der durch den Kommutator und den Lagesensor bestimmten
Frequenz.) Eine besonders vorteilhafte Ausbildung erfährt die Erfindung, wenn die
kollektorlosen Gleichstrommotoren Elemente eines Mehrwellenantriebes sind.
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Mehrwellenantriebe sind bereits vorgeschlagen worden.
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Sie bestehen aus mehreren Rotoren und einem gemeinsamen Stator. In
diesem Stator können durch die Anordnung der Wicklung oder der Wicklungenmagnetische
Optima erreicht werden, indem beispielsweise die Magnetflüsse mehrerer magnetisch
unabhängiger Antriebe gegenläufig geführt werden. Der gemeinsame Stator bildet gleichzeitig
auch eine mechanisch stabile Basisplatte, deren - aus magnetischen Gründen bedingte
- mechanische Festigkeit es gestattet, sie als Konstruktionselement zu verwenden.
Dies ist demnach von besonderem Vorteil für Antriebsgruppen nach der Erfindung,
weil dadurch enge Baumasse erreichbar sind und gleichzeitig die Herstellung der
Motore stark verbilligt ist.
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Das tritt bei zwei Rotoren ein , ist aber bereits bei drei Elementen
von grossem Vorteil.
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Es ist auch möglich , den Mehrwellenantrieb dadurch zu vereinfachen,
dass nur eine Wicklung für den gesamten Stator verwendet wird.In diesem Falle ist
der Mehraufwand gegenüber leeraufenden und durch Riemen angetriebenen Spindeln nur
noch die Verwendung von Permanentmagneten jeweils auf der Spindel. Die Lager der
Spindeln lassen sich dabei gut auf der gemeinsamen Lagerbrücke des Mehrwellenantriebes
unterbringen.
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Insgesamt ist der Vorteil gegenüber den bekannten Anordnungen beträchtlich:
Es können sehr viel höhere Drehzahlen erreicht werden und die Spannungsversorgung
kann mit einem Bruchteil des Aufwandes erstellt werden, der für unabhängig angetrieben
Antriebsgruppen erforderlich ist.
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In der Zeichnung, anhand derer die Erfindung erläutert wird und die
die Erfindung schematisch darstellt,ist Fig.1 die Darstellung eines Mehrwellenantriebs
mit einer Kopplung von vier Rotoren durch einen Flachriemen, Fig.2 die Verschaltung
der vier Motoren eines kollektorlosen Mehrwellengleichstrommotors.
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In Fig.1 sind vierkollektorlose GLeichstrommotoren 100-103 in einem
Mehrwellenantrieb angeordnet. Dieser besteht aus einem gemeinsamen Stator 10 und
einer die Lager der Rotoren tragenden Lagerbrücke 110. Die Lager 120,121, 122,...
können beispielsweise als Halslager ausgebildet sein, die auch bei hohen Drehzahlen
eine präzisen Lauf und eine nicht mehr veränderliche hohe Parallelität aufweisen.
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Flansche 111 dienen dazu, den Mehrwellenantrieb aufzuflanschen. Ein
leichter Flachriemen 104 umspannt die vier Rotoren 100, 101,102, 103 und bewirkt
die Synchronisation der vier Rotoren.
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In Fig.2 sind die Motoren 101,102,103 parallel zurAntriebsversorgung
200 geschaltet. Die Antriebsversorgung 200 ist eine Kommutierungsschaltung, die
durch den Lagesensor 1001 gesteuert wird. Nach Einschaltung beginnt sich der Rotor
1000 zu drehen und erzeugt dabei eine Antriebsfrequenz,die auch auf die restlichen
Rotoren wirkt. Diese fallen in diesen Takt, sodass alle Rotoren mit der gleichen
Drehzahl anlaufen.
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Soweit ist eine Kopplung der Rotoren nicht erforderlich.
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Erst wenn Last schwankungen im Betrieb auftreten, die so gross sind,
dass einer der Rotoren ausser Takt fällt, kommt es zu Schwierigkeiten, da der ausser
Takt
gefallene Rotor nicht wieder in den Takt und wie ein asynchron getriebener Synchronmotor
schnell zum Stillstand kommt. Dies wird dadurch verhindert, dass der Flachriemen
Schwankungen des Lastwinkels und insbesondere ein Aufschaukeln von Schwingungen
der einzelnen Rotoren gegen die mittlere Drehzahl und damit ein Aussertrittfallen
der Rotoren verhindert. Der Flachriemen muss so bemessen sein, dass er die bei maximalen
Winkelschwingungen gegen die mittlere Drehung auftretende Energie aufzehren kann.
Diese sind bei den vielen Antriebsproblemen, die mit diesen Antriebsgruppen gelös
werden sollen, beispielsweise Texturierspindeln, nicht gross, sodass leichte Flachriemen
ausreichen.
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Die erfindungsgemässe Anordnung ist insbesondere dann vorteilhaft,
wenn zweipulsige Motoren mit Reluktanzhilfsmoment verwendet werden. Solche Motoren
erhalten den phasenstarren Synchronlauf der Rotoren auch dann noch, wenn diese einen
längeren Auslauf nach dem Abschalten zeigen. Ausserdem laufen solche Motoren an'stich
bereits -von der gleichen Nullage an, sodass auch hier der Riemen nur beispielsweise
geringe Durchmessertoleranzen der Riemenscheiben ausgleichen muss.
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Die Fig.2 zeigt weiterhin zwei normale Spulen 101,102,.
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die die gleiche Flussrichtung erzeugen und für die beiden anderen
Motoren eine einzige Spule 103, die ausserdem noch gegenläufig zu den Spulen 101,102
geschaltet ist. Dadurch wird der Fluss zwischen dem oberen und dem unteren Motorpaar
verringert, sodass hier kleine Eisenquerschnitte ausreichen. Es ist
auch
moglich eine einzige Spule für alle Motoren gleich zeitig zu verwenden.
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Für die erfindungsgemässe Anordnung können sowohl die im Beispiel
angegebenen Innläufermotoren, aber auch Aussenläufermotoren verwendet werden, je
nach dem gewünschten Verwendungszweck
ZUSAMMEN FASSUNG.
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Um bei mehrwelligen Antriebsgruppen für schnellaufende Lasten eine
preiswerte Antriebsgruppe schaffen zu können, die ohne Abnutzung und Laufgeräusche
zu betreiben ist, ist jede Antriebswelle als Rotor eines kollektorlosen Gleichstrommotors
ausgebildet, wobei ein Rotor der Gruppe einen Lagesensor aufweist, alle Motoren
der Gruppe parallel mit einer Kommutierungsschaltung verbunden und die Rotoren der
Gruppe durch eine mechanische Kopplung geringer Leistungsübertragunc verbunden sind.
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