DE3221080C1 - Schaltungsanordnung zum selbsttätigen Überlastungsschutz eines Elektromotors - Google Patents

Description

• Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum selbsttätigen Überlastungsschutz der beschriebenen Art so weiterzubilden, daß neben dem Schutz gegen Überlast auch ein Schutz gegen eine zu hohe - einstellbare - Drehzahl auftritt, ohne den Aufwand der Schaltungsanordnung wesentlich zu erhöhen. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Drehzahl-Dreipunktregler, dessen zur Drehzahlerhöhung vorgesehener Schließer in Reihe mit dem Öffner des zweiten Überstromwächters in den Stromkreis des zweiten Wendeschützes geschaltet ist und dessen zur Drehzahlverringerung vorgesehener Umschalter in einer Schaltstellung in Reihe mit dem Umschalter des ersten Uberstromwächters und dem Schließer des zweiten Überstromwächters, in der anderen Schaltstellung parallel zu dem Umschalter des ersten Überstromwächters in den Stromkreis des ersten Wendeschützes geschaltet ist, vorgesehen ist.
• Bei der Erfindung unterbleibt eine Verstellung des Keilriemen-Regelgetriebes im Sinne einer Erhöhung der Drehzahl der Maschinenwelle immer dann, wenn entweder die über den Drehzahl-Dreipunktregler eingestellte Drehzahl erreicht ist oder wenn vorher eine Überlast eingetreten ist. Beispielsweise sei mit Hilfe des bei dem Drehzahl-Dreipunktregler vorzugsweise verwendeten Dreh-Potentiometers eine Drehzahl von 1000 UpM eingestellt. Bis zu dieser Drehzahl würde mit Hilfe des Keilriemen- Regelgetriebes nicht hochgeregelt werden, wenn eine Vollauslastung - voller Motornennstrom - zum Beispiel bereits bei 800 UpM vorhanden wäre. In diesem Fall unterbricht der Überstromwächter vorrangig den Stellvorgang in Richtung einer weiteren Erhöhung der Drehzahl. Bei im Laufe des Rührprozesses erfolgender Erwärmung und Verdünnung des Mischgutes liegt die Vollauslastung bei immertgrößer werdender Drehzahl. Das Keilriemen-Regelgetriebe wird deshalb immer weiter nachgeregelt; jedoch der voreingestellte Wert - im Beispiel 1000 UpM - wird niemals überschritten.
• Aus der zusammengefaßten Darstellung der Wirkungsweise der Erfindung folgt, daß mit einer Drehzahlregelung allein die mit der Erfindung gelöste Aufgabe nicht gelöst werden kann. Eine solche Drehzahlregelung kann nur bewirken, daß die Drehzahl des Elektromotors in einem bestimmten Bereich bleibt, unabhängig davon, ob bei gewissen Belastungszuständen dieser Bereich eine Überlast darstellt oder nicht.
• Aus der zusammengefaßten Darstellung der Wirkungsweise der Erfindung folgt auch, daß mit der aus der DE-OS 22 03 827 bekannten Schaltungsanordnung zum Überlastungsschutz einer biegsamen Welle die mit der Erfindung gelöste Aufgabe nicht gelöst werden kann: Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung ist ein Handgerät zur Aufnahme eines Werkzeuges, insbesondere aus der Dentaltechnik, von einem Reihenschluß-Kommutatormotor über die biegsame Welle angetrieben. Die Betriebsschaltung für den Motor enthält einen mit dem Motor in Reihe geschalteten steuerbaren Gleichrichter, einen Steuerschaltungsteil für den Gleichrichter und einen eine Drehzahlregelung enthaltenden Begrenzerschaltungsteil zur Motorstrombegrenzung.
• Der Begrenzerschaltungsteil mißt den Motorstrom und steuert den Steuerschaltungsteil im Sinne einer Begrenzung des Motorslsoms auf den maximal zulässigen Wert um, wenn der Motorstrom einen maximal zulässigen Wert überschreitet.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die einzige Figur zeigt das Schaltschema einer elektrischen Schaltungsanordnung zum selbsttätigen Überlastungsschutz eines elektrischen Antriebsmotors.
• Die als Ausführungsbeispiel gewählte Schaltungsanordnung dient dem selbsttätigen Überlastungsschutz eines über ein Keilriemen-Regelgetriebe eine Maschinenwelle antreibenden Elektromotors. Die Maschinen- welle ist vorzugsweise Teil eines Dissolvers, wie er im einzelnen in der DE-PS 15 88 600 dargestellt und beschrieben ist. Bei dem Dissolver ist am freien Ende der Welle eine Rührscheibe in Form einer Zahnscheibe befestigt. Die Rührscheibe taucht in das zu mischende Gut ein, welches sich in einem Behälter befindet. Der Antrieb für die Welle besteht aus dem Elektromotor, auf dessen Welle die abtreibende Doppelkegelscheibe des Keilriemen-Regelgetriebes befestigt ist. Die Drehzahl der Welle ist über das Keilriemen-Regelgetriebe mit Hilfe eines Stellmotors verstellbar.
• Das Einschalten des Antriebs erfolgt über einen Kontakt am Sollwert-Potentiometer 2r 1. In der dargestellten Schaltungsanordnung werden von dem Schließer 2r 1 Wendeschütze 2c 1 und 2c2 geschaltet, die zwischen R und ML angeordnet sind. Das Wendeschütz 2c 1 schaltet den Stellmotor für das Keilriemen-Wechselgetriebe in einer eine Drehzahlerhöhung der Welle bewirkenden Drehrichtung ein; das Wendeschütz 2c 2 in einer eine Drehzahlverminderung der Welle bewirkenden Drehrichtung. Bei hoher Drehzahl der Maschinenwelle und Zugabe von festen Zusatzstoffen in das bereits teilweise flüssige Mischgut kann es ebenso wie beim Anfahren des Antriebs zu Überlastungen des Elektromotors kommen. So kann es zum Beispiel bei der Farbherstellung vorkommen, daß zu viele Pigmente der bereits in dem Mischbehälter befindlichen Masse zugesetzt werden, wodurch der Elektromotor ein höheres Drehmoment abgeben müßte als er bei der eingestellten Drehzahl in der Lage ist.
• Diese Erscheinung führt zu einer Erhöhung des Motorstroms, die von Überstromwächtern 2e 1 und 2e 2 erfaßt wird.
• In der durch die Überstromwächter 2e 1 und 2e 2 führenden Leitung Leitung A-Bliegt ein Wandler w, der in der Stromzuführung für den Elektromotor angeordnet ist. Überträgt dieser Wandler einen Überstrom, spricht der Überstromwächter 2e 1 an, dessen Umschalter in Reihe mit einem Verzögerungsrelais 2d3 liegt. Da bei Einschalten durch das Sollwert-Potentiometer 2r 1 ein Begrenzungsrelais 2d5 seinen Schließer geschlossen hat, kann das Verzögerungsrelais 2d3 ansprechen. Hält der Überstrom eine bestimmte Zeit an, zum Beispiel etwa 5 sec, bleibt also der Schließer des Überstromwächters 2e 1 länger als diese Zeit geschlossen, schließt der Schließer des Verzögerungsrelais 2d3, der mit dem Wendeschütz 2c2 für die Verminderung der Drehzahl in Reihe liegt. Die Drehzahl wird somit vermindert, der Elektromotor kann das geforderte Drehmoment ohne Aufnahme eines Überstroms abgeben. Das Wendeschütz 2c2 hält sich über seinen Selbsthaltekontakt selbst. Zugleich wird der Schließer in der Zufuhr für das andere Wendeschütz 2c 1 geöffnet, so daß dieses Wendeschütz 2c 1, welches einer Erhöhung der Drehzahl zugeordnet ist, nicht ansprechen kann. Sobald durch die Drehzahlverminderung der Leistungsbedarf und damit der Strom in dem Elektromotor geringer wird, öffnet der Umschalter 2e 1, so daß eine weitere Drehzahlverminderung unterbrochen wird. Der Überstromwächter 2e 1 ist einstellbar auf unterschiedliche Ansprechwerte; ebenso das Verzögerungsrelais 2d3 auf unterschiedliche Verzögerungszeiten. Das Verzögerungsrelais 2d3 ist einmal vorgesehen, um zu verhindern, daß der Anfahrstrom des Elektromotors die Überstromsicherung zum Ansprechen bringt; zum anderen, daß kurzzeitig auftretende Stromspitzen nicht das Wendeschütz 2c 2 zum Ansprechen bringen.
• Um mit wärmer und dünnflüssig&r werdendem Mischgut eine schnelle Wiederherstellung der höchstmöglichen Drehzahl und damit eine Verbesserung des Wirkungsgrades und der Mischwirkung zu gewährleisten, ist parallel zu dem Überstromwächter 2e 1 ein weiterer Überstromwächter 2e2 geschaltet, der bereits bei einem etwas geringeren Überstrom - in der Größenordnung von 5-10% geringer - anspricht als der Überstromwächter 2e 1. Nach dem Ansprechen des Überstromwächters 2e 1 und Herabsetzung der Abtriebsdrehzahl des Keilriemen-Regelgetrieb es durch Einschalten des Wendeschützes 2c2 soll dieser Wert unterschritten sein. Die Schaltungsanordnung ist dann bereit für eine Erhöhung der Drehzahl.
• Die gewünschte Drehzahl wird über das Sollwert-Potentiometer 2r1 eingestellt. Der eingestellte Wert wird einem Drehzahl-Dreipunktregler 2u 1 eingegeben, der andererseits mit einem Drehzahl-lstwert-lmpulsgeber 2u 2 gespeist ist Ergibt der Vergleich des Drehzahl-Sollwerts mit dem Drehzahl-Istwert, daß eine Erhöhung der Drehzahl notwendig ist, schaltet der Umschalter 2u 1 schneller. Auf die für das Verzögerungsrelais 2d3 und das Wendeschütz 2c2 für die Drehzahlverminderung beschriebene Weise arbeiten dann ein Verzögerungsrelais 2d2 und das Wendeschütz 2c 1 für die Erhöhung der Drehzahl. Ist die am Sollwert-Potentiometer 2r 1 eingestellte Drehzahl erreicht, schaltet der Umschalter 2u 1 schneller wieder um, wodurch das Wendeschütz 2c 1 abfällt und die Heraufsetzung der Abtriebsdrehzahl des Keilriemen-Regelgetriebes gestoppt wird.
• In der Zuleitung zu dem Verzögerungsrelais 2d2 und Wendeschütz 2c 1 befindet sich noch der Öffner eines Überstromwächters 2e 2, der den Nennstrom überwacht. Beim Ansprechen des Überstromwächters 2e 2 ist verhindert, daß das Keilriemen-Regelgetriebe im Sinne einer Heraufsetzung seiner Abtriebsdrehzahl eingeschaltet werden kann.
• Überschreitet die vom Drehzahl-lstwert-lmpulsgeber 2u2 angezeigte Drehzahl den am Sollwert-Potentiometer 2r 1 eingestellten Wert für die Drehzahl, schaltet der Drehzahl-Dreipunktregler 2u 1 seinen Umschalter 2u 1 langsamer um, wodurch auf die beschriebene Weise das Wendeschütz 2c2 für die Herabsetzung der Drehzahl eingeschaltet wird. Das gleiche erfolgt, wenn am Überstromwächter 2e 1 der maximal zulässige Strom überschritten und der Umschalter 2e 1 umgeschaltet wird.
• Bei der Erfindung sind kombiniert eine Überlastsicherung, wie sie insbesondere für Elektromotoren notwendig ist, die Dissolver antreiben, mit einer Drehzahl-Regelung, die notwendig ist, um das in einem Dissolver hergestellte Mischgut davor zu bewahren, bei Dünnflüssigkeit aus dem Behälter auszutreten. Der Überlastungsschutz dient dazu, auch dann, wenn der Antrieb noch unter der eingestellten Drehzahl umläuft aber bereits überlastet ist, zunächst nicht weiter im Sinne einer Drehzahlerhöhung gefahren wird. Sie bewirkt andererseits, daß die Drehzahl nicht »durchgeht«, wenn das Mischgut genügend flüssig ist Vielmehr verhindert der Drehzahl-Dreipunktregler, daß die eingestellte Drehzahl überschritten wird. Dabei erfolgt die Erhöhung oder Verminderung der Drehzahl stets nur um wenige Umdrehungen. Dies reicht aus, um die gewünschte Drehzahl möglichst schnell zu erreichen.
• In Reihe mit dem Begrenzungsrelais 2d5 ist ein Endschalter ES langsam, in Reihe mit dem Wendeschütz 2c 1 ein Endschalter ES schnell vorgesehen. Die Endschalter verhindern, daß das Keilriemen-Wechselgetriebe über seine Endstellungen hinaus im Sinne einer weiteren Verstellung beaufschlagt werden.
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Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Schaltungsanordnung zum selbsttätigen Überlastungsschutz eines über ein Keilriemen-Regelgetriebe eine Maschinenwelle antreibenden Elektromotors, an dessen Zuleitung induktiv eine Relaisanordnung gekoppelt ist, über die ein elektrischer Stellmotor zur Veränderung der Antriebszahl des Keilriemen-Regelgetriebes steuerbar ist und die einen ersten Überstromwächter, über den unter Zwischenschaltung eines Verzögerungsrelais ein erstes Wendeschütz einschaltbar ist, welches den Stellmotor zur Verkleinerung der Antriebsdrehzahl des Keilriemen-Regelgetriebes einschaltet, und einen zweiten Überstromwächter enthält, der -parallel zu dem ersten Überstromwächter angeordnet ist und bei einem geringeren Überstrom anspricht als dieser und über den ein zweites Wendeschütz abschaltbar ist, welches den elektrischen Stellmotor zur Vergrößerung der Antriebsdrehzahl des Keilriemen-Regelgetriebes einschaltet, gekennzeichnet durch einen Drehzahl-Dreipunktregler (2um) dessen zur Drehzahlerhöhung vorgesehener Schließer in Reihe mit dem Öffner des zweiten Überstromwächters (2e 2) in den Stromkreis des zweiten Wendeschützes (2c 1) geschaltet ist und dessen zur Drehzahlverringerung vorgesehener Umschalter in einer Schaltstellung in Reihe mit dem Umschalter des ersten Überstromwächters (2e 1) und dem Schließer des zweiten Überstromwächters (2e-2), in der anderen Schaltstellung parallel zu dem Umschalter des ersten Überstromwächters (2el) in den Stromkreis des ersten Wendeschützes (2c 2) geschaltet ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahl-Dreipunktregler (2u 1) ein Drehpotentiometer (2rl) aufweist, welches mit einem Wechselschalter versehen ist, über den der Elektromotor ein- und ausschaltbar ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch das zweite Wendeschütz (2cl) unter Zwischenschaltung eines Verzögerungsrelais (2d2) einschaltbar ist.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Öffner jedes Wendeschützes (2c 1; 2c2) in Reihe mit dem anderen Wendeschütz und in Reihe mit dem zugehörigen Verzögerungsrelais (2d 1, 2d2) geschaltet ist.

   Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum selbsttätigen Überlastungsschutz eines über ein Keilriemen-Regelgetriebe eine Maschinenwelle antreibenden Elektromotors, an dessen Zuleitung induktiv eine Relaisanordnung gekoppelt ist, über die ein elektrischer Stellmotor zur Veränderung der Antriebsdrehzahl des Keilriemen-Regelgetriebes steuerbar ist und die einen ersten Überstromwächter, über den unter Zwischenschaltung eines Verzögerungsrelais ein erstes Wendeschütz einschaltbar ist, welches den Stellmotor zur Verkleinerung der Antriebsdrehzahl des Keilriemen-Regelgetriebes einschaltet, und einen zweiten Überstromwächter enthält, der parallel zu dem ersten Überstromwächter angeordnet ist und bei einem -geringeren Überstrom anspricht als dieser und über den ein zweites Wendeschütz abschaltbar ist, welches den elektrischen Stellmotor zur Vergrößerung der Antriebsdrehzahl des Keilriemen-Regelgetriebes einschaltet.

   Eine Schaltungsanordnung dieser Art, wie sie aus der DE-PS 15 88 600 bekannt ist, dient der Lösung folgenden Problems: Bei Dissolvern - das sind Maschinen zum Lösen, Dispergieren, Emulgieren und Mischen von Farben, Kunststoffmassen, pharmazeutischen Artikeln, Nahrungsmitteln und anderen zähflüssigen Massen - soll die Drehzahl der Maschine so hoch wie möglich sein, da bei hoher Drehzahl einmal die Mischwirkung der Maschine bessser ist, zum anderen der Motor mit besserem Wirkungsgrad arbeitet.

   Während des Mischvorgangs werden aber noch pulverförmige Stoffe - z. B. bei der Farbenherstellung Pigmente - zugesetzt, was dazu führen kann, daß der Antriebsmotor bei hoher Drehzahl der Maschinenwelle überlastet wird. Mit der bekannten Schaltungsanordnung wird bei Auftreten einer Überlast die Drehzahl geringfügig vermindert und der Antriebsmotor dadurch entlastet, daß er aus dem gefährlichen Bereich in einen ungefährlichen Bereich gefahren wird. Erst wenn es sich auch bei weiterer Entlastung erweisen sollte, daß der Motor ständig überlastet ist, wird mit Hilfe der thermischen Überlastsicherung der Motor abgeschaltet.

   Betriebsunterbrechungen werden dadurch in der Praxis so gut wie vollständig vermieden. Darüber hinaus wird bewirkt, daß eine Bedienungsperson die Drehzahl der Maschine wieder erhöhen und den Antriebsmotor, nachdem dieser eine Zeit im ungefährlichen Bereich gefahren ist, wieder auf den optimalen Bereich fahren kann, ohne befürchten zu müssen, daß sie damit den Antriebsmotor überlastet, weil der gefährliche Zustand noch nicht beendet ist. Der zweite, parallel zu dem ersten Überstromwächter geschaltete Überstromwächter spricht nämlich bei einem geringeren Überstrom an.

   Er würde also bei noch vorhandenem gefährlichem Zustand das Verstellen des Keilriemen-Regelgetriebes im Sinne einer weiteren Erhöhung der Drehzahl beenden, bevor der erste Überstromwächter anspricht.

   Damit ist eine Schaltungsanordnung zum selbsttätigen Überlastungsschutzeines Elektromotors geschaffen, die einen kontinuierlichen Betrieb - wenn auch möglicherweise während bestimmter Überlastungszustände mit verminderter Drehzahl - des4ntriebs gewährleistet.

   Das ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber einem Antrieb, bei dem der Antriebsmotor bei Überlast nur abgeschaltet wird.

   Folgendes Problem wird mit der bekannten Schaltungsanordnung jedoch nicht gelöst: Bei im Laufe des Rührprozesses erfolgter Erwärmung und Verdünnung des Mischguts wird der Antriebsmotor zunehmend entlastet; eine Überlast tritt nicht mehr auf. Die Drehzahl geht bis zur maximalen Drehzahl durch; die Folge kann sein, daß das mit steigender Drehzahl immer wärmer und dünner werdende Mischgut aus dem Behälter herausgeschleudert wird, in dem der Rührprozeß stattfindet.