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Antrieb von Arbeitsmaschinen mit schwankendem Kraftbedarf durch regelbare
Nebenschlußmotoren. Viele Arbeits- und Transportmaschinen haben einen stark schwankenden
Kraftbedarf. Um bei deren Betrieb die vorhandene Antriebskraft bei jeder Belastung
möglichst viel auszunutzen, und um Zeit zu sparen, wird bei geringer Last eine möglichst
hohe Geschwindigkeit zu erreichen gesucht und umgekehrt. Die beste Ausnutzung liegt
gewöhnlich vor, wenn Drehmoment und Drehzahl des Motors umgekehrt proportional sind,
die Leistung also ungefähr gleichbleibt. Bei ventilierten Motoren können auch bei
höherer Drehzahl verhältnismäßig stärkere Belastungen- bewältigt werden; ihre beste
Ausnutzung erfolgt also nicht bei gleichbleibender Leistung, sondern bei einer mit
der Drehzahl etwas ansteigenden Leistung.
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Selbsttätige Motorregelungen, die den Gesichtspunkt der möglichst
großen Ausnutzung der vorhandenen Antriebskraft Rechnung tragen, sind in einigermaßen
befriedigender Verwirklichung nicht vorhanden. Hauptstrommotoren, die zu solchen
Zwecken hauptsächlich verwendet werden, zeigen das in Fig. r der Zeichnung dargestellte
Verhalten. Die Schaulinie I stellt die Drehzahl eines Hauptstrominotors von beispielsweise
So P. S. in Abhängigkeit von seinem Drehmoment dar. Sie wird mit wachsendem Drehmoment
immer flacher, weil sich das Feld d_ er Sättigung nähert.' Wird das Drehmoment von
45 m/kg auf 15 m/kg geändert, also auf einDrittel herabgemindert, so steigt
die Drehzahl nicht auf das Dreifache, sondern von 65o auf 92o Umdrehungen, das ist
tim etwa 41,5 Prozent. Besser ist bereits das Verhalten eines gewöhnlichen, im Verhältnis
r : 3 regelbaren Nebenschlußmotors, dessen Drehzahl in Abhängigkeit vom Drehmoment
die Schaulinie II widergibt; die Drehzahl steigt dort bei Verminderung des Moments
auf ein Drittel um ungefähr Zoo Prozent.
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Bei geringen Drehmomenten ist das Verhalten des Hauptstrommotors allerdings
besser, wie der linke Teil der Schaulinie I zeigt. Doch läßt sich dieser Bereich
in der Praxis selten verwenden, weil der Motor dabei zu wenig ausgenutzt ist und
die Gefahr des Durchgehens besteht. Die letztere kann man wohl durch Anwendung von
Verbundwicklungen vermeiden; es wird hierbei aber gleichzeitig die ganze Schaulinie
verflacht und damit verschlechtert. Zu der ungenügenden Regelung gehört auch, daß
die Leistung nicht gleichbleibt, sondern sich beim gewählten Beispiel von 42 P.
S. bei 45 m/kg auf etwa r9 P: S. bei 15 mIkg ermäßigt.
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Die Erfindung betrifft nun eine Einrichtung zur selbsttätigen Regelung
von Nebenschlußmotoren auf gleichbleibende oder in vorausbestimmbarer Weise veränderliche
Leistung. Dies ermöglicht, solche Motoren mit Vorteil zum Antrieb von Arbeitsmaschinen
mit schwankendem Kraftbedarf zu verwenden. Die Erfindung besteht darin, daß die
Erregung des Motors mittelbar vom Ankerstrom nach- einem etwa der Magnetisierungskurve
entsprechenden Gesetz beeinflußt wird. Hierbei wird ein Nebenschlußregler für das
Nebenschlußfeld verwendet, der vom Motor-
Strom entgegen einer möglichst
konstanten Gegenkraft (Gewicht, Feder, konstant erregter Magnetspule) so bewegt
wird, daß die Drehzahl des Motors auf gleichbleibende oder in einem bestimmten Verhältnis
zu ändernde Stromstärke bzw. Leistung geregelt wird.
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Bei der Einrichtung nach der Erfindung wird die Belastung der Arbeitsmaschine
auf jedem Punkt ihrer Bewegung selbsttätig festgestellt, und die Regelwiderstände
des Nebenschlußfeldes werden in Abhängigkeit von der jeweiligen tatsächlichen Belastung
eingestellt. Der Motor wird derart stets geschützt sein, und sein Lauf wird sich
den jeweils vorliegenden Arbeitsverhältnissen anpassen können, ohne daß es hierzu
eines Eingriffs von außen bedarf. Die Einrichtung nach der Erfindung kann daher
nicht nur zum Antrieb von Arbeitsmaschinen mit Hubwechsel, sondern auch von rotierenden
Werkzeugmaschinen mit Vorteil verwendet werden. Der Regler nach der Erfindung beeinflußt
ferner den Motor derart, daß dieser bei jeder der von ihm geforderten Leistungen
die günstigste Geschwindigkeit annimmt und umgekehrt.
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Das Schaltungsschema der Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit
HandregelanIasser und dem selbsttätigen Regler nach der Erfindung, der durch einen
Hilfsmotor angetrieben wird. Der Strom fließt von -f- über die Anlaßkurbel i, Anlaßwiderstände
2, Hilfspol-und gegebenenfalls Compoundwicklung 4., Anker 5 des Arbeitsmotors, Abzweigwiderstand
6 und Schützkontakte 7, g, 10, Il zu -r. Das Feld 17 des Motors ist über einen Umschalter
IS einerseits mit -, anderseits über Regelwiderstände IS des selbsttätigen Reglers
und 1z des Handanlassers und Kurbel i mit + verbunden. Von den Widerständen 12 führen
Verbindungen zu den Kontakten 14, auf denen die Kurbel 16 des selbsttätigen Reglers
schleift, welche ebenfalls mit verbunden ist.
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Die Kurbel 16 wird vom Anker 24. eines Hilfsmotors -bewegt, der mit
seiner Hauptstromwicklung 25 im - Abzweig zum Widerstand 6 geschaltet ist: Eine
zweite Wicklung 26 des Hilfsmotors liegt parallel zum Arbeitsmotor 5. Sie erhält
Strom von + über Kurbel 16, Schiene ig und ist beim Kontakt g mit - verbunden. Die
Wicklungen 25 und 26 des Hilfsmotors wirken einander entgegen. Sie sind so bemessen,
das bei nicht vollbelastetem Motor die Nebenschlußwicklung überwiegt und der Anker
24 sich im Schema entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt. Mit ihm ist die Kurbel 16 starr
verbunden. Überwiegt aber die Wicklung 25, so wird der Anker 24 im Uhrzeigersinn
bewegt. Die Schaltung des Hilfsmotors entspricht hierbei dem Patent 2858ig. Die
Wirkungsweise des Hilfsmotors der beschriebenen Art kann auch unter Anwendung der
Schaltung nach Patent 275123 erreicht werden, unter Anwendung einer besonderen Hilfsdynamo
mit vom Hauptmotor beeinflußter Gegencompoundwicklung.
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Das Anlassen des Arbeitsmotors 5 erfolgt, indem die Kurbel i aus der
Nullage in die gezeichnete erste Stellung gebracht und von dort im Uhrzeigersinn
weiterbewegt wird. In der gezeichneten Stellung der Kurbel i erhält der Motoranker
von + über die Widerstände 2 und Wicklung q. Strom. Gleichzeitig erhält das Feld
17 von -f - über die Kurbel i, Schiene 29, Widerstände 15 Strom. Während
des Anlassens überwiegt noch die Wicklung 26 die Wicklung 25 des Hilfsmotors, die
Kurbel 16 befindet sich in ihrer tiefsten Stellung und hat noch keinen Einfluß auf
die Motorregelung. Bei weiterem Anlassen werden die Widerstände 2 allmählich kurzgeschlossen
und der Anker 5 an die volle Netzspannung gelegt. Bei Weiterbewegung der Kurbel
i schaltet sie dem Feld 17 außer de 1 Widerständen 15 noch die Widerstände
12 vor, während sie über die Schiene 3 den Anker 5 an voller Spannung erhält. Das
Anlassen ist beendigt, sobald die Kurbel i nach rechts in die äußerste Stellung
auf den Kontakten der Widerstandsstufen 12 gebracht ist. Nunmehr tritt der selbsttätige
Regler 16 in Funktion, der im übrigen auch während des Anlassens angesprochen haben
kann, falls dieses zu rasch erfolgte und eine Überlastung der Maschine eintrat.
Seine Wirkung besteht darin, daß er bei Überwiegen der vom Strom abhängigen Wicklung
25 -im Uhrzeigersinn aus seiner tiefsten Stellung bewegt wird.
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Hierbei wird die ebenfalls mit + verbundene Kurbel 16 zuerst Stufen
der durch die Kurbel i eingeschalteten Feldschwächungswiderstände i 2 und, bei weiter
andauernder überlastung, der Widerstände IS abschalten. Hierdurch wird das Feld
17 verstärkt und der Motor auf geringere Drehzahlen gebracht. Hierdurch tritt eine
Drehmomentsvergrößerung auf, infolge des verstärkten Feldes kann die Stromaufnahme
herabgemindert werden oder zumindest der Motor eine-Drehzahl annehmen, bei der er
einen stärkeren Strom verträgt.
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Derart findet - eine selbsttätige Regelung auf konstante Leistung
oder entsprechender Belastungsfähigkeit des Motors statt. Natürlich könnte auch
eine Abhängigkeit von der Drehzahl geschaffen werden und die Regelung selbst nach
beliebigem Gesetz gestaltet werden, indem z. B. die Gegenkraft gegen die Bewegung
des Hilfsmotors 24 variabel, je nach der Stellung des Ankers, ausgeführt wird.
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Zn Reihe mit dem Arbeitsmotor sind zwei
Schütze 27,
28 geschaltet, welche die Kontakte 7, 9 bzw. io, i i überbrücken können. Beide Schütze
werden eingeschaltet, sobald die .Anlasserkurbel i in die erste Stellung gebracht
wird. Die Schutzspule 27 erhält dann Strom von + über Kurbel i, Schiene 3o, Leitung
32, 33. Die Kurbel 16 erhält dann die Speisung des Schützes 27 aufrecht, sobald
durch. Einschalten der Kurbel i der Hilfsmotor ebenfalls Spannung erhält. Die Kurbel
16 speist dann das Schütz 27 über die Schiene 2,1.
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Ist der Arbeitsmotor beispielsweise zum Antrieb einer Presse bestimmt,
bei der beim Ende des Hubs bei stillstehendem Motor der größte Druck und damit das
stärkste Drehmoment ausgeübt werden muß, so wird bei wachsender Stromaufnahme des
Motors die Kurbel 16 nach völliger Abschaltung der Feldschwächungswiderstände schließlich
von der Schiene 21 ablaufen und hierdurch das Schütz 27 aberregen. Dieses fällt
ab und schaltet den Widerstand 8 in den Ankerstromkreis des Arbeitsmotors. Hierdurch
ist eine unzulässige Belastung des Motors verhindert.
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Das Schütz 27 wird jedoch überhaupt nur in solchen besonderen Fällen
angewendet werden, wie der für eine Presse beschriebene, w o eine kurzzeitige Überlastung
noch zugelassen werden soll. Das Schütz 28 dient zur Sicherung des Motors entweder
gegen unzulässige Überlastungen bei geringster Drehzahl, oder, bei entsprechend
gedämpfter Bewegung, zur Verhütung unzulässig langer Überlastungen bei eingeschaltetem
Widerstand B. Das Schütz 28 wird ebenfalls durch die Kurbel i bei Beginn des Anlassens
eingeschaltet und von dieser über die Schiene 31 gespeist. Hierauf erfolgt die Speisung
über die Schiene 3q.. Ist die Kurbel 16 in die höchste Stellung gelangt, in der
das Feld volle Stärke hat, und nimmt die Belastung des Arbeitsmotors unzulässige
Größen an, so läuft die Kurbel 16 von der Schiene 34 ab, das Schütz 28 wird aberregt
und schaltet den Arbeitsmotor vollkommen ab.
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Ersichtlich wird bei der dargestellten Anordnung die Drehzahl des
Motors entsprechend seiner Belastungsfähigkeit oder einer konstanten Leistungsabgabe
eingestellt. Die höchst erreichbare Drehzahl ist hierbei durch die Stellung der
Kurbel i gegeben, dadurch, daß diese in die äußerste Lage nach rechts oder aber
in eine beliebige Zwischenstellung gebracht wird. Wenn dann auch die Kurbel 1d eine
Stellung einnimmt, in der sie mehr Widerstände vor das Feld 17 schaltet, als es
durch die Kurbel i geschah, so kann eine Drehzahlerhöhung nicht eintreten, weil
die von der Kurbel 16 zugeschalteten Wider-@@tände durch die am gleichen Pol liegende
Kurbel i kurzgeschlossen sind.
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Der selbsttätige Regler kann auch mit dem Regelanlasser vereinigt
werden. Es kann dann der Hilfsmotor die Kurbel i unmittelbar bewegen und damit gleichzeitig
das Anlassen besorgen. Die In- und Außerbetriebsetzung erfolgt dann zweckmäßig durch
Druckknöpfe. Die Einstellung verschiedener maximaler Drehzahlen, wie sie bei der
dargestellten Anordnung gemäß Fig. 2 durch die eweilige Lage der Kurbel i ermöglicht
ist, muß bei Vereinigung der beiden Regler durch besondere Schalteinrichtungen erfolgen.