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Drehstromeinzelantrieb für Spinnmaschinen mit Asynchronmotoren. Beim
Antrieb von Spinnmaschinen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Geschwindigkeit
der Maschine den sich im Betrieb ändernden Fadenspannungen anzupassen. Bei Verwendung
von Gleichstrom ist eine fein= stufige Regelung des Antriebsmotors ohne weiteres
möglich. Bei der vorherrschenden Stromart, dem Wechselstrom, insbesondere dem Drehstrom,
bestehen für die Regelbarkeit jedoch Schwierigkeiten. Diese lassen sich zwar durch
Drehstromkollektormotoren beseitigen, diese sind aber verhältnismäßig teuer.
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Nun ist bereits vorgeschlagen worden, zum Antrieb von Spinnmaschinen
poIumschaltbare Motoren zu verwenden, die zwei Drehzahlen haben, von denen die niedrige
für das Anspinnen und die höhere für das Hauptspinnen Verwendung finden.
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Auch hat man bereits versucht, reine Kurzschlußläufer zum Antrieb
zu nehmen, wobei der Motor für das Anspinnen an ein Hilfsnetz mit niedrigerer Periodenzahl
gelegt wird, so daß seine Drehzahl also geringer ist als beim Hauptspinnen.
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Sowohl mit polumschaltbaren Motoren wie auch mit einem Hilfsnetz mit
niedrigerer Periodenzahl hat man bisher immer nur zwei Geschwindigkeitsstufen benutzt.
Das bedeutet aber nur eine grobe Anpassung an die Bedürfnisse der Spinner, und es
hat sich als zweckmäßig herausgestellt, eine feinstufige Regelung vorzunehmen. Diese
Aufgabe wurde bisher vorwiegend mit Kollektormotoren mit Bürstenverschiebung gelöst.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, mit billigeren Motoren eine spinntechnisch genügend
feine Regelung und Geschwindigkeitseinstellung durchzuführen; sie bestellt darin,
daß außer dem bekannten Hilfsnetz mit niedrigerer Periodenzahl als der des Hauptnetzes
noch ein weiteres Hilfsnetz mit höherer Periodenzahl als der des Hauptnetzes oder
mehrere solche Hilfsnetze vorgesehen werden, wobei die höheren Periodenzahlen für
alle am Hilfsnetz hängenden Motoren zugleich zweckmäßig in an sich bekannter Weise
regelbar sein können. Hierdurch hat man es in der Hand, bei den einzelnen Maschinen
beliebige Stufen von Geschwindigkeiten einzustellen und dadurch eine weitgehende
Anpassung an die spinntechnischen Erfordernisse zu erreichen.
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Nach der Erfindung lassen sich aber noch weitere Zwischenstufen dadurch
erreichen, daß man als Antriebsmotoren polumschaltbare Motoren in Verbindung mit
mehreren Netzen verschiedener Periodenzahl verwendet.
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Endlich ist es auch möglich, in Verbindung mit den Hilfsnetzen verschiedener
Periodenzahl zum Antrieb Asynchronmotoren mit Läuferregelung zu wählen, und zwar
sowohl mit wie auch ohne Polumschaltung. Diese Art der Regelung, die sonst für einen
größeren Regelbereich mit höheren Verlusten auf der Läuferseite verbunden ist, kann
im vorliegenden Fall ,ohne erhebliche Verluste durchgeführt werden, weil man den
Läuferregelbereich nur so groß zu halten braucht,
daß sich eine
feinstufige Regelung zwischen den einzelnen Stufen ergibt, die z. B. durch die Umschaltung
auf ein Netz anderer Periodenzahl oder auch auf eine andere Polzahl entsteht. Nach
der Erfindung soll für die Regelung der Antriebsmotoren eine gemeinsame Schaltvorrichtung
Verwendung finden, die so angeordnet ist, daß die Regelung stetig oder in aneinander
anschließenden Stufen erfolgt. Man kann z. B. eine einzige Steuerwalze vorsehen,
die eine entsprechend große Anzahl von Kontakten trägt, so daß alle Schaltungen
fortlaufend mit dieser einzigen Walze möglich sind. Nach der Erfindung erscheint
es aber besonders zweckmäßig, für die verschiedenen Regelarten, z. B. Netzwechsel,
Polzahlwechsel, Läuferregelung, je ein besonderes Regelorgan zu verwenden, wobei
jedoch zum Antrieb eine einzige Steuerwelle dient, die mechanisch mit den einzelnen
1Zegelorganen verbunden ist, so daß sich eine fortschreitende Regelung des Antriebsmotors
ergibt.
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Zur Vermeidung einer zu schnellen Schaltung kann man erfindungsgemäß
eine Hemmvorrichtung vorsehen, die auf die Steuerwelle wirkt. Um nun aber z. B.
in Gefahrfällen oder bei Fadenbrüchen die Maschine schnell ausschalten zu können,
soll erfindungsgemäß ein besonderer Motorschalter Verwendung finden, der jederzeit
geöffnet werden kann, wobei jedoch ein Wiedereinschalten dieses Unterbrechungsschalters
in der Betriebsstellung der Schaltvorrichtung durch eine Sperrung verhindert wird.
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Die zu wählende höchstzulässige Drehzahl der Maschinen hängt im wesentlichen
von der gesponnenen Garnnummer und der Güte des Rohstoffes ab. Wird die Drehzahl
über das zulässige Maß gesteigert, so werden zu viele Fadenbrüche auftreten oder
das Garn wird übermäßig hoch beansprucht, so daß es in seiner Güte leidet. Zur Vermeidung
dieser Nachteile soll daher nach der Erfindung der Regelbereich des Steuerorgans
durch eine einstellbare und verriegelbare Sperrvorrichtung nach oben begrenzt werden
können. Die Einstellung dieser Sperrvorrichtung geschieht z. B. durch den Spinnmeister,
z. B. mit einem Schlüssel, so daß das Bedienungspersonal nicht in der Lage ist,
die Maschine mit unvorschriftsmäßiger Geschwindigkeit laufen zu lassen.
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Andererseits ist es nicht erwünscht, mit zu langsamen Geschwindigkeiten
zu arbeiten, da dies einen Erzeugungsverlust bedeutet. Die niedrigeren Geschwindigkeiten
werden vornehmlich nur zum Anspinnen benutzt, und zwar für verhältnismäßig kurze
Zeit. Nach der Erfindung soll das Bedienungspersonal gezwungen werden, nach dem
Anspinnen, für <las die Geschwindigkeit durch Handregelung überwacht wird, auf
die eingestellte Höchstgeschwindigkeit zu gehen. Dies wird (ladurch erreicht, daß
das Steuerorgan beim Erreichen der Sperrstellung selbsttätig festsehalten wird,
während es beim Loslassen in Zwischenstellungen durch eine Rückstellkraft in die
Nullage zurückgeführt wird.
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Die Zeichnungen geben Ausführungsbeispiele für die Erfindung. In der
Abb. i ist 1, 2, 3 ein Drehstromnetz, von dem der UmformermOtOr ,4 angetrieben wird.
Zur Erzeugung des Hilfsnetzes 11, 12, 13 mit niedrigerer Periodenzahl als der des
Hauptnetzes dient der Periodenumformer 5, der vom Motor 4 gesteuert wird. Das Hilfsnetz
21, 22, 23 mit einer höheren Periodenzahl als (ler des Hauptnetzes wird vom Uniformer
6 gespeist, der über ein veränderbares Getriebe 7 ebenfalls mit dem Motor 4 gekuppelt
ist. Man kann zum Antrieb des Umformers 6 natürlich aber auch einen besonderen Motor
verwenden, der, z. B. mit Schleifringläuferregelung ausgerüstet, ein bequemes Einstellen
der Periodenzahl für das Hilfsnetz 2i, 22, 23 gestattet. An den drei Netzen 1, 2,
3; 11, 12, 13 und 21, 22, 23 hängen nun die einzelnen Antriebsmotoren für die Spinnmaschinen.
Im Ausführungsbeispiel führen die Netzleitungen über eine gemeinsame Schaltvorrichtung
8 mit der die Umschaltungen auf den Motor g vorgenommen werden.
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Für die Anordnung einzelner Schalt- oder Regelorgane mit einer gemeinsamen
Steuerung gibt die Abb. 2 ein Ausführungsbeispiel. Das auf einer Hilfswelle sitzende
Handrad io treibt mit einem Zahnrad 1,4 die Walze 15 an, die z. B. in drei Stellungen
16, 17, 18 drei Netze mit verschiedenen Periodenzahlen nacheinander an den Antriebsmotor
legen kann. Bei i9 trägt die Walze 15 ein Zahnsegment, das bei .einer vollen Umdrehung
der Walze 15 einmal in das Antriebsrad der Walze 2o eingreift und diese um einen
bestimmten Betrag verdreht. Im Ausführungsbeispiel hat die Walze 20 .drei Stellungen
2,I, 25, 26, die beispielsweise eine Umschaltung auf verschiedene Polzahlen herbeiführen.
Endlich ist noch eine Läuferregelung vorgesehen. Das mit der Walze 15 verbundene
Zahnrad 27 treibt über ein Zahnrad 28 den Läuferregler 29 fortlaufend an, von dem
Leitungen 30 zu nicht dargestellten Schleifringen des Läufers führen.
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Um die Achse des Handrades io drehbar und feststellbar ist der Hebe131
angeordnet, der eine Rast 32 trägt, in die eine lösbare Sperrung 33 am Handrad io
einfallen kann, so daß (las Handrad nicht mehr von einer nicht dargestellten Rückzugfeder
in die Nulllage- zurückgeführt werden kann, aber auch
ein Weiterdrehen
des Handrades über den Hebel 31 hinaus verhindert wird. Zum schnellen Ausschalten
des Motors dient der Hebel 34, der in der Nullstellung des Handrades io durch einen
Schlitz 35 im Handrad eingelegt werden kann, so wie dies die Abb. 3 in Seitenansicht
zeigt. Der Hebe134 trägt dabei eine Nase 36, die von einer Feder 37 in der ausgezogen
gezeichneten Stellung gehalten wird. Ist das Handrad io eingeschaltet, so kann der
Schalter 34 jederzeit geöffnet und in die Stellung 38 gebracht werden, da die Nase
dann in die gestrichelt dargestellte Lage ausweichen kann. Ein Wiedereinschalten
ist aber unmöglich, solange sich nicht der Schlitz 35 unter der Nase 36 befindet,
d. h. das Einschalten ist nur in einer bestimmten Stellung, der Nullstellung, des
Handrades io möglich.
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Die Einrichtung wirkt beispielsweise so: Der Schalter 34 wird eingelegt
und das Handrad io aus seiner Nullstellung in der Pfeilrichtung herausbewegt. Dadurch
wird zunächst in der Stellung 16 das Netz niedrigster Periodenzahl an den Motor
gelegt, der in der Stellung 24 auf höchste Polzahl eingeschaltet ist. Beim Weiterbewegen
der Walze 15 wird der Läuferregler 29 verstellt, so daß die Geschwindigkeit- des
Motors zunimmt. Bei einer Drehung von etwa i20° wird dann auf das mittlere Netz
in der Stellung 17 umgeschaltet, der Läuferregler hat ebenfalls eine Drehung von
i20° gemacht und steht nun wieder am Anfang der Widerstandsstufen. Die Walze 2o
ist bisher an der Drehung nicht beteiligt, der Motor steht also noch auf höchster
Polzahl, also niedrigstem Drehzahlbereich. Der gleiche Vorgang wiederholt sich bei
einer weiteren Drehung um nochmals i20°, dann wird in der Stellung 18 das Netz mit
höchster Periodenzahl eingeschaltet. Wird jetzt weiter gedreht, so greift das Zahnsegment
i9 in das Antriebsrad der Walze 2o ein, bringt sie in die Stellung 25 und schaltet
damit den Motor auf mittlere Polzahl, also auf seinen mittleren Drehzahlbereich.
Auch in diesem Bereich werden wiederum nacheinander die einzelnen Netze angelegt,
bis bei einer weiteren vollen Umdrehung der Walze 15 auch die Walze 2o weiter in
die Stellung 26 gedreht wird, so daß der Motor nun mit niedrigster Polzahl, also
höchstem Drehzahlbereich arbeiten kann. Bei der Rückwärtsdrehung gehen die Schaltvorgänge
in umgekehrter Reihenfolge vor sich.
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Selbstverständlich ist es möglich, für die mechanische Übertragung
zwischen den einzelnen Walzen und dem Handrad auch noch andere Anordnungen zu treffen.
Auch kann man die eine oder die andere Nebenwalze fortlassen, so z. B. auf die Polumschaltung
verzichten oder auch die Läuferregelung weglassen oder auch nur durch Umschaltung
auf die verschiedenen Frequenzen regeln. Es lassen sich dann bei der Anordnung der
Walzen - entsprechende Vereinfachungen vornehmen.
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,Für den Fall, daß bei Polumschaltung auch eine andere Wicklung im
Läufer notwendig wird, kann mit der Schaltvorrichtung, gegebenenfalls durch Hinzufügung
einer weiteren Nebenwalze :oder gleichzeitig mit dem Verstellen der Walze 2o, auch
eine Umschaltung im Läuferstromkreis vorgenommen werden, so daß der Läuferregelwiderstand
stets an der jeweils wirksamen Läuferwicklung liegt.
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Die Ausführungsbeispiele sind für drei Hilfsnetze gedacht, man ist
selbstverständlich nicht an diese Zahl gebunden, sondern man kann z. B. noch mehrere
Hilfsnetze vorsehen. Auch kann man die Motoren mit 2 n, 3 n, oder mehr n Polzahlen
ausrüsten, wobei man durch entsprechende gegenseitige Anpassung zwischen Polzahl
und Frequenzzahl eine feinstufige Unterteilung des Regelbereiches erhält. Hierfür
mag folgendes Beispiel dienen, daß für die Frequenzen 45, 50 und 55 und Polzahlen,
die sich wie 8:6:4 verhalten, aufgestellt ist. Die Drehzahlen sind dann folgende:
| Polzahlen |
| Frequenz 8 6 q. |
| 45 675 900 1350 |
| 50 750 1000 1500 |
| 55 825 iloo 1650 |
Macht man die höchste Frequenz regelbar, so verschieben sich die für die einzelnen
Polzahlen angegebenen Drehzahlen um einen entsprechenden Betrag, man hat es dabei
in der Hand, einmal die Zwischenübergänge zwischen den Polumschaltungen zu verändern,
zum anderen die Höchstgeschwindigkeit für die ganze Fabrik z. B. festzusetzen. Welche
Höchstdrehzahl und welche höchsten Frequenzen gewählt werden, hängt von der in der
Fabrik gerade verarbeiteten Ware wie auch von den einzelnen Garnnummern ab.
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Ein ganz besonderer Vorteil bei der Verwendung von Frequenzen, die
über der Frequenz des Hauptnetzes liegen, besteht darin, daß an den Maschinen, bei
denen der Herstellungsvorgang eine höhere Geschwindigkeit erlaubt, diese höhere
Geschwindigkeit tatsächlich eingestellt werden kann. Hieraus ergibt sich aber neben
einer vollen Ausnutzung der Maschinen auch die Möglichkeit einer Mehrerzeugung,
die oft ausschlaggebend für eine -wirtschaftliche Betriebsführung ist.
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So ergibt z. B. ein Vergleich zwischen einer Anlage, die nur ein Hilfsnetz
mit niedrigerer
Periodenzahl hat, und der Verwendung eines Hilfsnetzes
mit höherer Periodenzahl als der des Hauptnetzes bei alle den Maschinen, bei denen
die gerade gesponnene Garnnummer theoretisch eine höhere Drehzahl zuläßt, als sie
mit dem Hauptnetz erreicht werden kann, folgendes Bild: Bei den bisherigen Antrieben
ist die größte Motorgeschwindigkeit beim Anschluß an das Hauptnetz durch die kleinste
Spindelgeschwindigkeit ein für allemal festgelegt. Häufig werden nun aber Garnnummern
gesponnen, die eine beispielsweise um 2o Prozent während des Hauptspinnens höhere
Geschwindigkeit zulassen. Mit den bisherigen Antrieben und einem Hilfsnetz oder
bei polumschaltbaren Motoren ist diese Geschwindigkeit nicht erreichbar. Beim Erfindungsgegenstand
braucht dagegen der Motor nur auf ein Netz mit höherer Periodenzahl geschaltet zu
werden. Nimmt man an, .daß das Hauptspinnen 75 Prozent des ganzen Abzuges ausmacht,
so ergibt sich im Beispiel eine Mehrerzeugung von a0 # 0,75 Prozent -15 Prozent.
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Die Erfindung ist in erster Linie für die Regelung einer größeren
Anzahl von Motoren geeignet, z. B. für sämtliche Motoren einer Ringspinnerei. Je
größer die Zahl der an den Netzen verschiedener Periodenzahl hängenden Motoren ist,
desto geringer werden die anteiligen Kosten für die Frequenzumformeranlage.
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Die Anwendung der Erfindung, insbesondere der Schaltvorrichtungen,
ist nicht auf Spinnmaschinen allein beschränkt, man kann sie .auch überall dort
anwenden, wo mit einer größeren Anzahl billiger Motoren eine hinreichend große Regelung
wirtschaftlich möglich erscheint.