DE496358C - Verfahren zur Rueckgewinnung der Bremsenergie bei Maschinen und Apparaten mit langsamem Arbeitshub und schnellem Ruecklauf - Google Patents

Description

Bei Arbeitsmaschinen, deren Massen abwechselnd in der einen oder in der anderen Richtung bewegt werden müssen, liegen die Antriebsverhältnisse außerordentlich ungünstig. Von dem Antrieb wird verlangt, daß sich die Bewegungsrichtung umkehren, läßt und die bewegten Massen während des Leerlaufs schneller in Beschleunigung versetzt werden als während das Arbeitshubes. Dabei

ίο ist wiederum zu bedenken, daß die bewegten Massen ihre höchste Beschleunigung nur kurze Zeit beibehalten und ein beträchtlicher Teil der aufgewendeten Energie wieder abgebremst werden muß. Da auf diese Weise ein nicht unbeträchtlicher Teil der einmal aufgewendeten Energie wieder vernichtet werden muß, hat man daran gedacht, die Bramsenergie auf irgendeine Weise nutzbar zu verwerten. Bei der Verwendung von Gleich-

ao Stromnebenschlußmotoren hat man beispielsweise die Schaltung so eingerichtet, daß die Motoren während der Bremsperiode auf das Xetz zurückarbeiten. Da sich jedoch ihre Drehzahl ständig ändert, ist die Energierückgewinnung infolge der schiwankenden Stromstärke mit Schwierigkeiten verbunden. Bei der Verwendung von Drehstrom ist eine Rückgewinnung elektrischer Energie normalerweise überhaupt nicht möglich. Man hat deshalb für solche Antriebe vorgeschlagen, während der Bremsperiode die kinetische Energie der bewegten Massen in potentielle Energie umzuwandeln, die sich in der Zeit der Beschleunigung wieder in kinetische Energie umsetzt. Zu diesem Zwecke kann man durch 'die bewegten Massen entweder Federn spannen oder Gewichte anheben und dadurch ihre potentielle Energie verändern.

Bei den bekannten Einrichtungen war die Anordnung so getroffen, daß während der Bremsperiode sowohl beim Arbeitshub als auch beim Rückwärtshub Energie gespei- · chert wurde. Auch wurde der Motor selbst nicht abgeschaltet, so daß die Energiespeicherung auf Kosten einer erhöhten Antriebsleistung erfolgte.

Diesen bekannten Einrichtungen gegenüber besteht die Erfindung darin, daß die Brernisenergie sowohl des Arbeits- als auch des Rückwärtshubes nach Ausschalten des Antriebes in potentielle Energie umgewandelt, diese aber nur zur Beschleunigung der Massen für die Rückwärtsbewegung wieder in kinetische Energie umgesetzt wird. Bei der Ausführung dieses Verfahrens kann man beispielsweise durch Abbremsung der hohen Rücklaufgeschwindigkeit während des Leerhubes ein Gewicht um eine gewisse Höhe anheben. Durch

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Heinrich Grünbaum in Berlin-Charlottenburg.

Abbremsen der kleineren Laufgeschwindigkeit nach dem Arbeitshuib erfolgt dann ein weiteres, geringeres Anheben desselben Gewichts. Die potentielle Energie wird also zu zwei verschiedenen Zeiten gespeichert, während ihre Abgabe nur zu einer bestimmten Zeit erfolgt. Wesentlich für die Erfindung ist in jedem Falle, daß beim Beginn der Energiespeicherung der Motor ausgeschaltet wind. ίο In den Abb. i, 2 und 3 ist ein Ausführungsbeispiel für die Ausführung des Verfahrens bei einer Tischhobelmaschine dargestellt Nach der Abb. 1 ist ein Gewicht q durch ein Seil d an einer Seiltrommel t befestigt, die mit der Motorwelle in Verbindung steht. Um zu große Beschleunigungsstöße zu vermeiden, ist das Gewicht q nicht unmittelbar mit dem Seil verbunden, sondern mittelbar über eine Feder f. Das Gewicht q wird an der einen Seite an der Wandung w geführt, während sich an der anderen Seite eine Zahnstange s befindet, die in die bei k angeordnete Klinkenanordnung eingreift. Am Ende der Zahnstange befindet sich ein hervorstehender as Zahn v, der stets in die Klinke eingreift, ganz unabhängig von der augenblicklichen Lage der Klinke. Die Hubhöhe beträgt etwa 3 m. In der Abb. 2 ist eine Klinkenanordnung aufgezeichnet. Auf der Welle a_A ist eine Klinke befestigt, die mit ihrem einen Ende S₃ in die Zahnstange ζ eingreift. Beim Eingreifen dreht sie mit dem anderen Ende Z₂ die auf der Welle O₁ sitzende Zahnscheibe Z₁. Ihr dritter Arm ^₄ steht mit dem Schalthebel a.₂ zum Ein- und Ausschalten des Motors in Verbindung. Auf der Welle Os₁ sitzen vier Steuerscheiben, zunächst die Steuerscheibe S₁ von lanzettlicher Form. Sie hat 'die Aufgabe, über ein Gerüst g den Hebel a_s zur Polumschaltung des Motors zu bewegen. Die zweite Steuerscheibe S₁ ist mit vier Zähnen versehen und wird bei jedem Eingriff der Klinke in die Zahnstange 2 durch ,den Zahn z„ um 90⁰ gedreht. Gegen die dritte Steuerscheibe legt sich der durch eine Zugfederf_s mit der Welle O₁ verbundene Arm z_v wenn der Zahn z₃ sich außer Eingriff befindet. Je nach der Lage der Steuerscheibe J₂ stellt sich dann die Spitze des Zahnes s_s entweder in die strichpunktierte Stellung I oder II. Bei der ersten Stellung wird die Klinke durch den letzten hervorstehenden Zahn der Zahnstange verstellt. Die vierte Steuerscheibe s„ dagegen besitzt quadratische Form und hat die Aufgabe, bei jedem Eingriff der Zahnstange ζ in die Klinke eine Drehung um genau 90⁰ zu gewährleisten. Sie arbeitet mit einem federnden Rahmen zusammen, gegen den sich' jeweils eine quadratische Seite legt. Zur Wirkungsweise sei hier schon folgendes gesagt. Angenommen, sämtliche Teile befinden sich in der in der Abb. 2 gezeichneten Lage. Es werde jetzt die Zahnstanges gehoben, dadurch wird der Zahn z_s frei. Unter der Einwirkung der Feder f_s legt sich der Hebel Z₁ der Klinke "gegen die Steuerscheibe s„ und bringt den Zahn z_s in die Stellung II. Fällt nun die Zahnstange unter Einwirkung des Gewichts wieder, so tritt der Zahn S₃ sofort in Eingriff mit der Zahnstange. Durch diese Bewegung dreht der Zahn Z₂ die Zahnscheibe S₂ um 90⁰. Die SteuerscheibeS₁ liegt jetzt mit ihrer großen Achse waagerecht, der Rahmen g fällt unter Wirkung von Federn herunter und verstellt dadurch den Polumschalter a_s auf den langsamen Arbeitsgang. Wird am Schluß des Arbeitsganges die Zahnstange gehoben, legt sich der Hebel s_i unter Einwirkung der Feder f_s gegen die Längsseite der Steuerscheibe s₂ und bringt dadurch den Zahn ζ_s in die Stellung I. Fällt jetzt die Zahnstange, tritt der Zahn s_s nicht in Eingriff, so lange, bis der letzte hervorstehende Zahn die Klinke erreicht. Nachdem nun alle kinetische Energie zur Beschleunigung des Rückwärtsganges abgegeben ist, erfolgt die Einschaltung des Motors, dadurch gleichzeitig wieder die Drehung der Steuerscheibe um 90⁰ und damit die Umlegung des Polschalters auf den schnelleren Rückwärtsgang.

Die Abb. 3 zeigt die Seiltrommel, auf der das Seil zum Heben und Senken des Gewichtes q aufgewickelt ist. Die Hubgröße der Werkzeugmaschine richtet sich nach der Länge des sich während des Arbeitsvorganges auf- und abrollenden Seiles. Man muß daher die Seiltrommel mit einer Aufwickelvorrichtung versehen, die gestattet, mehr oder weniger Seil zum Aufwickeln auf die Trommel bereitzuhalten. Zu diesem Zweck ist an der rechten Seite ein Speicherrad r angelbracht, das drehbar auf einer Nabe sitzt, die durch einen Stift h mit der Welle fest verbunden werden kann. Nach Entfernen des Haltestiftes h und Lösen der Seilhaltevorrichtung p kann auf dem Speicherrad, das gegenüber der Seiltrommel t verdreht werden kann, nach Belieben viel Seil aufgewickelt werden. Dann wird der Haltestift h wieder eingeführt, das Seil in der Haltevorrichtung p festgeklemmt und durch die Führung μ auf die Seiltrommel t geführt, wodurch es beim Drehen der Seiltrommel auf diese aufgewickelt wird. Da die Seiltrommel sich beim Aufwickeln einmal nach rechts und einmal nach links dreht, ist, um das Seil vor starker Biegungsbeanspruchung zu schützen, die Festspannvorrichtung drehbar angeordnet.

Die Wirkungsweise wird in den Abb. 4 und 5 veranschaulicht. Der Werktisch 7 wird während des Arbeitshubes nach rechts von r bis 4, während des Leerhubes nach links

von 4 bis ι bewegt. Zwischen den Punkten 2 und 3 hat der Werktisch seine normale gleichbleibende Geschwindigkeit, und zwar ist diese bei der Rücklaufbewegung von 3 nach 2 etwa dreimal so groß als bei der Hinlaufbewegung von ι nach 2. In Abb. 5 ist die Höhenlage des Gewichtes q entsprechend der jeweiligen Lage des Werktisches 7 angedeutet. Wenn der Werktisch vor Beginn des Arbeitsvorganges bei ι steht, befindet sich das Gewicht q in der Höhenlage 8. Die Zahnstange c wird durch den Klinkenzahn s₃ gehalten. Der Motor wird eingeschaltet und beschleunigt den Werktisch bis zum Punkte 2. Das Seil wickelt sich dabei von der Seiltrommel um einen gewissen Betrag ab. Von 2 bis 3 hat der Werktisch während der Bearbeitung des Werkstückes gleichbleibende Geschwindigkeit. Das Seil wickelt sich dabei weiter bis zum Punkte 6 ao ab, der sich in der Mitte zwischen 1 und 3 befindet. Vom Punkte 6 an wickelt sich das Seil zunächst bis zum Punkte 3 auf. Im Punkt 3 muß es sich in demselben gespannten Zustand befinden wie im Punkt 1. Vom Punkt 3 an wird das Gewicht q also mit hochgehoben. Dadurch wird der Klinikenzahn s₃ durch die Zahnstange s ebenfalls hochgehoben und der Motor abgeschaltet. Die kinetische Energie des Werktisches wird also auf dem Wege von 3 nach 4 in potentielle Energie des Gewichtes q umgewandelt. Im Punkte 4 befindet sich das Gewicht q in der Höhenlage 9. Der Tisch ist zum Stillstand gekommen und kehrt seine Bewegung um. Er steht auf dem Wege von 4 nach 5 lediglich unter der Einwirkung des Gewichtes q. Das Gewicht kommt dabei in die Höhenlage Null, wodurch sich der an dem Ende der Zahnstange ζ befindliche hervorstehende Schlußzahn ν auf den Klinkenzahn c_s aufsetzt. Die Klinke wird abwärts gedrückt und setzt dadurch die Auslösungswelle um 90⁰ in Bewegung. Die Steuerscheibe S₁ drückt dadurch über das Gerüst g den Schalter a„ in die Höhe, wodurch der Asynchronmotor auf weniger Pole umgeschaltet wird und zugleich zwei Phasen miteinander vertauscht werden, damit der Motor in der anderen Richtung als vorher läuft. Bei noch weiterem Herunterdrücken des Klinkenzahnes s_s wird der Schalter a., gehoben und der Motor eingeschaltet. Der Werktisch läuft jetzt mit dreifacher gleichbleibender Geschwindigkeit von 5 nach 2. Das Seil wickelt sich wieder bis 6 ab und von 6 auf. Im Punkte 2 ist das Seil gespannt, das Gewicht wird angehoben, die Zahnstange 2 bewegt sich nach oben, hebt wiederum den Klinkenzahn S₃, dadurch wird der Motor ausgeschaltet, das Gewicht wird während des Brermsvorganges auf der .Strecke 2 bis 1 wieder bis zur Höhenlage 8 emporgehoben und dadurch der Tisch zum Stillstand gebracht. Das Gewicht senkt sich im Punkte 1 wieder, die Zahnstange s greift in den Klinkenzahn z„ ein, drückt diesen nach unten, wodurch der Motor auf mehr Pole umgeschaltet wird, seine zwei Phasen wieder miteinander vertauscht werden und bei weiterem Niederdrücken des Klinkenzahes s_:s der Motor durch den Schalter a„ wieder eingeschaltet wird. Der Vorgang beginnt von Ί° neuem.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Rückgewinnung der Bremsenergie bei Maschinen und Appa- ^7S raten mit langsamem Arbeitshub und schnellem Rücklauf, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsenergie sowohl des Arbeits- als auch des Rückwärtshubes nach Ausschalten des Antriebes in potentielle Energie umgewandelt wird, diese aber nur zur Beschleunigung der Massen für die Rückwärtsbewegung wieder in kinetische Energie umgewandelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptteil der kinetischen Energie beim Abbremsen der hohen Rücklaufgeschiwindigkeit während des Leerhubes durch ein höheres Heben eines Gewichtes und ein weiterer Teil der kinetischen Energie beim Abbremsen der kleineren Laufgeschwindigkeit nach dem Arbeitshub durch ein geringeres Heben desselben Gewichtes in potentielle Energie verwandelt wird.

3. Anordnung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Gewicht eine Zahnstange verbunden ist, die durch Heben oder Senken einer Klinke eine Schaltvorrichtung zum Ausschalten oder Einschalten eines Motors auslöst.

4. Klinkenanordnung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Senken der Zahnstange die Klinke eine Auslösungswelle betätigt, auf der mehrere Steuerscheiben sitzen.

5. Auslösungswelle zur Klinkenanordnung nach Anspruch 4 mit einer Zahnscheibe und drei Steuerscheiben, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Form der drei Steuerscheiben beim Niederdrücken der Klinke die Steuerwelle stets immer nur eine Drehung um 90⁰ macht, -dabei eine Schaltvorrichtung zur Polumschaltung und zur Phasenvertauschung des Motors betätigt und beim Ende des Arbeitshubes den Eingriff der Klinke in die Zahnstange beseitigt, beim Ende des Leerhubes dagegen den Eingriff der Klinke in die Zahnstange bewahrt.

6. . Seilauf wickeleinrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Seil zum Teil auf einer Haupttrommel, zum Teil auf einem Seilspeicherrad aufgewickelt ist.

7. Seilauf wickeleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Seilspeicherrad gegenüber der Haupttrommel drehbar angeordnet ist, um je nach Belieben weniger oder mehr Seil auf das Speicherrad aufzuwickeln.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen