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Verfahren und Vorrichtung zur absatzweisen Steuerung von Gleichstrommotoren,
insbesondere Vorschubmotoren, für Werkzeugmaschinen Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur absatzweisen Steuerung von Gleichstrommotoren, insbesondere
Vorschubtnotoren, für Werkzeugmaschinen, bei welchen nach einer bestimmten Winkeldrehung
des Ankers die Ankerwicklung durch eine Umschaltvorrichtung über ein besonderes
Schleifringpaar mit Gleichstrom gespeist wird, so daß der Anker zu einem Magneten
mit festen Polen wird, die im Zusammenwirken mit den festen Polen des Magnetgestelles
den Anker nach einer bestimmten, der Polzahl des Motors entsprechenden Drehung festhalten.
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Zu diesem Zweck ist der Motor mit einer Nebenschluß-, Reihen- oder
Verbundwicklung auf dem Feldmagneten versehen, während der Anker die übliche Wicklung
und den Kollektor trägt. Mit der Ankerwicklung sind zwei Schleifringe verbunden,
deren Bürsten mit den Kollektorbürsten durch magnetische Schaltvorrichtungen verbunden
werden können. Im Ankerstromkreis oder auch in dem Feldstromkreis des Motors ist
ein Regler oder Reihenwiderstand angeordnet. Durch einen mit dem Anker umlaufenden
Schalter wird ein ein- oder doppelpoliger Schalter oder Umschalter gesteuert, der
mit einem weiteren magnetisch gesteuerten Schalter zusammenarbeitet und zur Zuführung
des Stromes zum Kollektor dient. Dabei ist ein Steuerschalter, welcher von Hand
oder durch eine Reibungsvorrichtung oder andere Mittel umgestellt werden kann, vorgesehen,
um die magnetischen Schalter zu schließen. Ferner ist ein Kurzschlußschalter vorgesehen,
der in Verbindung mit dem umlaufenden Schalter arbeitet. Dieser kann -entweder als
Schleifringschalter, als Stirnplattenschalter oder als Walzenschalter mit verschiedenen
Kontaktbelägen ausgebildet sein. An Stelle eines umlaufenden Schalters kann auch
ein ruhender Relaisschalter verwendet werden, mit welchem sich dieselben Wirkungen
erzielen lassen. Es ist nicht erforderlich, diesen Schalter in den Steuerstromkreis
zu legen, sondern es genügt unter Umständen, wenn die Spule des Relaisschalters
unmittelbar an die Netzleitungen angeschlossen wird. Um eine beliebige Anzahl von
Umdrehungen oder Teilumdrehungen zu erhalten, wird zweckmäßig ein Zwischengetriebe
verwendet, welches durch geeignete tlersetzungen mit der Ankerwelle verbunden ist.
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Die Erfindung ist auf den Zeichnungen beispielsweise dargestellt,
und zwar zeigt
Abb. i das Schaltbild des Motors und der Schaltvorrichtungen
für ein erstes Ausführungsbeispiel.
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Y ist das Magnetjoch eines vierpoligen Motors mit Nebenschlußwicklungen.
Die Pole, welche abwechselnd Nord- und Südpole darstellen, sind mit N, S, 1V, S
bezeichnet. C ist der Anker, und der Kollektor mit den Bürsten I, I, H, H
sind die beiden Schleifringe und Bürsten, die mit Abzapfleitungen an die übliche
Ankerwindung angelegt sind. E ist ein dritter Schleifring mit einer Bürste. Dieser
Schleifring ist mit einem stromführenden Segment F eines besonderen Schleifringes
F, D (Abb.2) verbunden. Das kleinere Segment F steht ständig mit dem Schleifring
E in Verbindung, während das größere Segment D vollkommen isoliert ist oder aus
Isoliermaterial besteht. El, E2 sind Bürsten, die mit dem stromführenden Segment
abwechselnd zusammenarbeiten. Die Schleifringe und Bürsten E, Ei, E2,
F, D stellen einen umlaufenden Schalter R dar, der in der Zeichnung als Rechteck
in strichpunktierten Linien veranschaulicht. ist.
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A, Al, Az ist der Steuerschalter für den Gleichstrommotor.
Das Schaltmesser A kommt mit dem Kontakt A1 erst in Berührung, nachdem es den Stromschluß
mit dem Kontakt Az hergestellt hat. B ist die Spule eines magnetisch gesteuerten
Schalters, der den Netzstrom dem Kollektor C zuführt. G ist ebenfalls die Spule
eines magnetisch gesteuerten doppelpoligen Schalters, der die Schleifringe
H, H unmittelbar parallel zu den Bürsten I, I des Kollektors schaltet.
I ist ein Kurzschlußschalter zwischen den Bürsten El und E2. K ist der zusätzliche
Schalter für den Haltestrom des Magneten G, der, einmal eingelegt, geschlossen bleibt
und in dem Stromkreis durch den Schalter A liegt. L ist ein Reihenwiderstand, der
den Ankerstrom auf einen entsprechenden Wert begrenzt.
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Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung ist folgende: Der 1NTetzschalter
wird geschlossen. Die Feldmagnete des Motors Y sind erregt. Beim Schließen des Schalters
A schließt nun Schütz B, und der Strom wird dem Kollektor und der Ankerwicklung
C über den Widerstand.L zugeführt. Der Anker C beginnt sich zu drehen. Der auf dem
Ende der Ankerwelle sitzende umlaufende Schalter R und der Schalter T werden geschlossen.
Das stromführende Metallsegment F des besonderen Schleifringes F, D schließt einen
Stromkreis über die Bürsten E und El und dieErregerwicklung desdoppelpoligen Magnetschalters
,G, der die übereinandergezeichneten Kontakte unmittelbar schließt und so die Schleifringe
H, H parallel zu den Kollektorbürsten 1, I legt. Dadurch wird der
Anker C in einen Elektromagneten mit festen Nord-und Südpolen verwandelt und kommt
plötzlich zur Ruhe, wenn diese Elektromagnetpole den entsprechenden Süd- und Nordpolen
des Feldmagneten gegenüberstehen, d. h. in der beschriebenen Ausführung genau bei
einer halben Umdrehung von der ursprünglichen Stellung aus (s. Abb: 5). Die Bürsten
des drehbaren Schalters R sind inzwischen über den stromführenden Kontakt F hinweggegangen,
so daß die Kontaktvorrichtung G ausschalten würde, wenn nicht durch den Halteschalter
K ein Stromkreis aufrechterhalten würde, der durch die Schalterspule G bei geschlossenem
Steuerschalter A zum Netz führt. Beim Öffnen des Steuerschalters A öffnen beide
Schalter B und G. Wird darauf der Schalter A wieder geschlossen, dann führt der
Anker C eine weitere Teilumdrehung in derselben Richtung aus. Wenn eine Umkehr der
Drehrichtung notwendig ist, dann tritt an Stelle der einpoligen Kontaktvorrichtung
B ein Paar doppelpolige Kontaktvorrichtungen, um die Verbindungen zum Anker nach
Belieben umzusteuern. Diese Ausführungsform ist in dem Schaltbild nicht dargestellt.
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Bei einer weiteren halben Umdrehung läuft der Steuerstromkreis des
Schützes G durch die Bürste E und die'weitere Bürste E= des umlaufenden Schalters
R. Die Arbeitsweise dieser Teile ist dann dieselbe wie bei der Bürste i.
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Angenommen, der Schalter T sei geöffnet, dann wird beim nächsten Öffnen
und Schließen des Schalters A eine volle Umdrehung ausgeführt, da die Bürste El
nun von dem Steuerstromkreis abgeschaltet ist und das Segment F des drehbaren Schalters
R keine Stromführung herstellt, bis das Segment F wieder nach E2 kommt; dann wird
die Spule des Schützes G erregt, und der Anker kommt in seiner ursprünglichen Stellung
zur Ruhe, d. h. nach einer vollen Umdrehung. Der Halteschalter K hält die Verbindung
der Schleifringe H, H mit dem Kollektor, wie oben beschrieben, aufrecht,
wenn das Segment F des drehbaren Schalters von der Bürste E2 abläuft.
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Es ist ersichtlich, daß, je nachdem ob der Schalterl geöffnet oder
geschlossen wird, aufeinanderfolgende ganze oder halbe Umdrehungen des Motorankers
durch einfaches Schließen oder Öffnen des Steuerschalters A erreicht werden.
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Die Abb. 2 stellt eine besondere Anordnung des Segmentschleifringes
F, D mit den Bürsten El, E2 dar. Das kleinere Segment F ist elektrisch mit dem vollen
Schleifring E
verbunden, «ährend das größere Segment D vollkommen
isoliert ist.
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Abb.3 zeigt eine andere Ausführung des umlaufenden Schalters R mit
Kontakten auf der Stirnseite in zwei Ansichten.
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Abb.4 ist ein durch Reibung arbeitender Steuerschalter A, der z. B.
mit einer der Umsteuerwellen einer Hobelmaschine verbunden ist, um eine selbsttätige
Wiederholung der periodischen Drehung oder Teildrehung des Motors bei der Umsteuerung
der Maschine zu bewirken, so daß auf diese «'eise ein selbsttätiger Vorschub einfach
durch Kupplung des Motors mit den zu bewegenden Teilen bewirkt wird. Dieser Schalter
wird an Stelle des Steuerschalters A bei der ersten Ausführungsform verwendet. In
diesem Falle kann der Kontakt Al starr angeordnet werden, während der Kontakt Az
federnd gelagert ist, um einen längeren Kontakt zu erhalten.
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Die Abb.5 zeigt einen zweipoligen und einen sechspoligen Motor und
die Art und Weise, in welcher der Anker durch die Verbindungen der Schleifringe
mit den Kollektorbürsten als zwei- oder sechspoliger Magnet wirkt. Diese Bilder
zeigen, warum die normale Drehung bei einem zweipoligen Motor eine volle Umdrehung,
bei einem vierpoligen Motor eine halbe und bei einem sechspoligen Motor eine drittel
Umdrehung ist. In allen, drei Fällen besitzen, obgleich nur zwei und sechs Pole
dargestellt sind, die festliegenden Pole des Feldmagneten abwechselnde Polarität.
Die Polabschnitte des Ankers wechseln ebenfalls bezüglich ihrer Polarität. Der Nordpol
oder die Nordpole auf dem Anker werden festgehalten, wenn sie sich gegenüber dem
Südpol oder den Südpolen des Feldmagneten befinden, d. h. gegenüber jedem zweiten
Pol, welcher einer vollen, einer halben oder einer drittel Umdrehung entspricht,
je nachdem ein zweipoliger, ein vierpoliger oder ein sechspoliger Motor verwendet
wird.
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Hier mag erwähnt werden, daß die Zapfstellen bei einem zweipoligen
Motor i8o°, bei einem vierpoligen 9o° und bei einem sechspoligen Motor 6o° auseinander
liegen.
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Abb.6 zeigt die Anordnung eines durch Getriebe in Umdrehung versetzten
Schalters. Der Motor N hat Schleifringe H, H, die, wie oben beschrieben,
mit dem Anker verbunden sind. Ferner sind die bereits beschriebenen Schalter vorgesehen,
um die Schleifringe H, H mit den Kollektorbürsten zu verbinden. 0 ist eine Kupplung
zwischen der Motorwelle und der Getriebewelle U. Auf der Welle TI sitzt ein
Zahnrad P, das mit einem Zahnrad 0 auf der Welle T kämmt. Ferner sind auf der Welle
T fünf Schleifringe b'1, L'2, I'', V -l, L'5 angeordnet. Nur der Ring V'
ist ein normaler, sich um den ganzen Umfang erstreckender Ring. Die anderen Schleifringe
haben ein, zwei, drei oder vier stromführende Segmente, wie die einzelnen Stirnansichten
der Schleifringe zeigen. Die übrigen Teile der Schleifringe sind isoliert. Entsprechend
der Höchstzahl der stromführenden Segmente auf dem Ring L'4 ist das Getriebe P,
0 im Verhältnis von q. : i übersetzt, der Motor und die. Welle LT führen also i,
i1/3, 2 oder 4. Umdrehungen aus, je nachdem die Schleifringe T14, T'2, V2 oder hl
in Verbindung mit T'' zur Steuerung der magnetischen Bremsvorrichtung verwendet
«erden.
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S, S ist ein Wählerschalter mit dem Schalterarm X, um den gemeinsamen
Kontakt Z mit den Kontakten i, 2, 3 oder .4 zu verbinden. Wenn z. B. der Wählerschalter
auf den Kontakt 2 eingestellt ist, dann besteht der Bremssteuerstromkreis wie folgt:
Von der Hauptleitung über Steuerschalter A, durch die Erregerspule der Kontaktvorrichtung
G, dem gemeinsamen Kontakt Z des Wählerschalterarmes X, den Kontakt 2, über den
Schleifring L'2, ferner über den Schleifring L'' zur anderen Hauptleitung.
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Unter diesen Umständen wird die Welle T halbe Umdrehungen ausführen,
aber der Motor, durch den die Welle LT zur Welle T
im übersetzungsverhältnis
von ,4 : i steht, führt zwei Umdrehungen aus. Die anderen Kombinationen können durch
Einstellung des Wählerschalterarmes X auf die anderen Kontakte erhalten werden,
so daß andere Segmentschleifringe mit dem gemeinsamen Schleifring y'5 in Verbindung
treten.
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Abb. 7 zeigt eine andere Ausführungsform eines durch ein Getriebe
betätigten Drehschalters. In diesem Falle sind der Motor, die Kupplung, die Welle
und die Getrieberäder dieselben wie in Abb. 6.
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Rund um den Schleifring D, F befinden sich die» vier Bürsten
EI,-, Eb, Ec, Ed entsprechend dem Getriebeverhältnis von 4 : i in
den Rädern P, 0. Der Wählerschalter S, S hat drei Kontakte i, 2 und 3; Z ist die
gemeinsame Zuleitung und X der als Segment ausgebildete Schalterarm. Wenn der Arm
X auf dem Kontakt i des Wählerschalters steht, dann geht der Bremssteuerstromkreis
über die Bürste E, den Schleifring F und die Bürste EI" der Stromkreis wird
also bei einer Umdrehung der Welle T oder nach vier Umdrehungen des Motors und der
Welle U einmal geschlossen. Wenn der Arm X auf den Kontakten i und 2 des Wählerschalters
liegt, dann wird der Bremssteuerstromkreis zweimal bei einer Umdrehung der Welle
T oder bei zwei Umdrehungen der Welle L' geschlossen. Wenn der Kontakt X die Kontakte
i, 2, 3 berührt, dann wird der Bremssteuerstromkreis
bei einer
Umdrehung der Welle U viermal geschlossen; man erhält also eine, zwei oder vier
Umdrehungen des Motors und des mit dem Motor durch die Welle U verbundenen Drehschalters.
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Das Getriebeverhältnis zwischen Motor und dem drehbaren Schalter kann
nach Bedarf vergrößert werden, wobei dann die Schleifringe eine größere Anzahl stromführender
Segmente oder Bürsten erhalten und gleichzeitig die Anzahl der Kontakte auf dem
Wählerschalter erhöht wird. Bei dem Übersetzungsverhältnis 32 : i, unter Verwendung
von 32 stromführenden Segmenten auf einem Schleifring, würde man eine Umdrehung
erhalten und bei einem Schleifring mit einem stromführenden Segment und 32 Bürsten
mit entsprechendem Wählerschalter 32 Umdrehungen.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 8 wird an Stelle des umlaufenden
Schalters ein Relaisschalter verwendet. Dieser Schalter arbeitet im wesentlichen
ebenso wie der drehbare Schalter. Das Schaltbild ist dasselbe wie in der Abb. i
mit der Ausnahme, daß an Stelle des Drehschalters auf der Motorwelle oder auf der
Getriebewelle ein Relaisschalter R verwendet wird, um die magnetische Bremsvorrichtung
wie folgt zu steuern: Der Steuerschalter A wird geschlossen. Schalter
B
schließt den Ankerstrom, und der Motor läuft an. Die Spule des Relaisschalters
R liegt parallel zu den Ankerklemmen I, I; unmittelbar darauf wird der Stromkreis
von A durch die Schützenspule G zur anderen Hauptleitung durch die Schaltscheibe
W geschlossen, die, angezogen, die Kontakte W1, W2 berührt. Die weitere Wirkungsweise
ist dieselbe wie bei der Ausführungsform nach Abb. i. Die Spule des Relaisschalters
k kann auch über den Steuerschalter an die Netzleitungen selbst angeschlossen werden.
Die Zeit der Bewegung der Motorwelle entspricht dann der Zeit, die gebraucht wird,
um die Kontakte W, W1, WZ zu schließen.