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Verfahren zum Betrieb von durch Kurzschlußläufermotoren angetriebene
Maschinen, bei denen große Schwungmassen zu beschleunigen sind Die Erfindung betrifft
ein Verfahren und eine Einrichtung zum Betrieb von Maschinen mit großen zu beschleunigenden
Massen, wie z. B. Zentrifugen, die durch Kurzschlußläufermotoren angetrieben werden.
Bei solchen Zentrifugen stimmt vielfach die durch .die Polzahl bei gleichbleibender
Frequenz bestimmte Drehzahl des Antriebsmotors, also die Motordrehzahl 295o oder
1450 oder 950
oder 720, mit der höchst zulässigen, sich aus der mechanischen
Festigkeit der Zentrifugentrommel oder aus der Artdes Schleudergutes ergebenden
Betriebsdrehzahl der Zentrifugentrommel nicht überein. Wenn diese Betriebsdrehzahl
also z. B. 1300 Umläufe beträgt, so liegt sie dann zwischen den Motordrehzahlen
1450 und der nächstniedrigen Motordrehzahl 95o. Beiden neuzeitlichen Zentrifugenantrieben,
bei denen Motor und Zentrifugentrommel gleichachsig sind, hat diese Drehzahldifferenz
den Nachteil, daß man mit 95o Umläufen schleudern muß, während man mit 1300 Umläufen
schleudern könnte, so daß Zeit verlorengeht. Die Erfindung beseitigt diesen Nachteil.
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Die Erfindung besteht darin, daß ein Antriebsmotor verwendet wird,
der bei normaler Sättigung eine höhere Drehzahl als die Arbeitsmaschinendrehzahl
besitzt und der zum Anfahren an die ,der normalen Sättigung entsprechende Spannung
und kurz vor oder beim Erreichen :der Maschinenbetriebsdrehzahl an eine um so viel
geringere Spannung gelegt wird, daß die zulässige Maschinenbetriebsdrehzahl nicht
überschritten wird. Man kann dabei die asynchronen Antriebsmotoren zur Erzielung
eines hohen Anlaufdrehmoments in an sich bekannter Weise mit erhöhter Induktion
durch entsprechende Umschaltung der Stän:derwicklung anlassen. Es ist zwar bereits
bekannt, Motoren nach dem Erreichen einer normalen Drehzahl umzuschalten. Dieses
Verfahren hat jedoch nur den Zweck, den Wirkungsgrad zu verbessern, nicht aber die
Arbeitsmaschine=besser auszunutzen.
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Die Umschaltung kann selbsttätig geschehen, wozu beispielsweise an
sich bekannte Geschwindigkeitsmeß- oder Anzeigevorrichtungen, z. B. Tachometer,
benutzt werden kÖnnen. Ein Maß für die erreichte Drehzahl gibt aber auch der aufgenommene
Strom. Man kann daher erfindungsgemäß die Umschaltung auch von Stromwächtern abhängig
machen, die in eine oder mehrere Phasen der Motorleitung eingebaut sein können.
Die Arbeitskontakte der beiden Stromwächter sind zweckmäßig in Reihe geschaltet,
so daß beim Versagen des einen Stromwächters trotzdem eine Umschaltung auf niedrigere
Spannung selbsttätig stattfindet.
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Ein Ausführungsbeispiel .der Erfindung ist in den Abbildungen näher
erläutert, von denen die Abb: i ein Schaltbild eines Zentrifugenantriebes nach der
Erfindung, und zwar mit
.vollautomatischer Steuerung, und die Abb.
2 ein Anlaufzeitendiagramm für die Zentrifuge darstellt.
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In der Abb. i ist das .den Zentrifugenantriebsmotor i speisende Netz
mit 2 bezeichnet, das durch den Hauptschalter 3 auf den Motor i und die gesamte
Schalteinrichtung geschaltet werden kann. Zu der Schalteinrichtung gehören in der
Hauptsache ein Anlaufschütz 4o mit den Kontakten 4, 42 und 43, ein Betriebsschütz
5o mit den Kontakten 51
und 52, von ,denen einer immer geschlossen, der andere
immer geöffnet ist, und ein Bremsschütz 6o. In die Motorzuleitung sind in zwei von
den drei Phasen je ein Stromwächter 70-und 8o mit den Kontakten 71 und 81
eingeschaltet. Die erforderliche niedrigere Spannung wird z. B. durch einen Transformator
4 geliefert. Zur Einschaltung des Anlaufschützes 40 und der Schaltuhr 5 dient der
Druckknopf io mit den Kontakten ii und i2, während das Betriebsschütz 5o vom Kontakt
43 des Anlaufschützes 4o und vom Kontakt'2i des Hilfsrelais 2o, das außerdem einen
Haltekontakt 22 hat, gesteuert wird. Das Hilfsrelais 30 mit seinem Selbsthaltekontakt
32 steuert mit seinem Arbeitskontakt 31 das Bremsschütz 6o, das außerdem aber noch
von dem Kontakt 52 des Betriebsschützes 50 abhängig ist. Die Schleuderzeit
der Zentrifuge ist einstellbar durch die Schaltuhr 5, .außerdem ist ein Rücklaufsch.alter
6 vorgesehen, der bei beginnendem Rücklauf der Zentrifuge den Haltestromkreis für
das Hilfsrelais 30 unterbricht, so daß das Bremsschütz entregt und der Motor abgeschaltet
wird. Zum plötzlichen Stillsetzei während des Anlaufes oder Betriebes dient der
zweipolige Schalter 44.
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Soll die Zentrifuge in Betrieb gesetzt werden, so werden zunächst
der Hauptschalter 3 und der Schalter 44 eingelegt. Durch Drücken des Druckknopfes
io erhält das Anlaufschütz 40 Spannung, springt an, öffnet den Kontakt 43 und schließt
den Selbsthaltekontakt 41 für das Anlaufschütz und dein Kontakt 42, wodurch das
Hilfsrelais 2o erregt wird. Das Hilfsrelais springt an und hält sich selbst über
seinen Selbsthaltekontakt 22 und bereitet das Einschalten des Betriebsschützes 5o
durch Schließen des Kontaktes 21 vor. Beim Einschalten des Motors springen auch,die
beiden Stromwächter 70 und 8o an und schließen den Haltestromkreis des Anlaufschützes
4o über die in Reihe liegenden Kontakte 71 und 81, so daß nach Loslassen des Einschaltdruckknopfes
io das Anlaufschütz 4o eingeschaltet bleibt. Während des Anlaufes sinkt der Anlaufstrom
des Motors. Beim Erreichen der einstellbaren Größe des Motorstromes fallen beide
Stromwächter ab, gleichzeitig oder nacheinander, und unterbrechen den Haltestromkreis
des Anlaufschützes 4o, wodurch dieses abfällt und der Motor zunächst abgeschaltet
wird. Die Stromwächter sind so eingestellt, daß sie beim Erreichen der Maschinenbetriebs,drehzahl
abfallen. Der Antriebsmotor wird also auf .der Betriebsdrehzahl angelangt abgeschaltet.
Das Abfallen des Anlaufschützes öffnet den Kontakt 42 und schl.ießt* den Kontakt
43. Durch .das Öffnen des- Kontaktes 42 fällt das Hilfsrelais 2o nicht ab, sondern
dieses bleibt erregt, weil es durch den Selbsthaltekontakt 22 gehalten wird. Durch
den Kontakt 43 wird der über den Arbeitskontakt 21 des Hilfsrelais 2o geführte Erregerstromkreis
des Betriebsschützes 5o geschlossen. Das Betriebsschütz spricht an und schaltet
damit den Motor und den Transformator 4, der die für die Drehzahl des Motors erforderliche
niedrigere Spannung liefert, wieder ein, so .daß der -!Motor auf der erreichten
Drehzahl mit der niedrigeren Spannung weiterläuft. Der Kontakt 5i schließt den Erregerstromkreis
für das Hilfsrelais 30, das anspricht und den Erregerstromkreis für das Bremsschütz
6o vorbereitet. Ist die Schleuderzeit beendet, so unterbricht .die beim Einschalten
durch den Druckknopf io über den Kontakt 12 an Spannung gelegte und gleichzeitig
aufgezogene Schaltuhr 5 den Selbsthaltestromkreis des Hilfsrelais 2o. Dieses und
.damit das Betriebsschütz 5o fallen ab, der Kontakt 52 wird geschlossen und das
Bremsschütz 6o dadurch erregt. Der Antriebsmotor i wird gebremst. Sobald er nach
seinem Stillstand sich rückwärts zu drehen beginnt, tritt der Rücklaufschalter 6
in Tätigkeit und öffnet den Selbsthaltestromkreis des Hilfsrelais 3o, das abfallend
das Bremsschütz entregt und den Motor dann abschaltet. Die Anlage ist jetzt in Ruhe
und kann durch Drücken auf den Einschaltdruckknopf io von neuem in Betrieb gesetzt
werden.
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Als Spannung herabsetzende Vorrichtungen können außer dem Transformator
4 auch andere Vorrichtungen, beispielsweise Spartransformatoren oder Widerstände,
verwendet werden. Da die Motoren nach beendetem Anlauf beim Schleuderbetrieb nur
die Luft- und Lagerreibungswiderstände zu überwinden haben, so kann dieser Spannungsverminderer
entsprechend klein bemessen sein.
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Die beiden Stromwächter liegen in verschiedenen Phasen, um eine doppelte
Sicherheit für das Umschalten auf die niedrigere Spannung zu haben. Ihre Arbeitskontakte
71 und 81 liegen in Reihe, so daß beim Ansprechen schon eines Stromwächters der
Motor auf niedrige Spannung umgeschaltet wird.
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Die Abb.2 zeigt Anlaufdiagramme bei Verwendung verschiedener Antriebsmotoren
mit
verschiedenen Grunddrehzahlen. Auf der Abszisse ist die Anlaufzeit aufgetragen und
auf der Ordinate die Motordrehzahl pro Minute. Die Kurve I zeigt die Anlaufverhältnisse
bei einem Motor für die Betriebsdrehzahl 71o, die Kurve II für einen Motor mit der
Betriebsdrehzahl 950 und die Kurve III für einen Motor mit der Betriebsdrehzahl
1450. Es sei angenommen, daß eine Zentrifuge mit Soo Umdrehungen maximal laufen
kann. Gemäß der Erfindung wird nun ein Motor mit der Betriebsdrehzahl 95o verwendet
und normal eingeschaltet; sobald der Motor die Drehzahl 8oo erreicht (Punkt 1V im
Diagramm), treten .die Stromwächter in Tätigkeit, und der Motor wird an die der
Drehzahl 8oo entsprechende niedrigere Spannung angeschlossen. Während es früher
notwendig war, für diese Zentrifuge einen Motor mit der Betriebsdrehzahl
710 zu verwenden und hierbei die Anlaufzeit etwa 170 Sekunden betrug
und die Zentrifuge nach dem Anlaufen während des Schleuderns nur mit 710
Umdrehungen lief, wird durch die Verwendung des größeren Motors erreicht, daß die
Drehzahl 8oo bereits nach 95 Sekunden erreicht ist, und daß diese höhere Drehzahl
auch nach dem Anlassen während des Schleuderns dauernd beibehalten wird (Linie VII).
Für eine mit 125o Umdrehungen maximal belastbare Zentrifuge würde gemäß der Erfindung
ein Motor mit 1450 Umdrehungen gewählt werden und nach einer Anlaufzeit von ioo
Sekunden durch die Stromwächter auf die niedrigere, der Drehzahl 125o entsprechende
Spannung umgeschaltet werden, was durch Punkt V und Linie VI dargestellt ist. Das
Diagramm zeigt auch hierbei deutlich die zeitlich erreichten Vorteile der Erfindung
gegenüber dem bisher verwendeten Motor mit 950 U. p. M. (Linie II).
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Die Vorteile der Zwischendrehzahlen liegen darin, daß man das Material
der Zentrifuge besser ausnutzen und außerdem mit der für eine bestimmte Ware höchst
zulässigen Geschwindigkeit schleudern kann. Bisher war man an die Drehstromdrehzahlen
3000, 1500, iooo und 750 (synchrone Drehzahlen) gebunden und rnußte eine maximal
mit 1250 Umdrehungen belastbare Zentrifuge mit einem ioootourigen Motor versehen,
obwohl sie mechanisch so stark gebaut war, daß sie ohne weiteres 125o Touren aushalten
könnte. Gemäß der Erfindung verwendet man einen 15ootourigen Motor und schaltet
ihn bei Erreichung der Drehzahl 125o um. Das ergibt erstens eine kürzere Anlaufzeit
und zweitens, da die auf das herauszuschleudernde Wasser wirkende Zentrifugalkraft
etwa proportional dem Oua@drat der Drehzahl ist, ein schnelleres und intensiveres
Herausschleudern des Wassers, d.h. eine Verkürzung der Schleuderzeit. Verkürzte
Anlauf- und Schleuiderzeiten ergeben aber eine bessere wirtschaftliche Ausnutzung
der Zentrifuge. Bei Übereinstimmung der gegebenen höchsten Schleuderdrehzahl mit
den Drehzahlen 1450, 9501 720 lassen sich auch polumschaltbare Motoren für
die Verwirklichung des Erfindungsgedankens verwenden. Man kann die Schaltung dann
so durchführen, daß z. B. der Motor zunächst angelassen wird, als ob er auf 3ooo
Touren anlaufen sollte. Er wird aber bei Erreichung der Drehzahl i5oo auf seine
niedrigere Drehzahl umgeschaltet. Außerdem liegt nichts im Wege, z. B. eine 72otourige
Zentrifuge mit einem 145otourigen Motor anzulassen.