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Einrichtung zur Aufrechterhaltung des relativen Gleichlaufes der Teilmotoren
bei mehrteiligen Arbeitsmaschinen, insbesondere Papiermaschinen Die Erfindung betrifft
eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung des relativen Gleichlaufs der einzelnen Teilmotoren,
insbesondere von Papiermaschinenmehrmotorenantrieben, die mit Geschwindigkeitsregelung
ausgerüstet sind. Bei solchen Regeleinrichtungen kann eine Gleichlaufeinrichtung
z. B. einerseits von der Teilmotorengeschwindigkeit, andererseits von einer Leitgeschwindigkeit
beeiriflußt werden, wobei eine Ungleichheit der zugeführten Regelgrößen zur Regelung
des zugehörigen Teilmotors ausgenützt wird. Das Arbeiten solcher Regeleinrichtungen
ist abhängig von der absoluten Drehzahlhöhe der ganzen Papiermaschine, d. h: die
in den Regeleinrichtungen arbeitenden Geschwindigkeiten sind proportional der Arbeitsgeschwindigkeit
der Papiermaschine. Auch die zur Zugeinstellung dienenden Kegelscheibentriebe arbeiten
daher mit verschiedenen Geschwindigkeiten, was sich insofern nachteilig auswirkt,
als ihre Durchzugskraft proportional der Geschwindigkeit abnimmt. Ebenfalls bei
Verwendung der bekannten elektrischen Differentialeinrichtungen, denen der Arbeitsgeschwindigkeit
proportionale Frequenzen zugeführt werden, macht sich dieser Nachteil, der mit der
Arbeitsgeschwindigkeit abnehmenden Frequenz dadurch bemerkbar, daß die Regelung
bei den niedrigen Frequenzen nicht mehr so gut arbeitet wie bei den hohen Frequenzen,
obwohl die Regeleinrichtungen für große Frequenzbereiche bemessen werden.
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Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß
die Gleichlaufeinrichtung von einer von der absoluten Drehzahlhöhedes Mehrmotorenantriebes
unabhängigen konstanten Größe einerseits unmittelbar, andererseits unter Berücksichtigung
der Leitgröße, z. B. der Leitgeschwindigkeit, und der Istgröße, z. B. der Teilmotorengeschwindigkeit,
beeinflußt ist. Bei den Anordnungen gemäß der Erfindung können die Kegelscheibentriebe
dauernd, d. h. bei allen Papiergeschwindigkeiten, mit derselben .Geschwindigkeit
und die elektrischen Differentialvorrichtungen -stets mit gleicher Frequenz arbeiten.
Außerdem lassen sich hierbei noch besondere Anordnungen treffen, durch die die bekannten
mechanischen oder elektrischen Differentiale mit ihren Widerstandsreglern durch
eine unmittelbare Spannungsregelung ersetzt werden können.
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Die Leit- und die Istgrößen können teilweise durch algebraische Zusammensetzung
mit der unabhängigen Größe berücksichtigt werden. Man wird in diesem Falle der Gleichlaufvorrichtung
einerseits die unabhängige Größe und andererseits die Kombination aus unabhängiger
-Größe und Ist- und
Leitgröße zuführen. Zweckmäßig erhalten die
Ist- und die Leitgröße einander entgegengesetzte Vorzeichen. Infolgedessen werden
sich bei Übereinstimmung von Ist- und Leitgröße beide Größen aufheben, Der Gleichlaufvorrichtung
wird dann beiderseits nur die unabhängige Größe zugeführt, so daß kein Regelvorgang
auf den zugehörigen. Teilmotor ausgeübt wird.
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Die algebraische Zusammensetzung kann in beliebiger Reihenfolge vorgenommen
werden. Man: kann beispielsweise zu der unabhängigen Größe U die Leitgröße
L
addieren und von dieser Summe die Teilmotorengröße T abziehen, so daß man
die Größe U -E- L - T erhält. Man kann auch U - T -f - L oder
auch U - L -[- T oder auch U + T - L oder auch
T - L + U usw. bilden. Zur algebraischen Zusammensetzung der Einzelgrößen
können z. B. mechanische oder auch elektrische Differentialgetriebe oder an sich
bekannte Einrichtungen verwendet werden. Zum Vergleich der zusammengesetzten Größe
Z mit der unabhängigen Größe U können ebenfalls mechanische oder elektrische Differentialeinrichtungen
dienen, wie sie nachstehend an Hand von verschiedenen schematisch gezeigten Ausführungsbeispielen
näher beschrieben sind, ohne daß damit gesagt sein soll, daß diese Beispiele erschöpfend
wären.
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In der Fig. i ist mit 1 ein Teilmotor und mit 2 der Leitmotor bezeichnet.
Die Anker beider Motoren werden von einem Netz 3 und ihre Felder von einem Netz
¢ gespeist. Zur Regelung der Drehzahl des Leitmotors dient ein Regler 5. Die Erregung
des Teilmotors i wird von dem Regler 6 beeinflußt, dessen Verstellung von der Bewegung
des Gehäuses des Differentialgetriebes 7 abhängt. Der Teilmotor i treibt das Planetenrad
8 eines Differentialgetriebes 9 mit der Größe T an, dessen zweites Planetenrad io
mit denn Planetenrad i i des Differentialgetriebes 7 gekuppelt ist. Das Gehäuse
1s des Differentialgetriebes 9 ist beispielsweise durch einen Riemen 13 mit dem
Gehäuse 14 des Differentialgetriebes 15 gekuppelt, daß dem Leitmotor 2 zugeordnet
ist und dessen Planetenrad 16 von diesem Leitmotor mit der Größe L angetrieben wird.
Das Planetenrad 17 des Differentialgetriebes 15 wird von einem Motor 18 angetrieben.
Auf der- Welle 19 ist ein Konus 2o befestigt, der zur regelbaren Übertragung der
Geschwindigkeit des Motors 18 auf das als konische Riemenscheibe ausgebildete Gehäuse
21. des Differentialgetriebes 7 dient. Der Motor 18 sei beispielsweise ein Drehstrommotor,
der durch die Leitungen 22 gespeist wird. Die Drehzahl. des Motors 18 ist die unabhängige
Größe U. Sie wird einerseits mit Hilfe des Riemens 23 auf das Differentialgetriebe
7 übertragen, andererseits wird die unabhängige Größe durch die Welle 19 auf das
Planetenrad 17 des Differentialgetriebes 15 übertragen, in welchem die unabhängige
Größe U mit der von der Leitmaschine 2 gelieferten Leitgröße L algebraisch zur Größe
U -i- L zusammengesetzt wird. Die algebraische Zusammensetzung dieser beiden Größen
wird durch den Riemen 13 auf das Differentialgetriebe 9 übertragen, in welchem die
Summe der unabhängigen und der Leitgröße U -f- L mit derTeilmotorengrößeT algebraisch
zusammengesetzt wird. Das Planetenrad 1o des Differentialgetriebes 9 überträgt auf
das Planetenrad i i des Differentialgetriebes 7 die Größe U + L - T.
In dem Differentialgetriebe 7 wird diese zusammengesetzte Größe Z mit der durch
den Riemen 23 zugeführten Größe U verglichen. Mit dem Sonnenrad 24 des Differentialgetriebes
7 ist der Reglerarm 25 des die Erregung des Teilmotors z beeinflussenden Reglers
6 gekuppelt, so daß die Verstellung des Sonnenrades 2q. die Drehzahl des Teilmotors
i beeinflußt.
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Der Riemenantrieb 23 braucht nicht zwischen den die unabhängige Größe
liefernden Motor 18 und das Differentialgetriebe 7 eingeschaltet zu sein. Der Riementrieb
kann vielmehr auch an beliebigen anderen Stellen, beispielsweise zwischen die Leitmaschine
2 und das Planetenrad 16 oder zwischen den Teilmotor i und das Planetenrad 8 oder
zwischen das Differentialgetriebe 15 und das Differentialgetriebe 9 oder auch zwischen
das Differentialgetriebe 9 und das Differentialgetriebe 7 oder auch zwischen den
Motor i8 und das Umlaufrad 17, eingeschaltet sein. In den weiteren Ausführungsbeispielen
ist es an verschiedenen Stellen angeordnet.
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Auf der die Räder io und 1i verbindenden Welle ist eine Riemenscheibe
26 angeordnet, die über einen Riemen 27 .den Drehzahlanzeiger 28 antreibt, dessen.
Zweck weiter unten erläutert ist.
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Die Fig. 2 zeigt eine der Vig. i entsprechende elektrische Einrichtung.
An Stelle der Differentialgetriebe 15,-9 und 7 sind Maschinen 30, 31, 32 getreten.
Die unabhängige Größe wird in Form einer Frequenz vom Netz 38 durch die Leitung
46 dem Stator der Maschine 3o zugeführt. Der Rotor wird von der Leitung 2 mit der
Größe L angetrieben, so daß sich in dieser Maschine 3o die Größe U + L bildet, die
durch die Leitung 33 dem Anker 39 .der Maschine 31 zugeführt wird. Der Anker 39
wird von dem Teilmotor i mit der Größe T angetrieben, so daß in dieser Maschine
3 1 die Größe U + L -T gebildet wird, die, dem Stator entnommen,
durch die Leitung 34 dem Ständer 35 der elektrisehen
Differentialgetriebes
32 zugeführt wird. Außerdem wird dem Differentialgetriebe 32 die unabhängige Größe
U unmittelbar in Form einer- Drehzahl von dem Synchronmotor 36 unter Zwischenschaltung
des konischen Riementriebes 37 zugeführt. Die Maschine 36 treibt das drehbar gelagerte
Gehäuse der Maschine 32 an. In der Maschine 32 wird die algebraische Summe der verschiedenen
Größen U -f- L -T mit der unabhängigen Größe U verglichen. Die Verstellung
des Ankers der Maschine 32 beeinflußt in an sich bekannter Weise die Erregung des
Teilmotors i unter Zwischenschaltung des Reglers 6. Die Erregung wird von dem Netz
2o geliefert, das gleichzeitig den Anker der Synchronmaschine 36 speist.
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Bei der Anlage gemäß der Fig. 3 wird die Größe T +
U - L mit der Größe U in dem elektrischen Differentialgetriebe 32
verglichen. Der Teilmotor i liefert die Größe T als elektrische Größe an den Läufer
der Maschine 4o, der von der Maschine 41 mit einer der unabhängigen Größe U entsprechenden
Drehzahl angetrieben wird,' so daß hier die algebraische Zusammensetzung der Größe
T -f- U gebildet wird. Diese Summe wird durch die Leitung 42 dem Läufer der Maschine
43 zugeführt. Der Ständer der von der Leitmaschine 2 angetriebenen Maschine 43 liefert
die Größe T + U - L durch die Leitung 44 an den drehbaren Ständer
des Differentialgetriebes 32. Der Ständer wird gleichzeitig mit der entsprechend
der Zwischenschaltung des Kegeltriebes 37 veränderten Drehzahl der Maschine 41 angetrieben,
so daß in der Maschine 32 die unabhängige Größe U mit der algebraischen Zusammensetzung
der anderen Größen T -f- U - L verglichen wird. Das Gleichstromnetz
29 speist die Erregung des Teilmotors i und den Anker des elektrischen Differentialgetriebes
32. Als die unabhängige Größe liefernde Maschine 41 ist in diesem Beispiel keine
Synchronmaschine, sondern eine Asynchronmaschine verwendet.
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In den Fig. 4 und 5 sind zwei weitere Beispiele dargestellt. Gemäß
der Fig.4 treibt der Motor i die Maschine 8o und die Leitmaschine 2 über den Kegelscheibentrieb
81 die Maschine 82 an. In der Maschine 82 werden die unabhängige Größe und die Leitgröße
miteinander zusammengesetzt. Die Maschine 8o- vereinigt die Summe dieser beiden
Größen mit der Teilmotorengröße und führt die zusammengesetzte Größe dem andererseits
mit der unabhängigen Größe gespeisten elektrischen Differential 83 zu, das über
den Regler 84 die Erregung des Teilmotors i beeinflußt.
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Bei der Einrichtung nach der Fig. 5 wird mit den Maschinen 85;
86, 87 die zusammengesetzte -Größe U -f- T - L gebildet und
dem elektrischen Differential 88 zugeführt, das andererseits von- der unabhängigen
Größe U gespeist wird.
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Gemäß der Fig. 6 wird die Größe U -f- L-T der Differentialeinrichtung
So zugeführt. Die zusammengesetzte w Größe wird dadurch gebildet, daß dem drehbaren
Ständer 51 der Induktionsmaschine 52 die unabhängige Größe U als elektrische Frequenz
und gleichzeitig die Leitgröße L von der Leitmaschine 2 als Drehzahl über den konischen
Riementrieb 37 zugeführt wird. Dem Läufer 53 der Induktionsmaschine 52. wird ferner
die Teilmotorengröße T vom Teilmotor i durch unmittelbare Kupplung mit ihm als Drehzahl
zugeführt. In dieser einzigen Maschine wird also die Größe U + L-T gebildet,
die in Form einer Frequenz dem Anker der Differentialeinrichtung So zugeführt wird,
deren Ständer von der unabhängigen Größe U gespeist ist. Die Drehung des Ankers
wird auf den Regler 6 übertragen, der, wie in den anderen Beispielen, die Erregung
des Teilmotors i beeinflußt. Dieses Beispiel zeigt, wie unter Verwendung nur zweier
Maschinen die algebraische Summierung und der Vergleich der zusammengesetzten Größe
mit der unabhängigen auf einfache Weise möglich ist.
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In der Fig.7 ist zum Vergleich der zusammengesetzten Größe mit der
unabhängigen Größe ein Potentialregler, bestehend aus einem kreisförmigen, in sich
geschlossenen Widerstand, verwendet, dessen Elemente an einen kreisförmigen Stufenschalter
54 angeschlossen sind und der mehrere gleichmäßig am Umfang verteilte Anzapfungen
55, 56, 57 hat, an die die Leitungen 63, 64, 65, die die aus Leit-, Ist- und unabhängiger
Frequenz gebildete resultierende Frequenz führen, angeschlossen werden können. Der
Potentialregler 54 hat zwei um 18o° versetzte, auf den Stufenschalter wirkende,
von der Synchronmaschine 6o unter Zwischenschaltung des Riemenantriebes 37 mit einer
der Größe U entsprechenden Drehzahl angetriebene Bürste 58, 59, die mit Leitungen
66 und 69 mit Schleifringen 67 und 68 verbunden sind. Die unabhängige Größe U wird
als Frequenz dem Ständer der Maschine 61 zugeführt, deren Anker vom Leitmotor 2
angetrieben ist, die Größe L erhält. Die zusammengesetzte Größe U +
L wird dem von dem Teilmotor i mit der Größe T angetriebenen Anker der Maschine
62 zugeführt. Der Ständer der Maschine 62 gibt die Größe U + L - T
durch die drei Leitungen 63, 6q., 65 an den Potentialregler 54. An die Bürsten des
Potentialreglers 54 ist durch die Leitungen 66, 69 über die Schleifringe 67 und
68 und die Leitungen 77, 78, 49 die Erregerspule des Teilmotors i angeschlossen.
.Ist die Frequenz in den Leitungen
63, 64, 65 und damit die Umlaufgeschwindigkeit
des Potentials in den Widerständen des Reglers gleich der Geschwindigkeit, mit der
die Bürsten umlaufen, so wird die Erregerspannung des Motors i nicht geändert. Bei
Abweichung wird die Erregerspannung entweder erhöht oder .erniedrigt und damit die
Erregung verstärkt oder geschwächt.
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Bei dem Beispiel gemäß der Fig. 8 ist zum Vergleich der unabhängigen
Größe U mit der zusammengesetzten Größe U + L - T eine Kommutatormaschine
77 verwendet. Die Größe U wird dem Stator 7o der Maschine 71 zugeführt, deren Anker
von der Leitmaschine 2 mit der Leitgröße angetrieben wird. Durch die Leitung 72
wird die Größe U -j- L dem Anker der Maschine 73 zugeführt, der gleichzeitig von
dem Teilmotor i die Teilmotorengröße T in Form der Drehzahl des Teilmotors erhält.
Die Größe U -f- L-T wird durch die Leitung 74 der Kommutatormaschine 77 zugeleitet,
die von dem Synchronmotor 75 unter Zwischenschaltung des regelbaren Kegelscheibentriebes
76 mit einer der unabhängigen Größe U entsprechenden Drehzahl angetrieben wird.
Die Kommutatormaschine kann einen wicklungslosen Stator haben, und es können entweder
der Anker, wie im gezeichneten Beispiel, oder die zugehörigen Bürsten mit der der
unabhängigen Größe entsprechenden Geschwindigkeit angetrieben werden, so daß bei
Gleichheit von Leit- und Teilmotorengeschwindigkeit die von dem Kommutator abgenommene
Regelgröße, eine Gleichspannung, konstant bleibt.
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Das Beispiel gemäß .der Fig. 9 ist dem der Fig. 8 ähnlich. Es weicht
lediglich dadurch von dem gemäß der Fig. 8 ab, daß die Kommutatormaschine einen
bewickelten Stator 78 hat, der in den Kommutatorstromkreis mit einbezogen ist.
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Während bei der Einrichtung nach der Fig. 8 die Regelleistung für
den Teilmotor i von dem Netz U über die Maschinen 71 und 73 aufgebracht wird, wird
gemäß der Fig. 9 infolge des zwischen dem bewickelten Stator und dem Rotor auftretenden
Drehmoments bei der Kommutatormaschine die Regelleistung von der Maschine 75 aufgebracht.
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Es möge hier erwähnt sein, daß zur Regelung des Teilmotors an Stelle
der Veränderung der Erregung auch eine Veränderung der Ankerspannung dienen kann.
Es würde dann in den Ankerstromkreis der Kommutator der Kommutatormaschine eingeschaltet
werden, und die Regeleinrichtung würde zur Veränderung der Ankerspannung des Motors
i verwendet werden.
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In der Fig. io ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem, abweichend
vori dem Beispiel 8, der Kegelscheibentrieb zwischen den Leitmotor 2 und
die zu ihm gehörende Maschine 71 geschaltet ist und der Kommutatorfrequenzwandler
77 unmittelbar von einer Synchronmaschine angetrieben wird.
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In dem Beispiel gemäß der Fig. ii wird zum Vergleich der unabhängigen
Größe mit der zusammengesetzten Größe ein Differentialtransformator verwendet, der
einerseits von einer unabhängigen Frequenz und andererseits von einer aus unabhängiger,
Teil- und Leitmotorfrequenz resultierenden Frequenz gespeist wird und dessen dritte
Wicklung auf ein Relais zur Änderung der Teilmotorgeschwindigkeit einwirkt. Mit
dem Leitmotor 2 ist, wie in den übrigen Beispielen, eine Induktionsmaschine 9o gekuppelt;
die zum Teilmotor i gehörende Maschine 9i ist mit diesem elektrisch verbunden. Der
Maschine 9.1 wird über den Motor 92 und den Kegelscheibentrieb 93 die unabhängige
Größe als Drehzahl einerseits und die Teilmotorengröße als Frequenz andererseits
zugeführt. Der Maschine 9o werden die Resultierenden beider Größen und außerdem
noch die Leitgröße von dem Leitmotor 2 zugeleitet. Die Größe U +
T - L wird durch die Leitung 94 auf die Spule 95 des Transformators 96 übertragen.
Die zweite Spule 97 des Transformators wird von der unabhängigen Größe gespeist,
und die dritte Spule 98 beeinflußt das Relais 99, das in an sich bekannter Weise
die Erregung des Teilmotors i steuert.
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Bei den Anordnungen gemäß der Erfindung läßt sich in einfacher Weise
eine Messung der Züge, d. h. des Geschwindigkeitsunterschiedes zwischen Leit- und
Teilmotor, z. B. mit einem Frequenzmesser 79 gemäß den Fig. 2, 3, 7, 8, 9 oder mit
einem Drehzahlmesser 28 gemäß der Fig. i erzielen. Die Größe L-T gibt den Geschwindigkeitsunterschied
zwischen dem Teilmotor T und dem Leitmotor L an. Wird die Schaltung so getroffen,
daß die Kegelscheiben nicht zwischen der Größe U, dem Teil- und Leitmotor angeordnet
sind, also wie in den Fig. i, 2, 3, 7, 8, 9, so wird sich bei Verschiebung des Riemens
infolge der Drehzahländerung des Teilmotors die Größe U + L-T ändern. Bei
Änderung des Zuges wird also das Instrument diese Änderung L - T direkt anzeigen.
Staat in Hertz kann der Frequenzmesser gleich in m/Min. geeicht werden, so daß man
bei jedem Teilantrieb die Vor- bzw. Nacheilung gegenüber dem Leitmotor in m/Min.
ablesen kann.