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Elektromagnetisch gesteuerter Kohledruckregler zur Regelung elektrischer
Motoren Zum Regeln der Spannung oder Stromstärke elektrischer Stromkreise sind die
verschiedensten Ausführungsformen von Kohledruckreglern bekannt, die meist aus aufeinandergeschichteten
Kohlescheiben bestehen und deren elektrischer Widerstandswert mit fortschreitender
mechanischer Zusammenpressung stark sinkt. Der Steuermechanismus ist auf verschiedene
Weise so ausgebildet, daß die Stellkraft des steuernden Magneten bzw. die Genauigkeit
des Reglers unabhängig von dem stark veränderlichen Reaktionsdruck der Kohlesäule
bleibt.
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Die hauptsächlichen Vorzüge dieser Regler, die stufenlose Widerstandsänderung
ih weitem Bereich und einfachster Aufbau, lassen sie insbesondere zur Steuerung
von Arbeitsmaschinen geeignet erscheinen, deren Drehzahl in Abhängigkeit vom Zustand
oder von der Form des Arbeitsgutes geregelt werden soll, z. B. in Abhängigkeit von
der Zugspannung einer Stoff- oder Papierbahn beim Aufwickeln auf Rollen.
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Dabei besteht bekanntlich die Aufgabe, die Drehzahl des die Wickelachse
antreibenden Motors so zu regeln, daß die Zugspannung der mit jeweils gleichbleibender
Geschwindigkeit laufenden Bahn trotz des stetig veränderlichen Rollendurchmessers
unverändert bleibt. Weiterhin soll bei unbeabsichtigtem Reißen der Stoffbahn der
Motor seine jeweils erreichte Geschwindigkeit nicht ändern, um das Wiederaufführen
der Bahn auf die Rolle zu erleichtern.
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Es ist bekannt, daß für solche Aufgaben die Gleichstromnebenschlußmotoren
am vorteilhaftesten sind. Ihre Drehzahl läßt sich durch Feldregelung sehr leicht
dem veränderlichen Rollendurchmesser anpassen. Da die erforderliche Leistung
L -1V1 # a) - P # v
(M - Belastungsmoment, ar - Winkelgeschwindigkeit,
P - Zugspannung der Stoffbahn, v = Geschwindigkeit der Stoffbahn) im gesamten Durchmesserbereich
der Rolle konstant ist, bleibt auch die Stromaufnahme des Motors konstant, wenn
seine Drehzahl durch Feldänderung geregelt wird. Der selbsttätige Feldregler braucht
daher nur in Abhängigkeit von der Ankerstromstärke des Motors gesteuert zu werden.
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Mit anwachsendem Rollendurchmesser steigt das Drehmoment und somit
die Ankerstromstärke an. Das Feld wird nun allmählich fortschreitend so verstärkt,
daß die Ankerstromstärke den jeweils vorgeschriebenen Wert nicht überschreitet.
Es muß aber vermieden werden, daß der Regler beim Reißen der Stoffbahn das Feld
des Motors schwächt, weil dieser sonst erst durch besondere Eingriffe von Hand auf
seine richtige Geschwindigkeit
-zurückgeführt werden müßte und
durch diesen Zeitverlust-der Arbeitsgang in unzulässigem Maße gestört würde.
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Bisher- wurden zur stromabhängigen Regelung von Gleichstromnebenschlußmotoren
zum Einzelantrieb der Wickelachsen normale Nebenschlußregler mit Stufenkontaktbahn
und Verstellmotor verwendet, der in Abhängigkeit von der Stromaufnahme des .zu überwachenden
Motors mittels Umschaltrelais nur in Richtung der Feldverstärkung, d. h. Drehzahlverminderung,
gesteuert wurde. Zum Rückführen des Reglers in dieAnfangsstellung wurde der Verstellmotor
durch das Umschaltrelais in umgekehrter Drehrichtung eingeschaltet. Obwohl mit solchen
Regeleinrichtungen gute Ergebnisse erzielt wurden, erscheint die Verwendung von
Kohledruckreglern erwünschter, weil diese eine stufenlose Regelung und somit gleichmäßigere
Zugspannung der Stoffbahn ermöglichen und durch Fortfall der Kontaktbahn nebst den
vielen Verbindungsleitungen eine bedeutende Vereinfachung bieten.
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Allerdings sind die Kohledruckregler in ihrer allgemein üblichen Ausführung,
wobei der Steuermagnet unmittelbar den Druck der Kohlesäule regelt und eindeutige
Abhängigkeit zwischen der Stellung des Magnetankers und dem Widerstandswert der
Kohlesäule besteht, für die vorliegende Aufgabe nicht geeignet, weil je nach dem
Durchmesser der aufwickelnden Rolle der zur Aufrechterhaltung konstanter Motorstromstärke
erforderliche Widerstandswert der Kohlesäule fortschreitend vermindert werden muß,
die Stellung des Magnetankers aber immer in eindeutiger Abhängigkeit von der Motorstromstärke
bleibt.
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Ferner ist zu berücksichtigen, daß sich der Aufröllvorgang auf einen
Zeitraum von etwa 15 bis 2o Minuten erstreckt und bei stärkeren Papieren der durch
jede einzelne Lage entstehende Durchmesseranstieg eine bedeutende Erhöhung der Zugspannung
bringen kann, so daß die dem gesamten Durchmesserbereich bzw. Feldregelbereich des
Motors entsprechende Widerstandsänderung nicht mit der erforderlichen Stetigkeit
erfolgt, da sie nicht durch einen einzigen Hub bzw. Winkelausschlag des Steuermagneten
beherrscht werden kann.
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Der nächstliegende Ausweg wäre, den Kohledruckregler mit einer motorisch
angetriebenen Stehspindel zu versehen und den Verstellmotor in gleicher Weise wie
oben in Abhängigkeit von einem Stromrelais für Rechts- und Linkslauf zu steuern:
Die Genauigkeit einer derartigen Regelung würde aber durch den Nächlauf des Verstellmotors
beeinträchtigt, falls dieser nicht besonders gebremst wird. Außerdem würde der Aufwand
an Einzelapparaten gegenüber der bisherigen Ausführung nicht vermindert werden.
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Gegenstand der Erfindung ist nun eine solche Ausbildung des Steuermechanismus
an unmittelbar magnetisch gesteuerten Kohledruckreglern, daß der Regler nur in einem
Sinne, d. h. im vorliegenden Fall in Richtung auf fortschreitende Feldverstärkung
des Motors, wirkt. Dies wird grundsätzlich durch Einfügen zweier Sperrorgane in
den Steuermechanismus erreicht, von denen das erste zwischen dem Steuermagneten
und dem Fortschaltmechanismus angeordnet ist, während das zweite den Mechanismus
in der jeweiligen neuen Lage festhält. Für den Grundgedanken der Erfindung ist es
an sich belanglos, ob die Gesperre als Klinken-, Rollen- oder Hebelgesperre ausgeführt
sind. Die jeweils zweckmäßigste Art der Gesperre wird sich danach richten, ob der
Steuermagnet mit geradlinigem Hub oder mit drehendem Anker wirkt. Zur Erläuterung
der Erfindung seien an Hand der Zeichnung einige Ausführungsbeispiele beschrieben.
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Bei der Schaltung nach Abb. i treibt der Motor i die Rolle 2a an,
auf welche z. B. die aus einer Papiermaschine mit konstanter Geschwindigkeit austretende
Papierbahn ?3 mit gleichbleibender Zugspannung aufgewickelt werden soll. Im Stromkreis
der Feldwicklung a des Motors liegt der Kohledruckregler 3, dessen Druckhebel 5
durch den Magneten 13 so gesteuert wird, daß die Ankerstromstärke des Motors einen
jeweils vorgeschriebenen Wert nicht überschreitet. Dieser Sollwert ist z. B. mittels
des Meßwiderstandes i? -einstellbar. Das mit dem Magnetkern 13 in Verbindung stehende
Schaltgesperre besteht aus einer Zahnstange 14., an deren Stelle auch ein Zahnrad
treten kann. Beim Anziehen des Magnetkernes wird durch die an ihm befindliche Schaltklinke
die Zahnstange fortschreitend höher gestellt und in der jeweils erreichten Luge
durch die Sperrklinke 16 gehalten, so daß beim Sinken der Stromstärke des Motors,
d. h. beim Abwärtsbewegen des Magnetkernes 13 die Höhenlage der Zahnstange 1q. unverändert
bleibt. Der Magnet 13 wird zweckmäßig mit Selbstunterbrechungskontakt versehen,
damit er erforderlichenfalls sofort weiterschalten kann, wenn bei starkem Stromanstieg
ein Hub ungenügende Regelwirkung ergibt. Der Hub der Zahnstange 1q. wird durch ein
um die Leitrolle i9 geführtes Zugband ?o, das an der Gleitrolle i i angreift, auf
den Lenkhebe18 übertragen. Dieser ist im Drehpunkt g gelagert, wobei eine Feder
io ihn in seine Anfangslage zurückzuführen sucht; statt der Feder kann auch ein
Gewicht verwendet werden oder ein anderer Kraftspeicher
mit unveränderlicher
oder praktisch unveränderlicher Zugkraft.
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Die Gleitbahn 6 am Druckhebel 5 wird erfindungsgemäß so gestaltet,
daß die mit fortschreitender Zusammenpressung der Kohlesäule 3 erzielte .Widerstandsverminderung
eine prozentual gleichmäßige Änderung der Umfangsgeschwindigkeit der Rolle 22 in
Abhängigkeit vom Hub oder Drehwinkel des Steuermagneten 13 ergibt.
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Das Zurückführen des Reglers in seine Anfangslage erfolgt zweckmäßig
selbsttätig nach Beendigung des Arbeitsganges. Beispielsweise wird beim Auslösen
des Netzschützes 24 durch einen an diesem befindlichen Hilfskontakt ein kleiner
Hilfsmagnet 17 eingeschaltet, der die Sperrklinke 16 und zugleich durch die Feder
18 die Schaltklinke am Kern des Steuermagneten 13 außer Eingriff mit der Zahnstange,
14 bringt, bis diese in ihrer Anfangsstellung mittels Anschlages den Endschalter
2i zum Abschalten des Hilfsmagneten 17 öffnet.
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Bei Verwendung von Steuermagneten mit Drehanker wird statt der Zahnstange
14 in Abb. i zweckmäßig ein Sperrad verwendet. Ein Nachteil aller Klinkengesperre
besteht darin, daß die Genauigkeit der Reglereinstellung von der Zahnteilung der
Gesperre abhängig ist. Vorteilhafter sind in dieser Hinsicht Klemmgesperre, z. B.
Rollengesperre, da sie jeden beliebig kleinen Winkel einzustellen gestatten und
ohne Totgang arbeiten; sie lassen sich in jeden Reglermechanismus einbauen und sind
in ganz gedrängter Form ausführbar, wie die Beispiele in Abb.2 und 3 zeigen. In
Abb. 2 sind vorn Steuermagneten nur die Polansätze 25 und der Anker 26 dargestellt.
In den Anker ist ein Klemmrollen-,y 28, 29 eingebaut, welches die innerhalb des
Ankers 26 angebrachte Scheibe 27 nur in einer Drehrichtung des Ankers mit diesem
kuppelt. Diese Klemmrollen 28 werden von den Federn 29 in Richtung der durch die
schrägen Flächen gegebenen Verjüngung gedrückt. Wenn der Anker anzieht, d. h. sich
entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt, ist das Gesperre in Eingriff, so daß der innere
Teil 27 in Pfeilrichtung gedreht wird. Sinkt die Stromstärke des überwachten Motors
und damit die magnetische Zugkraft, so kann sich der Anker unter Einwirkung der
Gegenfeder 30 zurückdrehen, wobei das Gesperre gelöst ist und sein innerer
Teil 27 in der eben erreichten Lage stehenbleibt. Zwischen dem Teil 27 und
dem kurvenförmigen Stellhebel 31, der am äußeren Teil 322 eines zweiten Gesperres
32-34 sitzt, ist eine Zahnräderübertragung 35, 36 angeordnet. Diese ist zur Erfüllung
der gestellten Aufgabe besonders vorteilhaft, weil zur Aufrechterhaltung der vorgeschriebenen
Ankerstromstärke des Motors der Magnetanker 26 zwar stets dieselbe Winkellage einnehmen,
der Widerstandswert der Kohlesäule aber- entsprechend dem stetig ansteigenden Durchmesser
der aufwickelnden Rolle fortschreitend vermindert werden muß. Wenn daher der Magnetanker
nach jedem allerdings sehr kleinen Schaltschritt zurückspielt, muß der Kurvenhebel
31 in seiner jeweiligen neuen Lage festgehalten werden. Der innere Teil
33 seines Klemmgesperres ist unbeweglich. Das Gesperre läßt die Drehung des
Kurvenhebels 31 nur nach rechts im Sinne der Widerstandsverminderung zu und verhindert
seine Linksdrehung. Der Druckhebel 37 des nach Abb. i geschah teten Regelwiderstandes
3 ist beispielsweise mittels des Zugbandes 38 mit dem Kurvenhebel 31 verbunden.
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Das selbsttätige Zurückführen des Regelwiderstandes in seine Anfangsstellung
wird in ähnlicher Weise wie nach Abb. i durch den Hilfsmagnet 17 vermittelt, dessen
Magnetstromkreis beim Auslösen des Schützes 24 geschlossen wird und dessen Anker
das Gesperre durch Zurückziehen der Klemmrollen 34 entgegen der Kraft der auf die
Rollen wirkenden Druckfedern löst.
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Abb. 3 zeigt die Anwendung des Erfindungsgedankens auf einen Regler
mit Wälzkurvendruckhebel 40 und Wälzsegment 47, durch dessen fortschreitende Drehung
um den feststehenden inneren Teil 48 der Drehpunkt des Druckhebels 40 verlagert
wird, so daß die Zugspannung der Feder 41 den Druck des Hebelendes 5o auf die Kohlesäule
3 entsprechend: verstärkt. Wie bei der Ausführung nach Abb. 2 ist der Anker 42 des
Steuermagneten mit einem Klemmrollengesperre 43, 44 versehen. Die Fortschaltbewegung
des Ankers 42 wird durch den Bügel 45 auf den Wälzsektor 47 übertragen.' Das zweite
Gesp.erre 48, 49 hindert den Sektor 47 am Zurückdrehen beim Zurückspielen des Magnetankers
42. Das Zurückführen des Reglers in die Anfangslage erfolgt wiederum in der bereits
beschriebenen Weise, d. h. durch Lösen der Klemmrollen 49 mittels des Hilfsmagneten
17.
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Die Reihe der Anwendungsbeispiele der Erfindung ließe sich beliebig
erweitern, doch dürfte in ausreichendem Maße bewiesen sein, daß sich der Erfindungsgedanke
konstruktiv abändern läßt.