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Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung elektrischer Antriebsmotoren,
insbesondere Drehstrom-Asynchronmotoren, durch drehzahlabhängige Bremsung Die Erfindung
bezieht sich auf eine Regelvorrichtung für elektrische Antriebsmotoren, insbesondere
Drehstrom-Asynchronmotoren, die z. B. zum Antrieb der Hub- und Fahrwerke von Kranen
oder für ähnliche Geräte vielfach verwendet werden.
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Bekanntlich lassen sich z. B. die üblichen Drehstrom-Asynchronmotoren
nur schlecht auf eine bestimmte Drehzahl regeln, da die Regelkurven (Drehzahl-Drehmomentkurven)
um so steiler werden, je mehr Widerstand zur Verringerung der Drehzahl in den Lähferstromkreis
gelegt wird. Je steiler die Regelkurve verläuft, um so stärker wirkt sich jede Änderung
der :Belastung in der Drehzahl aus. Bei einer bestimmten Regelstellung (Stellung
des Widerstandschalters für den Läufer) ist also die Größe der Belastung für die
Drehzahl maßgebend, und bei kleiner Belastung läuft der Motor schneller als bei
großer. Er läßt sich deshalb bei verschiedenen Betriebsbelastungen dadurch auf gleicher
Drehzahl halten, daß man ihn durch eine Bremse mehr' oder weniger zusätzlich belastet;
so daß er eine konstante Gesamtbelastung erhält.
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Verschiedene Einrichtungen zur Ausnutzung dieser Möglichkeit sind
bereits bekannt, doch sind die bisher bekannten, in der eitlen oder anderen Richtung
mehr oder weniger unbefriedigend.
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So ist es z. B. bekannt, mit dem Antriebsmotor einen zweiten Motor
zu kuppeln, dessen Drehmoment dem des Antriebsmotors entgegenwirkt. Ebenso ist es
bekannt, mit dem Antriebsmotor einen Generator zu kuppeln, dessen Belastung durch
Widerstand regelbar ist. Diese beiden Einrichtungen verursachen aber nicht nur verhältnismäßig
hohe Kosten, sondern sie nehmen auch viel Raum in Anspruch, da die Bremsmaschine
in der Regel nahezu die gleiche Größe erhalten -muß wie der Antriebsmotor.
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Die Erfindung hat den Zweck, eine feinstufige und in weiten Grenzen
von der Größe der Belastung unabhängige Drehzahlregelung
des Antriebsmotors
mit einfachen Mitteln zu ermöglichen, welche die genannten Mängel nicht aufweisen.
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Es wird hierbei zurückgegriffen auf das bekannte Mittel, mit dem Antriebsmotor
einen kleinen Hilfsmotor zu kuppeln, dessen Gehäuse drehbar und mit der unter federnder
Schließkraft stehenden Bremse so verbünden ist, daß diese durch die beim Einschalten
des Stromes erfolgende Drehung seines Gehäuses gegen die Federkraft mehr oder weniger
gelüftet wird: Erfindungsgemäß wird die Grenzdrehzahl zwischen motorischem und generatorischem
Verhalten des erwähnten Hilfsmotors durch an sich bekannte Mittel: veränderlich
gemacht, ,und es wird der Hilfsmotor stets in demselben Drehsinn geschaltet wie
der Hauptmotor.
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Der damit erreichte Vorteil liegt darin, daß eine Regelung sowohl
von einer langsamen auf eine schnellere Geschwindigkeit als auch umgekehrt von einer
schnellen auf eine langsamere Geschwindigkeit möglich ist, was die früheren Kombinationen
eines Hauptmotors mit einem Hilfsmotor nicht zuließen. Bei diesen älteren Anordnungen
lag die Grenzdrehzahl des Hilfsmotors fest, während sie bei uns in der erwähnten
Weise veränderlich ist. Die Regelung und der Geschwindigkeitsübergang erfolgt ohne
jeden Ruck und ist ,deshalb für empfindliche Antriebe besonders geeignet.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Hilfsmotor-
unmittelbar mit dem Antriebsmotor gekuppelt ist, dargestellt.
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Abb. i zeigt eine Stirnansicht des in die Bremstrommel des Hauptmotors
eingebauten Hilfsmotors und die mittelbare Verbindung seines Gehäuses mit den bei
Stillstand unter Federdruck wirkenden Bremsbacken, Abb.2 einen senkrechten Schnitt
durch den Hilfsmotor und die Bremse: Abb. 3 ist ein Schaltbild.
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Auf der Welle a des Hauptmotors h ist die Bremstrommel c befestigt,
in welche der Hilfsmotor d, e eingebaut ist, dessen Läuferwelle die Welle
a des Hauptmotors b ist. Das Ständergehäuse e ist einerseits auf der
Nabe der Bremstrommel c, andererseits auf der Welle a drehbar gelagert, und auf
einem hohlen Lagerzapfen g desselben, der durch einen die Bremstrommel c abschließenden
ortsfesten Schild La. hindurchgeht, ist ein Kitzel i gelagert, mit dem ein
Zahnsegment k kämmt. Das Zahnsegment k sitzt auf einer Brems-Schlüsselwelle Z, welche
durch eine Bohrung des Schildes la in das Innere der Bremstrommel c ragt und durch
welche die von innen mit der Bremstrommel c zusammenwirkenden Bremsbacken aic,
in' bewegt werden. Diese sitzen auf einem Lagerzäpfen n; der einerseits in
dem Schild h, andererseits in einem Flansch o eines rohrförmigen Ansatzes p am Schild
lz gelagert ist. Die Bremsbacken stehen unter dem Einfiuß von Federn q, q', welche
gegen das Röhr p abgestützt sind.
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Wenn der Hauptmotor und der Hilfsmotor z. B. in dem in Abb. i eingezeichneten
Drehsinn eingeschaltet werden,: so erfährt das Gehäuse e des Hilfsmotors ein Drehmornent
in entgegengesetztem Sinn und mit ihm das Kitzel i. Das Zahnsegment k dreht
sieb also wieder im Sinne des in Abb. i eingezeichneten Pfeiles, bringt dadurch
die Bremsschlüsselwelle l zur Drehung und lüftet die Bremsbacken entgegen dem Druck
der Federn q, q*. Ein nicht gezeichneter Anschlag begrenzt die Drehung des Gehäuses.
Der Hauptmotor läuft also an und mit ihm kommt auch der Hilfsmotor auf immer höhere
Drehzahlen. Damit sinkt das dem Pfeil der Abb. i entgegenwirkende Drehmoment des
Gehäuses, und es wird Null aii der Grenze zwischen dem motorischen und generatorischen
Verhalten des Hilfsmotors. In der Nähe dieser Grenzdrehzahl kommen somit die Federn
q, q' wieder zur Wirkung, so daß die Bremse einsetzt und eine :weitere Drehzahlsteigerung
des Hauptmotors verhindert. Es muß also unabhängig von dem jeweiligen Lastmoment
eine Drehzahl des Hauptmotors sich einstellen, die in der Nähe der Grenzdrehzahl
zwischen denn motorischen und dein generatorischen Verhalten des Hilfsrnotors liegt.
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Die Einrichtung zur Änderung der Grenzdrehzahl des. Hilfsmotors und
damit der gewünschten Drehzahl des Hauptmotors ist nicht besonders dargestellt.
Sie kann verschieden sein und richtet sich jeweils nach der Bauart des Hilfsmotors.
So kann z. B: der Hilfsmotor als polumschaltbarer Motor mit Kurzschlußläufer ausgeführt
und durch Wicklungsteilung, z. B. von 2 auf d., 8, 16, 32 Pole, umgeschaltet werden.
Die Grenzdrehzahl kann somit z. B. von 30oo auf i5oo, 75o; 375 und 187 Umdr./Min.
geändert werden._ Dabei können auch mehrere Wicklungen vorhanden sein, so daß noch
Zwischenstufen eingeschaltet werden können. Wesentliche Kosten entstehen dabei nicht,
da die Leistung des Motors ja nur für das Lüften der Bremsen ausreichend zu sein
braucht. Der Hilfsmotor kann aber auch als Gleichstrom-oder Drehstromnebenschlußmötor
ausgeführt und mit einer Einrichtung versehen sein, welche ermöglicht, seine Grenzdrehzahl
durch Änderung des Widerstandes oder durch Bürstenverschiebung stufenlos zu ändern.
Den größten Regelbereich bei stufenloser Regelung ergibt eine Leonardschaltung für
den
Hilfsmotor, die angesichts der- geringen geforderten Leistungen
ebenfalls ohne erhebliche Kosten ausführbar ist.
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Die Regelkurven des Hilfsmotors verlaufen sehr flach, so daß der Hilfsmotor
schon auf geringe Änderungen der Drehzahl durch große Änderung des Momentes eingeht.
Die Bremsregelung durch den Hilfsmotor gestaltet sich also sehr genau und nahezu
unabhängig von der Betriebsbelastung.
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Ein besonderer Bremslüfter neben dem Hilfsmotor ist nicht erforderlich.
Wenn-bei voller Einschaltung des Hauptmotors die Bremse dauernd gelüftet werden
soll, so wird die Grenzdrehzahl des Hilfsmotors so weit über die Drehzahl des Hauptmotors
gelegt, daß auch bei der höchsten Drehzahl des Hauptmotors, d. i. im Leerlauf, noch
das zum Lüften der Bremse erforderliche Moment auf das Hilfsmotorgehäuse ausgeübt
wird.
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Erfindungsgemäß ist dem Umstand Rechnung getragen, daß beim Umschalten
von hohen Geschwindigkeiten auf niedrige Geschwindigkeitsstufen der Läufer des Hilfsmotors
zunächst dem Ständerfeld vorauseilt und dadurch das Gehäuse in seinem eigenen Drehsinn
nachzieht. Würde man dies unbegrenzt zulassen, so würde die Bremse zunächst bei
der Umschaltung zwar angezogen und geschlossen, bei weiterer Drehung des Gehäuses
über die Nullage hinaus aber wieder geöffnet werden. Um dies zu verhindern, ist
erfindungsgemäß eine Sperre angeordnet, die einen Ausschlag des Ständers über die
Nullage hinaus stets nur in dem der jeweiligen Drehrichtung des Hilfsmotorläufers
entgegengesetzten Sinne gestattet.
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Diese Sperre kann durch einen Fliehkraftschalter oder eine Rutschkupplung
in Abhängigkeit von der Drehung oder Drehrichtung des Motors gebracht werden. In
besonders einfacher und sicherer Weise läßt sich aber die Sperre auf elektrischem
Wege durchführen, wie es beispielsweise im Schaltbild 3-dargestellt ist. Hier ist.
mit dem Gehäuse c des Hilfsmotor eine. Kontaktscheibe r (Abb. z und 3) über das
Vorgelege i, h verbunden. Diese Kontaktscheibe vermittelt die Stromzuführung
für den Hilfsmotor für Rechts-und Linksdrehung, wie durch die verschiedenen Stellungen
des Schalters s angedeutet ist. Die Kontakte t, zc sind nun so angeordnet, daß z.
B. der Strom für Rechtsdrehung durch Lösung des Kontaktes t sofort unterbrochen
wird, sobald das Gehäuse selbst eine Rechtsdrehung über die Nullage hinaus vollführt,
die Kontaktscheibe r also eine Linksdrehung ausführt. Dasselbe ergibt sich umgekehrt
für den Kontakt u der Zuleitung für Linksdrehung. Mit dieser Anordnung wird also
erreicht, daß die Bremse nur bei einer Drehung des Gehäuses gelüftet werden kann,
die der Läuferdrehrichtung entgegengerichtet ist, und daß beim Schalten von hohen
auf -niedrige Geschwindigkeiten die Bremse so lange geschlössen gehalten wird, bis
der Hilfsmotorläufer langsamer läuft als das Ständerdrehfeld und das Gehäuse wieder
ein Moment entgegen der Läuferdrehung erhält.
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Die Vorrichtung läßt sich mit Vorteil bei allen Hub-, Fahr- und ähnlichen
Antrieben verwenden. In der Anwendung bei Hubvorrichtungen-kann man mit ihr beim
Senken auch einen über der Synchrondrehzahl des Antriebsmotörs liegenden Bereich
beherrschen. Bei Fahrwerken kann die Vorrichtung auch zur selbsttätigen Veränderung
der Geschwindigkeit mit Hilfe von Anschlägen und dergleichen verwendet werden. Dies
ist z. B. bei Laufkranen von Wert, die auf einer begrenzten Laufbahn oder Brücke
mit hoher Geschwindigkeit zwischen den Endstellungen hin und her fahren müssen.
Um ein Überfahren einer der Endstellungen mit Sicherheit zu vermeiden, ist es bekanntlich
erforderlich, die Geschwindigkeit schon eine gewisse Strecke vor der Endstellung
selbsttätig auf eine mäßige Höhe herabzusetzen. Dies kann mit einer Vorrichtung
nach der Erfindung leicht durchgeführt werden. Dabei ist .der Hilfsmotor während
der Fahrt mit voller Geschwindigkeit so zu schalten, daß seine Grenzdrehzahl über
der entsprechenden Drehzahl des Antriebsmotors liegt. Sobald der Kran mit dieser
Geschwindigkeit die Umschaltstrecke überfährt, wird die Grenzdrehzahl des Hilfsmotors
mittels eines Anschlages an der Kranfahrbahn über einen Umschalter so gewechselt,
daß die Bremse einfällt und erst bei wesentlich herabgesetzter Geschwindigkeit das
Weiterfahren gestattet.