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Schützensteuerung zum Gegenstrombremsen von Drehstrommotoren mit Tourendynamo
Bisher wird die Gegenstrombremsung mit Hilfe zweier Schütze, und zwar eines Antriebs-
und eines Bremsschützes, derart selbsttätig beendet, daß vom laufenden Motor nach
Maßgabe seiner Umlaufgeschwindigkeit Kontakte gesteuert werden, die zunächst einen
Stromweg zum Gegenstrombremsschütz vorbereiten. Zum Bremsen wird .dann mittels eines
Handschalters der den Motor antreibende Strom unterbrochen und der Steuerstromweg
zu ,dem Gegenstrombremsschütz geschlossen. Wenn durch das Bremsen die Drehzahl .des
Motors abgesunken ist, unterbrechen gegchwindigkeitsabhängige Steuerstromkontakte,
z. B. ein Fliebkraftschalter, die Erregung ,des Gegenstromschützes und beenden hierdurch
die Bremsung.
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Soll ein Umkehrmotor in beiden Drehrichtungen gebremst werden, so
sind außer den Kontakten, :die abhängig von der Geschwindigkeit schalten, auch solche
nötig, die abhängig von der Drehrichtung schalten. Die Steuerstromkontakte müssen
daher bekanntlich sowohl .durch ,die Drehrichtung als auch ,durch die Umlaufgeschwindigkeit
beeinflußt werden. Dies kann von der Motorwelle oder vom Getriebe aus auf verschiedene
Weise bewirkt werden, z. B. durch Reibung und umlaufende Massen oder durch Induktion
oder mit Tachometerdynamo oder auf andere Art. Die bekannten, zumeist am Motor oder
an einem Zwischenrelais sitzenden Steuerstromkontakte habenden Nachteil, daß sie
ungenau arbeiten, weil sie zeitweise mit sehr geringem Druck aufliegen, erschütterungsempfindlich
sind und beim Schalten der Trägheit unterliegen oder weil, falls das Schalten in
Öl vor sich geht, die temperaturabhängigen Adhäsionskräfte schädlich wirken können.
Da aber gerade von dem äußerst genauen Ansprechen dieser selbsttätigen Kontakte
das einwandfreie, oft nur 1/2 Sekunde andauernde Bremsen abhängt, das in fast allen
in Betracht kommenden Fällen vor Durchgang (der Drehzahl durch Null .beendet sein
muß, zeigen -die bekannten Steuerstromkontakte N achteile, die besonders bei Werkzeugmaschinen
Betriebsstörungen zur Folge halben können.
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Man hat auch bereits eine Wechselstromtourendynamo angewandt, deren
Spannung Stromwächter betätigt; letzteren und der Tourendynamo hat man eine besondere
Charakteristik gegeben, um ein genaues Unterbrechen des Gegenstromes kurz vor der
Drehzahl Null herbeizuführen. Da eine solche Wechselstromtourendynamo aber zum Halten
des Gegenstromschützes bis kurz vor dem Stillstand des Motors ein besonderes Relais
benötigt und eine besondere Gleichstromquelle herangezogen werden muß, verlangt
die
Anordnung beträchtlichen Aufwand an Einrichtungen und Kosten.
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Ferner hat man sogenannte Trittschalter verwendet, d. h. kleine mit
der Motorwelle gekuppelte Kurzschlußläufer nebst pendelnd gelagertem Ständer. Dabei
trägt der Ständer. der, beeinflußt von dem mit der Motorwelle gemeinsam umlaufenden
Läufer, ausschwingt, einen Kontaktarm, welcher den Steuerstrom für die Gegenstromschütze
schließt bzw. öffnet.
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Beide Schaltungen enthalten jedenfalls Kontakte mit den genannten
nachteiligen Wirkungen.
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Schließlich besteht bei allen bekannten Schaltungen die Gefahr, daß
ein unbeabsichtigtes Wiederanlaufen.desMotors eintritt, wenn z. B. bei 'Verkzeugniaschinen,
wo die Gegenstrombremsung heute zumeist benutzt wird, eine äußere Kraft, etwa ein
rückfederndes Getriebe, den Motor und damit die Tourendynamo rückwärts, d. h. in
dem Sinne antreibt, in dem voraufgehend das bremsende Drehmoment wirkte. Da das
geschwindigkeitsabhängige Schaltglied, hier die Tourendynamo, noch bei sehr kleiner
Umdrehungszahl den von ihr gesteuerten Schaltmagneten halten soll, so schließt sie
denselben mit dem vollen Erregerstrom auch bei sehr kleiner Drehzahl. Das Gegenstromschütz
springt damit an, die Motordrehzahl wächst, und der Schaltmagnet erfährt zusätzliche
Haltekraft, so daß der Motor seine volle Drehzahl annehmen kann und Unfälle zu befürchten
sind.
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Nach der Erfindung wird nun als geschwindigkeitsabhängiges Schaltglied
eine kleine, mit dem Motor gekuppelte Gleichstrommaschine benutzt, und diese wird
so in die Schaltung eingeordnet, daß der von ihr erzeugte Strom unter Wegfall jedes
Stromwächters oder Relais während der Bremszeit unmittelbar durch die Wicklung des
Gegenstromschützes läuft, dieses also unmittelbar schließt, bis bei Absinken .der
Drehzahl von 'Motor und Tourendynamo :die Spannung der letzteren so weit heruntergegangen
ist, daß sich das Schütz selbsttätig öffnet.
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Die Verwendung einer Gleichstrom erzeugenden Töurendvnaino hat dabei
folgenden Vorteil: Es ist bekannt, daß Schütze finit Gleichstrom- oder Wechselstrommagneten,
sofern sie mit Wechselstrom erregt «-erden, bei verhältnismäßig geringer Erniedrigung
der Erregerampere-,vindungen ihren Anker loslassen. Erregt man dagegen dasselbe
Schütz mit Gleichstrom, so hält der Anker his herab zu i -bis 21, der normalen
Erregung fest. und das Gegenstromschütz bleibt ohne Anwendung besonderer Hilfsmittel
bis dicht an die Drehzahl Null geschlossen. Andererseits vermag die Gleichstromtourendynamo,
wenn einmal der Stillstand des Arbeitsmotors eingetreten und das Bretnsschütz geöffnet
ist, bei zufälligem Wiederanlaufen oder Rückpendeln des Arbeitsmotors das Bremsschütz
nicht wieder zu schließen. In der einen Drehrichtung, die dem Rücklauf des Arbeitsmotors
entsprechen würde, kann sie nicht ohne weiteres erregt «erden, und in .der anderen
Richtung, bei der sie sich erregen würde, wäre zum Wiederanziehen -des Schützes
eine Erregerspannung von 70 bis 8o°(0 der normalen erforderlich. Die Drehzahl
müßte also weit über die Hälfte der normalen ansteigen, bevor eine Wirkung auf das
Schütz eintreten könnte. Kontakte aber, die beim Andrehen des Motors durch eine
äußere Kraft zum Antupfen kommen und .dem Motor einen Anlaufstromstoß geben könnten,
sind überhaupt nicht vorhanden.
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Es ist weiter unnötig, bei Umkehrmotoren die richtungsabhängige Kontaktgebung
von einer umlaufenden Welle zu steuern, .da erfindungsgemäß -der Steuerschalter
selbst hierzu benutzt wird. Der Steuerschalter weist an sich bekannte, richtungsabhängige
Schaltteile auf, welche durch Wechseln der Schaltrichtung bei derselben Stellung
des Steuerschalters verschiedene Stromwege schließen. In der Nullstellung des Steuerschalters,
die seiner Brems-. oder Haltstellung entspricht, werden nämlich andere Kontakte
betätigt, wenn von Vorwärtsfahrt nach Null gegangen «-ira, als wenn von Rückwärtsfahrt
nach Null geschaltet wirzl.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung in einigen Ausführungsbeispielen
dargestellt, und zwar zeigt Abb. i die Bremsschaltung eines nur in einer Richtung
umlaufenden Motors, während in den Abl). 2 bis j clie Bremsschaltung eines vorwärts
und rückwärts umlaufenden Motors in mehreren Schaltstellungen gezeigt ist.
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Die in Abb. i gezeigte neue Gegenstrombreinsanordnung für nur eire
Drehrichtung des zu bremsenden Motors _11 weist die beiden Schützen Vs und Rs auf.
Das Schütz V s
führt dein Motor :Ml Strom aus dem Drehstromnetz R-S-I' zu,
wenn mittels eines Handschalters die bewegliche Kontaktbrücke D nach links auf Stellung
»Fahrt« umgelegt und dadurch die Schützspule Sv erregt wird. Zum Zwecke der Bremsung
wird die Kontaktbrücke D auf Stellung »Bremse« gestellt, wodurch Schütz l's die
Stromzufuhr zum Motor _1I unterbricht, während gleichzeitig der Stromkreis der mit
Motor all gekuppelten SteuerstronidynamoA-B über die Schützspule Sr geschlossen
wird, so daß Schütz Rs Strom für den entgegengesetzten Drehsinn in den Motor jll
schickt. Dadurch verringert sich
die Drehzahl, und vor Erreichender
Drehzahl Null läßt das Gegenstromschütz Rs los, sobald die Erregerleistung auf ein
vorbestimmtes Maß abgesunken ist. Die Erregung der Steuerstromdynamo durch die Feldwicklung
F kann einer beliebigen Stromquelle entnommen werden, wird jedoch vorzugsweise Eigenerregung
sein. Die Drehzahl, bei der das Gegenstromschütz Rs sich öffnet, wird durch die
Höhe der Leistung bestimmt, mit der die Dynamo A-B auf .die Erregerspule Sr entladen
wird, durch die Zeitkonstanten :der induktiven Windungen im Stromkreis und durch
andere Werte. Durch Ubererregung oder durch Einfügung einstellbarer Widerstände
oder durch veränderte Rückzugskraft am Gegenstromschütz Rs und ähnliche Maßnahmen
kann die Drehzahl, bei welcher .das Gegenstromschütz sich öffnet, nach Bedürfnis
weitgehend verändert und vor oder hinter den Eintritt der Drehzahl Null gelegt werden.
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Abb. 2 zeigt .ein Beispiel der neuen Gegenstrom.bremseinrichtung für
einen Umkehrinotor 17. Die Steuerstromdynamo A-B ist z. B. .durch Riemen- oder Wellenantrieb
mit dem Motor 1I gekuppelt; je nach den örtlich und betrieblich günstigsten Bedingungen
kann die Dynamo A-B Nebenschluß-, Hauptstrom-oder Fremderregung oder Erregung mit
Dauermagneten erhalten. Wenn man annimmt, daß das Feld F fremderregt ist, ergibt
sich die einfachste Darstellung -der Steuerkontakte; bei Eigenerregung würde ein
weiterer Walzenteil, der das Feld abhängig von der vorausgegangenen Drehrichtung
in der Ausschaltstellung 0 geschlossen hält, notwendig sein.
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In der in Abb. 2 dargestellten Wendesteuerung dienen die beiden zweipoligen
Schütze Rs und Vs sowohl zum Fahren wie zum Gegenstromgeben. Die in .der Abwicklung
@dargestellte, von Hand bewegte Steuerwalze Wa mit zwei unter i8o° versetzten feststehenden
Fingerreihen mit je zwei Fingern Rl-v und B,-r nimmt die Schleppwalze G mit infolge
der Reibung, die durch die Feder P auf den Flächen X erzeugt wird.
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Der Winkel, um den sich die Steuerwalze Wa drehen kann, ist etwa .doppelt
so .groß wieder Drehwinkel der Schleppwalze G, so daß, wenn >die Walze Wa nach rechts,
z. B. von Stellung I nach 0, also nach Halt bewegt worden ist, die Schleppwalze
G bereits ihren vollen Weg vom Anschlag Al bis zum Anschlag A. zurückgelegt hat
(vgl. Abb. 2).. Wird die Walze Wa noch weiter nach rechts von 0 ;nach II (vgl. Abb.
5) gedreht, so bleibt die Walze G am Anschlag A2 liegen, während die Walze Wa unter
ihr weitergleitet. Dabei findet,der Stromübergang von Walze Wa nach Walze G über
die metallische Gleitfläche x statt. Die in der Zeichnung schraffiert angedeuteten
Kontakte liegen erhöht auf den metallischen Walzenumfängen Wa und G.
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Die Abb.3, 4 und 5 stellen die Walzenanordnung nach Abb.2 in verschiedenen
Stellungen zueinander dar; ihr stehen die festliegenden beiden Fingerreihen mit
je zwei Fingern R, -v und B, -r gegenüber.
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In der Vorwärtsstellung I (Abb. .4) fließt Steuerstrom von der Netzleitung
R nach Kontaktfinger R1 auf Walze Wa näch Walze G. über Finger v zur Spule Sv des
Vorwärtsschützes Vs; der Drehstrommotor II läuft also vorwärts. Stellt man den Steuerschalter
auf 0 zurück, so ergibt sich das Schaltbild nach Abb.2, wobei sich das Vorwärtsschütz
t's öffnet, @da der Strom bei Finger v unterbrochen worden. ist. Die Steuerstrom.dynamo
A-B führt jedoch Spannung, @da sie vom weiterlaufenden Motor M angetrieben wird.
Ihr Strom geht übef. Kontakt Bi in die Walze Wa, durch die Walze G und den Kontakt
r zum jetzt anziehenden und Gegenstrom gebenden Schütz Rs so lange, als die nun
schnell mit der Drehzahl absinkende Spannung .der Dynamo das Schütz Rs geschlossen
zu halten vermag. Ist das Schütz Rs abgefallen, so ist,die Bremsung beendet. Da
die Umkehrschaltung völlig symmetrisch !angenommen ist, tritt --der gleiche Vorgang
auf, wenn Walze Wa aus der Rückwärtsstellung Il (Abb.5) in die Nullstellung zurückgeführt
wird (Abb.3).
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Da der Steuerschalter mit einem an sich bekannten Schleppschalter,
z. B. der durch Reibung mit dem Antriebsteil Wa gekuppelten Walze G, versehen ist,
wird 2erfindungsgemäß, eine Richtungsabhängigkeit für die Gegenstrombremsung erreicht;
.denn ,die Richtung der Steuerwalzenbewegung entspricht auf dem Schaltwege zu einer
Kraftstellung I oder IS stets der Richtung des Drehmomente des Motors und auf dem
Schaltwege nach Null stets der Richtung des bremsenden Drehmomentes .durch Gegenstrom.
Der Umstand, daß die Schalterbewegung .der Bewegung des Motors vorauseilt, beeinträchtigt
die beabsichtigte Wirkung in keiner `Veise.
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Schädliche Remanenz irn Magneten des Gegenstromschützes läßt sich
erfindungsgemäß .dadurch beseitigen, daß ein hoher Widerstand v or die Schützmagnetspule
gelegt i-st, durch den vom Wechselstrom- oder Drehstromnetz aus dauernd ein schwacher
WechseIstrom durch die Spule fließt; .dieser Wechselstrom genügt gerade, die Remanenz
aufzuheben. Dieser Widerstand könnte in Abb.2 z. B. zwischen .der Leitung R und
dem Kontakt B1 dauernd angeschlossen sein. In der in Abb. 2 gezeigten Schaltstellung
würde dann ein schwacher Wechselstrom von R über B1, 61r'a, G, r, Sr-nach
S fließen und im Magneten
des Schützes Rs die Remanenz unterdrücken.
Der Parallelstrom durch den Anker B-A nach S kann dabei in Kauf genommen «-erden.