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Mit Strom von gleichbleibender Stärke. gespeister Gleichstrommotor
der Metadynebauart . zum Antrieb von Aufzügen, Hebezeugen o. dgl. Es wird von den
Antriebsmotoren für Aufzüge, Hebezeuge u. dgl. gefordert, daß sie eine von der Belastung
unabhängige Geschwindigkeit entwickeln und außerdem ein Stillsetzen des Aufzugs
an einer bestimmten Stelle sowie ein :sanftes Beschleunigen und Bremsen ermöglichen.
-Der Gegenstand -der Erfindung erfüllt diese Bedingungen unter Verwendung von Gleichstrommotoren
der Metadynebauart in äußerst einfacher Weise und mit einem verhältnismäßig kleinen
Schaltgerät. Erfindungsgemäß ist zu diesem Zweck die Motor-Metadyne mit einer annähernd
in der Erregerbürstenachse wirkenden fremderregten Regelwicklung und einer ständig
an die Erregerbürsten angeschlossenen Ständerwicklung versehen, deren Durchflutung
der in derselben Richtung verlaufenden Ankerdurchflutung entgegenwirkt. Die Metadyne
trägt außerdem auf den Polen eine oder mehrere Dämpferwicklungen.
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Eine Metadyne besteht ähnlich wie eine gewöhnliche Gleichstrommaschine
im wesentlichen aus einem -Ständer= und einem umlaufenden bewickelten- Anker mit
Stromwender. Auf dem letzteren "sind je Polpaar zwei Erregerbürsten und zwei zwischen
diesen - angeordnete Arbeitsbürsten vorgesehen. Bei einer Motor-Metadyne -liegen
die Arbeitsbürsten in einem Konstantstromkreis, während die Erregerbürsten gewöhnlich
eine in der Erregerbürstenachse liegende Wicklung speisen. Die Pole der Metadyne
sind zweckmäßig in je zwei Teilpole unterteilt, zwischen denen die einzelnen Bürsten
oder Bürstensätze .angeordnet sind.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen
veranschaulicht.
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Abb. i zeigt eine Motor-Metadyne nach der Erfindung zum Antrieb eines
Fahrstuhls oder Aufzugs. M stellt den Anker des Motors mit den beiden Arbeitsbürsten
a, c und den beiden Erregerbürsten b, d dar, die annähernd in der Mitte zwischen
den beiden Arbeitsbürsten angeordnet sind. Die Pole P erzeugen beim normalen Fahrbetrieb
einen resultierenden Fluß in Richtung .der Erregerbürstenachse. Auf diesen Polen
ist eine Regelwicklung X vorgesehen, die über einen Umkehrschalter R gespeist wird.
Außerdem ist in diesem Stromkreis ein Schalter K vorgesehen, durch den die Wicklung
X kurzgeschlossen werden kann. Als Stromquelle kann zweckmäßig der gleiche Konstantstromkrei:s
verwendet werden, an den die Arbeitsbürsten des Motorankers angeschlossen sind.
Die Pole P tragen außerdem eine Wicleluflg H, de mit den Erregerbürsten
b,
d ständig verbunden und so angeordnet ist, daß sie einen Fluß erzeugt. welcher
demjenigen der Wicklung X entgegenwirkt und zwischen den Bürsten a., c eine EMK
erzeugt, die der angelegten Spannung gleichgerichtet ist. Die Windungszahl der Wicklung
H ist so bemessen, daß sie normalerweise genügt, um die Wirkung eines jeden Flusses
zu unterdrücken, der durch den Ankerstrom längs der Bürstenachse b, d hervorgerufen
wird, falls die Wicklung X unwirksam ist.
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Der durch die Wicklung H fließende Strom wird durch die zwischen den
Bürsten b, d vorhandene EMK hervorgerufen. Diese EMK wird durch die Ankerleiter
erzeugt, da diese in dem Ankerfeld umlaufen, das durch den zwischen den Bürsten
a., c fließenden Strom aufgebaut wird. In ähnlicher Weise ruft das von dem Pol P
erzeugte resultierende Feld zwischen den Bürsten a, c eine EMK hervor, welche beim
normalen Fahrbetrieb die Gegen-EMK des Motors bildet.
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Der magnetische Kreis der Pole P ist so angeordnet und bemessen, daß
er bei Flüssen, die ein wenig größer sind als die normalen Arbeitsflüsse, hoch gesättigt
ist. Durch diese Flußbegrenzung ergibt sich dann ein Grenzwert des Motordrehmoments.
Ist zier Aufzug in Ruhe und damit die Drehzahl des Motors gleich Null, so ist der
Anker des Motors normalerweise durch einen Schalter überbrückt. Durch Öffnendes
Schalters und Erregen der Wicklung X wird der Motor, der Richtung des Erregerstromes
in der Wicklung X entsprechend, in der einen oder anderen Richtung anlaufen.
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Soll der Aufzug zum Stillstand gebracht werden, so wird die Wicklung
-X von der Stromquelle abgeschaltet und kurzgeschlossen. In diesem Fall wird der
von der Wicklung H erzeugte Fluß überwiegen und eine Richtungsumkehr des in der
Erregerbürstenachse wirkenden Läuferflusses und des Drehmoments anstreben, so daß
der Motor bremsend wirkt. Dadurch wird natürlich die Richtung der Gegen-EMK zwischen
den Arbeitsbürsten a, c umgekehrt, so daß sie die gleiche Richtung wie die angelegte
Spannung hat. Hierdurch wird, falls die an die Bürsten a, c angelegte Spannung von
!den Sekundärbürsten einer Umformer-Metadyne oder eines anderen, einen konstanten
Strom liefernden Stromerzeugers mit geeigneter Charakteristik abgenommen wird, eine
Nutzbremsung erzielt.
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Abb. z zeigt ,die Drehmomentdrehzahlcharakteristik des erfindungsgemäß
verwendeten Motors. Kurve A zeigt den Drehmomentverlauf bei erregter Wicklung X,
d. h. bei Beschleunigung und .bei normalem Fahrbetrieb. Kurve B stellt den Verzögerungs-und
Bremsbetrieb dar, bei welchem die Wicklung X von der Stromquelle abgeschaltet und
kurzgeschlossen ist. Das Drehmoment für den Betriebsfall gemäß der Kurve A fällt
bei Höchstgeschwindigkeit sehr schnell ab. Dies beruht auf,der Wirkung der Wicklung
H, die dem Hauptfuß entgegenwirkt. Der obere Teil der Kurve A verläuft infolge der
obenerwähnten hohen Sättigung flach.
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Die Wirkung der Wicklung H kann durch Vergrößerung der Erregung in
Richtung der Arbeitsbürstenachse -durch Anordnung einer Wicklung PV im Ständer,
wie Abb. 3 zeigt. vergrößert werden.
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Aus der steilen Neigung der Kurve A bei höheren Geschwindigkeiten
ergeben sich beträchtliche Vorteile. Die Belastung hat nämlich infolgedessen auf
die Größe der G;-schwindigkeit des Aufzugs keinen großen Einfluß. Beispielsweise
stellt auf der Kurve A ,der Punkt f die volle Belastung und der Punkt L eine geringere
Belastung, beispielsweise die durch den leeren Aufzug hervorgerufene Belastung,
dar. Die Entfernung zwischen diesen beiden Punkten in Richtung der Abszissenachse
ist verhältnismäßig klein.
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Würde der Motor keine Dämpferwicklung D enthalten, so würde beim Übergang
vom Fahr- auf Bremsbetrieb das Kurzschließen der fremderregten Wicklung X eine Verschiebung
der Arbeitspunkte f und Z auf der Kurve ,4 nach den Punkten m bzw. n auf der Kurve
B hervorrufen. Diese plötzliche Drehmomentänderung würde nicht nur einen sehr schnellen
Beginn der Verzögerung und damit ein Unbehagen der Fahrgäste in ,dein Aufzug verursachen,
sondern auch, je nachdem in welchem Punkte (f oder L) derKurve A der
Motor vor dem Ab- oder Umschalten der WicklungX gerade arbeitet, sehr verschieden
groß sein (fzn bzw. In); dadurch sind aber auch die entsprechenden, den Drehmomentänderungen
proportionalen Verzögerungen sehr verschieden. Aus Abb. 2 ist zu ersehen, daß der
Aufzug nach dem Übergang von dem Arbeitspunkt f zum Arbeitspunkt na rascher
seine Geschwindigkeit verringern wird als beim Übergang von dem Arbeitspunkt L zum
Arbeitspunkt n.
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Zur Beseitigung dieses Nachteils sind daher erfindungsgemäß Dämpferwicklungen
geeigneter Bemessung vorgesehen. Diese bewirken, daß das Drehmoment entsprechend
den Kurven C und D in Abb. 2 sich ändert, welche die Kurve B in den Punkten
zri bzw. zi schneiden, wodurch eine wesentlich langsamere Änderung des Drehmoments
und damit auch der Geschwindigkeit erreicht wird. Aus Abb. 2 ist ferner zu ersehen,
daß am Anfang der Verzögerungsperioden die Kurven C und D in bezug auf -die Punkte
f
bzw. Z dem gleichen Gesetz folgen. Die zu den Punkten f und Z
gehörenden Ordinaten der Kurven C und D stellen die Verzögerungsdrehmomente dar.
Die Verzögerung ist praktisch die gleiche, ob der Aufzug belastet oder leer ist.
Die Dämpferwicklung verbessert auch das Anlaufen, und zwar wandert der Arbeitspunkt
auf der gestrichelten Linie E anstatt auf der A, nach welcher er unmittelbar von
dem Punkt- O zum Höchstwert des Drehmoments überspringt.
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Die Dämpferwicklung kann, wie bei elektrischen Maschinen an sich bekannt,
als ein geschlossener Kupferring- auf einem oder mehreren Polkernen angeordnet (Abb.
i) oder als Käfigwicklung in den Polschuhen vorgesehen sein. Zweckmäßig wird die
Dämpferwicklung möglichst groß bemessen, beispielsweise derart, daß die Zeitkonstante
der Änderung des Flusses ungefähr eine halbe Sekunde beträgt. Zu diesem Zweck wird
der Kupferquerschnitt der Dämpferwicklung einen wesentlichen Teil der Fläche einnehmen,
die sonst die Feldwicklungen eingenommen haben.
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Die Bremswirkung des Motors kann, nachdem die Wicklung X abgeschaltet
und gegebenenfalls durch den Kurzschließer K überbrückt ist, durch eine zusätzliche
fremderregte Wicklung PV vergrößert werden. Wie Abb. 3 zeigt, ist die Wicklung PV
so angeordnet, daß sie in dem Motoranker einen magnetischen Fluß erzeugt, der in
Richtung der Arbeitsbürstenachse verläuft, und den in dieser Achse verlaufenden
Ankerfluß unterstützt. Dadurch wird die EMK an den Erregerbürsten und somit der
durch :die Wicklung H fließende Erregerstrom vergrößert, so daß -die Wirkung der
Wicklung H auf den Wert des resultierenden Flusses, der das Bremsdrehmoment hervorruft,
vergrößert wird. _ Die zusätzliche Wicklung PV wird von der gleichen Stromquelle
gespeist, welche auch zur Speisung der Wicklung X dient.
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Gemäß der Erfindung .können die Pole P des Motors entweder ungeteilt
oder in zwei Teilpole unterteilt sein. Ein zweipoliger Motor beispielsweise ist
dann in :letzterem. Fall, wie die Abb.4 und 5 zeigen, mit vier Teilpolen Pt versehen.
Die Wicklung H der Anordnung nach Abb. i ist hierbei wiederum derart .geschaltet,
daß sich ein resultierender magnetischer Fluß in Richtung- der Erregerbürstenachse
ergibt. Die Hauptwicklung X besitzt auf jedem der Teilpole Spulen, welche miteinander
zu einem geschlossenen Stromkreis verbunden sind, der in den vier Punkten p,
q, r und s der Spulen angezapft ist. An diese diametral gegenüberliegenden
Anzapfungen p, y oder q, s kann die Stromquelle mittels des Schalters G angeschlossen
werden. Die Wicklungen sind so angeordnet, daß, falls sie mit dem einen Paar der
beiden Anzapfungen, beispielsweise p, y, verbünden sind, ein resultierender magnetischer
Fluß in Richtung :der einen Bürstenachse, beispielsweiseder Erregerbürstenachse,
entsteht. Sind sie jedoch mit Hilfe :des Umschalters G mit den anderen beiden Anzapfungen
q, s verbunden, so entsteht :das resultierend e Feld in Richtung der anderen Bürstenachse,
also beispielsweise der Arbeitsbürstenachse. Dadurch wird dieselbe Wirkung wie mit
der. Anordnung nach Abb. 3 hervorgerufen, bei der in der einen Stellung eines in
Abb. 3 nicht dargestellten Schalters :die Wicklung X (Motorbetrieb) und in der anderen
Stellung des Schalters die Wicklung PV (Bremsen) erregt wird.
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Durch die Anordnung der einzelnen Spulen der fremderregten Wicklung
X in einem geschlossenen Stromkreis wirken diese, falls die Erregung abgeschaltet
ist, als eine Dämpferwicklung. Der Schalter R ist ein Umschalter für die Wicklung
X, der dazu dient, für -die gewünschte Drehrichtung die richtige Stromrichtung in
den beiden Stellungen (Anfahren, Bremsen) des Schalters G zu erhalten.
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Um den Aufzug an der gewünschten Stelle stillsetzen zu können, ist
es zweckmäßig, die Durchflutung der Hauptwicklung X, beispielsweise durch Parallelschaltung
von Widerständen oder Änderung der Windungszahl zu verringern, sobald der Förderkorb
sich dem Haltepunkt nähert, so daß der Aufzug durch den Motor nur noch mit geringer
Geschwindigkeit angetrieben wird. Kurz vor dem Haltepunkt kann dann in der üblichen
Weise eine mechanische Bremse betätigt und damit der Aufzug in der verbleibenden
kurzen Entfernung zum Halten gebracht werden. Beim Bremsen kann z. B. so vorgegangen
werden, daß die Bremse außer Betrieb bleibt, solange Strom durch den Motoranker
fließt. Wird der Motoranker kurggeschlossen, :d. h. durch einen Schalter überbrückt,
so wird eine elektromagnetische Einrichtung, :die die Bremse steuert bzw. offen
hält, solange durch den Motoranker Strom fließt, außer Tätigkeit gesetzt, so daß
die Bremse sofort anspricht.
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Aus Abb. a geht hervor, daß die Kurve C durch :den Punkt W geht und
dann in einer Spirale um den Punkt h verläuft. Das Drehmoment steigt zuerst über
:den Punkt k, dann steigt die Geschwindigkeit bis zu dem Wert des Punktes j, der
dem Wert des Punktes gleichwertig sein kann.
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Dieses beim Bremsvorgang auftretende Merkmal ist in dem Schaubild
nach Abb.6 noch einmal veranschaulicht, welches den Verlauf der Geschwindigkeit
in Abhängigkeit
v an der Hubhöhe darstellt. Die Kurve D' gilt für
geringe Last, die Kurve C für Volllast. Beide Kurven gehen durch den Punkt
j, bei dem die Bremsen betätigt werden müssen.