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Durch Fliehkraftenergie gesteuerte Bürstenbrücken-Verstelleinrichtung
für Drehstrom Kommutatormotoren Die Erfindung betrifft eine durch Fliehkraftenergie
gesteuerte Bürstenbrücken-Verstellvorrichtung ohne LFbersetzungsgetriebe für elektrische
Maschinen, deren Geschwindigkeit durch Verstellen der Bürsten auf dem Kommutatorumfang
geregelt wird, insbesondere für Drehstrom-Kommutatormotoren.
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Bei den bekannten elektromotorischen Bürstenbrückenantrieben zur Fernsteuerung
der Geschwindigkeit eines Kommutatormotors verwendet man übersetzungsgetriebe (Zahnradübersetzungen
oder Schneckengetriebe), um die Geschwindigkeit der rasch laufenden Verstellmotoren
bei ihrer Einwirkung auf die Bürstenbrückeneinsfiellung herabzusetzen. Meistens
werden als Verstellmotoren kleine, rasch laufende Drehstromsynchronmotoren (Kurzschlußläufermotoren)
verwendet. Nach dem Abschalten laufen diese Motoren infolge ihrer Schwungenergie
noch eine kurze Zeit weiter, so daß man Steuerhilfskontakte vorsehen muß, welche
den Ver stellmotor rechtzeitig vom Netz abschalten, bevor die Bürstenbrücke eine
Endlage erreicht. Wird der Verstellmotor nicht rechtzeitig vor Erreichen einer solchen
Endlage abgeschaltet, dann kann es zu einem Festfressen der Antriebschnecke kommen,
auch dann, wenn nur die Schwungmassen des Motors abzufangen sind. Diese Nachlaufum,drehungen
beeinflussen außerdem die Genauigkeit der gesamten Abschaltsteuerung, weil die Abschaltung
bereits erfolgen muß, bevor die Bürsten auf ihrem richtigen Platze angekommen sind.
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Diese Nachteile; die Notwendigkeit eines Übersetzungsgetriebes, die
ständige Gefahr des Klemmens in den Endlagen und die Ungenauigkeiten einer vorzeitig
einsetzenden Abschaltsteuerüng des Verstellmotors haben alle bekannten elektromotorischen
Bürstenbrückenantriebe, welche mit Verstellungen arbeiten, die abhängig sind von
der absoluten
Anzahl Umdrehungen des Hilfsmotors vom Augenblick
der Einschaltung an gerechnet bis zum völligen Stillstand.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird, im Gegensatz hierzu, die Bürstenbrück
enverstellung durch die Fliehkraftenergie einer oder mehrerer Fliehkraftvorrichtungen
bewirkt, unabhängig von der absoluten Anzahl Umdrehungen des Hilfsmotors. Diese
Fliehkraftvorrichtungen können erfindungsgemäß, gegebenenfalls wechselweise, von
einem oder mehreren ferngesteuerten (z. B. durch Druckknopfbefelil oder Schütze
ein- und ausschaltbaren) Hilfsmotoren angetrieben werden, welche rasch laufende
Typen mit kleinem Drehmoment sein können. Die Verstellgeschwindigheit der Bürstenbrücke
ist dabei erfindungsgemäß mittels an sich bekannter Dämpfungs-oder Bremsvorrichtungen
einstel lbar, so daß Übersetzungsgetriebe vermieden werden. Als durch Fliehkraftenergie
steuernde Fliehkraftvorrichtungen kommen an sich bekannte Fliehkraftpendel in Betracht,
unterstützt durch die Fliehkraftenergie der umlaufenden Massen des betreffenden
Hilfsmotors oder auch zusätzlicher Schwungmassen. Es sind Anordnungen hek,anntgeworden,
bei welchen die Bürstenbrückeneinstellung durch einen Fliehkraftregler bewirkt wird.
Derartige Flielikraftregler sind in ihrer Arbeitsweise nicht vergleichbar mit im
Sinne der Erfindung wirksam werdenden Fliehkraftpendeln. Fliehl:raftregler sind
dauernd umlaufende Steuervorrichtungen, welche abhängig vom Einstellort, den ihr
verschieblicher Halslagerteil bei unterschiedlichen Drehzahlen des Reglers einzunehmen
strebt, steuern, während Fliehkraftpendel, im Sinne der Erfindung angewandt, mir
bei einem \,'erstellvorgang umlaufen, gewöhnlich aber stillstehen und nur den Zweck
haben, Fliebkraftenergie zu Steuerzweol:en zu liefern, ohne Rücksicht auf absolute
Drehzahlwerte während des Verstellvorgangs. Bei den bekannten Anordnungen werden
die Flielikraftregler immer von dem zu regelnden Motor selbst angetrieben, nicht,
wie bei der Erfindung, von einem ferngesteuerten Hilfsmotor, welcher unabhängig
von der Geschwindigkeit des zu regelnden Motors nur die Aufgabe hat, die Fliehkraftpendel
vorübergehend als Verstellmittel anzutreiben.
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Erfindungsgemäß werden die zur Bürstenbrückenverstellung dienenden
Flielikraftvorrichtungen von einem ferngesteuerten Hilfsmotor angetrieben oder ferngesteuert
an einen Hilfsmotor an- und abkuppelbar vorgesehen.
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Ein über Schütze oder Druckknöpfe Einschaltbefehl empfangender kleiner,
rasch laufender Hilfsmotor erreicht seine volle Geschwindigkeit unter Umständen
schon in weniger als einer Sekunde. Die Bürstenbrückenverstellung soll aber erheblich
langsamer, erst innerhalb etwa 2o Sekunden oder mehr, zur vollen Auswirkung kommen.
Die %'erstellkraft der Fliehkraftvorrichtung wächst bei dem raschen Anlauf des Hilfsmotors
ebenfalls sehr rasch an, und zwar praktisch auf ein Vielfaches der zur Bürstenbrückenverstellung
notwendigen Kraft. Erfindungsgemäß wird deshalb eine Dämpfungs- oder Bremsvorrichtung
vorgesehen, welche gestattet, die Verstellgeschwindigkeit der Biirstenbrüclce einstellbar
auf jeden beliebigen Wert zu verlangsamen. Im Gegensatz zu der Arbeitsweise der
bekannten Fliehkraftregler sind, wegen der hohen Drehzahlen. welche der Hilfsmotor
und die Fliehkraftpendel während des ganzen Verstellvorgangs besitzen, selbst merkliche
Drehzahlunterschiede praktisch bedeutungslos auf die V erstellzeit und die Verstellgröße.
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Durch die Aufspeicherung kinetischer Energie in den beschleunigten
Massen können mit sehr kleinen Verstell:motoren scharf bestimmte Bürsteneinstellungen
erzwungen werden. Die noch zu beschreibenden Ausführungsbeispiele zeigen, daß die
Flielikraftpendelmuffen auch erst nach dein _Inlauf der Fliehkraftpendel, also erst
nach Erreichen großer Einstellkraft, mit dem V erstellorgan der Bürstenbrücke in
Eingriff gebracht werden können.
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Während durch ein Übersetzungsgetriebe nur ein ganz bestimmtes Verhältnis
zwischen Verstellmotorgeschwindigkeit und Bürstenbrücken-Verstell:geschwindigkeit
festgelegt wird, das späterhin nur durch Auswechseln des Getriebes geändert werden
kann, lassen einstellbare Dämpfungs- oder Bremsvorrichtungen sogar während des Betriebes
noch Änderungen dieses Geschwindigkeitsverhältnisses zu und ermöglichen, für verschiedene
Verstellrichtungen wahlweise Verstellgeschwindigkeiten vorzusehen. Dieser Torteil
i ist besonders zur Erfüllung der vielseitigen Anforderungen an die Regelfähigkeit
von Kommutatormotoren in der Textilindustrie wichtig.
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Durch die Erfindung soll aber weiterhin vermieden werden, daß eine
Bürsteneinstellung sich noch kurze Zeit nach der Abschaltung des ferngesteuerten
Hilfsmotors infolge von Nachverstellungen der Fliehkraftvorrichtungen ändern kann.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß insbesondere bei in dauerndem Eingriff
mit der Verstellinufe einer Fliehkraftvorrichtung stehenden Bürstenverstellorganen
zur Sicherung der Bürstenbrückeneinstellung ebenfalls ferngesteuerte Festhaltebreinsen,
z. B. elektrisch gesteuerte Bandbremsen, vorgesehen werden,
welche
zwangsläufig gleichzeitig m-it der An-und Abschaltung der Hilfsmotoren bzw. der
Fliehkraftvorrichtungen aus- und eingeschaltet werden. Derartige ferngesteuerte
elektromagnetische Bremsen können gleichzeitig auch als einstellbare Bremsvorrichtungen
während eines Verstellvorgangs dämpfend wirken und eine besondere Dämpfungsvorrichtung
ersetzen.
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Einige Ausführungsbeispiele von Bürstenbrückenantrieben nach der Erfindung
sind in den Fig. i bis 3 dargestellt, von welchen die Fig. i einen Antrieb mit zwei
Fliehkraftvorrichtungen und zwei Hilfsmotoren, die Fig. 2 einen Antrieb mit zwei
Fliehkraftvorrichtungen und einem Hilfsmotor und die Fig.3 einen Antrieb mit einer
Fliehkraftvorrichtung und einem Hilfsmotor veranschaulicht.
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In allen Figuren ist der zur Verstellung der Bürstenbrücke dienende
Teil mit i bezeichnet und als Hebel ausgebildet, der sich um die Achse 2 drehen
und über ein nicht dargestelltes Zahnsegment oder sonstige beliebige Zwischenglieder
die Bürstenbrücke in an sich bekannter Weise verstellen kann. Bei der Einrichtung
nach der Fig. i sind zwei Hilfsmotoren 3 und q. vorgesehen, welche Fliehkraftpendel
5 oder 6 über die Wellen 9 und io und die Teile 7 und 8 antreiben können. Einer
der beiden Hilfsmotoren, z. B. der Hilfsmotor 3, verstellt die Bürstenbrücke im
Sinne einer Drehzahlsteigerung des Hauptmotors, der andere q. im Sinne einer Drehzahlverminderung.
Die Fliehkraftpendel 5 und 6 sind mit den zugehörigen Wellen 9 und io fest verbunden,
auf denen die Muffen i i und 12 in Achsrichtung verschiebbar sind. Der Hebel i steht
in der Mittelstellung, d. h. der Kommutatormotor läuft etwa mit einer mittleren
Drehzahl. Der Hilfsmotor 3 ist in eingeschaltetem Zustand gezeichnet: Der Mufenteller
i i ist 4abei noch in Verstellung begriffen und bereits in Eingriff gekommen mit
dem Hebel 37 des Bürstenbrückenverstellhebels i, und die Schwingkugeln 6 haben die
durch die augenblickliche Lage der Muffe i i infolge der ihrer Verstellkraft entgegenwirkenden
Kräfte erzwungene Stellung, wobei der Motor 3 bereits seine volle Geschwindigkeit
erreicht liäben kann. Der Motor q. steht natürlich still; er ist mit Motor 3 verriegelt
zu denken. Im weiteren Verlauf der Verstellung schwingen die Kugeln 6 noch mehr
aus, ziehen die Muffe i i noch weiter an den Motor 3 heran und bringen den Hebel
i in die strichpunktierte Lage 13. Die Bürstenbrücke hat ihre größte Verstellung
in dieser Richtung erreicht, wenn das Hebelende 39 am Teller 38 des Fliehkraftpendels
des zweiten Hilfsmotors anliegt, wäbei die Muffe i i immer noch eine große Kraft
auf den Teller 36 und das Hebelende 37 ausüben kann, ohne daß dadurch Unzuträglichkeiten
entstehen oder Überregelung stattfinden müßte. Die Bewegung des Hebels i wird beidem
Ausführungsbeispiel durch eine Dämpfungsvorrichtung 14 verlangsamt. Diese besteht
beispielsweise aus einem Zylinder 15 mit einer Bodenöffnung 16 und einem Kolben
17, der über die Kolbenstange 18 mit dem Hebel i verbunden ist. Die Öffnung 16 für
das Durchströmen der Luft ist durch ein nicht dargestelltes Ventil regelbar, so
daß die Dämpfung eingestellt und gegebenenfalls für beide Verstellrichtungen verschieden
stark dämpfend eingerichtet werden kann.
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Sobald die Bürstenbrücke die richtige Stellung erreicht hat, wird
der Motor 3 abgeschaltet, die Kugeln 6 sinken zusammen und der Teller i i kommt
unmittelbar nach dem Ausschaltbefehl für den Motor außer Eingriff mit dem Hebel
37, so daß eine Überregelung auch ohne Eingreifen einer Festhaltebremse praktisch
vermieden wird.
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Soll die Bürstenbrücke entgegengesetzt verstellt werden, dann tritt
der Hilfsmotor q. in gleicher Weise in Tätigkeit. Die Abschaltung eines Hilfsmotors
kann selbstverständlich auch schon während eines im Gang befindlichen Verstellvorgangs
abhängig von der erreichten Bürstenbrückeneinstellung erfolgen.
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Die Fig. 2 zeigt eine Einrichtung, bei der nur ein Hilfsmotor i9 angeordnet
ist. Um die Bürstenbrücke in beiden Richtungen verstellen zu können, sind zwei Fliehkraftpendel
2o, 21 vorhanden, wobei ein Fliehkraftpendel nur bei Rechtslauf, das andere nur
bei Linkslauf von der Motorwelle mitgenommen wird. Zu diesem Zweck sind zwei Freilaufkupplungen
22 und 23 zwischen dem Hilfsmotor i9 und den Fliehkraftpendeln 2o und 21 geschaltet,
von welchen beispielsweise die Kupplung 22 für Rechtslauf und die Kupplung 23 für
Linkslauf bestimmt ist. In der Fig. 2 nimmt der Hebel i die Mittelstellung ein,
der Kommutatormotor läuft also mit etwa halber Drehzahl. Der Motor i9 steht gewöhnlich
still. Soll die Bürstenbrücke in dem einen oder andern Sinne verstellt werden, so
wird der Motor i9 für Rechts- oder Linkslauf eingeschaltet, so daß entweder das
Fliehkraftpendel 2o über die Freilaufkupplung 22 angetrieben wird oder das Fliehkr
aftpendel 21 über die Freilaufkupplung 23.
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An Stelle der Freilaufkupplungen 22, 23 für Rechts- und Linkslauf
können auch elektrisch gesteuerte Kupplungen, z. B. elektromagnetische Kupplungen,
verwendet werden. Der Hilfsmotor i9 kann dann dauernd in beliebiger Drehrichtung
mit voller Drehzahl umlaufen. Durch Einschalten der einen oder anderen Kupplung,
die Kupplungen sind gegenseitig
auf elektrischem Wege verriegelt,
wird dann das eine oder das andere Fliehkraftpendel angetrieben und die Bürstenbrücke
in der. einen oder anderen Richtung verstellt.
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Man kann nach der Erfindung, wie das Ausführungsbeispiel Fig.3 zeigt,
auch nur ein Fliehkraftpendel verwenden, das die Verstellung der Bürstenbrücke lediglich
in der einen Richtung bewirkt, während die rückläufige Verstellung der Bürsten durch
einen besonderen Kraftspeicher, z. B. eine Feder, oder durch die Schwerkraft bewirkt
werden kann. Die Fliehkraftvorrichtung hat in diesem Fall nicht allein die Reibung
der Bürstenbrücke und die einstellbare Dämpfungskraft einer besonderen Dämpfungsvorrichtung
oder, wie beim Ausführungsbeispiel, einer Bremskraft zu überwinden, sondern auch
die Rückstellkraft des Kraftspeichers, im Beispiel: die Federkraft. Damit die Bürstenbrücke
beim Abschalten des Hilfsmotors nicht durch die Rückstellkraft des Kraftspeichers
in ihre Endlage zurückgeführt wird, ist nach der Erfindung eine Festhaltebremseinrichtung
erforderlich, welche während eines Verstellvorgangs als Dämpfungsvorrichtung bremsend
wirkt, die Bürstenbrücke aber festhält, wenn der Hilfsmotor abgeschaltet wird. Diese
Festhaltebremsvorrichtung ist selbst fern-,gesteuert und wirkt auch beim Rückverstellvorgang,
wenn die Bürstenbrücke durch den Kraftspeicher in entgegengesetztem Sinne verstellt
werden soll, als Dämpfungsvorrichtung bremsend. Eine solche Einrichtung kann beispielsweise
aus einer elektromagnetisch bewegten Bandbremse bestehen, deren Solenoidspule zugleich
mit dem Hilfsmotor gesteuert wird. In dieser Form läßt sich ihre Bremswirkung während
eines Verstellvorgangs in dem einen oder anderen Sinne leicht auch auf verschieden
stark dämpfende Bremskräfte einstellen.
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In der Fig.3 ist der Hilfsmotor mit 31, das Fliehkraftpendel mit i
bezeichnet, der sich um die Achse 2 drehen kann. Auf der Achse 2 ist das Rad 32
einer elektromagnetisch gesteuerten Bandbremse befestigt, deren Band 34 durch einen
Elektromagneten 33 angezogen bzw. mehr oder weniger freigegeben wird. Eine Feder
30 greift an der Muffe 37 an und ist bestrebt, den Hebel i in die eine Endlage
(Stellung 36) zu bringen. Wird der Hilfsmotor 31 eingeschaltet, so bewegen sich
die Fliehgewichte nach außen und drehen den Hebel i aus seiner Ruhelage 36 heraus,
wodurch die Bürstenbrücke verstellt wird. Das untere Hebelende ist zu diesem Zweck
als Doppelgabel ausgebildet, in die zwei diametral angeordnete Stifte der Halslagermuffe
des Fliehkraftpendels eingreifen. Die Spule des Elektromagneten 33 wird zugleich
mit dem Hilfsmotor 31 ein- und ausgeschaltet, so daß. beim Einschalten des Hilfsmotors
die Bremse 32 gelöst wird und die Bürstenbrücke verstellt werden kann. Beim Stillsetzen,
d. h. beim Abschalten des Hilfsmotors 31, wird auch die Bremse 3.4 wieder angezogen,
so daß die Bürstenbrücke 34 in der gewünschten Stellung entgegen der Kraft der Feder
30 festgehalten wird.