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Elektromotorenanordnung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf
eine Anordnung Voll Elektromotoren für elektrisch angetriebene Maschinen, l)Ci welchen
ein wahlweises Arbeiten entncder l>ei hoher oder relativ niedriger Drehzahl gefordert
wird und die eines oder die Kombination zweier otler mehrerer der folgenden Merkmale
aufweist, d. h. die I. unter belastung der ; efailr ausgesetzt ist, steckenzublieiben,
die 2. einer außeren Kraftwirkung, wie Schwerkraft, Wind oder Gezeiten, unterworfen
ist und die infolgedes-Seil, sowie die Trieb- oder Bremskraft aussetzt, überdrehen
oder zurücklaufen kann und die 3. ein bedeutendes Trägheitsmoment besitzt.
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Eine Maschine, welche obenerwähnte Merkmale 1. uii<l 2 aufweist.
ist beispielsweise ein Schiffsankerspill (Ankerwinde), das, während das Schiff bei
ruhiger See Anker lichtet, unter Bedingungen arbeitet, bei welcher es der Gefahr
eines Steckenbleibeus ausgesetzt ist, während es, wenn das Schiff bei Seegang, Wind
oder Gezeitenströmung Anker lichtet, autierdem äußeren Kräften unterworfen ist,
während es endlich, während der Anker angehievt wird, unter der Einwirkung der Schwerkraft
steht.
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Ein Beispiel einer Maschine, die das Merkmal 3. aufweist, ist ein
Zentrifugalseparator, der normalerweise bei hoher Drehzahl arbeitet, währentl er
andernmals, beispielsweise wenn er langsam rühren soll, bei Drehzahlkonstanz eine
niedrige Betriebsdrehzahl ohne Rücksicht auf plötzliche Belastungsänderungen beibehalten
muß.
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Infolge der Eigenschaft, daß sich ein Gleichstrommotor, im Gegensatz
zu einem Drehstrommotor, leicht so anordnen läßt, daß er über einen großen Drehzahlbereich
betrieben werden kann,
wird es oft als unentbehrlich erachtet, Maschinen
der genannten Art, insbesondere Hebezeuge, mit einer Gleichstromquelle auszurüsten,
so daß ein Gleichstrommotor Anwendung finden kann. In schwieriger gelagerten Fällen,
in welchen niedrige Drehzahlen und Gleichförmigkeit der Drehzahlregelungen ohne
Rücksicht auf Belastungsänderungen gefordert wird, wird in der Regel der Ward-Leonard-Antrieb
oder ein ähnliches System mit veränderlicher Spannungsregelung in Anwendung gebracht.
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Wenn ein polumschaltbarer Kurzschlußläufermotor mit mehreren Geschwindigkeitsstufen
bei lCelastungen mit großem Trägheitsmoment insbesondere in Hebezeug-und Spil lantrieben
Anwendung findet, sind die Drehzahlübergänge hart, und nachdem der in solchen Anlagen
geforderte Drehzahlregelbereich gewöhnlich groß ist, können diese Stöße nicht durch
Anordnung einer hydraulischen Turbokupplung zwischen dem Motor und dem Geschwindigkeitsuntersetzungsgetriebe
der Anlage abgedämpft werden, weil einerseits eine Kupplung, die für den Betrieb
bei der Mindestdrehzahl konstruiert wäre, ein zu großes Drehmomentübertragungsvermögen
bei der Höchstdrehzahl aufweisen, während andererseits eine für die Höchstdrehzahl
gebaute Kupplung bei der Mindestdrehzahl ein unzureichendes Drehmomentübertragungsvermögen
l>esitzen würde und unter Belastung steckenbleiben oder einen übermäßig großen
Schlupf aufweisen würde.
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Wenn in einer Maschine der genannten Art ein zwischen dem Motor und
der Last angeordnetes Geschwindigkeitswechselgetriele Anwendung finden würde, ist
es nachteilig, daß das zu überwindende, durch äußere Belastungen (Steckenbleiben
usw.) hervorgerufene, stoßweise auftretende Gegendrehmoment während des Betriebes
in den den niedrigen Drehzahlen entsprechenden Gängen in unerwünschtem Maße vergrößert
wird. Dies wird auch nicht wesentlich durch die Zwischensclhaltung einer hydraulischen
Kupplung zwischen Motor und Geschwindigkeitswechselgetriebe gemildert.
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Ein Gegenstand vorliegender Erfindung ist es, eine verbesserte Elektromotorenanordnung
vorzusehen, mit deren Hilfe es möglich ist, Drehstrombetrieb durchzuführen, und
bei welcher der Unterschied zwischen dem Vollastdrehmoment und dem Stillstandsdrehmoment
sich infolge des Wechsels der Geschwindigkeitsübersetzungsverhältnisse nicht wie
bei den mit Geschwindigkeitswechselgetrieben ausgestatteten, vorerwähnten Bauarten
innerhalb weiter Grenzen ändert. Mit anderen Worten ist der Gegenstand der Erfindung
eine Antriebsanordnung, bei welcher ein großes Gschwindigkeitsübersetzungsverhältnis
zum Antrieh einer Last bei niedriger Drehzahl herstellbar ist, während der Vorteil
beibehalten wird, ein Drehmomentverhältllis zu besitzen, welches sich zwischen den
bei hoher und bei niedriger Drehzahl herrschenden Betriebsbedingungen nicht in weiten
Grenzen ändert, was besonders bei Maschinen wichtig ist, die zeitweise mit relativ
niedriger Kriechdrehzahl fahren und die infolgedessen mit üblichen Zahnradgetriebesystemen
gefährlich hohen Beanspruchungen beim 5 teckenbleiben infolge Überlast ausgesetzt
wären.
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Ein weiterer Gegenstand ist die Schaffung günstiger Bedingungen für
den Antriebsmotor in bezug auf den Grad der Erwärmung und Selbstabkühlung in Perioden,
während welcher mit sehr niedriger Drehzahl (Kriechgang) unter hohem Drehmoment
gefahren wird, oder wenn ein Steckenbleiben unter Last auftreten kann.
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Ebenfalls ein weiterer Gegenstand ist die Gewährleistung einer stabilen
Drehzahldrehmomentcharakteristik sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Drehzahlen
im Antrieh sowohl als auch im Ablauf; Übertrieb, Antriebsmoment und Lastmoment haben
gleiche Richtung.
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Endlich ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung die Ermöglichung
der Rückspeisung eines wesentlichen Teiles der beim Bremsen frei werdenden Leistung
in das Drehstromnetz, so daß sowohl der Gesamtleistungsverbrauch als auch die Abnutzung
der mechanischen Bremsen verringert werden.
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Es ist bereits eine Elektromotorenanordnung vorgeschlagen worden,
die aus zwei gleichen Elektromotoren mit je einer synchronen Drehzahl besteht, welche
über koaxiale Wellen verschieden große Ritzel eines mechanischen Differentialgetriebes
antreiben, welches diese Bewegung einem angetriebenen Glied überträgt, wobei die
Anordnung so ist, daß erstens, wenn die Motoren in entgegengesetzten Drehrichtungen
laufen, das angetriebene Glied mit niedriger Drehzahl umläuft, daß zweitens, wenn
einer der Motoren stromlos ist und gebremst wird und der andere weiterläuft, das
angetriebene Glied mit einer mittleren Geschwindigkeit umläuft, und daß drittens,
wenn die beiden Motoren in demselben Drehsinn laufen, das angetriebene Glied mit
hoher Geschwindigkeit rotiert.
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Weiter ist vorgeschlagen worden, die obenstehend angegebene Anordnung
dadurch abzuwandeln, daß Kurzschlußläufermotoren Anwendung finden sollen, deren
einer nur eine annäherend synchrone Drehzahl hat, während die Wicklungen des anderen
Motors so angeordnet sind, daß derselbe wahlweise zwei annähernd synchrone Drehzahlen
liefert, wobei der Zweck der Anordnung die Schaffung einer Auswahl von fünf verschiedenen
Drehzahlen des angetriebenen Gliedes durch Laufenlassen des Motors mit nur einer
annähernd synchronen Drehzahl ist, während der Motor mit den zwei annähernd synchronen
Drehzahlen unter folgenden Bedingungen betrieben wird:
| Motordrehzahl |
| angetriebenen Glicdes |
| rückwärts schnell...... ..... 1 I (niedrigste) |
| rückwärts langsam . . . . # # 2 |
| stromlos und gebremst ... 3 |
| vorwärts langsam # # # # # 4 |
| vorwärts schnell.,.. 5 (höchste) |
Diese Vorschläge sind industriell nicht ausgewertet worden. Die
in den genannten Beschreibungen dargestellten Anordnungen würden nicht in zufriedenstellender
Weise arbeiten, da die Motoren im Parallelbetrieb keine befriedigende Nutzleistung
zeitigen würden. Die spitz verlaufenden (scharf ab-I) rechenden) Drehmomentschlupfcharakteristiken
der handelsüblichen Kurzschlußläufermotoren normaler Bauart sind so, daß, wenn der
Betriebszustand von der mittleren Drehzahl, bei der nur ein Motor läuft, auf eine
höhere Drehzahl, bei welcher beide Motoren laufen, geändert würde, praktisch einer
der Motoren gezwungen wäre, auf der verkehrten Seite der Spitze seiner Charakteristik
zu laufen (über dem Kippunkt), so daß er bei übermäßig hohem Ständerstrom mit abnormal
großem Schlupf laufen würde, während der andere Motor bei normaler Stromstärke nahe
seiner vollen Svnchrondrehzahl laufen würde. Dieser Zustand tritt auch bei den meisten
für große Drehmomente gebauten Kurzschlußläufermotoren auf, die ebenfals eine ziemlich
spitz verlaufende Drehmomentdrehzahlkennlinie haben.
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Gemäß vorliegender Erfindung besteht die Elektromotorenanordnung
aus einem mechanischen Differentialgetriebe, das zwei im folgenden jeweils Eingangselement
A und Eingangselement B genannte Eingangselemente und ein Antriebselement besitzt,
ferner einer Vorrichtung zum Kuppeln <les .\ltrielselementes mit der Last, einem
Drehstrommotor, im folgenden Motor MA genannt, einer Bauart, die nur eine annähernd
synchrone oder synchrone Drehzahl aufweist, d. h. einem Kurzschlußläufermotor (Asynchronmotor)
oder einem Synchronmotor, einer treibenden Verbindung zwischen dem Motor MA und
dem Eingangselement S,4, einem weiteren Drehstromkurzschlußläufermotor (Asynchronmotor),
im folgenden Motor IB benannt, einer treilsenden Verbindung zwischen Motor MB und
Eingangselement SB, wobei wenigstens Motor MB mindestens zwei normale Betriebszustände,
d. h. entweder zwei gleiche annähernd synchrone Drehzahlen in entgegengesetzten
Drehrichtungen oder zwei verschiedene annähernd synchrone Drehzahlen in gleicher
Drehrichtung hat, und einer hy draulischen Turbokupplung, die in einer der genannten
treibenden Verbindungen enthalten ist. Diese Kupplung ist vorzugsweise zwischen
den Motor l/. 4 und das Eingangselement SA geschaltet. In Abänderung dessen kann
eine zweite hydraulische Turbokupplung in der anderen der genannten treibenden Verbindungen
enthalten sein. Die Anordnung kann mit gemeinsamen Steuervorrichtungen für genannte
Motoren ausgestattet sein, die so zu betätigen sind, daß verschiedene Kombinationen
von Betriel>szuständen genannter Eingangselemente ausgewählt werden können.
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Bei dieser Anordnung kann die Charakteristik der hydraulischen Kupplung
in bekannter Weise, beispielsweise durch Wahl einer entsprechenden Menge von Arbeitsflüssigkeit,
gewählt werden, so daß, wenn die Betriebsbedingungen entweder von uie<lriger
l)rehzahl, l>ei welcher die Motoren MA und kl in entgegengesetztem Sinn laufen,
oder von der mittleren Drehzahl, bei welcher nur Motor MA läuft, auf eine höhere
Drehzahl, bei welcher beide Motoren in gleichem Drehsinn laufen, geändert werden,
der hydraulischen Kupplung ein genügend großer Schlupf aufgezwungen wird, der es
möglich macht, daß beide Motoren innerhalb des ansteigenden Astes ihrer den Drehmomentanstieg
in Abhängigkeit von der Drehzahlabnahme, d. h. der Motorschlupfzunahme zeigenden
Charakteristik laufen.
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Einer oder beide Motoren können einer ein großes Anzugsdrehmoment
entwickelnden Bauart ohne Schleifringanlasser angehören. Ein genügend großes Anzugsdrehmoment
ist beispielsweise ein das eineinhalb- bis zweifache des normalen Vollastdre'hmomentes
betragendes Anzugsdrehmoment. Eine ein solch großes Anzugsdrehmoment aufweisende
Motorbauart zeigt beispielsweise ein mit einem Doppelnutläufer ausgerüsteter Kurzschlußläufermotor
mit großem Drehmoment. Eine andere, ein genügend großes Anzugsdrehmoment aufweisende
Motorbauart zeigt ein Schleifringläufermotor, bei dem der Anlaßwiderstand des Läuferkreises
durch eine automatische Vorrichtung gesteuert wird, die aus einem bei zunehmender
Motordrehzahl automatt such den Läuferkreiswiderstand ausschaltenden Relais besteht.
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Wenn der Motor MB entweder unmittelbar oder vermittels einer hydraulischen
Turbokupplung einer Bauart mit konstanter Füllung mit demEinleitungselement SB verbunden
ist und wenn die Anordnung eine Last mit großem Trägheitsmoment antreiben soll,
muß aus später genannten Gründen der Motor MB in bezug auf den Motor MA eine solche
Größe haben, daß er in der Lage ist, unter dem Maximaldrehmoment, welches auf ihn
als Rückwirkung des von dem Motor MA abgegebenen Drehmomentes von dem Differentialgetriebe
herwirkt, anzulaufen.
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In den meisten Anwendungen der verbesserten Anordnung wird es wünschenswert
oder sogar nötig sein, regelbare Bremsvorrichtungen für das Eingangselement SB vorzusehen.
Bei Anlagen gemäß der Erfindung können, wenn das Antriebselement bei spielsweise
unter Einwirkung der Schwerkraft übertreiben kann und wenn die Last mit einer unabhängigen
Bremse versehen ist, wie dies bei Hebezeugen oder Winden der Fall ist, zusätzliche,
ebenfalls mittels eines gemeinsamen Steuerschalters steuerbare Bremsvorrichtungen,
dei vorzugswiese auf die Last wirken, vorgesehen werden. Dieser Steuerschalter kann
einen Betriebszustand vorsehen, in welchem die Bremsvorrichtungen für das Eingangselement
SB gelöst sind, die Bremsvorrichtungen für die Last in Tätigkeit sind. und einer
der genannten Motoren unter Strom steht, während der andere Motor von demselben
im Leerlauf angetrieben wird, so daß die Motoren sich abkühlen können.
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Bei einem herkömmlichen System, das einen Kurzschlußläufermotor mit
besonderer Vorrichtung zur Drehzahlregelung verwendet, ist es bei der Verwendung
in Winden, Aufzügen, Hebezeugen oder Kranen unvorteilhaft und manchmal sogar gefährlich,
beim Steuern einer negativen Last, beispiels-
weise einer infolge
der Schwerkraft übertreibenden Last, den Geschwindigkeitssteuerhebel zwecks Herabsetzung
der Fahrgeschwindigkeit in einen der niedrigen Geschwindigkeitsgänge zu riicken,
da die \Virkung der Absicht entgegensteht, d. h. die Geschwindigkeit der Last während
des Schaltens zunimmt. In dem System gemäß vorliegender Erfindung tritt dieser Nachteil
nicht auf, und das Bewegen des Steuerhebels in niedrigere Gangstellung setzt die
Lastgeschwindigkeit ohne Rücksicht darauf, ob dieselbe positiv oder negativ ist,
herunter.
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Einige Anwendungen der Erfindung werden nun an hand von Beispielen,
einige davon unter Bezug auf die Schemazeichnunge, beschrieben, und es stellt dar
Fig. 1 eine Teilschnittansicht eines Zentrifugalseparators, der einen Antriebsmechanismus
gemäß Erfindung besitzt, Fig. 2 einen Schnitt eines Einzelteiles längs der Linie
2-2 der Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt eines anderen Einzelteiles <lessellen Antriel>s,
Fig. 4 einen Schaltplan eines Steuerschalters für den in den Fig. I bis 3 gezeigten
Antriebsmechanismus, Fig. 5 ein Schema eines Antriebsmechanismus gemäß Erfindung,
welcher sich für den Antrieb einer Winde oder eines Kranes eignet Fig. 6 einen Schaltplan
eines Steuerschalters für dell in Fig. 5 gezeigten Mechanismus, Fig. 7 ein Schema
einer anderen Windenmechan ismusausfiihrungsform gemäß Erfindung.
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Der in Fig. I dargestellte Antriebsmechanismus ruht auf einem aus
Säulen 20 und Trägern zusammengesetzten Gerüst. Ein Behälter eines Zentrifugalseparators
ist in üblicher Weise mittels einer Welle 24, einem Kardangelenk 25 und einer Welle
26 an einem Rahmen 23 aufgehängt. Ein Differentialgetriebe, welches als Ganzes mit
27 bezeichnet ist und dessen Welle 24 das Abtriebselement darstellt, besitzt zwei
koaxiale Eingangsglieder. die von den Wellen S,4 und SB gebildet werden, die mit
zwei mit Kegelplanetenrädern 30 innerhalb eines Planetenr<l (lgelläuses 31 im
Eingriff stehenden Kegelritzeln 2S Ull. und 29 ausgestattet sind. Das Planetenradgehäuse
dreht sich in festen Lagern 32 und 33 und ist über Kegelräder 34 und 35 treibend
mit der Welle 24 verbunden. Das Rad 34 bildet das Ahtriebselement des Differentialgetriebes.
Das Rad 35 sitzt fest auf der Welle 24 und weist eine Nabe 36 auf, die mit dem Rahmen
23 So zusammenwirkt, <laß ein Drucklager gebildet wird, welches das Geweicht
des Behälters 22 aufnimmt. Das Differentialgetriebe in diesem Beispiel ist seinem
System nach so angeordnet, daß, wenn das Planetenradgehäuse 31 festgehalten wird,
die Eingangswellen SA und 51? sich zwangsläufig mit gleichen Drehzahlen in eiitgegengesetztem
Drehsinn drelhen. Zwei Kurzschlußläufermotoren MA und MB sind jeweils mit dcii leiden
Eingangswellen gekuppelt. Motor M. d ist über eine hydraulische Turbokupplung C4
mit der ihm zugeordneten Eingangswelle SA gekuppult. l) ie Turl>okupplung C4
gehört dem mit einem Ölkühler 37 versehenen Schöpfrohrtyp an. Die Kupplung besitzt
ein auf der Welle des Motors M A befestigtes treibendes Schaufelrad 38 und ein getriebenes
Schaufelrad 39, welches auf der mittels eines Lagers 40 auf dem Rahmen 23 gehaltenen
Welle SA sitzt. Eine von einem Bock 42 gehaltene Muffe 41 umgiht flüssigkeitsdicht
die Welle SA.
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Eine mit dem treibenden Schaufelrad 38 fest verbundene schalenförmige
Wandung 43 umgibt die Rückseite des getriebenen Schaufelrades. Eine ebenfalls am
treibenden Schaufelrad befestigte Gehäusewandung 44 bildet zusammen mit der Wandung
43 eine Schöpfrohrkammer 45. Verengte Auslaßöffnungen 46 führen vom Umfang der innerhalb
des treibenden Schaufelrades 38 und der Wandung 43 befindlichen Zirkulationsarbeitskammer
zu der Schöpfrohrkammer 45. Die Muffe 41 ragt durch eine Mittelbohrung der Wandung
43 und .flüssigkeitsahdichtend durch eine Mittelbohrung der Wandung 44 iindurch
und trägt ein Schöpfrohr 47, welches mit einer zu dem Kühler 37 führenden Leitung
48 Verbindung hat. Eine von dem Kühler zurückführende Leitung 49 hat Verbindung
mit einem Durchtritt 50 in der Muffe, der in der Arbeitskammer der Kupplung mündet.
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Wenn das treibende Schaufelrad umläuft, hält das Schöpfrohr eine ununterbrochene
Flüssigkeitszirkulation durch den Kühler und zurück zur Kupplung aufrecht, wobei
der Flüssigkeitsinhalt der Kupplung im wesentlichen konstant bleiht.
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Die Welle SB ist mit einer kräftigen, elektromagnetisch betätigten
Reibungsbremse ausgestattet (Fig. 2), die im Ruhezustand in ihre angelegte Stellung
drückt und die so eingerichtet ist, daß sie im stromdurchflossenen Zustand gelöst
wird. Diese Bremse besitzt eine mit der Welle SB verkeilte Trommel 54, die einem
Parr Bremsbacken 55 zusammenwirkt, die von Hebeln 56 und 56' gehalten werden, die
ihrerseits wiederum schwenkbar auf dem Rahmen 23 gelagert sind und die durch eine
Zugfeder 57 zueinander gezogen werden. Eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung,
die so konstruiert ist, daß sie sich im stromdurchflossenen Zustand verkürzt, ist
gelenkig zwischen dem Rahmen 23 und einem Arm eines Winkelhebels 59, dessen Drehpunkt
sich auf dem Hehel 56' befindet, zwischengesetzt. Der andere Arm des Hebels 59 ist
über einen gelenkig gelagerten Spreizhebel 60 mit dem Hebel 56 verbunden.
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Der umsteuerbare Motor MB ist über die hydraulische Turbokupplung
CB mit der Eingangswelle SB verbunden, die mit der einzingen Ausnahme identisch
mit der Kupplung CA ist, daß, nachdem dieselbe in beiden Drehrichtungen laufen soll,
ihr Schöpfrohr 47' (Fig. 3) zwei in entgegengesetzten Richtungen sich öffnende Mündungen
51 und 52 besitzt, die durch ein automatisches Zweiwegklappenventil 53 gesteuert
werden, welches verhindert, daß Flüssigkeit, die von einem der beiden Rohre geschöpft
wird, durch das andere Rohr wieder entweicht.
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Der Motor MB ist imstande, während des Anlaufes ein Drehmoment zu
liefern, welches das
Höchstdrehmoment, das von dem Motor MA geliefert
werden kann, übersteigt, wobei der Drehmomentüberschuß nicht kleiner als das Reibungsmoment
im Differentialgetriebe sein darf.
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Motor MA läuft mit 1000 Umdrehungen pro Minute (Synchrondrehzahl)
und list nicht umsteuerbar.
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Moto MB läuft mit 750 Umdrehungen pro Minute (Synchrondrehzahl) und
ist, wie schon erwähnt, umsteuerl>ar.
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Ein gemeinsamer Trommelsteuerschalter für die Motoren unter die Bremse
ist in Fig. 4 in Form eines herkömmlichen Schaltbildes gezeigt, aus wechem bervorgeht,
daß die Trommel so betätgbar ist, daß die in Tafel I zusammengestellten Betriebszustände
bergestellt werden können, wenn ohen Last mit synchronen Drehzahlen gefahren wird.
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Tafel I
| Drehzahl Drehzahl Drehzahl |
| Betricbszustand |
| von MA von MB des Rades 34 |
| O o o o |
| Halt |
| C + 750 - 750 |
| (Leerlauf) |
| 1. Gang 1000 -750 + 125 |
| 2. Gang + 1000 0 + 500 |
| j. Gang 1000 + 750 r 875 |
Während des niilaufens der Last oder im Rührzustand im ersten Gang ist die Netzbelastung
niedrig, da Motor MB zurückspeist. Während des Verzogerns der Last wird beim herunterschalten
auf den zweiten Gang eine nennenswerte Leistung ins Netz zurückgespeist. Beim Zurückschalten
vom zweiten auf den ersten Gang ist die vom Motor MA zurückgespciste Leistung nahezu
ausreichend, um die vom Motor MB verbrauchte Leistung zu ersetzen. lnfolgedessell
ist die Netzbelastung gering. Stoßbelastungen infolge Betätigung der Bremse oder
Einschaltens des Motors MB werden durch die Turbokupplung CA gedämpft.
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Bei dieser Antriebsanordnung arbeiten die Turbokupplungen CA und
CB innerhalb normaler Drehzahl, wobei die Drehmomentdrehzahlkennlinien so gcwählt
sind, daß auch mit kleinem Schlupf unter Normallast eine gute Dämpfungswirkung erzielt
wird.
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Der Haltzustand C in Tafel I ist ein Zustand, bei welchem nur Motor
MB unter, Strom steht und die Bremse gelöst ist, so daß Motor MA mit derselben Drehzahl
wie Motor MB, jedoch in entgegengesetztem Sinn im Leerlauf in Umdrehung versetzt
wird, wobei die Abtriebswelle stillsteht. l)ies gestattet, daß beide Motoren sich
während jeder Arbeitspause der Zentrifuge abkühlen können.
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Der Grund, warum, wenn die Turbokupplung CB einer Bauart angehört,
die mit konstanter Füllung arbeitet, Motor MB imstande sein muß, unter einem 1 Drehmomcnt
anzulaufen, welches das maximale, vom Motor MA abgegebene Drehmoment übersteigt,
ist der, daß gewährleistet sein muß, daß, wenn Motor MB eingeschaltet wird, um die
Last vom zweiten auf den dritten Gang zu beschleunigen, das an der Eingangswelle
SB entwickelte Drehmoment groß genug sein wird, um das Maxinialdrehmoment überwinden
zu können, welches in folge der Rückwirkung des Drehmomentes durch das Differentialgetriebe
an dieser Eingangswelle auftreten kann, da der Motor MA und die Kupplung CA sich
im Zustand erhöhten Schlupfes befinden, der sich im Motor MA und der Kupplung CA
zwansläufig durch die von der Einschaltung des Motors MB herrührende Beschleunigung
der Eingangswelle SB ergibt.
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I)as in Fig. I gezeigte Beispiel kann dadurch abgewandelt werden,
daß die Schöpfrohrkupplungen CA und CB durch hydraulische Turbokupplungen einer
bereits bekannten Fahrzeugkupplungsbauart ersetzt werden. In Abänderung kann dieses
Beispiel dadurch vereinfacht werden, daB die Kupplung CB weggelassen wird und der
Motor MB direkt mit tler Eingangs welle SB verbunden wird. In diesem Fall ist natürlich
ebenfalls wichtig, daß das Drehmoment des Motors MB in seinem Anfahrbereich größer
als das Maximaldrehmoment des Motors MA ist.
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In einer weiteren Abwandlung des in Fig. I gezeigten Beispiels kann
die Turbokupplung CB beispielsweise der bereits bekannten stopfbüchsenlosen, schöpfrohrgesteuerten
Bauart angehören, wobei letztere mit Steuervorrichtungen versehen ist, die den Flüssigkeitsinhalt
der Arbeitskammer und infolgedessen die Schlupfkennlinie bei umlaufender Kupplung
verändern. Dies erlaubt ein Verändern der Rührdrehzahl des Zentrifugalseparators
nach Wunsch durch entsprechende Einstellung des Schlupfes dieser Kupplung. Auf Grund
des Differentialantriel>ssystems ist nur eine kleine Schlupfsteigerung in der
Kupplung nötig, uml die Drehzahl des Zentrifugengefäßes auf den geforderten Wert,
beispielsweise 5% seiner Höchstdrehzahl, herabzusetzen. In diesem Fall kann die
Kupplung CB durch eine hydraulische Turbokupplung der Fahrzeugkupplungsbauart ersetzt
werden.
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Bei der in Fig. 5 gezeigten Elektromotorenanordnung, die sich für
den Gebrauch in einer Winde oder einem Kran eignet, sind die Kurzschlußläuferemotoren
MA und MB über Turbokupplungen CA' und CB' der Fahrzeugbauart mit den Eingangswellen
SA und SB serbunden. Die Welle SB ist mit einer Bremse ausgerüstet, die so angeordnet
ist, wie dies unter Bezug auf Fig. 2 beschieben wurde, und die ein Betätigungsglied
58 besitzt. Das Gehäuse eines Differentialgetriebes 27 ist über einen Kegelradtrieb
mit dem Übersetzungsverhältnis I : I mit einer Abtriebswelle 6I verbunden, die ül>er
ein Untersetzungsgetriebe 62, 63 mit einer Trommelwelle 64 verbunden ist, auf der
eine Seiltrommel 65 und eine Bremstrommel 66 angebracht sind. Diese Bremstrommel
wirkt mit einer Bremsvorrichtung zusammen, die ähnlich derjenigen ist, die unter
Bezug auf Fig. 2 beschrieben wurde und die mittels eines elektromagnetischen Betätigungsgliedes
67 gelöst werden kann. Fig. 6 ist ein Schaltbild eines Walzensteuerschalters (Wal-
zenkontrollers)
für die in Fig. 5 dargestellte Anlage, wonach derselbe so ausgeführt ist, daß er
bei Synchrondrehzahlen in unbelastetem Zustand die in Tafel II zusammengestellten
Betriebszustände ermöglicht.
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Tafel II
| Drehzahl Drehzahl Drehzahl |
| Betriebszustand |
| von MA von MB der Welle 61 |
| Heben 3 schnell + IOOo + 750 + 875 |
| 2 mittel + IOOO O + 500 |
| I langsam + IOOO - 750 + I25 |
| Kühlen C (Leerlauf) + IOOO - 1000 o |
| Stop o o o o |
| Senken I langsam - 1000 + 750 -125 |
| 2 mittel - 1000 0 - 500 |
| 3 schnell -1000 - 750 -875 |
Die Betriebsdrehzahlen unter Last werden infolge des in belastetem Zustand größeren
Motorschlupfes und Kupplungsschlupfes beim Heben etwas unter und beim Senken etwas
über diesen Werten liegen.
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Wenn der Abkühlungszustand C nicht gefordert wird kann die Bremse
66, 67 durch eine in gleicher Weise gesteuerte Bremse auf der Eingangswelle SA ersetzt
werden.
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In einer weiteren Abwandlung, beispielsweise in Anwendung auf eine
Winde, läuft Motor MA mit 1000 Umdrehungen pro Minute, und Motor ÄiB, der ein Motor
mit zwei synchronen Drehzahlen ist, umläuft mit I000 und mit 1500 Umdrehungen pro
Minute. Der Steuerschalter kann so ausgeführt sein, daß er außer dem Stopfzustand
die in Tafel III zusammengestellten Betriebsdrehzahlen liefert.
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Tafel III
| Betriebs- |
| Betriebszustand Motor MA Motor MB drehzahl |
| bei Null-Last |
| Sehr langsam senken - 1000 + IOOO O |
| (mittels Schwerkraft) |
| Heben I. Gang -1000 +1500 + 250 |
| oder 2. Gang o + I500 + 750 |
| Senken 3. Gang + 1000 + 1500 + 1250 |
Beim Zustand des sehr langsamen Senkens unter Höchstlast wird die tatsächliche Betriebsdrehzahl
unter der Voraussetzung von 30/0 Motorschlupf und 30/0 Kupplungsschlupf ungefähr
1/20 der Höchstdrehzahl betragen und sehr stabil sein.
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Die zuletzt beschriebene Anordnung kann dadurch abgewandelt werden,
daß ein Motor B mit zwei synchronen Drehzahlen von 500 und 750 Umdrehungen pro Minute
verwendet wird, wobei der Steuerschalter so ausgeführt wird, daß sich die in Tafel
IV zusammengestellten Betriebsdrehzahlen ergeben.
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Tafel IV
| Betriebsdrehzahl |
| Betriebszustand Motor MA Motor MB |
| bei Null-Last |
| 1. Gang + + I000 - 750 + 125 |
| 2. Gang + 1000 500 + 250 |
| 3. Gang + + I000 0 + 500 |
| 4. Gang + I000 + 500 + 750 |
| 5. Gang + + I000 + 750 + 875 |
In allen bisher beschriebenen Beispielen ist das mechanische Getriebe symmetrisch,
und die beiden Motoren sind jeweils so ausgewählt, daß sie mit verschiedenen Synchrondrehzahlen
laufen. Es kann jedoch auch von Vorteil sein, gleiche Motoren und hydraulische Turbokupplungen
mit symmetrischem, mechanischem Getriebe zu benutzen. Beispielsweise weist die in
Fig. 7 gezeigte Motoranordnung, die für eine Winde gedadht ist, zwei umsteuerbare
Motoren MA und MB mit je einer Synchrondrehzahl von 1000 Umdrehungen pro Minute
auf, wobei jeder über hydraulische Turl>okupplungen CA' und CB' und Schneckenuntersetzungsgetriebe
GA und GB koaxiale Wellen SA und SB eines symmetrischen Differentialgetriebes 27
antreibt. Die Untersetzungsgetriebe sind mit der einen Ausnahme gleich, daß das
Untersetzungsverhältnis von GA beispielsweise 4:I und das von GB beispielsweise
5 : 1 ist. Die Eingangswelle des Getriebes GB ist mit einer elektromagnetisch lösbaren
Bremse 54, 58 ausgestattet. Die Abtriebswelle 68 des Differentialgetriebes ist direkt
mit einer Windenseiltrommel 65 und einer Bremstrommel 66 gekuppelt. Eine elektromagnetisch
lösbare Bremse 69, 70 kann als Zusatzbremse zu der Backenbremse 66, 67 auf der Eingangswelle
des Getriebes CA vorgesehen sein.
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Der Steuerschalter kann so beschaffen sein, daß er bei Null-Last die
in Tafel V zusammengestellten Drehzahlen ermöglicht.
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Tafel V
| Welle |
| Betriebszustand MA SA MB SB |
| 68 |
| Heben 1. Gang + 1000 + 250 -1000 - 200 + 25 |
| oder 2. Gang +1000 +250 0 0 +125 |
| Senken t 3. Gang + 1000 +250 +1000 +200 +225 |
Ein weiteres Beispiel eines symmetrischen mechanischen Getriebes verwendet, in Anwendung
auf einen Zentrifugalseparator zwei Kurzschlußläufermotoren MA bzw. MB mit 10 bzw.
71/2 PS Dauerleistung, die eine synchrone Drehzahl von je I000 Umdrehungen pro Minute
haben. Motor MA treibt über eine 12,75-Zoll-Turbokupplung, Fahrzeugbauart, und ein
Schneckenuntersetzungsgetriebe mit einem Untersetzungsverhältnis 31/2:1 eine Eingangswelle
eines Differentialgetriebes.
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Motor MB ist umsteuerbar und treibt über eine gleichartige Kupplung
und ein Schneckenuntersetzungsgetriebe mit einem Untersetzungsverthältnis 4,67:1,
die andere Eingangswelle des Differential-
getriebes, Dieses Getriebe
gehört der symmetrischen Kegelradbauart an, wobei das Planetenradgehäuse mit der
Abtriebswelle über ein Geschwindigkeitsübersetzungskegelradgetriebe mit dem Übersetzungsverhältnis
1 :4,125 verbunden ist. Eine auf die vom Motor B angetriebene Differentialeingangswelle
wirkende Bremse der federbelasteten, elektromagnetisch lösbaren Ständerbauart besitzt
eine 15-Zoll-Bremstrommel. Diese Anordnung ergibt bei Vollast an der Abtriebswelle
eine Maximaldrehzahl von 950 Umdrehungen pro Minute, we nn beide Motoren im gleichen
Drehsinn laufen. Wenn Motor MA vorwärts läuft und Motor MB umgesteuert wird, ergibt
sich einc Rührdrehzahl von ungefähr 70 Umdrehungen pro Minute. i)araus geht hervor,
daß eine große Auswahl von J)rehzahllereichen geschaffen werden kann, ohne daß es
nötig ist, jeden Motor während jedes Wechsels zwischen zwei benachbarten Drehzahlen
umzusteuern. bei vorgenannten Beispielen laufen, obwohl die als erste Geschwindigkeitsstufe
erzielte niedrige Diehzahl nur ein kleiner Bruchteil der Höchstdrehzahl is,t nichtsdestoweniger
die Turbokupplung oder die Turbokupplungen mit normaler Drehzahl und infolgedessen
auch mi normalem Schlupf innerhalb normaler Drehmomentgrenzen und nor maler l)ämpfungswertgrenzen,
was inslesondere wertvolle Charakteristikas für die Steuerung bei abnehmender Belastung
sind, wobei die auf der Windentrommel angebrachte Bremse, obgleich dies nicht wesentlich
ist, als Feinsteuerung bei Millimeterarbeit benutzt werden kann.
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Daraus geht hervor, daß die Erfindung allen l. raktischen. Anforderungeii
auf dem Gebiet der Geschwindigkeitssteuerung ohne Rücksicht darauf, ob die Last
mittelgroß, groß oder klein ist, genügt und daß sie ein Steckenbleiben des Antriebsmechanismus
bei niedriger Drehzahl unter unbestimmter Belastung ohne Gefahr einer Reschädigung
gestattct, da die Motoren und Kupplungen selbst unter 3edingungen, wo die Gefahr
eines Steckenbleibens besteht, mit genügend niedrigen Sehlupfwerten arbeizen.
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Die Bremse oder Bremsen können im allgemeinen so bemessen sein, daß
sie in der Bedienung weich und in ihrer Wirkung kräftig sind und infolgedessen nur
eine kurze Schleifdauer haben; dadurch wird die Abnutzung herabgesetzt, und wenn
die zum Motor MB gehörige Bremse betätigt wird, wird in der mit Motor MA zusammenwirkenden
Turbokupplung ein Schlupf hervogerufen, wobei derselbe positiv belastet ist, wenn
die angetriebene Maschine beschleunigt wird, und wobei derselbe zurückspeist, wenn
die Maschine verzögert wird.
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Die Steuervorrichtungen können so ausgeführt sein, daß sie in einer
bestimmten Reihenfolge wirken, so daß beim Beschleunigen der Last ein Motor eingeschaltet
wird und die mit ihm verbundene Bremse einen Augenblick später gelöst wird, um dem
Motor, insbesondere dann, wenn er über eine mit ihm verbundene Turbokupplung antreibt,
kurze Zeit zum Beschleunigen zu lassen. Umgekehrt wird, wenn die Last verzögert
werden soll, die Bremse betätigt und der Motor einen Augenblick später ausgeschaltet,
um der Bremse Zeit zu lassen, einzugreifen, bevor das Motordrehmoment abbricht.
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Während des Schaltens in des ersten Cang hinein kann in der Steuervorrichtung
eine Verzögerung vorgesehen sein, so daß zwecks Vermeidung einer Überlagerung der
Anlaßstromspitzen im Netz einer der Motoren etwa eine Sekunde vor dem anderen Motor
eingeschaltet wird.
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Aus vorstehendem geht hervor, daß die Erfindung eine praktische Lösung
des Problems darstellt, einen gewissen Grad von Drehstromnutzbremsung bei sich senkenden
Lasten oder verzögerten Lasten mit großem Trägheitsmoment zu gewährleisten. Sie
macht es weiterhin möglich, mittels bedeutender und wirksamer Komponenten einen
weiten Drehzahlhereich mit dazu passenden Zwischenpausen vorzusehen, ohen daß die
Gefahr von übermäßigen Drehmomentstößen während Drehzahländerungen oder diejenige
der Instabilität bei irgendeiner Drehzahl hesteht, gleichgültig ob die Last positiv
oder negativ ist.