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Regelung von Elektromotoren Die vorliegende Erfindung betrifft
Anordnungen zur Regelung von 1?lektromotoren, welche mit einem zyklischen -\i-1>citssl)iel
eine Belastung antreibeii, wie z. I)'. unistctierliare oder nichtumsteuerbare Walzenstraße,
eine Gruhenförderinaschine ttsw. Diese \Lotoren köniieii z. B. die Bauart \\'ai-d-1.coiiliai-cl
aufweisen oder für Wechselstrotn sein, unter der Bedingung, claß sie die stetige
Regelung der Geschwindigkeit in Abhängigkeit von einem Hilfssteuerstroni, einer
Bürstenstellung od. dgl. ermöglichen.
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Die Erfindung hat insbesondere die Herstellung einer zyklischen Regelung
der Geschwindigkeit und der Bewegung eines solchen Motors mit Hilfe von mehreren
leicht regelbaren Bezugsverstellungen zum Gegenstand. Sie hat ferner verbesserte
Steuermittel zum Gegenstand, welche gestatten, das zyklische Arbeiten des gesteuerten
Motors selbsttätig und mit großer Genauigkeit zu erhalten.
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Bei dem Sonderfall vonIZördermaschinenbezweckt die Eifindung ferner
die Verwirklichung eines sehr genauen Anhaltens mit Hilfe von beliebig kleinen und
von (lern N9oment des Motors unabhängigen Annäherungsgeschwindigkeiten sowie die
Ausführung des sogenannten Etagenwechselmanövers.
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Man hat bereits derartige Steueranordnungen unter Verwendung von elektrischen
Differentialsystemen hergestellt, welche die Geschwindigkeit
des
gesteuerten Motors mit einer Bezugsgeschwindigkeit vergleichen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung hängt die Bewegung des gesteuerten
Motors von Differentialsystemen ab, welche diese Bewegung mit der geometrischen
Summe von mehreren Elementarbezugsverstellungen vergleichen, wobei diese leicht
und selbsttätig veränderbare geometrische Summe auf geeignete Regelorgane des gesteuerten
Motors einwirkt. Diese Regelorgane können die Form von Regelwiderständen, Spannungsteilern,
Drehreglern usw. haben, welche so ausgebildet sind, daß sie die Bewegung des gesteuerten
Motors in der gewünschten Richtung und in geeignetem Maße verändern.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung ist nachstehend beispielshalber
eine Ausführungsform der Erfindung für den Sonderfall eines Gleichstrommotors, welcher
eine Fördermaschine antreibt und durch einen Ward-Leonhard-Stromerzeugergespeis,t
wird, beschrieben.
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Diese Anwendungsform ist in den Zeichnungen dargestellt.
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Fig. i ist ein Schema, dessenPrinzip bekannt ist; Fig.2 ist ein erfindungsgemäß
verbessertes Schaltbild; Fig.3 ist ein Schema, welches die mechanische Ausbildung
der Anordnung nach Fig. 2 darstellt. In Fig. i sieht man einen Stromerzeuger G,
welcher einen Hauptmotor M speist, der mittels seiner Welle i eine Belastung K antreibt,
z. B. die Scheibe einer Fördermaschine. Die Feldwicklungen e", des Motors
M werden durch eine Stromquelle F erregt. Die Feldwicklungen eg des Stromerzeugers
G werden ,durch eine Erregermaschine E mit drei Wicklungen e1, e2, es gespeist,
von denen die erste mit Hilfe eines Nebenschlusses S durch einen Bruchteil des Stromes
des Motors .-l und die letzte von einer Spannung U aus über einen Umkehrspannungsteiler
R1 gespeist wird.
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Dieser als Spannungsteiler arbeitende Regelwiderstand weist eine besondere
Form auf und enthält einen Widerstand 9, dessen Enden und verschiedene Zwischenanzapfungen
in der dargestellten Weise mit den Lamellen eines im Raum feststehenden Kollektors
io verbunden sind. Um diesen Kollektor herum können sich in beiden Richtungen diametral
gegenüberliegende Bürsten i i und 12 verstellen. SiewerdendurchdieWelle8 angetrieben,
und ihr Weg ist durch die festen Anschläge 13 und i4 begrenzt.
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Da der Widerstand 9 von einem von der Stromquelle U herrührenden Gleichstrom
durchflossen wird, so sieht man, daß diebeiden Bürsten i i und 12 sich in der dargestellten
Stellung auf dem gleichen Potential befinden, daß aber bei Drehungder Welle8 in
der einen oder der anderen Richtung zwischen ihnen eine zunehmende Spannung erscheint,
welche je nach dem Winkel und der Richtung der Winkelverstellung zwischen + U und
- U veränderlich ist.
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Die Drehung der Welle i des Motors M wird durch die Zahnräder 2 und
3 auf die Primärwelle 4 eines Differentials A übertragen, dessen Sekundärwelle 5
sich mit einer gewissen Bezugsgeschwindigkeit dreht und durch weiter unten beschriebene
erfindungsgemäße Mittel angetrieben wird. Der Differentialkranz D dieses Differentials
ist mit den Planetenrädern s. s starr verbunden. Er arbeitet mit einem Zahnrad 6
zusammen, welches mittels seiner Welle 7 .über die Reibungskupplung 8' und die Welle
8 den oben beschriebenen Regelwiderstand R1 antreibt.
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Man sieht, daß sich der Motor 11 für eine gegebene Stellung der Biitrsten
i i und 12 in dem der Drehung der Welle 5 entsprechenden Sinn dreht. Man sieht ferner,
daß,, wenn die Geschwindigkeiten der Wellen 4 und 5 gleich und entgegengesetzt sind,
die Geschwindigkeit von M konstant bleibt, während eine Veränderung der Geschwindigkeit
der Sekundärwelle 5, d. h. der Bezugsgeschwindigkeit, die Geschwindigkeit des Motors
M verändert.
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Hieraus ergibt sich, daß, falls von dem Motor M keine größeren Momente
verlangt werden als die, welche dem Maximalhub des Regelwiderstands R1 entsprechen,
und unter Berücksichtigung der Tatsache, daßdi.eRegelung nicht augenblicklich erfolgt,
die Primärwelle 4 und der -Motor M bis auf die Winkelabweichung des Regelwiderstands
Ri die Winkelverstellungen der Sekundärwelle 5 wiedergeben.
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Diese Wiedergabe der Winkelverstellungen ist somit durch die Anschläge
13 und 14 begrenzt, welche die Verstellung der Bürsten i i und 12 anhalten. Wenn
diese Anschläge erreicht sind, bleibt die Welle 8 stehen, die Kupplung 8' rutscht,
und die Welle 7 dreht sich weiter. Ein solches Rutschen der Kupplung 8' kann zur
Steuerung der Sicherheits-, Anzeige-, Stillsetzungsmanöver usw. benutzt werden.
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Fig. 2 zeigt die Anpassung einer derartigen Anordnung an die selbsttätige
Steuerung von zy klischen Arbeitsspielen. Hierfür sieht die Erfindung Mittel vor,
welche die selbsttätige Steuerung der Geschwindigkeiten oder der Winkelverstellungen
der Sekundärwelle 5 ermöglichen.
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Diese Welle 5 wird erfindungsgemäß durch ein beliebiges weiteres Differentialsystem
angetrieben, z. B. durch einen Differentialmechanismus A2, welcher dem Mechanismus
Al gleich sein kann. In diesem Fall wird die Welle 5 mit dem Getrieberad p1 verbunden,
welches mit dem Getrieberad p2 zusammenarbeitet. Dieses letztere wird mit konstanter
Geschwindigkeit z. B. durch einen umsteuerbaren Hilfsmotor ml mittels einer Kupplung
15, einer Schnecke 16 und einer Kupplung 17 angetrieben, welch letztere z. B. magnetisch
sein und durch eine Spule 17A erregt werden kann, sowie mittels einer Tertiärwelle
18.
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Ferner wird der mit den Planetenrädern s', s' starr verbundene Kranz
D2 des zweiten Differentialsystems A2 durch ein Zahnrad 2o in Umdrehung versetzt,
welches auf der Welle 21 eines kleinen umsteuerbaren Steuermotors m angebracht ist.
Dieser Motor m wird durch einen kleinen Hilfsstromerzeuger g gespeist, welcher durch
eine Wicklung e erregt wird, welche mit den Bürsten i i'
und 12'
cittes dem Reg°Iwiderstand R1 ähnlichen Regelwiderstand R, vcrlittticleti ist.
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Der Regelwiderstand R1 der Fig. 2, welcher die gleiche Rolle wie der
in Fig. i spielt, weist nicht dargestellte Rückführungsfedern auf, welche die Bürsten
t t und 12 itt ihre in der Zeichnung dargestellte neutrale Stellung zurückzuführen
suchen, in welcher die Spannung all den Klemmen der Wicklung e#3 gleich
NU" ist.
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Die Stellung der Bürsten i i' und 12' des Regelwiderstands R2 wird
durch die Welle 19 gesteuert, welche durch die angetriebene Maschine K betätigt
wird. Die Antriebsart dieser Welle ist in Fig.3 fü.r den Sonderfall einer Fördermaschine
dargestellt.
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Aus dieser Figur sieht man, daß der Hauptmotor-11 mittels seiner Welle
i eine Scheibe oder eine Trommel IL und zwei Förderkörbe 23 und 24 antreibt, welche
in ihren Endstellungen dargestellt sind, wobei sich der Förderkorb 23 an dem Anschlag
über Tage befindet. Die Welle i treibt ferner über ein Untersetzungsgetriebe 25
und geeignete Zalitiradgetriebe 25' und 25" Nockenräder 26, 27, 28 und 29
des Teufanzeigers der Fördermaschine alt. Diese Räder sind so ausgebildet, daß sie
fast eilte vollständige Umdrehung für einen Förderkorbweg ausführen, und tragen
Steuernocken 26', 27', 28' und 29', welche mit Rollen 30, 31, 32, 33 zusammenarbeiten,
deren Tragarme an einer Steuerwelle 34 des Regelwiderstands R2 befestigt sind.
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Es ist angenommen, ciaß der Nocken 26' und die Rolle 30 zur
Steuerung der Beschleunigung der Abw-ärtsbewegung des Förderkorbs 23 und der Nocken
27' reit der Rolle 31 zur Steuerung der Verlangsamung desselben Förderkorbs am Ende
der Aufwärtsbewegung vorgesehen sind. Ebenso sind der Nocken 28' und die Rolle 32
zur Steuerung der Verzögerung am Ende der Aufwärtsbewegung des Förderkorbs 24 und
der Nocken 29' mit der Rolle 33 für die Beschleunigung bei der Abwärtshe-,vegung
dieses Förderkorbs vorgesehen.
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1)1e Welle 19 des Regelwiderstands R2 wird durch geeignete \-erl>i11dutlgsglieder
35, 35' und 36 betätigt, welche auf einen Zahnsektor 37 und ein auf der auch in
Fig. 2 dargestellten Welle 19 befestigtes Zahnrad 38 einwirken.
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Der Zahnsektor 37 ist ferner auf einer Hilfswelle 39 befestigt, welche
durch eine Reibungskupplung 40 mit einer Antriebswelle 41 verbunden ist. Diese letztere
wird durch einen zweiten kleinen Hilfstnotor n12 mittels eitles geeigneten L,"ntersetzungsgetriel>es
42, welches z. B. die Form eines Schneckengetriebes haben kann, in Bewegung gesetzt.
11t der in 1@ 1g. 2 und 3 dargestellten Stellung befinden sich die Rollen 30 bis
33 und die Regelwiders ände R1 und R, in ihren neutralen Stellungen, welche (lern
Stillstand des Hauptmotors M entsprechen. 1>1e Wicklungen e und e3 (Fig. 2.) sind
entregt. Der Steuermotor 1n und die beiden Hilfstnotoren rnl und in, befinden sich
im Stillstand.
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Für das Anlassendes .Motors !1T betätigt die Bedienungsperson ein
nicht dargestelltes Steuerorgan, z. B. einen Druckknopf, welcher dem gewünschten
Drehsinn entspricht.
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Diese Betätigung bewirkt die öffnung einer Bremse 43 (Fig. 3), die
Schließung der Magnetkupplung 17-1;A (Fig. 2) und das Anlaufen der Hilfsmotoren
ntl und m2 in der gewünschten Richtung. Der Motor ml (Fig. 2) treibt das Getrieberad
p2 an, und da der Kranz D2 zunächst unbeweglich bleibt, dreht sich die Sekundärwelle
5 langsam, wobei sie auf den Kranz Dl einwirkt. Dieser bewirkt durch das Zahnrad
6 und die Organe 7, 8' und 8 die Verstellung der Bürsten i i und 12 des Regelwiderstands
R1 und die Speisung von e3, wodurch der 1-lotor _1l mit einer stetig zunehmenden,
aber geringen Geschwindigkeit angelassen wird.
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Der Hilfsmotor m2 (Fig. 3) bewirkt zunächst das Rutschen seiner Kupplung
4o, da die Rollen 30 und 31 noch durch die Nocken 26' und 27' festgehalten werden;
nach Maßgabe des Zurücktretens dieser Nocken infolge ihrer Drehung in der Richtung
des Pfeils F1 bewirkt jedoch dieser Motor m2 die Drehung der Hilfswelle 39 und des
Zahnsektors 37. Dieser letztere verstellt durch das Zahnrad 38 die Bürsten i i'
und 12' des Regelwiderstands R2. Hieraus ergibt sich, daß der Hilfsstromerzeuger
g erregt wird und daß sich der Steuermotor m (Fig. 2) in Bewegung setzt, um den
Kranz D2 in einem solchen Sinn anzutreiben, daß sich die beiden Bezugsgeschwindigkeiten,
d. h. die durch ml und die durch in gelieferte Bezugsgeschwindigkeit, addieren.
Die Sekundärwelle 5 dreht sich somit schneller, und der Hauptmotor .1l erreicht
allmählich seine Normalgeschwindigkeit mit einer Beschleunigung, deren Wert durch
das Profil des NOCkertS 26' bestimmt wird.
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Wenn aus irgendeinem Grund die von dem Stromerzeuger G verlangte Stromstärke
ihren Höchstwert übersteigt, legt sich eine der Bürsten i i und 12 gegen einen der
Anschläge 13 oder 14, und die Reibungskupplung 8' rutscht, so daß der Höchstwert
des Stromes selbsttätig begrenzt wird.
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Die Nockenräder 26 bis 29 drehen sich in den Richtungen der Pfeile
F1 und F2, und die Rollen 30 und 32 nähern sich unter der Einwirkung des Hilfsmotors
m2 den Nockenrädern 26 bzw. 28, Gegen das Ende des Förderkorbweges führt der Nocken
28' die Rolle 32, die Welle 34 und den Regelwiderstand R2 allmählich in ihre neutrale
Stellung zurück. Dies bewirkt, daß der Stromerzeuger g nicht mehr erregt wird und
daß der Steuermotor in stehenbleibt.
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Der größeren Sicherheit wegen kann man auf seiner Welle 21 (Fig. 2)
eine Bremse 21' vorsehen, welche selbsttätig durch die Unterbrechung der Speisung
der Spule 22 mittels eines Unterbrechers 22A, der z. B. durch ein Minimalrelais
gesteuert wird, angezogen wird.
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In diesem Augenblick ist der aufsteigende Förderkorb 24 in der Nähe
seines Anschlags über Zage angekommen.
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Da das Zahnrad 2o ebenso wie der Kranz D2 stillgesetzt ist, wird die
Drehung des Hauptmotors
AI nur durch die des Hilfsmotors ml bestimmt,
welcher' die Sekundärwelle 5 langsam in Umdrehung versetzt. Unter der Einwirkung
der Verbundwicklung ei der Erregermaschine E stabilisiert sich die Geschwindigkeit
des Hauptmotors M, und der Regelwiderstand R, nimmt eine Stellung ein, welche von
dem statischen Moment der Maschine K abhängt. Man erhält so eine geringe Annäherungsgeschwindigkeit,
welche von der <lurch die Förderkörbe beförderten Ladung unabhätigig ist. Es
genügt also, die Winkelverstellung des Motors mi zu steuern, um auch die des Motors
M zu steuern.
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Wenn die Förderkörbe mit dieser geringen sog. Annäherungsgeschwindigkeit
das gewünschte Niveau erreichen, wirken sie auf einen geeigneten Unterbrecher ein,
z. B. einen nicht dargestellten Schalter, welcher den Motor m, stillsetzt. Gleichzeitig
wird die Bremse 43 angelegt. Das Festziehen dieser Bremse bewirkt mit Hilfe von
nicht dargestellten gesteuerten Kontakten die Unterbrechung des Stromes der Spule
17A der Magnetkupplung 17. Hierdurch wird die Tertiärwelle r'8 freigegeben, und
der Regelwiderstand R, kehrt unter der Einwirkung der ohenerwähnten Rückführungsfedern
in seine neutrale Stellung zurück.
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Zur Vornahme des sog. Etagenwechsels bewirkt man durch geeignete,
nicht dargestellte Druckknöpfe das Anlaufen des Hilfsmotors m, allein in dem gewünschten
Sinn ohne Speisung des Hilfsmotors in, . Dies bewirkt, daß sich der Hauptmotor
J1 langsam in der gewünschten Richtung dreht. Da die Bewegung von M der des Hilfsmotors
m, proportional ist, kann man geringe Verstellungen des Förderkorbs genau regeln
und so ein genaues Anhalten an den gewünschten Niveaus erhalten.
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Zur Erzielung eines nicht selbsttätigen Arbeitens der beschriebenen
Anordnung kann man einen nicht dargestellten Handhebel vorsehen, welcher auf die
Speisestromkreise der Hilfsmotoren mi und m2 sowie auf die Magnetkupplung 17-17A
einwirkt.. Die Bremse 43 wird dann ebenfalls von Hand gesteuert, wie bei den nicht
selbsttätigen Fördermaschinen.
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Aus obigem geht hervor, daß die Bewegung des gesteuerten Motors M
von den Verstellungen von zwei kleinen Motoren mi und m abhängt. Bei dem gewählten
Beispiel wird die Summe dieser beiden Verstellungen hergestellt.
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Es ist auch möglich, ihre Differenz zu benutzen, was offenbar die
Erzielung eines anderen Regelhereichs gestattet. Ferner kann man, anstatt einer
konstanten Geschwindigkeit, der von ml, eine veränderliche Geschwindigkeit, die
von m, zu Überlagern, mi ebenfalls mit einer veränderlichen Geschwindigkeit umlaufen
lassen oder auch den Motor mi durch zwei oder mehrere Motoren ersetzen, welche sich
mit verschiedenen Geschwindigkeiten drehen und abwechselnd arbeiten.
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Man sieht somit, daß der Hauptmotor M durch mehrere verschiedene Parameter
gesteuert werden kann, wobei jeder dieser konstanten oder regelbaren Parameter in
einer bestimmten Reihenfolge wirksam wird, um die verschiedenen Teile seines Arbeitsspiels
zu erzeugen.
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Es können verschiedene weitere Abänderungen der Erfindung vorgenommen
werden, ohne ihren Rahmen zu verlassen.