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Elektrischer Antrieb für Arbeitsmaschinen mit hin und her gehendem
Arbeitsspiel Der Antrieb von 'Werkzeugmaschinen mit hin und her gehendem Arbeitsspiel,
das insbesondere bei Hobelmaschinen vorliegt, erfordert infolge der Eigenart der
Arbeitsbedingungen andere Antriebsmittel als etwa eine Arbeitsmaschine mit drehender
Arbeitsbewegung. Gut bewährt hat sich für Hobelmaschinen usw. der Leonard-Antrieb,
der aber verständlicherweise einen nicht unerheblichen Bauaufwand erfordert. Man
war deshalb bestrebt, insbesondere für kleinere Maschinen andere Lösungen zu entwickeln,
deren Bauaufwand geringer, deren Preis entsprechend niedriger ist. Auch ging .das
Bestreben immer mehr dahin, den Werkstoffaufwand insbesondere für die Sparwerkstoffe
zu verringern. Zwei Lösungen haben insbesondere Bedeutung gewonnen, nämlich Antriebe
mit Magnetkupplungen und Drehstromantriebe mit polumschaltbaren Motoren.
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Wenn auch die betrieblichen Eigenschaften des Antriebes mit Magnetkupplungen
in vielen Fällen günstig sind, so ist doch insbesondere eine Schwierigkeit zu überwinden,
nämlich die Wärmeabfuhr aus den Kupplungen. Hierfür sind unbedingt befriedigende
Lösungen noch nicht gefunden, sofern man an dem Grundsatz des geringsten Bauaufwandes
festhalten will. Außerdem ist zu berücksichtigen, daß die Kupplung, da sie den Antrieb
von der Maschine abtrennt, selbst keine Brems-
Wirkung auslöst.
Auch die Tatsache, daß -Motor und Umkehrkupplung zwei getrennteBauteiledarstellen,
ist zumindest als Unbequemlichkeit anzusprechen.
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Günstiger in dieser Beziehung ist der Drehstromantrieb mit polumschaltbarem
Motor, denn :hier ist nur ein einziges Antriebsglied notwendig. Es darf aber nicht
übersehen werden, daß die Zahl der Schaltgeräte, die bei jeder Umschaltung bedient
werden müssen, notwendigerweise groß sein muß. Auch die Wärmeentwicklung ist wegen
der beim Umschalten entstehenden hohen- Stromstöße recht beträchtlich, so daß im
allgemeinen ahne eine zusätzliche Fremdbelüftung nicht auszukommen ist. Bei der
Durchbildung der die Antriebsleistung übertragenden Bauteile ist die harte Umsteuerung
zu berücksichtigen, da sonst Wellenbrüche zu befürchten sind. Betrieblich ist zu
bedenken, daß auch beim polumschaltbaren Motor eine Brems-Wirkung nicht oder nur
in sehr geringem Maß vorliegt, so daß zusätzliche Einrichtungen zum schnellen Bremsen
erforderlich werden.
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Die vorstehenden Ausführungen über Antriebe mit Magnetkupplungen und
polumschaltbaren Motoren sollen nicht dahin zielen; diese beiden Antriebsarten als
unbedingt ungünstig hinzustellen, sie sollen nur zeigen, in welcher Richtung die
Bestrebungen nach Verbesserungen zielen müssen.
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Die Erfindung zeigt nun .einen Weg, der geeignet erscheint, hier wesentliche
Fortschritte zu bringen, und zwar soll gemäß der Erfindung zum Antrieb einer Arbeitsmaschine
mit hin und her .gehender Arbeitsbewegung ein mechanisch angetriebener Drehfelderzeuger
dienen, der durch Umschaltung des Feldes im Zwischenläufer umgesteuert und stillgesetzt
wird.
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Dieser Drehfelderzeuger zum Antrieb von Arbeitsmaschinen ist in seinem
Wesen an Hand der Fig. z der Zeichnung. kurz erläutert. Er besteht aus den beiden
Hauptteilen M als dem motorischen und D als dem drehfelderzeugenden Teil. Der motorische
Teil !W enthält den Ständer St und ,den Läufer ML (Motorläufer). Mit diesem gekuppelt
ist der Zwischenläufer ZL; innerhalb dessen der eigentliche Arbeitsläufer AL, gelagert
ist. Der Zwischenläufer ist über Schleifringe an ein Drehstromnetz angeschlossen.
Wird der Zwischenläufer durch den,Motorläufer bei gleicher Polpaarzahl im Ständer
und Zwischenläufer entgegengesetzt der Drehrichtung des Feldes. angetrieben; so
steht das resultierende Feld zwischen dem Zwischenläufer und dem Arbeitsläufer still,
d. Ih. der Arbeitsläufer steht ebenfalls still, Wird ,der Zwischenläufer im Felddrehsinn
angetrieben, so wirkt auf denArbeitsläufer .ein Feld von einer Umlaufgeschwindigkeit;
die die Summe von mechanischer und elektrischer Drehung darstellt. Wird umgekehrt
bei verschiedener Polzahl der Zwischenläufer entgegen .dem Feld angetrieben, so
wirkt auf den Arbeitsläufer ein Feld mit einer Differenzgeschwindigkeit. Man kann
also durch entsprechende Schaltung des Feldes des Zwischenläufers dem Arbeitsläufer
eineDrehung im Einen oder anderen Sinn erteilen oder ihn stillsetzen. Aus diesem
Betriebsverhalten des mechanisch angetriebenen Drehfel'derzeugers ergeben sich nun
gerade für Arbeitsmaschinen mit hin und her gehender Arbeitsbewegung gegenüber anderen
Antriebsarten wesentliche Vorteile, von denen eine Reihe kurz erwähnt werden soll.
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Die Umsteuerung ist sehr weich, insbesondere wesentlich weicher als
beim polumschaltbarenDrehstrommotor, Das erklärt sich daraus, daß die Energie über
zwei Luftspalte, nämlich über den Luftspalt zwischen Ständer und Motorläufer und
dem Luftspalt zwischen Zwischenläufer und Arbeitsläufer übertragen wird. Der Zwischenläufer
gibt beim Umschalten nach. Es ergeben sieh dadurch Erscheinungen, wie sie ähnlich
auch beim Leonärd-Satz auftreten.
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Der Zwischenläufer kann bei allen Betriebszuständen mit gleicher Drehzahl
und gleichem Drehsinn durchlaufen: Hierdurch ist eine wirksame Belüftung gesichert,
durch die Schwierigkeiten der Wärmeabfuhr von vornherein vermieden werden: Berücksichtigt
man die öbenstehenden Ausführungen über die Möglichkeit, den Zwischenläufer mit
dem Feld und gegen das Feld anzutreiben:, so erkennt man, daß sehr günstige Verhältnisse
zwischen Vorlaufgeschwindigkeit und Rücklaufgeschwindi.gket erzielbar sind. Folgendes
Beispiel möge das erläutern: Der Ständer des motorischen Teiles besitze eine sechspolige
Wicklung, die .dann bei einem Netz mit 50 Per./Sek.-1 den Zwischenläufer
mit iooo Min.-' antreibt. Der Zwischenläufer besitze eine sechspolige und eine zierpolige
Wicklung, wobei die Schaltung so durchgebildet sei, daß die vierpolige Wicklung
gegen die mechanische Bewegung des Zwischenläufers an das Netz gelegt werde, während
umgekehrt die sechspolige Wicklung an ein Drehfeld gleicher Umlaufrichtung wie die
mechanische Bewegung :des Zwischenläufers angelegt werden kann: Dann ergibt sich
für den Verlauf eine Dre'hza'hl des Arbeitsläufers von 500 Min.-1, für den
Rücklauf dagegen eine Drehzahl von aooo Min.-', also ein Verhältnis von Vorlauf
zu Rücklauf von .i : q.. Zum Bremsen und Stillsetzen des Antriebes wird der Zwischenläufer
auf sechs Pole entgegengesetzt dem mechanischen Drehsinn geschaltet, so daß also
der mechanische und elektrische Drehsinn sich aufheben. Da nun beim Bremsen das
Feld als solches erhalten bleibt, ergibt sich eine sehr wirksame, aber auch weiche
Bremsung.
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Die Zahl der Schaltgeräte ist sehr gering; man kommt für den eigentlichen
Arbeitsvorgang mit zwei Umschaltschützen aus, zu denen für Aden Bremsvorgang ein
drittes Schütz als Bremsschütz hinzukommt. Eine Drehzahlregelung läßt sich leicht
durch Polumschaltung und unter Umständen durch Frequenzregelung durchführen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei an Hand des Schaltbildes
erläutert, das in Fig.,i die Arbeitsschaltung und in Fig: a die Steuerschaltung
zeigt. Die Steuerung arbeitet dabei in bekannter Weise mit einem Anstoßschalter
A, der sich zu Beginn des Arbeitsvorganges in der stark ausgezogenen
Stellung
befinden soll. Zur Inbetriebnahme des Antriebes wird der Druckknopf L' niedergedrückt.
Hierdurch werden seine Arbeitskontakte i geschlossen, seine Ruhekontakte 2 dagegen
geöffnet. Das Niederdrücken des Druckknopfes h hat zunächst die Einschaltung des
Umschaltschützes U, zur Folge. (Stromweg: Anschluß 3, Arbeitskontakte r des Druckknopfes
V, Kontakt d., 5, 6 des Anstoßschalters A, Ruhekontakte 7 des Rückwärtsdruckknopfes
R, Ruhekontakte 8 des Schützes U6, Wicklung 9 von U5 nach A.nschluß io.) U, spricht
an und schließt dadurch seine Arbeitskontakte 'm, über die das Halterelais HR an
Spannung gelegt wird. (Stromweg: Anschluß 3, Kontakte i, q., 5, Arbeitskontakte
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von U", Wicklung i#2 von HR nach Anschluß i'3.) HR schließt hierdurch seine
Selbsthaltekontakte 14, 15, so daß HR auch dann eingeschaltet bleibt, wenn U. abgefallen
ist. Außerdem bleibt U5 über die Selbsthaltekontakte 15 von HR eingeschaltet, und
zwar so lange, wie die Ruhekontakte 8 von U6 geschlossen sind.
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Nach Durchführung des Schnittes wird über den Anstoßschalter die Verbindung
zwischen den Kontakten 5 und 6 unterbrochen. U5 fällt ab und schließt hierdurch
seine Ruhekontakte 16. Druckknopf h war bereits wieder losgelassen, so daß Schütz
U6 an Spannung liegt. (Stromweg: Anschluß 17, Ruhekontakte i8 des Einrichteschalters,
Ruhekontakte i9 des Haltedruckknopfes, Arbeitskontakte 15 von HR, Kontakte q. und
2o des AnstoßschaltersA,Ruhekontal"te2 desDruckknopfesV, Ruhekontakte u6 und US,
Wicklung 2-i von U, nach Anschluß 22.) Die Arbeitsbewegung ist jetzt umgesteuert,
und der Antrieb läuft zurück.
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Die Arbeitsschaltung ist aus Fig. @i des Schaltbildes zu entnehmen,
aus dem hervorgeht, daß beim Einschalten von U5 die vierpolige und beim Einschalten
von U6 die sechspolige Wicklung .des Zwischenläufers eingeschaltet werden. Daraus
ergeben sich die bereits erläuterten Betriebszustände.
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Soll der Antrieb stillgesetzt werden, so wird der Halt-Druckknopf
niedergedrückt. Infolge Öffnens der Kontakte i9 wird :die Selbsthaltung von
HR
unterbrochen, so daß HR abfällt. Außerdem werden die Schütze U 5 und U,
spannungslos, fallen also ab und schließen ihre Ruhekontakte 23 und 12,.. Jetzt
wird das Bremsschütz BS erregt. (Stromweg: Anschluß 25, Kontakte 2,6 des Haltdruckknopfes,
Ruhekontakte 23,124 von U, und U6, Wicklung 27 von BS nach Anschluß 28.) Das Bremsschütz
BS legt (s. oberes Arbeitsschaltbild) die Wicklung des Zwischenläufers an ein zum
mechanischen Drehsinn entgegengesetzt gleiches elektrisches Feld und setzt dadurch
den Arbeitsläufer AL still.
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Soll die Bewegung nicht vom Vorlauf, sondern vom Rücklauf aus eingeleitet
werden, so wird nicht der Druckknopf L', sondern der Druckknopf R gedrückt. Eine
besondere Erläuterung der sich dann ergebenden Verhältnisse erscheint nicht notwendig.
Zum Einrichten wird der Knebel E betätigt. Durch Öffnen der Kontalete 18 wird das
Halterelais HR stromlos und durch Schließen der Kontakte 29 das Ansprechen des Bremsschützes
BS vorbereitet. Wird jetzt der Druckknopf V gedrückt, so wird zwar wieder U5 an
Spannung gelegt, aber nur, so lange, wie .der Knebel E verstellt ist. Sobald V wieder
losgelassen wird, fällt US wieder ab und schaltet über seine Ruhekontakte 23 das
Bremsschütz ein.
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Die vorstehende Erläuterung eines Arbeitsspieles zeigt, daß bei einem
solchen mechanisch angetriebenen Drehfelderzeuger die Zahl der Schaltmittel außerordentlich
gering ist, daß es also durch die Erfindung möglich ist, einen Antrieb geringen
Bauaufwandes zu schaffen, der betrieblich allen billigerweise zu stellenden Anforderungen
entspricht.