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Gegenström-Bremseinrichtung für elektromotorische Antriebe Zum Stillsetzen
elektromotorischer Antriebe, insbesondere bei Werkzeugmaschinen, bedient man sich
der elektrischen Bremse, wobei sich insbesondere die Gegenstrombremse durchgesetzt
hat, bei der der Motor während des Bremsvorganges auf entgegengesetzte Drehrichtung
umgeschaltet wird, was eine äußerst kräftige Bremswirkung zur Folge hat. Leider
hat aber die Gegenströmbremse den Nachteil, daß der Motor, wenn er nach Beendigung
des Bremsvorganges nicht wieder rechtzeitig vom Netz abgeschaltet wird, in entgegengesetzter
Drehrichtung hochläuft, was schwere Betriebsstörungen zur Folge haben kann. Um diesen
Schwierigkeiten zu begegnen, verwendet man Einrichtungen, die den Motor selbsttätig
abschalten, kurz bevor er ganz auf Stillstand heruntergebremst ist. Ein Weg, um
diese selbsttätige Abschaltung zu erreichen, besteht darin, daß man mit der Motorwelle
einen Fhehkraftregler kuppelt oder einen Bremswächter verwendet, der nach dem Prinzip
eines Kurzschlußmotors, jedoch mit drehbarem Stator, ausgeführt ist. An diesen Apparaten
sind Kontakte angebracht, durch die der Steuerstromkreis für die Hauptschütze geöffnet
und damit der Motor kurz vor Stillstand vom Netz getrennt wird. Fliehkraftregler
und Bremswächter haben jedoch den Nachteil, daß ihre Kontakte, wenn sie genau arbeiten
sollen, nur mit geringem Druck aufliegen dürfen und dadurch erschütterungsempfindlich
sind. Außerdem besteht hier bei Elastizität der Übertragungsglieder zwischen Motor
und Arbeitsmaschine, wodurch der Motor nach Stillstand etwas zurückschwingt,
der
Nachteil, daß die Kontakte erneut ansprechen und den Motor in falscher Drehrichtung
wieder in Gang setzen. Man kann nun Erschütterungen von den Schaltkontakten fernhalten
und das Wiedereinschalten des Motors beim Rückschwingen vermeiden, wenn man Fliehkraftschalter
und Bremswächter durch einen mit der Motorwelle gekuppelten Drehzahlgeber (Tachometerdynamo)
ersetzt und deren Spannung auf Relais einwirken läßt, welch letztere fern von der
Maschine an einer ruhigen Stelle der Anlage angeordnet sein können.
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An und für sich ist die Verwendung eines solchen Drehzahlgebers mit
Relais für den vorliegenden Zweck bereits bekannt. Man ist sogar schon einen Schritt
weitergegangen und hat besondere Relais dadurch erspart, daß man die Hauptschütze
unmittelbar durch den Drehzahlgeber speiste. Die hierdurch mögliche Vereinfachung
wird jedoch dadurch wieder mehr als aufgehoben, daß die Hauptschütze bei größeren
Maschinen eine ganz erhebliche Leistung erfordern, die nur voneinem Drehzahlgeber
größerer Type aufgebracht werden kann. Verwendet man dagegen Zwischenrelais, so
genügt eine ganz- geringe Steuerleistung, und man kommt bei allen Maschinengrößen
mit einem kleinen Drehzahlgeber von wenigen Watt Leistung aus. Auch hat die direkte
Speisung der Hauptschütze den Nachteil, daß diese abwechselnd vom Netz und vom Drehzahlgeber
gespeist werden müssen, weil der Drehzahlgeber erst Spannung abgibt, wenn der Motor
bereits läuft. Dies ist aber besonders ungünstig, wenn nur ein Wechselstromnetz
zur Verfügung steht und der Drehzahlgeber Gleichstrom abgibt. Dann müssen Wechselstromschütze
vorgesehen werden, die aber infolge ihres fehlenden Luftspaltes zum Kleben neigen
und damit zur Überwachung von Gleichstromspannungen wenig geeignet sind. Nimmt man
aber einen Wechselstromgeber, so entstehen Schwierigkeiten wegen der bei verschiedenen
Drehzahlen wechselnden Frequenz. Außerdem sind die Hauptschütze zur Drehzahlüberwachung
auch deshalb nicht geeignet, weil deren Hauptkontakte durch das beim Drehzahlgeber
vorhandene allmähliche Abklingen der Haltespannung leicht verschweißen und dann
nicht mehr abschalten.
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Sowohl bei Verwendung von Zwischenrelais als auch bei direkter Ansteuerung
der Hauptschütze ist es nun schwierig, zu erreichen, daß die Magnete erst kurz-vordem
Stillstand der Motoren, also bei ganz kleiner Drehzahl, abfallen. Werden nämlich
die Magnetspulen so bemessen, daß sie der normal auftretenden Spannung des Tachometerdynamos
angepaßt sind, so steht im Augenblick des Abfallens nur noch ein ganz geringes Magnetfeld
bzw. eine sehr kleine Zugkraft zur Verfügung und man kommt bereits in den Bereich
der Remanenz, durch welche das Abschalten nicht nur sehr ungleichmäßig wird, sondern
die Magnete auch häufig klebenbleiben. Dann wird aber gerade das eintreten, was
durch die Einrichtung verhindert werden soll, nämlich ein Wiederanlauf des Motors
in entgegengesetzter Drehrichtung. -Man hat nun den schädlichen Einfluß der Remanenz
schon dadurch aufgehoben, daß man den Magnetspulen einen schwachen Wechselstrom
überlagert hat. Wenn aber hier einmal die Netzspannung ausbleibt, so treten die
Störungen trotzdem auf und bei Wiederkehr der Spannung läuft der Motor in entgegengesetzter
Drehrichtung hoch.
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Alle diese Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch vermieden,
daß die Relais zur Erzielung einer niedrigen Abfallspannung für eine wesentlich
kleinere Spannung bemessen sind, als sie der mit der Drehzahl ansteigenden Spannung
des Drehzahlgebers entsprechen würde, und daß Mittel vorgesehen sind, um die Spannungsrelais
vor der hierdurch gegebenen Überlastung zu schützen. Durch die Erfindung wird erreicht,
daß auch in dem Augenblick, wenn der Anker des Magnets auslöst, noch ein kräftiges
Magnetfeld vorhanden ist. Remanenzfeld und Ungenauigkeiten in der Ausführung können
sich jetzt lange nicht mehr so schädlich auswirken wie früher; auch kann mit wesentlich
größeren Kontaktdrücken gearbeitet werden. Die ganze Einrichtung wird robuster und
zuverlässiger.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für Drehstromantrieb
dargestellt. Es zeigt M den zu bremsenden Motor. S" und S,. sind die Hauptschütze,
von denen S, dazu dient, den Motor im Vorwärtssinne zu steuern, während über S,.
der Motor im Rückwärtssinne eingeschaltet wird. Die Gegenstrombremsung wird, wenn
der Motor z. B. vorher im Vorwärtssinne gelaufen ist, dadurch erreicht, daß das
Schütz S" geöffnet und anschließend bis zum Stillstand des Motors das Schütz S,.
eingeschaltet wird. Umgekehrt dient das Schütz S" in genau so einfacher Weise zum
Bremsen, wenn der Motor vorher über das Schütz S,. im Rückwärtssinne gearbeitet
hatte. Die Ansteuerung der Hauptschütze S" und S,. erfolgt über die Tastschalter
T" und T,., das Abstellen durch den Haltetaster Th. Die Taststeuerung hat
den großen Vorteil, daß man Tastschalter in beliebiger Anzahl vorsehen und damit
die Maschine von verschiedenen Stellen aus steuern kann.
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Die Überwachung des Bremsvorganges erfolgt durch die beiden Relais
R" und R,., von denen das erstere beim Vorwärtslauf, das letztere beim Rückwärtslauf
in Tätigkeit tritt. Einweggleichrichter G" und G,., die den Relais vorgeschaltet
sind, sorgen dafür, daß immer das richtige Relais anspricht. Zu diesem Zwecke ist
als Drehzahlgeber ein Gleichstromdynamo G vorgesehen, dessen Polarität sich mit
der Drehrichtung ändert. Die Verwendung von Gleichrichtern (Ventilzellen) hat den
Vorteil, daß bewegliche Kontakte und die damit zusammenhängenden Störmöglichkeiten
entfallen. Weiterhin liegen im Stromkreis der Relais die Vorschaltwiderstände
H" und H,., die im Augenblick des Bremsens durch Hilfskontakte an den Hauptschützen
kurzgeschlossen werden.
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Angenommen, der Motor soll im Vorwärtssinne in Betrieb genommen werden,
dann drückt der Bedienende den Vorwärtstaster T", und es fließt ein Strom von der
Phase S des Netzes über die Leitung z, den Haltetaster Th, die Leitung 2, die Leitung
3, den Ruhekontakt q. zur Spule des Schützes S" und zurück zur Phase R des Netzes.
Damit zieht der Anker des Schützes S" an, wodurch die Hauptkontakte geschlossen
werden und der Motor M seine Arbeit beginnt. Mit dem Ansprechen des Schützes S"
ist auch dessen
Hilfskontakt 5 geschlossen, so daß nach Loslassen
des Vorwärtstasters T,, ein Strom fließen kann von der Leitung 2 über den Ruhekontakt
6 des Relais R,., die Leitung 7, den Hilfskontakt 5, den Ruhekontakt q. zur Spule
S". Das Schütz S, bleibt damit auch nach Loslassen des Tastschalters T" in angezogenem
Zustande, und der Motor wird sich weiter beschleunigen.
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Mit anwachsender Drehzahl gibt nun der Drehzahlgeber G eine ebenfalls
anwachsende Spannung ab, und sobald diese genügend hoch ist, springt das Relais
R" über den Gleichrichter G" und den Vorschaltwiderstand H," an. Damit wird gleichzeitig
über den Arbeitskontakt 8 des Relais R,U eine Verbindung vorbereitet von der Leitung
i, dem geöffneten Ruhekontakt 9 des Schützes S" zur Spule S,. des Rückwärtsschützes,
das in diesem Falle als Bremsschütz dient.
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Gleichzeitig wird über den jetzt geöffneten Ruhekontakt =o des Relais
R7, verhindert, daß das SchützS, über den Kontakten =i und 9 hängenbleibt, wenn
der Bremsvorgang beendet ist.
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Soll nun der Bremsvorgang eingeleitet werden, so drückt der Bedienende
auf den Haltetaster Th und trennt damit zunächst die Leitung 2 von der Leitung i.
Damit verliert das Schütz S7, über den Ruhekontakt 6 des Relais R,., die Leitung
7 und die Kontakte 5 und q. seinen Haltestrom und fällt ab, so daß der Motor M zunächst
vom Netz getrennt ist. Jetzt ist aber der Ruhekontakt 9 geschlossen, und es fließt
ein Strom direkt von der Leitung i über den geschlossenen Arbeitskontakt 8 des Schützes
R" und den Hilfskontakt 9 zur Spule S,.. Das Rückwärtsschütz zieht an, und die Gegenstrombremse
kommt zur Wirkung.
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Im Augenblick, wo das Schütz S,. geschlossen ist, wird durch den Hilfskontakt
12 der Vorwiderstand H" des Relais R" kurzgeschlossen, so daß ein verstärkter Strom
von dem Drehzahlgeber G zum Relais R" fließen kann, wodurch dessen Spule zunächst
stark übererregt wird. Diese Übererregung dauert jedoch nur ganz kurze Zeit, denn
unter der Wirkung der Gegenstrombremse sinkt die Drehzahl des Motors M und damit
auch diejenige des Drehzahlgebers rasch ab. Unterhalb einer bestimmten Drehzahl,
also kurz vor Stillstand des Motors, wird die Spannung so klein, daß das Relais
R" abfällt und seinen Kontakt 8 öffnet. Das Schütz S,. fällt ab, und damit ist der
Bremsvorgang beendet. Genau der gleiche Vorgang wie beim Vorwärtslauf des Motors
findet auch beim Rückwärtslauf statt, wo die Inbetriebsetzung mit Betätigung des
Rückwärtstasters T,. begonnen wird.
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Die Relais R,, und R,. können an Stelle der Verwendung von Vorschaltwiderständen
auch dadurch vor Überlastung geschützt werden, daß man den Spannungsanstieg des
Drehzahlgebers G bei höheren Drehzahlen abdrosselt. Hierzu kann man z. B. als Drehzahlgeber
einen Generator verwenden, der den weiteren Stromanstieg bei höherer Drehzahl begrenzt,
oder man begrenzt den Spannungsanstieg durch einen Regler.