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Anordnung für Mehrmotorenantrieb für mehrteilige Arbeitsmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Anordnung für Mehrmotorenantriebe für mehrteilige Arbeitsmaschinen,
z. B. Papiermaschinen, mit technologisch in. Reihe geschalteten Arbeitsvorrichtungen.
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In den Fertigungszweigen, in denen das Erzeugnis in fortlaufenden
Längen anfällt (Fließbetriebe wie die Zweige der Faserstoffindustrie, kontinuierliche
@N'alzwerke, Drahtziehwerke u. ä.), wird das Arbeitsgut über eine Anzahl in Reihe
geschalteter Arbeitseinheiten hinweggeführt. Diese Führung geschieht in keinem Falle
spannungslos bzw. mit merkbarem Durchgang der betreffendenWarenbahn, weil eine solche
biegsame Warenbahn dann willkürliche und die Verarbeitung störende iBewegungen ausführen
könnte, sondern stets mit einem gewissen Längszug in Laufrichtung der Ware. Dem
entspricht dann eine gewisse Dehnung; infolgedessen werden bei zwei aufeinanderfolgenden
Verarbeitungseinheiten die Umfan@gsgeschwInd'igkeiten (oder bei gleichen Durchmessern
der Wälzen die Drehzahlen) nie genau gleich sein, sondern Unterschiede aufweisen,
die manchmal sehr klein sind, aber auch größere Werte annehmen können. Dies ist
-z. B. der Fall, wenn mit der Behandlung der Ware zugleich ein Auseinanderziehen,
Verfeinern, Vermindern des Querschnittes. einhergeht, wie z. B. beim kontinuierlichen
Walzen, auch bei der Papierherstellung. Alsdann werden auch die Längszüge nicht
an allen Verarbeitungsstellen einer solchen Maschine gleich groß sein dürfen, wie
etwa bei Tuchveredelungsmuschinen, den Breitwaschmaschinen, Spannrahmen u. ä. meist
der Fall, sondern sie werden von einer Einheit zur anderen entsprechend der zunehmenden
Beanspruehungsfähigkeit
der werdenden Papierbahn höher zu wählen
sein, d. h. die Drehzahlen der Einheiten müßten in der Warenlaufrichtung zunehmend
ansteigen (Voreilung). Das wird aber begrenzt durch Gegenwirkung anderer Einflüsse;
der in Entstehung begriffenen Papierbahn wird in zunehmendem Maße die Feuchtigkeit
entzogen, zuerst mechanisch durch Aussaugen (Naßpartie) und Auspressen, dann durch
Austrocknen in der Trockenpartie. Das führt zu. einem Schrumpfen der Papierbahn,
weswegen nun die Arbeitseinheiten in der Durchgangsrichtung immer langsamer laufen
müßten (Nacheilung). Aus Überlagerung beider Einwirkungen ergibt sich von Fall zu
Fall die res.ttltierende Zug- bzw. Drehzahleinstellung als Vor- oder Nacheilung.
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Für die Gleichmäßigkeit der ..Erzeugnisse ist es wichtig, die einmal
gewählten und eingestellten Längszüge und entsprechenden Drehzahlverhältnisse der
Teilmotoren möglichst gleichmäßig aufrechtzuerhalten. Diese Aufgabe ist seit dem
übergang vom Einmotoren- zum Mehrmotorenantrieb der Ausgangspunkt vieler betriebstechnischer
Überlegungen und Einrichtungen geworden. Die folgenden Ausführungen werden am Beispiel
der Papiermaschine gemacht, sollen aber sinngemäß auch für andere Fertigungsmaschinen
mit in Reihe geschalteten Einheiten Geltung haben.
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Durch was für Betriebseinflüsse kann ein bestimmtes Drehverhältnis
zwischen zwei Arbeitseinheiten verändert bzw. gestört werden? Es gibt von außen
kommende Störungen und solche, die aus dem Werkstoff selbst herstammen. Zu den äußeren
Störungen seien Belastungsänderungen an den Motoren gerechnet, beispielsweise durch
Leistungserhöhung bei den Saugern, Änderung der Belastungsdrücke an den Naßpressen
u. ä. Dann fällt der betreffende Teilmotor gemäß seiner Charakteristik in der Drehzahl
zurück, der Längszug in der Warenbahn vor und hinter ihm wird geändert. Zum Ausgleich
solcher Störungen ist .das gegebene Mittel der Differentialregler, der das ursprüngliche
Drehzahlverhältnis wiederherstellt.
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Nun können Änderungen des Längszuges auch daher rühren, daß der innere
Zustand der Warenbahn, gekennzeichnet durch eine bestimmte Schrumpfung oder Dehnung,
Änderungen erleidet aus Gründen einer Inkonstanz der Behandlungsmittel, z. B. Änderungen
des Dampfdruckes und der Temperaturen in den Trockenzylindern. Tritt zwischen zwei
Trockentrommeln eine überdurchschnittliche Schrumpfung ein, so steigt entsprechend
der Papierzug, der gezogene Motor wird etwas schneller, der ziehende langsamer laufen.
Spricht nun der Differentialregler auf Drehzahländerungen aus solchen Ursachen an,
so muß er eine verkehrte Wirkung hervorbringen; durch Wiederherstellung des Drehzahlverhältnisses
würde derLängszug noch weiterhin erhöht, anstatt auf den richtigen Betrag wieder
herabgemindert.
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Man sieht hieraus, daß das Einstellen von Drehzahlverhältnissen mit
Hilfe des Differentialreglers, wie das bei der Papiermaschine durchgeführt wird
und hier zu .den schwierigen Anforderungen nach genauer Messung und Überwachung
der Drehzahlverhältnisse Anlaß gegeben hat, nicht in allen Fällen das Richtige.
und vor allem nicht das Primäre ist, sondern nur Mittel zum Zweck. Das Primäre ist
vielmehr die Einstellung und Einhaltung,des Längszuges in der Warenbahn. Daher sind
grundsätzlich diejenigen Einrichtungen höher zu bewerten, welche die Zugregelung
nicht auf dem Umweg über die Konstanthaltung von Drehzahlunterschieden anstreben,
sondern unmittelbar bewirken. Solche Einrichtungen sind vorhanden und verwendbar
in Gestalt der bekannten Tänzerwalzen bei solchen Geweben und Warenbahnen, die für
eine unmittelbare Abtastur_g zur Hergabe von Steuerungsimpulsen mechanisch genügend
widerstandsfähig sind. Allerdings sind Tänzerwalzen ebenso wie Differentialregler
platzraubende, umlaufende und mit Reibung und Trägheit behaftete Einrichtungen,
deren Ersatz durch ohne solche Nachteile arbeitende, rein elektrische Geräte einen
Fortschritt darstellen würde.
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Bei Papiermaschinen ist nun eine Abtastung durch Fühlwalzen zwecks
Abnahme von Steuerimpulsen betriebsmäßig nicht tunlich, weil das Papier vornehmlich
in der Naßpartie zu weich ist und der Lauf und besonders das Einziehen der Papierbahn
dadurch erschwert würde. Ziel der nachstehend dargelegten Erfindung ist, eine elektrisch
und tr'ägheitsfrei arbeitende, ruhende (daher auch entfernt von der Maschine aufstellbare)
Steuerungseinrichtung zu schaffen, mit der in Warenbahnen zwischen den in Reihe
geschalteten Arbeitseinheiten unmittelbar die beliebig einstellbaren Längszüge selbsttätig
konstant erhalten werden, womit .dann die Messung und Überwachung.der Drehzahlverhältnisse
der Teilmotoren in .den Hintergrund tritt und nur noch die Papierzüge selbst eingestellt
zu werden brauchen. (Gegenüber einer solchen Regelungsart ist die bisherige Regelung
auf konstantes Drehzahlverhältnis nur eine Vorstufe, ein Behelf.
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Die Erfindung geht aus von der bei Versuchen an einer Papiermaschine
mit Vielmotorenantrieb (Einzelantrieb der Trockenzylinder) gemachten Feststellung,
daß bei Vor- bzw. Nacheilung zwischen zwei nur über die Papierbahn in Verbindung
stehendenTeilmotoren oderTeilmotorgruppen ein festes Verhältnis besteht zwischen
den Papierzügen und den Unterschieden der Motorstrom-' aufnahmen sowie der Drehzahlen
der anliegenden Teilmotoren. Hält man durch eine elektrische Steuerung den Unterschied
der Stromaiufnahmen zweier aufeinanderfolgender Teilmotoren konstant, so tut man
dasselbe mit dem Papierzug zwischen beiden Einheiten. Die genannten Größen sind
für unter gleicher Erregung zusammengefaßte Gruppen von Motoren (Trockengruppen)
sinngemäß durch die Durchschnittsdrehzahlen bzw. die Summen der Einzelströme zu
ersetzen.
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Durch die vorliegende Erfindung wird diese Aufgabe in einfachster
Weise durch Steuereinrichtungen
gelöst, welche die Stromkomponente
jedes Teilmotors entsprechend seinem Drehmoment mit der des benachbarten Teilmotors
vergleichen, und etwa auftretende Stromdifferenzen werden dazu verwendet, die Einhaltung
eines konstanten Längszuges im Erzeugnis zu bewirken. Die Steuereinrichtungen zum
Vergleich der Stromkomponenten können verschiedenster Art sein und auf Gleich- oder
Wechselstrom ansprechen. So kann z. B. eine aus einem polarisierten Relais gebildete
Relaiswaage verwendet werden.
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In der Figur ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
In den Ankerstromkreis der Teilmotoren i bis 3 ist je eine Relaiswaage :4 und 5,
welche von einem polarisierten Relais gebildet wird, eingeschaltet. Die Anordnung
ist so getroffen, daß die eine Wicklung des polarisierten Relais q. vom Strom des
Teilmotors i, welcher gleichzeitig der Leitmotor sein kann, die andere von dem des
nachfolgenden Teilmotors durchflossen wird. Der Anker des polarisierten Relais liegt
in der Mittel- oder Ruhestellung, solange die Ampere"vindungszahl beider Spulen
dieselbe ist und daher die auf den Anker wirkenden Kräfte entgegengesetzt gleich
sind, sich also .die Waage halten. Das ist z. B. der Fall, wenn beide Motoren i
und 2 mit gleichen Strömen synchron laufen, in welchem Falle bei Abwesenheit von
Schrumpfungsneigung kein Zug in der Papierbahn vorhanden sein würde. Wird nun die
Windungszahl der einen Spule geändert oder ihr ein Parallelwiderstand zugeschaltet,
so ist für Wiederherstellung des :Gleichgewichts (gleiche Amperewindungszahl) jetzt
eine andere Stromaufnahme des Teilmotors a nötig, die durch Einwirkung auf seine
Erregung zu schaffen ist, auf Grund deren sich nun seine Drehzahl ändert (Vor- bzw.
Nacheilung) und damit der Dehnungszustand des Papiers als Voraussetzung für das
!Entstehen eines Zuges. Die Änderung der Erregung des Teilmotors 2 geschieht dadurch,
daß der Anker der Relaiswaage q. seine Mittellage verlassen und sich an einem der
Kontakte 7, 8 angelegt hat, wodurch .der Umkehrmotor g über die Schnecke io den
Erregerhebel i i des Teilmotors a in der entsprechenden Drehrichtung in Bewegung
setzt. Die Teilmotoren i bis 3 sind an die Erregerleitung 12 und die Kraftleitung
13 angeschlossen, welche über besondere Leonard-Sätze gespeist werden. Die Einstellung
,der Papierzüge besteht also in der Veränderung einer Spulenwindungszahl oder (bequemer)
ihres Parallelwiderstandes.
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Diese selbsttätige Steuerung tritt nun auch in Tätigkeit, wenn aus
irgendeinem Grunde Schwankungen des Papierzuges um den eingestellten Sollwert vorkommen.
An allen Teilmotoren werden dauernd die eingestellten Stromaufnahmeunterschiede,
d. h. Papierzüge (unter :den jeweiligen Werten des Drehzahlunterschiedes), selbsttätig
aufrechterhalten. Da der Leitmotor, dessen Kennzeichen ist, daß sein Nebenschlußregler
nicht für selbsttätige Steuerung, sondern nur von Hand vorgesehen ist, meist in
die Mitte der veränderlichen Partie der Maschine verlegt wird, so schreitet von
ihm aus ein Regelanstoß nach beiden Seiten fort, nach dem Sieb, wie nach dem Roller.
Diese Fortpflanzung der Regelimpulse über alle angeschlossenen Arbeitseinheiten
geschieht selbsttätig. Man braucht also, wenn man beispielsweise an einer Stelle
der Trockenpartie infolge dauernden zu großen Durchhanges der Papierbahn eine Berichtigung
der Einstellung vornimmt, diese nicht an allen weiteren Stellen zu wiederholen,
vielmehr nehmen alle Teilmotoren sofort selbsttätig die ihnen laut ihrem eingestellten
Sollwert zukommenden Drehzahlen auf (Reihenschaltung der Zugeinstellvorrichtungen).
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Statt zwischen zwei einzelnen Teilmotoren kann die Steuerung auf Gleichbleiben
der eingestellten Papierzüge auch mit Gruppen von iMotoren, z. B. Trockengruppen
der Papiermaschine, durchgeführt werden, die unter gemeinsamer Erregung zusammengefaßt
sind, welche dann von der Relaiswaage steuernd derart verändert wird, daß dier Unterschied
zwischen .den Summen der Einzelströme beider Motorgruppen konstant bleibt.
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Die Relaiswaagen mit Zubehör brauchen als ruhende Apparate nicht in
unmittelbarer Nähe der Teilmotoren untergebracht zu werden; damit bleibt die Haupteigenschaft
der bisherigen Ferndifferentiale erhalten, jedoch werden dauernd umlaufende Ferndreher,
Differentiale usw. nicht benötigt.