Uprawniony z patentu: Richard Wilke, Schwelm (Republika Federalna Niemiec) Helmut Korthaus, Wuppertal-Barmen (Republika Federalna Niemiec) Elektryczne regulowane urzadzenie wylaczajace do zabezpieczenia walu przed spadkiem lub zwyzka predkosci obrotowej Przedmiotem wynalazku jest elektryczne regulowane urzadzenie zabezpieczajace wirujace urzadzenie przed niepozadanym spadkiem lub zwyzka predkosci obrotowej.W dotychczas znanych rozwiazaniach zabezpieczenia walu przed zwyzka lub spadkiem predkosci obro¬ towej stosowany byl w prostym przypadku wykonania elektromechaniczny wylacznik odsrodkowy, który dzia¬ lal przy przekroczeniu lub obnizeniu ustalonej predkosci obrotowej i rozpoczynal zadany przebieg laczeniowy.Znane sa równiez przyrzady, które za pomoca pola elektrycznego, magnetycznego czy tez metoda fotoelek- tryczna wykazuja impulsy o czestotliwosci proporcjonalnej do predkosci obrotowej walu, które równiez spel¬ niaja zadane zalozenie dla procesów wyzwalania, poniewaz przekroczenie lub obnizenie predkosci obrotowej powoduje zwiekszenie lub zmniejszenie liczby impulsów w jednostce czasu.Urzadzenia te posiadaja jednak szereg wad, maja zlozona budowe, utrudniona regulujace zakresu dzialania lub musza byc wylaczane przy rozruchu.Celem, wynalazku jest usuniecie wad dotychczas znanych urzadzen a zadaniem wynalazku jest opraco¬ wanie elektrycznego urzadzenia wylaczajacego do zabezpieczenia walu przed spadkiem lub zwyzka predkosci obrotowej z regulacja czulosci progowej, nadproporcjonalnym elektrycznym dzialaniem mechanizmu wyzwalaja¬ cego wyposazonego w prosty nadajnik czestotliwosci o wysokiej sprawnosci, generujacego napiecie o sredniej czestotliwosci i czulosci niezaleznej od kierunku wirowania walu, przy czym podczas pracy wylacznik moze byc automatycznie regulowany wedlug zadanego programu.Zadanie to zostalo zrealizowane poprzez opracowanie regulowanego elektrycznego urzadzenia wylaczaja¬ cego do zabezpieczenia walu przed spadkiem lub zwyzka predkosci obrotowej, urzadzenie to za pomoca elektro¬ magnetycznego oddzialywania pomiedzy szczelnie zabudowanym nadajnikiem oraz falistym pierscieniem stalo¬ wym umieszczonym na wale i obracajacym sie wraz z nim, wytwarza impulsy napiecia, które przekazywane sa nastepnie dwuzylowym kablem na wejscie elektrycznego szeregowego obwodu rezonansowego poprzez bimeta- liczny czujnik temperatury kontrolujacy temperature lozyska obracajacego sie walu i silnika napedowego, który ptwiera swój styk przy przekroczeniu dopuszczalnej temperatury i przerywa polaczenie miedzy nadajnikiem czestotliwosci i obwodem rezonansowym, nastepnie impulsy napieciowe przekazywane sa na dolaczony wzmac-2 81658 niacz róznicowy wytwarzajacy elektryczny przebieg laczeniowy, przy czym jezeli nadajnik wytworzyl impulsy wskutek wzrostu lub spadku predkosci obrotowej walu, to czestotliwosc impulsów wzrosnie lub spadnie. Urza¬ dzenie wyposazone jest równiez w elektryczny bocznikujacy obwód rozruchowy, który powoduje, ze dopiero po uzyskaniu przez wal znamionowej predkosci obrotowej rozpoczyna sie proces kontroli tej predkosci.Urzadzenie posiada ponadto szczelnie obudowany nadajnik czestotliwosci wytwarzajacy sinusoidowe na¬ piecie bez wyzszych harmonicznych, zawierajacy niezalezny od kierunku wirowania walu podwójny staly system skladajacy sie z magnesów oraz przytrzymywanych zebrem obudowy, telefonicznej cewki sluchawkowej i umieszczonego w cewce rdzenia ze stali magnetycznej miekkiej, magnesy sa symetrycznie zamocowane wzgle¬ dem nadajnika kolowego, przy czym elementy te sa unieruchomione przy pomocy zalewy z zywicy syntetycznej, a caly nadajnik utrzymywany jest wzgledem kola przy pomocy tulei. Na nadajniku kolowym zamocowany jest pofalowany stalowy pierscien z zewnetrznymi ostrymi wierzcholkami i wewnatrz zaokraglonymi falowaniami, tak uksztaltowanymi, ze odleglosc miedzy kolejnie po sobie nastepujacymi wierzcholkami jest równa odleglosci miedzy dolnymi koncami prostokatnie uksztaltowanych magnesów trwalych i srodkiem wewnetrznych nabie- gunników cewki ze stali magnetycznej miekkiej, wyjscie nadajnika czestotliwosci polaczone jest z wejsciem szeregowego obwodu rezonansowego z kondensatorem, dlawikiem i regulowana rezystancja, przy czym wyjscie regulowanego rezystora jest polaczone z ujemnym biegunem sieci zasilajacej oraz poprzez diode z koncówkami rezystora i kondensatora, które tworza czlon wygladzajacy, oraz z baza tranzystora, jednoczesnie emiter tego tranzystora jest polaczony z ujemnym biegunem sieci zasilajacej i równoczesnie z pozostalymi koncami elemen¬ tów obwodu wygladzajacego, natomiast kolektor tego tranzystora jest polaczony z wejsciem wzmacniacza rózni¬ cowego oraz koncówkami rezystorów ustalajacymi punkt pracy wzmacniacza róznicowego, pozostale koncówki tych rezystorów polaczone sa z dodatnim badz ujemnym biegunem napiecia zasilajacego, a wyjscie wzmacniacza róznicowego jest polaczone z cewka sterujaca przekaznika, którego styki steruja doprowadzanie energii do obra¬ cajacego sie walu, przy czym podczas rozruchu ujemny biegun zródla zasilajacego jest polaczony poprzez kontakt, regulowany rezystor, oraz równolegle polaczone rezystor i kondensator z kolektorern tranzystora.Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przed¬ stawia nadajnik czestotliwosci w naturalnej wielkosci i w widoku z góry z widocznym wirnikiem z biegunemi wydatnymi, fig. 2 nadajnik czestotliwosci przekroju wzdluznym, równiez w naturalnej wielkosci, fig. 3 — sche¬ mat ideowo-blokowy obwodu rezonansowego wraz ze wzmacniaczem róznicowym i przekaznikiem przelaczaja¬ cym umieszczonych w osobnej obudowie, fig. 4 wykres krzywych rezonansowych obwodu rezonansowego, zas fig. 5 zasade dzialania wynalazku podczas bocznikowania w czasie rozruchu.Nadajnik czestotliwosci przedstawiony na fig. 1 i fig. 2 zawiera obudowe 1 z tworzywa sztucznego, która jest polaczona z zebrem 2 sluzacym do zamocowania elementów umieszczonych w obudowie, to jest cewki 4 nawinietej cienkiem drutem o rezystancji 2000 £2, dwóch magnesów trwalych 3 o ksztalcie prostokatnym i prócz tego dwóch równoramiennych zalamanych blach tworzacych nabiegunniki 5 ze stali magnetycznej miek¬ kiej, które przechodza przez srodek cewki. Elementy te na skutek sil magnetycznych scisle przylegaja do siebie, tworzac calosc i po prostu sa razem wlozone w obudowe 1 z tworzywa sztucznego. W dwóch owalnych wzdluz¬ nych otworach 7 obudowy 1 osadzone sa metalowe tuleje. Po ustawieniu wyzej wymienionych elementów obudowa 1 z tworzywa sztucznego zostaje zalana samoutwardzalna zywica syntetyczna i jednoczesnie konce przewodów cewki 4 sa przylutowane do dwóch koncówek lutowniczych 6, które sa wyprowadzone na zewnatrz obudowy jako zaciski przylaczeniowe. Ten prosty sposób budowy nadajnika czestotliwosci zapewnia calkowita wodoszczelnosc i zabezpiecza od wszelkich wplywów zewnetrznych w szerokich granicach zmian temperatury.Jak pokazano na fig. 2, obudowa 1 nadajnika czestotliwosci za pomoca owalnych wzdluznych otworów 7 jest tak umieszczona nad nadajnikiem kolowym 8, ze odleglosc miedzy koncami obydwóch nabiegunników 5 z blach ze stali magnetycznej miekkiej, a nadajnikiem kolowym 8 praktycznie utrzymuje sie w granicach okolo 0,4 mm—0,5 mm. Sam nadajnik kolowy 8 zbudowany jest ze wzmocnionego wlóknem szklanym pierscienia poliestrowego, na którego zewnetrzny obwód wcisniety jest pofalowany pierscien 10 z blachy magnetycznej miekkiej o grubosci scinaki 0,5 mm. Wykonanie pofalowanego pierscienia 10 ze stali magnetycznej miekkiej z blachy o grubosci 0,5 mm i szerokosci 10 mm odbywa sie w wytlaczarce, na pierscien poliestrowy musi byc wlozona forma z tasma która jest nastepnie wtloczona w tworzywo syntetyczne przed jego wzmocnieniem wlóknem szklanym i jego ostatecznym uformowaniem. Nadajnik kolowy 8 posiada otwór 11 dla umocowania na wale. Nadajnik kolowy 8 moze byc do walu przyklejony, poniewaz w zasadzie nie przenosi zadnych sil.Przedstawione na fig. 2 pojedyncze zebro 9 pierscienia z blachy stalowej znajduje sie w odstepie wystar¬ czajacym do zbocznikowania strumienia magnetycznego bieguna magnesu 3 i bieguna 5 ze stali magnetycznej miekkiej umieszczonego w srodku cewki 4. Jak latwo zauwazyc przy obrocie nadajnika kolowego o pól odleg¬ losci zebra 9, zachodzi kluczowanie obwodu magnetycznego miedzy obydwoma magnesami i wewnetrznym81658 3 biegunem. Nadajnik kolowy 8 przetwarza predkosc obrotowa w bardzo silne zmiany strumienia magnetycznego poprzez przemienny przebieg przewodnosci magnetycznej miedzy zebami 9—9 magnesami stalymi 3 i biegunem 5 ze stali magnetycznej miekkiej. Wynikiem jest powstanie napiecia posiadajacego ksztalt krzywej sinusoidalnej.W przedstawionym i praktycznie wykonanym przykladzie dla jednego obrotu walu z predkoscia obrotowa 1500 obr/min napiecie stanu jalowego wytworzone na zaciskach wynosi 8 V. W praktycznie wykonanym przykladzie dla liczby 76 zebów 9 uzyskiwana jest czestotliwosc 1900 Hz.Umieszczenie dwóch magnesów trwalych 3 po obu stronach cewki 4 jest konieczne, dla uzyskania jednako* wych sygnalów korzystnie 8 V i 1900 Hz przy obu kierunkach wirowania. Jesli przedstawiona na fig. 2 odleglosc miedzy nadajnikiem kolowym 8 i biegunem magnetycznym obudowy 1 wynoszaca okolo 0,4 mm—0,6 mm jest mniejsza, to skuteczne oslabienie lub wzmocnienie pola magnetycznego juz nie bedzie dawac tak czystej krzywe) sinusoidalnej. Powiekszenie tej odleglosci powoduje ze indukowanie napiecia bedzie zbyt niskie w porównaniu z 8 V, równoczesnie czulosc pradowa przekaznikowa dla zmiany liczby obrotów, jak dalej zostanie to opisane, bedzie tez zbyt niska. Przestrzeganie tej odleglosci nie jest specjalnie krytyczne, tym niemniej odleglosc ta powinna byc zachowana z normalnie spotykana tolerancja co jest szczególnie wazne dla praktycznego zastoso¬ wania wynalazku.W przypadku jezeli srednica 100 mm nadajnika kolowego 8 przedstawiongo na fig. 2 bedzie za duza, mozna zastosowac mniejszy nadajnik kolowy o srednicy 45 mm z 32 zebami 9 i wówczas przy predkosci 1500 obr/min uzyskuje sie czestotliwosc 800 Hz. Napiecie o okreslonej czestotliwosci uzyskane na koncówkach lutowniczych 6 moze byc przekazane zwyklym kablem na duza odleglosc przykladowo sto i wiecej metrów, to znaczy, ze przedstawiony na fig. 3 odbiornik moze byc wbudowany w pulpit sterowniczy razem z pozostalymi zespolami regulacji kontrolowanej maszyny. Oba przewody wejsciowe polaczone z koncówkami lutowniczymi 6 sa dolaczone do pokazanych na fig. 3 punktów 21 i 22. Miedzy punktami 21 i 22 wlaczono cewke indukcyjna Lr szeregowo polaczona z kondensatorem Cr i rezystorem nastawczym Rr. Te trzy elementy razem z cewka 4 tworza szeregowy obwód rezonansowy, którego czestotliwosc rezonansowa dostrojona jest przy normalnej predkosci obrotowej do czestotliwosci uzyskiwanego napiecia, wyjasnienie tego przebiegu przedstawione zostalo na fig. 4. Dla róznych nastawionych rezystancji rezystora Rr zmienia sie jak pokazuje to fig. 4, wysokosc krzywej rezonansowej i uzyskane na rezystorze Rr (fig. 3) napiecie uzyteczne Ur, które wynika z iloczynu pradu rezonan¬ sowego Ir i nastawionej rezystancji Rr.Zrozumiale jest równiez, ze wskutek powiekszenia rezystancji Rr powieksza sie szerokosc krzywej rezo¬ nansowej i punkt fab wylaczenia do predkosci obrotowej zbyt niskiej wzglednie zbyt wysokiej przesuwa sie. Dla pokazanej na fig. 4 mal.ej wartosci rezystancji R\ najmniejsze napiecie Ur wynosi na przyklad 0,7 V, co przy spadku predkosci obrotowej a wiec równiez czestotliwosci prowadzi do wylaczenia walu w punkcie fab,. Sze¬ rokosc krzywej rezonansowej wzrasta wraz ze wzrostem rezystancji do Rr2, wzrasta równiez napiecie Ur równe iloczynowi natezenia pradu rezonansowego Fr2 i rezystancji Rr2, to znaczy, ze punkt wylaczenia fab 2 dla wzrostu lub spadku obrotów lezy za nisko lub za wysoko. Jak na fig. 3 pokazano, sygnal napieciowy Ur jest podany przez prostownik na rezystor Hx i równolegle polaczony kondensator Cj, skad otrzymuje sie wygladzo¬ ne napiecie stale, które przelacza tranzystor lacznikowy Tj. Tranzystor T-! steruje wzmacniacz róznicowy, który natychmiast, gdy tranzystor I*! bedzie przelaczony, przelacza przekaznik, dajac trwaly impuls o wymaga¬ nejmocy. ¦ . ~ Spadek predkosci obrotowej kontrolowanej maszyny, powoduje wytworzenie minimalnego napiecia Ur, które to napiecie blokuje tranzystor Tx, co powoduje, ze wzmacniacz róznicowy przelaczy przekaznik i maszyna , zostanie odlaczona od zródla energii. Podobnie bedzie, jezeli predkosc obrotowa kontrolowanej maszyny bedzie za wysoka.Dla przeprowadzenia procesu rozruchu konieczne jest istnienie napiecia rezerwowego w miejsce nie istnieja¬ cego jeszcze napiecia z rezystora Rr, poniewaz nastapilby zanik wzrostu predkosci obrotowej. Wedlug wyna¬ lazku rozruch jest zrealizowany poprzez szeregowe polaczenie regulowanego rezystora R3 z rezystorem R2 i równoleglym kondensatorem C2. Wylacznik A w czasie rozruchu jest zalaczony dajac staly impuls napiecia, który laduje kondensator C2 przez rezystancje Ra. Tenladujacy impuls pradu powoduje,^ napiecie w punkcie U, które zanim zostal wlaczony lacznik posiada dodatni potencjal równy okolo 1,5 V, spada tak, jakby tranzy¬ stor T! zostal zablokowany, co powoduje zablokowanie wzmacniacza róznicowego. Wspólpracujacy ze wzmac¬ niaczem róznicowym przekaznik przelaczy i wlaczy zasilanie maszyny przez co nastepuje rozruch.Jak pokazano na fig. 5, w momencie zalaczenia lacznika A kondensator C2 bedzie ladowany wedlug krzywej ladowania okreslonej przez iloczyn R3 • C2. Zakonczenie okresu ladowania wystapi w chwili uzyskania przez maszyne znamionowej predkosci obrotowej a kondensator C2 w polaczeniu z rezystorem R2 bedzie teraz bocznikowac rezystancje obciazenia R4 równa 820 £2, wysterowany tranzystor Tt zapewnia minimalna wartosc4 81658 napiecia w punkcie U, aby wzamcniacz róznicowy nie zalaczyl przekaznika. Od tego momentu uklad bedzie kontrolowal predkosc obrotowa. Wartosc napiecia Ur maleje wtedy, gdy predkosc obrotowa spada lub wzrasta, wtedy tranzystor Tx zostanie zablokowany, co spowoduje, ze wzmacniacz róznicowy nie poda impulsu na przekaznik, którego styki wylacza zasilanie maszyny. Dzialanie obwodu R2 C2 ustaje wtedy, gdy potencjal wspólnego punktu rezystorów ft5 i R4 nie zmienia sie. Dopiero wtedy, gdy lacznik A bedzie otwarty i ponownie zamkniety, rozpocznie sie od nowa proces przedstawiony na fig. 5.Nalezy zaznaczyc, ze w szczególnym przypadku, gdy wlaczona bedzie tylko jedna maszyna, nie bedzie potrzebne sterowanie programowe, lacznikiem A, zetkniecie styków lacznika A moze bowiem nastapic takze przez przycisk klawiszowy, który musi byc wcisniety tylko przez krótki okres czasu. Jest rzecza oczywista, ze moze nastapic zastapienie przekaznika tyrystorem, lecz wyzszosc przekaznika polega na mozliwosci realizacji róznorodnych programów poprzez duza ilosc styków. PL