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Steuerbarer Antrieb an Effektfaden-Spinnmaschinen für künstliche Fäden
Die Erfindung befaßt sich mit einer selbsttätigen Steuerung für elektrische Nebenschlußmotoren
zum Antrieb von Effektfaden-Spinnmaschinen für endlose künstliche Fäden, bei denen
die Titerschwankungen im Faden durch Wechseln der Fadenabzugsgeschwindigkeit hervorgerufen
werden. Bei Anlagen, die nach dem Kupferoxyd-Ammoniak-Verfahren arbeiten, ist es
üblich, die Abzugsgeschwindigkeit zur Bildung des verdickten Fadenteiles für etwa
1 bis 2 Sekunden vollkommen stillzusetzen und danach für etwas längere Zeitspannen,
vielleicht 8 bis 15 Sekunden, die in ihrem Abstand unregelmäßig aufeinanderfolgen,
wieder normal abzuziehen.
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Es ist bekannt, die wechselnde Drehzahl der Abzugseinrichtung bzw.
der Aufwickeleinrichtung, beispielsweise Haspeln, über Kupplungen zu steuern. Ein
normaler Motor mit Nebenschlußverhalten treibt die Welle der Abzugseinrichtung mit
konstanter Drehzahl an, und eine in der Antriebswelle gelegene Reibungs- oder Magnetkupplung
ist so schaltbar, daß die Abzugseinrichtung immer abwechselnd angefahren und kurzzeitig
wieder stillgesetzt werden kann. Zum schnellen Abbremsen, also Stillsetzen der Abzugseinrichtung
wird häufig noch eine zweite Kupplung gegen einen stillstehenden Bremsteller betätigt,
die im Augenblick des Abschaltens der Antriebskupplung einsetzt und die Welle sehr
schnell zum Stehen bringt. Derartige Kupplungen haben große Nachteile: Einmal schalten
sie sich verhältnismäßig ruckartig ein, was leicht zu Brüchen in den übertragenden
Maschinenteilen führt, und zum anderen unterliegen sie einer ständigen Abnutzung,
die es nicht zuläßt, daß über längere Zeiten gleiche An- und Auslaufbedingungen
für die Abzugseinrichtung gegeben sind.
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Wollte man die mechanisch wirkenden Kupplungen durch elektrisch induktiv
wirkende ersetzen, so würden die Nachteile der mechanischen Abnutzung zwar nicht
in Erscheinung treten. Es läßt sich aber dennoch nicht verhindern, daß gesonderte
komplizierte Einrichtungen im Antrieb geschaffen werden müssen, die die Anschaffung
einer solchen Anlage verteuern und die betriebliche Wartung erschweren.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile wird vorgeschlagen, daß die Antriebe
in an sich bekannter Weise über einen Programmgeber fortlaufend stillgesetzt und
wieder angefahren werden, wobei der Anlauf durch spannungsherabsetzende Schaltmittel
gedämpft und der Auslauf durch bei Stromabschaltung sich selbsttätig einschaltende
Gleichstrom- bzw. Kurzschlußbremsung verkürzt wird. Eine solche Anordnung vereinigt
die Vorteile der konstanten Drehzahl eines Nebenschlußmotors für die Abzugszeit
mit dem weichen Anfahren und einer gekürzten Auslaufzeit desselben. Die Mittel zum
weichen Anfahren sind dem Nebenschlußmotor fest einstellbar vorgeschaltet. Sie können
einmal in bekannten Vorschaltwiderständen bestehen, die einen Spannungsabfall am
Motorstrom erzeugen, der bei normaler Betriebsleistung nur gering, im Falle des
Anfahrens wegen der dann herrschenden hohen Stromstärke aber beträchtlich ist und
daher einen sehr merkbaren Spannungsabfall mit daraus folgender Drehmomentenverringerung
nach sich zieht. Diese Einrichtung ist sowohl anwendbar an Gleich- wie auch an Wechsel-
und Drehstrom-Nebenschlußmotoren.
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An Stelle des die Spannung herabsetzenden Vorwiderstandes kann beispielsweise
auch ein bekannter fest einstellbarer Verstelltransformator vorgesehen sein, der
die Eingangsspannung ebenso wie den Vorwiderstand herabsetzt. Diese Einrichtung
ist nur an Wechsel- und Drehstrommotoren anwendbar.
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Bei reinen Drehstrommotoren ist es in bekannter Weise durch einfache
Schaltungsänderung möglich, einen normalen, auf Dreieckschaltung ausgelegten Motor
in Sternschaltung laufen zu lassen. Der dadurch bedingte Drehmomentenrückgang beträgt
etwa zwei Drittel gegenüber der der normalen Schaltung. Bei all diesen Vorschaltwiderständen
oder spannungsherabsetzenden Mitteln ist es angebracht, den Motor in seiner Leistung
etwas größer auszulegen, damit das Betriebsdurchzugsmoment, welches von der Abzugseinrichtung
verlangt
wird, eingehalten werden kann. Die Motoren müssen also etwas Leistungsreserve aufweisen.
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Entgegengesetzt zum weicheren Anfahrverhalten der Nebenschlußmotoren
muß die Auslaufverzögerung erhöht werden, da die Wucht aller Organe der Aufwickeleinrichtung
nebst Antriebszwischenelementen möglichst schnell, aber auch wieder so vernichtet
werden soll, daß sie nicht schlagartig - einsetzt und damit die Antriebselemente
zu Bruch bringt. Um dies zu erreichen, wird der Nebenschlußmotor durch Gleichstrom-
oder Kurzschlußbremsung in erhöhtem Maße verzögert.- Die Gleichstrombremsung ist
bei Wechsel- und Drehstrommotoren üblich, indem in den Ständer eine in ihrer Größe
einstellbare Gleichspannung eingeführt wird, die ein stehendes Feld erzeugt, welches
den schlüpfenden Rotor stark abbremst. Werden Gleichstromnebenschlußmotoren eingesetzt,
so kann in bekannter Weise der Rotor zwecks Bremsung kurzgeschlossen werden. Diese
Gleichstrom- bzw. Kurzschlußbremsung am Nebenschlußmotor wird vom Programmgeber
in der Weise gesteuert, daß entweder der Antriebsstromkreis unterbrochen wird und
von diesem Unterbrecher der Bremsstromkreis geschlossen wird oder daß der Steuerstrom
beide Kreise gleichzeitig schaltet und dabei den einen schließt und den anderen
öffnet. Als vorteilhaft erwies sich, im ersten Fall ein Zwischenschaltrelais vorzusehen
und dieses als Zeitrelais auszubilden, wodurch die Beaufschlagung des Nebenschlußständers
mit Gleichstrom in zeitlich engen Grenzen gehalten werden kann, so daß nicht unnütz
Verlustwärme, die nur den Motor erwärmt, erzeugt wird.
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Der erfindungsgemäße steuerbare Antrieb zeichnet sich durch einfachste
Gestaltung ohne Verwendung komplizierter, der Abnutzung unterworfener Kupplungsglieder
aus und arbeitet gerade deswegen zuverlässig und auch über lange Betriebszeiträume
gleichmäßig und sicher, ohne daß kraftübertragende Maschinenelemente im Antrieb
überbeansprucht werden.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung wird an Hand der Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigt Fig. 1 ein Schaltbild mit vorgeschalteten Vorwiderständen an
einem Drehstrommotor, Fig. 2 ein Schaltbild mit vorgeschaltetem Verstelltransformator
an einem Drehstrommotor, Fig. 3 ein Schaltbild der Gleichstrombremsung eines Nebenschlußmotors,
Fig. 4 ein Steuerschaltbild für das Zusammenwirken von Nebenschluß- und Bremskreisschaltung
an einem Drehstrommotor.
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Das in Fig. 1 dargestellte Drehstromschaltbild zeigt einen sterngeschalteten
Drehstrommotor M, der an die Schiene RST angelegt ist und in jeder Phase Vorschaltwiderstände
1, 2, 3 aufweist, die als Spannungsteiler wirken und bei stark erhöhtem Anfahrstrom,
der bis zum zehnfachen des Betriebsstroms anzusteigen vermag, eine ins Gewicht fallende
Verringerung der Ständerspannung bewirken. Bei Normalbetrieb ist der Einfiuß dieser
Vorschaltwiderstände gering, so daß die Nennleistung noch etwa innerhalb der Leistungstoleranz
verbleibt. Derartige Vorschaltwiderstände üben einen gleichgearteten Einfluß aus
auf alle Arten von Nebenschlußmaschinen, unabhängig davon, ob diese durch Gleich-,
Wechsel- oder Drehstrom betrieben- werden. In Fig. 2 ist zwischen der Sammelschiene
RST und Motor ein einstellbarer Verstelltransformator mit den Transformatorspulen
4, 5, 6 vorgesehen, der die Spannung von vornherein herabsetzt.
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Für einen 220-Volt-Wechselstrom genügt beispielsweise eine Herabtransformierung
auf etwa 175 Volt, um einen weichen Anlauf des Motors zu erzielen, da das Anfahrmoment
im Quadrat der gesenkten Spannung zurückgeht. Um die Betriebsdrehzahl halten zu
können, ist zu empfehlen, einen etwas überdimensionierten Motor zu verwenden, der
genügend Leistungsreserve besitzt, um auch bei verringerter Betriebsspannung - der
Verstelltransformator bleibt ja während des Betriebes eingeschaltet - eine ausreichende
Leistungsreserve zu haben.
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Ähnlich den Verhältnissen in Fig. 2, die für Wechsel- und Drehstrom
geeignet sind, kann bei Drehstrom verfahren werden, wenn man einen auf Dreieckschaltung
ausgelegten Motor in Sternschaltung betreibt. In diesem Falle ist die Spannung entsprechend
der Wirkung des Verstelltransformators herabgesetzt.
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In Fig. 3 ist die Schaltung eines Drehstrommotors auf Gleichstrombremsung
dargestellt, bei der ein einstellbarer Vorwiderstand 7 in einer Phase zur Regulierung
der Bremswirkung und die Zusammenfassung 8 der beiden anderen Phasen vorgesehen
ist. Der in den Ständer eintretende Gleichstrom erzeugt in bekannter Weise ein festes,
magnetisches Feld, welches den auslaufenden Kurzschlußläufer vorzeitig zum Stillstand
bringt. Im Falle eines Gleichstrommotors ist der Anker über einen verstellbaren
Widerstand kurzzuschließen, wodurch in entsprechender Weise eine erhöhte Verzögerung
des Ankers einsetzt.
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In der Fig. 4 ist das Steuerschaltbild für die Schaltung eines Drehstromnebenschlußmotors
dargestellt. Der mit M bezeichnete Motor erhält seine Antriebsenergie über die Kontakte
u, v, w, vor welchen spannungsherabsetzende Mittel bzw. Vorwiderstände gemäß Fig.
1 und 2 gelegt sind. Mit 9 ist das Schaltschütz bezeichnet, welches den Motor an
Spannung legt und welches aus einer Schaltstange 12 besteht, die von der Spule 13
betätigt wird. Zwei weitere Schaltkontakte 14 und 15 an der Schaltstange 12 bedienen
das Zwischen- bzw. Zeitrelais 11 für die Schaltung bzw. Anlieferung des Bremsstromes.
Für die Gleichstrombremsung ist das Schaltschütz 10 vorgesehen, welches über die
Schaltstange 16 von der Spule 17 betätigt wird. Schaltkontakte 18 und 19 sorgen
für die Umschaltung der Spule 13 bzw. für den Primärstrom zum Bremstransformator
20, dem der Gleichrichter 21 nachgeschaltet ist, der über den einstellbaren
Vorwiderstand 7 bzw. die beiden in 8 zusammengefaßten Phasen den Bremsgleichstrom
der Ständerwicklung des Drehstrommotors zuleitet. Für die Betätigung der Steuerströme
bzw. für die Anlieferung des Bremsstromes kann eine Phase der Sammelschiene eingesetzt
werden, die hier je nach Abnahme mit R1 und R., bezeichnet ist. Der Schalter S reagiert
auf die Steuerimpulse des Programmgebers.
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Bei Schließen des Schalters S wird der Steuerstrom über den geschlossenen
Kontakt 18 zur Spule 13 geleitet, welche anzieht und den Antriebsstromkreis u, v,
w für den Motor M schließt. Damit wird der Kontakt 14, der die Spulen 17 der Bremsschaltung
bedient, geöffnet, so daß ein Umschalten der Spule 17 während der Einlieferung des
Antriebsstromes unterbunden ist. Der Kontakt 15 wird hingegen geschlossen,
wodurch
das Zeitrelais 11 mit seinem Schaltkontakt 22 (hier geschlossen gezeichnet) blockiert
ist. Die Stromanlieferung zum Transformator 20 ist am Kontakt 19 unterbrochen.
Sobald der Programmgeber den Schalter S öffnet, wird der Strom über 18 zur Spule
13 unterbrochen, wodurch die Spule 13 das Schaltschütz 9 öffnet. Dadurch wird der
Kontakt 14 geschlossen, welcher über das Zwischen- oder Zeitrelais 11 einen
Strom zur Spule 17 leitet, der die Einschaltung des Schützes 10 bewirkt.
Gleichzeitig damit wird der Kontakt 18 zur Schaltung des Schützes 9 unterbrochen
und der Kontakt 19 zur Anlieferung des Wechselstromes an den Transformator 20 und
Gleichrichter 21 geschlossen. Die Gleichstromeinspeisung in den Ständer des Motors
M setzt ein.
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Durch die vorgenommene Rückschaltung der Spule 13 wird der Kontakt
15 geöffnet, wodurch das Zeitrelais 11 abläuft und nach eingestellter Zeit, die
größer bemessen ist als es die Auslaufzeit des Motors erfordert, den Kreis über
den Kontakt 14 zur Spule 17 an seinem Schaltkontakt 22 unterbricht, worauf das Schaltschütz
10 über seine Spule 17 geöffnet wird und damit die Gleichstromeinspeisung
unterbrochen ist. Auf diesem Wege wird der Motor M nicht unnötig lange durch Gleichstrom
erwärmt.
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Die mittels der vorbeschriebenen Einrichtung vorgenommene Steuerung
des Antriebs der Abzugsorgane von Effektfaden-Spinnmaschinen arbeitet ohne zusätzliche
kraftübertragende Bewegungsorgane und ist daher von Zeiteinflüssen unabhängig. Da
die elektrischen Größen in einfacher Weise einstellbar sind, kann jeder gewünschte
Grad von Anfahrbeschleunigung und Auslaufverzögerung erreicht werden.