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Kabelverseilmaschine mit drehzahlgeregeltem elektrischem Antriebsmotor
Bei Kabelverseilmaschinen mit drehzahlgeregeltem elektrischem Einmotorenantrieb
werden die verschiedenen Einrichtungen, wie Abziehscheiben oder Raupenabzüge, Spulenkörbe,
Papier- und Folienspinner u. dgl., über einstellbare schlupffreie Getriebe angetrieben,
damit bei allen verseilten Bestandteilen des Kabels die geforderte Schlaglänge genau
eingehalten wird. Da die Schlaglänge umgekehrt proportional der Drehzahl der jeweiligen
Verkeil- oder Spinnvorrichtung ist, müssen die Teile der Maschine, die ein Gut mit
sehr kleiner Schlaglänge auf das Kabel bringen, beispielsweise die Papierspinner,
mit sehr viel höherer Drehzahl umlaufen als beispielsweise die Spulenkörbe und sind
daher je nach Einstellung der gewünschten Schlaglänge in hohem Maße durch Überdrehzahlen
gefährdet.
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Es ist bekannt, die durch Überdrehzahlen gefährdeten Teile der Maschine
mit Einrichtungen zur Oberwachung der Drehzahl, beispielsweise Fliehkraftschaltern,
zu versehen, die bei Überschreiten der zulässigen Drehzahl den Antriebsmotor abschalten.
Das hat aber unerwünschte Betriebsunterbrechungen zur Folge. Außerdem kann der Bedienungsmann
die zulässige Drehzahl nicht restlos ausnutzen, da er sonst bei jeder geringfügigen
Störung, die die Drehzahl erhöht, mit einem Abschalten der Anlage rechnen muß.
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Bei einer Kabelverseilmaschine, bei der mehrere Verseilmittel einen
gemeinsamen drehzahlgeregelten Antriebsmotor haben und unabhängig voneinander mit
Einrichtungen zur Drehzahlüberwachung versehen sind, ist es auch bekannt, die Anordnung
so zu treffen, daß bei Drahtbruch an einer Haspel die Haspelwelle stehenbleibt,
da ein an dieser Haspel vorgesehener Exzenter ihm zugeordnete Hilfskontakte nicht
mehr offenhält, so daß durch Schließen der Hilfskontakte der Antriebsmotor abgeschaltet
wird. Dabei sind jeder Haspel Exzenterscheiben, Hilfskontakte und getrennte Relaissteuerkreise
zugeordnet, wobei auch noch pneumatische Verzögerungsmittel vorgesehen sind. Dieser
recht aufwendige Aufbau ist also noch nicht einmal in der Lage, überhöhte Drehzahlen
und sich infolgedessen ergebende Drahtbrüche zu vermeiden.
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Der Erfindung liegt dem Bekannten gegenüber die Aufgabe zugrunde,
überhöhte Drehzahlen und ein Reißen des Materials ohne Betriebsunterbrechung zu
verhindern. An Stelle des Abschaltens des Antriebsmotors, womöglich gar infolge
eines Materialbruches, soll eine für das Material gefährliche Drehzahlerhöhung gar
nicht erst vorkommen. Vielmehr soll mit einfachen Mitteln die Drehzahl auf dem gewünschten
Wert gehalten werden, ehe die Gefahr von Materialbrüchen überhaupt besteht.
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Erfindungsgemäß ist zu diesem Zweck bei einer Kabelverseilmaschine,
bei der mehrere Verseilmittel einen gemeinsamen drehzahlgeregelten Antriebsmotor
haben und unabhängig voneinander mit Einrichtungen zur Drehzahlüberwachung versehen
sind, der Aufbau derart vorgesehen, daß die drehzahlüberwachenden Einrichtungen
der einzelnen Verseilmittel, insbesondere Papierspinner, elektrische Schalter eines
allen Verseilmitteln gemeinsamen Steuerkreises für einen dem Antriebsmotor zugeordneten
Steuerverstärker derart steuern, daß eine in diesem Kreis vorgegebene, an einem
Potentiometer einstellbare elektrische Steuergröße für die Motordrehzahl bei Überschreitung
der höchstzulässigen Motordrehzahl abschaltbar und nach deren Unterbrechung wieder
einschaltbar ist.
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An sich sind Einrichtungen zur Beeinflussung der Drehzahl von elektrischen
Motoren in vielerlei Gestalt bekannt. Die bekannten Einrichtungen geben aber keine
Anregung für die erfindungsgemäße Lösung der zugrunde liegenden Aufgabe.
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Beispielsweise hat man bei einem Fahrtregler für Fördermaschinen bereits
ein Steuerglied zur Geschwindigkeitsüberwachung vorgesehen, das sich im Sinn verminderter
Energiezufuhr verstellen läßt. Hiervon läßt sich die Lehre der vorliegenden Erfindung
jedoch nicht ohne weiteres herleiten. Man kennt bei Fördermaschinen auch steuerbare
Bremseinrichtungen, wobei ein Hilfsmotor mit drehbarem Ständer und drehbarem Läufer,
ein Generator und ein Stehwiderstand vorgesehen sind. Solche Bremseinrichtungen
bringen jedoch sehr viel Aufwand mit sich.
Bei der Drehzahlregelung
von Elektromotoren ist es auch bekannt, in der Speiseleitung einen abgestimmten
Resonanzkreis vorzusehen, dessen Resonanzfrequenz mittels einer mit der Motorwelle
in Abhängigkeit von deren Drehzahl gekuppelten Kontakteinrichtung veränderbar ist.
Bei Überschreitung der zulässigen Höchstdrehzahl wird der Resonanzkreis durch einen
die Kontakteinrichtung enthaltenden Kurzschlußkreis verstimmt und dadurch die Energiezufuhr
zum Motor so lange verringert, bis sich die Drehzahl wieder vermindert hat. Eine
einstellbare Steuergröße, wie sie beim Gegenstand der Erfindung verwendet ist, ist
dabei nicht vorgesehen. Die in der Speiseleitung verwendeten Kondensatoren stellen
einen großen Aufwand dar. Sie müssen für die Motorleistung bemessen sein. Demgegenüber
ist die Verwendung einer vorgegebenen elektrischen Steuergröße, die einen Steuerverstärker
beeinflußt, für die Zwecke der Erfindung wesentlich günstiger.
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Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen an Hand der Zeichnung
beschrieben werden.
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In F i g. 1 ist eine Kabelverseilmaschine mit einem Antriebsmotor
1 dargestellt, der über eine Welle 2 und Zahnrädergetriebe 3 die Abzugscheibe 4,
drei Spulenkörbe 5, 6 und 7 und zwei Papierspinner 8 und 9 antreibt. Der Motor 1
ist ein Gleichstrom-Nebenschlußmotor, dessen Drehzahl mittels eines Magnetverstärkers
10 veränderbar ist. Die Steuergröße wird mit dem Potentiometer 11 eingestellt,
aber nicht direkt, sondern über das zeitlineare Verzögerungsglied 12. Dieses
Verzögerungsglied wirkt in der Weise, daß seine Ausgangsgröße im stationären Zustand
gleich oder proportional der Eingangsgröße ist, daß aber bei einem Sprung der Eingangsgröße
die Ausgangsgröße sich stetig mit einer konstanten einstellbaren Geschwindigkeit,
die von der Größe des Sprunges der Eingangsgröße unabhängig ist, so lange ändert,
bis der der neuen Eingangsgröße entsprechende Wert der Ausgangsgröße erreicht ist.
In Reihe mit dem Potentiometer 11 liegen zwei Ruhekontakte 13 und 14, die zu je
einem Fliehkraftschalter 15 und 16 an den beiden Papierspinnern 8 und 9 gehören.
Die Fliehkraftschalter 15 und 16 besitzen außerdem je einen Arbeitskontakt 17 und
18, die bei Betätigung je eine Meldelampe 19 bzw. 20 an Spannung legen.
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Die Arbeitsweise der Anordnung nach F i g. 1 ist folgende: Zum Anfahren
der Maschine aus dem Stillstand wird das Potentiometer 11 von Null aus beliebig
schnell auf den gewünschten Drehzahlwert eingestellt. Das zeitlineare Verzögerungsglied
12 läßt daraufhin den Antriebsmotor 1 mit konstanter Beschleunigung hochfahren.
Kommt dabei der Papierspinner 8 bereits vor Erreichen der am Potentiometer
11 eingestellten Drehzahl an die Grenze seiner zulässigen Drehzahl, so öffnet der
Fliehkraftschalter 15 seinen Ruhekontakt 13 und schaltet damit die Steuergröße am
Eingang des Verzögerungsgliedes 12 ab. Dessen Ausgangsgröße sinkt daraufhin stetig
ab, bis der Motor 1 so weit verzögert ist, daß der Fliehkraftschalter 15 den Kontakt
13 wieder schließt, worauf das Spiel von neuem beginnt. Die Drehzahl pendelt also
nach Art einer Zweipunkteregelung in einem Bereich hin und her, dessen Größe hauptsächlich
von dem Ansprechverhältnis des Fliehkraftschalters 15 abhängt, mit einer Frequenz,
die außerdem von der eingestellten Beschleunigungs- und Verzögerungsgeschwindigkeit
des Verzögerungsgliedes 12 abhängig ist. Da der Fliehkraftschalter 15 mit derselben
Frequenz über seinen Arbeitskontakt 17 die Signallampe 19 ein- und ausschaltet,
wird dieser zwar ungefährliche, aber doch unnormale Betriebszustand in auffälliger
Weise angezeigt. Erreicht infolge anderer Übersetzungen in den Getrieben 3 zuerst
der Fadenspinner 9 seine zulässige Drehzahl, so wird der zu ihm gehörende Fliehkraftschalter
16 wirksam, und die Teile 14, 16, 18 und 20 treten an die Stelle der Teile 13, 15,
17 und 19, ohne daß die Fliehkraftschalter 15 und 16 sich gegenseitig in ihrer Funktion
stören. Sie stören sich nicht einmal in dem unwahrscheinlichen Fall, daß sie beide
zugleich ansprechen.
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Ein anderes Ausführungsbiespiel der Erfindung ist in F i g. 2 dargestellt.
Zwischen dem Potentiometer 21, das von der Spannungsquelle 22 gespeist
wird, und dem Eingang des zeitlinearen Verzögerungsgliedes 23 ist ein Transistor
24 angeordnet, der normalerweise von der Spannungsquelle 25 über den Widerstand
26 leitend gemacht ist. Ein hier nicht gezeichneter Papierspinner treibt die Gleichstrom-Tachometermaschine
27 an. Deren Spannung wird mit der am Spannungsteiler 28 abgegriffenen Spannung
verglichen. Die Differenz beider Spannungen liegt an der Reihenschaltung aus der
Diode 29,
dem Widerstand 30 und der Basis-Emitter-Strecke des Transistors
24. Ist die Spannung der Tachometermaschine 27 kleiner als die Vergleichsspannung
am Spannungsteiler 28, so wird die Diode 29 in Sperrichtung beansprucht,
und der Transistor 24
bleibt unbeeinflußt. Wird dagegen die Tachometerspannung
größer als die Vergleichsspannung, so wird die Diode 29 durchlässig und läßt einen
Strom über den Widerstand 30 und die Schutzdiode 31 fließen, deren
Durchlaßspannung die Basis des Transistors 24 positiv gegenüber dem Emitter vorspannt,
so daß der Transistor 24 gesperrt wird. Der Widerstand 32
übernimmt
den im Sperrzustand fließenden Leckstrom des Transistors 24, der sonst ausreichen
könnte, den sehr hochohmigen Eingang des Verzögerungsgliedes 23 zu beeinflussen.
Der Widerstand 26 ist hochohmig gegenüber dem Stromkreis 28-27-29-30-31, so daß
er das Sperren des Transistors 24 nicht verhindern kann.
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Die Tachometermaschine 27' gehört zu einem weiteren, nicht dargestellten
Papierspinner, dessen Drehzahl ebenfalls überwacht werden soll. Ihre Spannung wird
mit der am Spannungsteiler 28' abgegriffenen Spannung verglichen, und die Spannungsdifferenz
wirkt über die Diode 29' ebenfalls auf die Basis des Transistors 24 ein.
Die Dioden 29 und 29'
entkoppeln dabei die Stromkreise der beiden Tachometermaschinen
voneinander und wirken daher nach Art eines logischen »Oder«-Gatters, so daß diejenige
Drehzahl, die zuerst ihren Vergleichswert überschreitet, die Sperrung des Transistors
24 bewirkt. Es können sich auf diese Weise auch noch weitere Teile der Kabelverseilmaschine
auf ihre Drehzahl überwachen.
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Über den Umschalter 33 ist ein Voltmeter 34 an die Tachometermaschine
27 angeschlossen, das die Messung der jeweiligen Drehzahl und nach Betätigen des
Umschalters 33 die Einstellung der Vergleichsspannung am Spannungsteiler 28 gestattet.
Da auch die Tachometerrnaschine 27' mit einem Voltmeter 34' und einem Umschalter
33' versehen ist, läßt sich bei Ansprechen der Drehzahlüberwachung, d. h. bei Sperrung
des Transistors 24, durch Betätigen der
Umschalter 33, 33'
usw. feststellen, welcher Teil der Kabelverseilmaschine seine zulässige Drehzahl
erreicht hat, da nur dort das Voltmeter 34 bzw. 34' usw. in beiden Stellungen des
Umschalters denselben Wert anzeigt. Das Ansprechen der Drehzahlüberwachung selbst
läßt sich mit Hilfe des Relais 35 melden, das bei Sperrung des Transistors 24 abfällt.
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In F i g. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
das ebenfalls Tachometermaschinen 47 und 47' und einen Transistor 44 benutzt. Dieser
wird aber normalerweise durch den Widerstand 46 gesperrt gehalten und wird erst
dann leitend, wenn die Tachometermaschine 47 bzw. 47'
eine höhere Spannung
liefert, als am Widerstand 48 bzw. 48' abgegriffen wird, so daß über den Widerstand
50 und die Diode 49 bzw. 49' ein Strom fließen kann. Der Transistor
44 schließt dann die vom Potentiometer 41 vorgegebene Steuergröße am Eingang des
zeitlinearen Verzögerungsgliedes 43 kurz, wobei er selbst durch den Widerstand 52
gegen zu hohen Strom geschützt wird. Die Voltmeter 54 und 54' und die Umschalter
53 und 53' entsprechen den Teilen 33, 33', 34 und 34' in F i g. 2. Das Ansprechen
der Drehzahlüberwachung läßt sich mit Hilfe des Relais 55 melden, das anzieht, wenn
der Transistor 44 leitend wird. Die Diode 56 verhindert, daß die an 41 abgegriffene
Steuergröße bei gesperrtem Transistor 44 durch den sonst über 41, 52 und 55 fließenden
Strom verfälscht wird und daß das Relais 55 durch diesen Strom auch bei gesperrtem
Transistor 44 anzieht.
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Die Schaltung nach F i g. 3 hat gegenüber derjenigen nach F i g. 2
den Vorteil, daß die beiden Spannungsquellen 42 und 45 mit einem Pol zusammengefaßt
sind und an diesem Punkt, mit dem auch der Emitter des Transistors 44 verbunden
ist, wahlweise geerdet werden können.
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Bei der Schaltung nach F i g. 2 wird man normalerweise den Minuspol
der Spannungsquelle 22 erden, da er zugleich der Bezugspunkt des im Verzögerungsglied
23 enthaltenen empfindlichen Verstärkers ist. Will man auch bei der Schaltung
nach F i g. 3 den Minuspol und nicht den Pluspol des Eingangs am Verzögerungsglied
43 erden, so kehrt man am besten alle Polaritäten um und verwendet als Transistor
44 einen npn-Transistor.
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Die Schaltungen nach F i g. 2 und 3 lassen sich mit Elektronenröhren
ebensogut verwirklichen wie mit Transistoren. Das kann wegen der höheren Arbeitsspannungen
von Elektronenröhren mitunter vorteilhaft sein.