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Mehrmotorenantrieb für Rotationsmaschinen Man hat bisher Rotationsmaschinenantriebe
so ausgeführt, daß die einzelnen miteinander in starrer mechanischer Verbindung
stehenden Teile der Maschine durch eine geeignete Kraftquelle angetrieben wurden.
Es ist zwar wünschenswert, wie bei anderen Maschinen, z. B. Papiermaschinen, die
starre Verbindung aufzuheben und die einzelnen Teile, wie Druckzylinder, Farbwerke
usw., einzeln anzutreiben und die Einzelmotoren durch besondere Mittel zu synchronisieren,
wie dies beispielsweise für Krempelsatzantriebe mit Asynchronmotoren bekanntgeworden
ist, bei denen der Gleichlauf durch ständer- und läuferseitige Parallelschaltung
gesichert wird. Für Rotationsdruckmaschinen konnte man derartige Antriebe bisher
praktisch nicht ausführen, da bei diesen Maschinen besondere Betriebsbedingungen,
vor allem die Forderung einer niedrigen Einziehgeschwindigkeit vorliegen: Bekanntlich
wird bei den üblichen Antrieben (Einmotorenantrieb nach dem Haupt- und Hilfsmotorsystem)
die niedrige Einziehgeschwindigkeit mit Hilfe eines hoch übersetzten Hilfsmotors
erzielt, der über eine Überholungskupplung den Hauptmotor antreibt. Beim Mehrmotorenantrieb
ohne starre Kupplung der Motoren müßte für jeden Teilmotor ein solcher Hilfsmotor
vorgesehen werden. Außer der großen Anzahl von Hilfsmotoren werden die dazugehörigen
Getriebe und Überholungsküpplungen erforderlich, so daß derartige Mehrrnotorenantriebe
sehr teuer werden.
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Ein weiterer Nachteil wäre der, da,ß jeder Teilantrieb sehr viel Raum
erfordert und die ideale Lösung, die Verwendung von Flanschmotoren zum Einzelantrieb
der Walzen, praktisch unerfüllbar ist. Es leuchtet ferner ein, daß sowohl Haupt-
als Hilfsmotor ständig synchron laufen müssen, so daß die Schaltung sehr verwickelt
sein würde.
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Die Erfindung ermöglicht nun die Verwendung eines Mehrmotorenantriebes
auch bei genauer Einhaltung der Einziehgeschwindigkeit, ohne daß die genannten teuren
zusätzlichenMaschinen und Getriebeteile erforderlich sind. Dieses wird dadurch erreicht,
daß mit einzelnen Maschinenteilen Asynchronmotoren gekuppelt sind, welche bei Dauer-
und Einziehbetrieb in Synchronisierschaltung geschaltet sind, und daß ein Asynchronmotor
einer Gruppe derartiger Einzelantriebe in an sich bekannter Weise mit einem Hilfsmotor
für die niedrige Einziehgeschwindigkeit verbunden ist. Der durch den Hilfsmotor
angetriebene Leitmotor einer Gruppe wird dann bei jeder Verdrehung seines Läufers
durch die
in dem Ausgleichsnetz fließenden Ströme alle anderen Teilmotoren
mitnehmen. Der Leitmotor muß praktisch so bemessen sein, daß sein Läuferstrom die
anderen Teilmotoren zum Gleichlauf zwingt.
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Ferner kann nun der Hilfsmotor für die Einziehgeschwindigkeit praktisch
klein gehalten werden, dadurch, daß die Teilmotoren selbst einen Teil des erforderlichen
Drehmomentes aufbringen. Es ist dieses möglich, wenn man gleichzeitig mit dem Einschalten
des Hilfsmotors in den Läuferstromkreis der Teilantriebsmotoren so viel Widerstand
legt, daß diese Motoren aus dem Netz die Energie beziehen können, um ein Moment
zu erzeugen. Dieses Moment ist so bemessen, daß es die Wirkung des Hilfsmotors verstärkt,
ohne je-
doch die Maschine beschleunigen zu können, so daß auch der Hilfsmotor,
das Getriebe und die Überholungskupplung kleiner als sonst bemessen werden können.
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Eine derartige Anordnung kann zum Antrieb Gleichstrommotoren haben,
deren Anker unter Vorschaltung eines gemeinsamen Ankerwiderstandes an ein Netz konstanter
Spannung angeschlossen sind. Mit diesen Hauptantriebsmotoren sind die als Asynchronmotoren
ausgebildeten Hilfsmaschinen verbunden, von denen eine über eine Überholungskupplung
und ein Getriebe mit einem besonderen Hilfsmotor gekuppelt ist.
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Mehrmotorenantriebe, bei denen ein Gleichlauf durch ständer- und läuferseitige
Parallelschaltung von Asynchronmotoren erzielt wird, sind an sich bekannt. Die Verwendung
derartiger Gleichlaufschaltungen ist aber bei Rotationsmaschinenantrieben wegen
der bereits erwähnten niedrigen Einziehgeschwindigkeit nicht ohne weiteres möglich.
Denn bei dieser müssen die Einzelmotoren gleichfalls synchron laufen. Ein weiteres
Erfordernis besteht darin, daß auch beim Einziehbetrieb eine möglichst stetige Geschwindigkeit
vorhanden ist, d. h. daß erhebliche Schwankungen in der Drehzahl unbedingt vermieden
werden. Die Vermeidung von Drehzahlschwankungen ist bei der vollen Betriebsdrehzahl
nicht schwierig, da man beispielsweise Nebenschlußmaschinen verwenden kann, welche
durch ständer- und läuferseitig gekuppelte Asynchronmaschinen in Gleichlauf gehalten
werden. Dienen zum Antrieb Asynchronmotoren, welche ihrerseits ständer- und läuferseitig
parallel geschaltet sind, so läßt sich auch bei diesen Maschinen bei hohen Drehzahlen
ein stabiler Betrieb erzielen.
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Will man aber diese Antriebe, welche bei hoher Geschwindigkeit Nebenscblußcharakteristik
aufweisen, mit einer äußerst niedrigen, beispielsweise der Einziehgeschwindigkeit
betreiben, dann kann man das nur durch Ein- oder Vorschaltung von Widerständen ermöglichen,
welche den Motoren eine Hauptstromcharakteristik erteilen und damit Drehzahlschwankungen
hervorrufen. Abgesehen davon, ist ein derartiger Betrieb infolge der Verluste in
den Widerständen im hohen Grade unwirtschaftlich.
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Würde man einen Hilfsmotor für die Einziehgeschwindigkeit bei einem
Mehrmotorenantrieb verwenden, dann müßte er, wie bei den bekannten Einmotorenantrieben,
sämtlicheDruckwerke, Falzwerke u. dgl. über eine Königswelle antreiben. Damit wäre
einer der wesentlichen Vorteile des Mehrmotorenantriebes, nämlich die Ausschaltung
einer gemeinsamen starren Welle, wieder verloren. Diese Welle müßte überdies mit
so viel ausrückbaren Kupplungen versehen sein, als Einzelmotoren für den Mehrmotorenantrieb
vorgesehen sind.
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Wird nun gemäß der Erfindung zur Erzielung der Einziehgeschwindigkeit
einer der Teilantriebsmotoren als Generator verwendet und zu diesem Zwecke von einem
Hilfsmotor angetrieben, dann. sind alle diese Nachteile und die eingangs erwähnte
Anordnung eines besonderen Hilfsmotors für jeden Teilantrieb vermieden. Der starre
Synchronismus wird dadurch erreicht, daß der als Generator arbeitende Teilantriebsmotor
seinerseits ständer- und läuferseitig mit den übrigen Teilantriebsmotoren parallel
geschaltet ist. Der durch den Hilfsmotor angetriebene Teilantriebsmotor arbeitet
also im wesentlichen als Frequenzumformer. Ständerseitig wird ihm die volle Frequenz
zugeführt. Sein Läuferkreis ist aber offen, wobei der Läufer untersynchron von dem
Hilfsmotor, und zwar mit einer der Einziehgeschwindigkeit entsprechenden Drehzahl
angetrieben wird. Durch die ständer- und läuferseitige Kupplung mit den übrigen
Motoren wird diesen gleichfalls läuferseitig die niedrige Frequenz zugeführt, so
daß sie, da sie läuferseitig im selben Netz liegen, wie der Frequenzwandler synchron
mitlaufen. Der Betrieb ist in jeder Beziehung wirtschaftlich, da Energieverluste
vermieden sind und außerdem für mehrere Einzelteile lediglich ein einziger Hilfsmotor
für die Einziehgeschwindigkeit vorgesehen wird. Ein besonderer Vorteil der Kombination
nach der Erfindung besteht darin, daß die Träger der Einziehgeschwindigkeit bis
auf den einen gemeinsamen Hilfsmotor keine besonders ausgeführten Motoren sind,
sondern entweder die für den Dauerbetrieb vorgesehenen Synchronisiermaschinen oder
aber, sofern als Hauptantriebsmotoren Asynchronmotoren dienen, diese Asynchronmotoren
selbst. Eigenartig ist weiterhin die Tatsache, daß die vom Hilfsmotor angetriebene
Asynchronmaschine während des Dauerbetriebes als Motor oder als Ausgleichsmaschine
arbeitet und während des Einziehbetriebes als Stromerzeuger.
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In der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt,
und zwar für eine aus zwei selbständig zu betreibenden Gruppen aufgebaute Rotationsmaschine,
bei welcher die Teile der einzelnen Gruppen synchron zusammenarbeiten müssen. Jeder
Teil erhält einen Mehrmotorenantrieb der vorstehend geschilderten Art. Es können
statt zwei auch mehrere Gruppen angeordnet sein. Der Gleichlauf aller Gruppenantriebe
kann ohne weiteres durch Zusammenschalten der Läufer sämtlicher Asynchronmaschinen
sichergestellt werden. Mit den Gleichstrommotoren Ml bis MV, die an dem Netz NPliegen,
sind dieAsynchronmaschinenA 1 bis A E gekuppelt, die statorseitig an das Netz
R S T
angeschlossen und deren Läufer unter sich verbunden sind. Der Anschluß-
des Netzes an die !Motoren A 1 bis A " wird so vorgenommen, daß beim Anlauf der
Maschine die Rotoren entgegen dem Drehfeld laufen. Beim Stillstand beträgt bei 5o
Perioden die Rotorfrequenz 50 Perioden, während beim Anlauf der Maschine
bis zur Druckgeschwindigkeit sich die Periodenzahl im Rotor noch erhöht. Mit der
Maschine A 1 (Leitmotor für die Gruppe, der Motoren Ml bis Ms) bzw. A4 ist in bekannter
Weise über eine Überholungskupplung U1 (UZ) und Getriebe G1 (G2) der Hilfsmotor
Hl (H2) für die Einziehgeschwindigkeit verbunden, der an das Netz N,P1 angeschlossen
ist.
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Bei Rotationsmaschinen gibt es bekanntlich den langsamen Einziehbetrieb
und den mit einer bedeutend höheren Drehzahl vor sich gehenden Druckbetrieb. Aber
auch der Druckbetrieb wird in der Regel mit der niedrigen Einziehgeschwindigkeit
begonnen, und zwar derart, daß die Motoren bis zur niedrigen Einziehgeschwindigkeit
durch den Einziehmotor und von da an durch besondere Regelvorrichtungen auf die
Druckgeschwindigkeit beschleunigt werden. Durch die Überholungskupplungen werden
die Motoren von dem Einziehmotor entkuppelt. Es wird also jedenfalls mit der Einziehgeschwindigkeit
begonnen. Im nachstehenden ist nun der Betrieb in allen Einzelheiten beschrieben.
Soll beispielsweise die Gruppe 1471 bis M3 mit niedriger Geschwindigkeit betrieben
werden, so wird der Hilfsmotor Hl eingeschaltet. Gleichzeitig werden die Motoren
Ml bis M3 unter Vorschaltung des Widerstandes W1 an das Netz N P gelegt, so daß
sie ein Moment abgeben, das zwar nicht ausreicht, um die Motoren über die Einziehgeschwindigkeit
hinaus zu beschleunigen, jedoch den Anlaufvorgang unterstützt. Das zur Ingangsetzung
der Motoren noch- erforderliche zusätzliche Moment wird von den Maschinen A2, A3
aufgebracht, die zu diesem Zwecke von der als Generator bzw. Frequenzwandler dienenden
Maschine A 1 rotorseitig gespeist werden. Wird nun der Motor Ml und die damit verbundene
Asynchronmaschine A1 durch den Hilfsmotor Hl angetrieben, so zwingt die Asynchronmaschine
A1 die anderen Asynchronmaschinen A2, A3 und die damit gekuppelten Motoren M2, M3
zu synchronem Lauf.
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Soll nun auf die Hauptgeschwindigkeit übergegangen werden, so werden
die Motoren Ml bis M3 unter allmählicher Ausschaltung des Widerstandes Wl an die
volle Netzspannung N P gelegt. Bei einer bestimmten Geschwindigkeit wird
der Hilfsmotor Hl durch die Überholungskupplung von dem Motor Ml und der damit gekuppelten
Asynchronmaschine A1 abgekuppelt und kann dann elektrisch abgeschaltet werden. Die
ganze Antriebsleistung für die Maschine wird jetzt von den Motoren Ml bis M3 aufgebracht,
während die Asynchronmaschinen A1bisA3lediglich den Zweck haben, die Gleichstrommotoren
31, bis M3 zu synchronisieren.
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Beim Zusammenarbeiten dieser Gruppe mit der Motorengruppe M4bisM,
wird der Schalter S geschlossen und damit die entsprechenden Netze für die Maschinen
verbunden. In diesem Falle ist der Arbeitsvorgang genau derselbe wie bei dem Betrieb
einer Gruppe. >Elan kann also mit möglichst kleinen Ausgleichsmaschinen dadurch
auskommen, daß man gleichzeitig mit dem Einschalten des Hilfsmotors die Teilmotoren
mit so viel vorgeschaltetem Widerstand an das Netz legt, daß sie den Anlauf unterstützen,
ohne jedoch die Maschine über die Einziehgeschwindigkeit hinaus zu beschleunigen.
Die Ausgleichsmaschinen haben dann nur das fehlende Moment aufzubringen und können
so klein sein, daß einem organischen Zusammenbau mit den Gleichstromteilantriebsmotoren
nichts im Wege steht und beide zusammen an die Maschine angeflanscht werden können.
Da jeder Mehrmotörenantrieb einer Gruppe einen Hilfsmotorantrieb besitzt und die
Leitmotoren nur für die zugehörigen Teilmotoren einer Gruppe bemessen werden, wird
man beim Zusammenarbeiten mehrerer derartiger Gruppen auch die Hilfsantriebe gemeinsam
benutzen, um die langsame Geschwindigkeit für den ganzen Maschinensatz zu erzeugen.
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Dabei muß man aber dafür Sorge tragen, daß eine Leitmaschine nicht
nur die Synchronisierleistung der zu einer Gruppe gehörigen Teilantriebe aufbringt,
sondern auch einen Teil der Synchronisierleistung für die Teilantriebe sämtlicher
angeschlossener Gruppen. Es kann nämlich vorkommen, daß die eine Gruppe etwas mehr
belastet ist, als man erwarten kojin.e, so daß ständig von der weniger belasteten
Gruppe eine Ausgleichsleistung zu der stärker belasteten fließt, welche von der
Leitmaschine der weniger belasteten Gruppe hergegeben werden muß. Wenn man die Hilfsmotoren
selbst synchronisiert, so brauchen die Leitmaschinen nicht zur Synchronisierung
der Gruppen benutzt zu werden, sondern nur zur Hergabe der Synchronisierleistung
der
zu einer einzigen Gruppe gehörigen Teilmotoren.
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Es ist für die Erfindung unwesentlich, ob z. B. bei einem Gleichstromantrieb
an Stelle der vorgeschlagenen Asynchronhilfsmaschinen eine andere Methode angewendet
wird, z. B. Synchronmaschinen, um die einzelnen Teile in unbedingtem Gleichlauf
zu halten.
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Wenn innerhalb einer Gruppe die Anzahl der Teilantriebe sehr groß
ist, empfiehlt es sich, an Stelle eines Leitmotors mehrere solcher Motoren zu verwenden.
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Selbstverständlich können zum Antrieb Asynchronmaschinen verwendet
werden, und zwar entweder in Verbindung mit Ausgleichshilfsmaschinen oder derart,
daß man die Antriebsmotoren selbst läuferseitig parallel schaltet. In diesem Falle
ist dauernd ein Schlupfwiderstand eingeschaltet. Die Anschaffungskosten sind in
diesem Falle zwar geringer, doch muß man bei dieser Schaltung einen dauernden Verlust
im Schlupfwiderstand in Kauf nehmen. Bei Einziehbetrieb ist dieser Schlupfwiderstand
natürlich bedeutend größer und kann sogar vollkommen geöffnet werden, sofern der
vom Einziehmotor angetriebene Teilmotor (Leitmotor) genügend groß bemessen ist,
um die erforderliche Leistung an die übrigen Teilmotoren abzugeben.
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Es ist besonders vorteilhaft, die Teilmotoren als Getriebemotoren
auszuführen und diese Motoren einschließlich Getriebe an den Maschinenrahmen anzuflanschen.
Selbstverständlich ist es außerdem möglich, die Antriebsmotoren und die zugehörigen
Synchronisiermaschinen auf eine gemeinsame Welle und in einem gemeinsamen Gehäuse
einzubauen.