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Mit zwei Drehzahlen arbeitender elektrischer Antrieb mit zwei Motoren
Die Erfindung bezieht sich auf einen mit zwei Drehzahlen arbeitenden elektrischen
Antrieb mit zwei Motoren.
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Für den Antrieb von Hebezeugen sowie von Werkzeuamaschinen, Textilmaschinen,
Waschmaschinen od. dgl. sind häufig mindestens zwei verschiedene Drehzahlen erwünscht.
Diesen Forderun-(Ten ist man bisher unter anderem durch die Anwenduna von zwei auf
die gleiche Antriebswelle arbeitenden Motoren gerecht geworden, die verschiedene
Drehzahlen aufweisen und unmittelbar oder mit einer entsprechenden übersetzung miteinander
gekuppelt sind. Als Motoren werden beispielsweise elektrische Maschinen in radialer
Bauart mit konischem Verschiebeläufer und Bremse benutzt. In diesem Fall dient die
Bremse des dem Wellenstumpf der angetriebenen Maschine benachbarten Motors, solange
dieser nicht eingeschaltet ist, zur übertragung des Drehmomentes des anderen Motors
auf den Wellenstumpf.BeimEinschalten des derangetriebenen Maschinenwelle benachbarten
Motors wird dessen Verbindung mit dem anderen Motor gelöst. Wird dieser Motor wieder
abgeschaltet, dann fällt dessen Bremse ein. Beim Anlauf des anderen Motors wirkt
die Bremse des erstcrenannten Motors als Kupplung.
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Diese Motorenzusammenstellung führt nicht nur zu unerwünscht hohen
Kosten, welche durch die Verwendun- von zwei Motoren in radialer Bauart verursacht
sind, sie weist ferner die Nachteile auf, daß sie viel Platz benötigt und die durch
einen konischen Verschiebeläufer gelieferte axiale Kraft verhältnismäßig klein ist,
so daß die auf die Welle wirkende Kupplungsfeder ohne spezielleMaßnahmen
C
nicht sehr kräftig gewählt werden kann. C
Bei einer anderen
bekannten Bauart werden zwei Verschiebeankermotoren mit Konusläufer über ein Zahnrad-etriebe
verbunden. Bei dieser aufwendigen und kostspieligen Lösung wird ebenfalls sehr viel
Platz benötigt. Zudem sei nochmals der Nachteil der C
- C
aerin-en
Axialkraft der konischen Verschiebeläufermotoren erwähnt. Es sind auch Verschiebeankermotoren
mit zwei Reibungskupplungen bekanntgeworden, wobei der Motor wahlweise über die
eine oder die andere Kupplung mit zwei verschiedenen Wellen gekuppelt werden kann.
Die Umschaltung wird dabei durch Verringerung der angelegten Spannune, erreicht.
Diese Lösung ist jedoch für vorliegende Aufgabe nicht geeignet, da einerseits dem
Motor verschiedene Antriebswellen zugeordnet sind und da andererseits an diesen
beiden Wellen nur unterschiedliche Leistungen abgenommen werden -können. Man hat
auch versucht, zwei Motoren normaler Bauart durch einen Riemenantrieb unter Zwischenschaltung
einer Fliehkraftkupplung zu verbinden, jedoch bringt diese Lösung platz- und kostenmäßig
ebenfalls keine Vorteile, genausowenig wie eine andere bekannte Bauart, bei welcher
ein Verschiebeläufermotor über eine Reibungskupplung mit einem zweiten Motor in
Verbindung steht.
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Die geschilderten Mängel werden bei einem mit zwei Drehzahlen arbeitenden
elektrischen Antrieb mit zwei Motoren, in welchem mindestens einer der beiden Motoren
ein Verschiebeläufermotor ist, bei dem am antriebsseitigen Ende der Rotorwelle eine
durch die axiale Verschiebung des Läufers betätigte Kupplungsvorrichtung angeordnet
ist, welche ein zur Kraftübertragung vom zweiten Motor her dienendes und mittels
mindestens eines Kugellagers auf dem Statorkörper des Verschiebeläufermotors gelagertes
Organ aufweist, erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß der Verschiebeläufermotor
von der Bauart mit axialem Luftspalt ist, wobei die Kupplungsfeder zwischen Ständer
und Läufer an einem Lager abgestützt ist. Durch diese Ausbildung des Antriebs ergib
g t sich in axialer Richtung eine äußerst gedrängte Bauart.
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Zweckmäßig ist es, daß auch der zweite Motor von axialer Bauart ist,
so daß für den gesamten Antrieb der Vorteil der großen Axialkraft, welche sich aus
den Motoren dieses Typs ergibt, nutzbar gemacht ist. Vorteilhaft ist auch, daß für
eine Riernenübertragung, das genannte Organ eine Riemenscheibe ist,
wobei
die andere Riemenscheibe auf der Welle des zweiten Motors angeordnet ist, da die
Kraftübertragung durch einen Riemen, insbesondere durch einen Keilriemen, sowohl
billiger als auch wartungsfrei und aeräuscharm ist.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das genannte Organ als
Ringscheibe ausgebildet, welche mittels zweier Kugellager auf dem Statorkörper angeordnet
ist, und sie trägt ein Schneckenrad, wobei die zugehörige Schnecke auf der Welle
des zweiten Motors angeordnet ist. Die Kraftübertragung durch einen Schneckentrieb
gestattet sehr hohe übersetzungsverhältnisse und das übertragen großer Drehmomente.
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Die in F i g. 1 dargestellten Motoren 1 und 20 sind
zwei Induktionsmotoren in bekannter axialer Bauart. Die Drehzahl dieser beiden Motoren
kann gleich sein. Der Rotor 2 des Motors 1 ist ein Käfiganker und mittels
eines Rotorkörpers 11 auf einer Welle 3,
welche an einem Ende eine
Keilriemenscheibe 4 für den Antrieb trägt, angebracht. Die Welle 3 ist in
zwei in einem Statorkörper 9 eines Stators 6 angeordneten Nadellagern
5 drehbar gelagert. Die Nadellager 5 können durch Gleitlager ersetzt
werden. Der Stator 6 weist eine Wicklung 7 auf, und er ruht auf einem
Befestigungsflansch 8. An einem Ende des Statorkörpers 9 ist eine
Keilriemenscheibe 10 mittels eines Kugellagers 12 drehbar gelagert. Die Keilriemenscheibe
10 wird von einem Keilriemen 13 angetrieben. Auf der Welle
3 ist zwischen den Keilriemenscheiben 4 und 10 eine Kupplungsscheibe
14 angeordnet. Die Keilriemenscheibe 10 ist auf der Seite der Kupplungsscheibe
14 mit einem Kupplungsbelag 15 versehen. Zwischen dem Rotorkörper
11
und einer Arretierungslamelle 16 ist eine Feder 17
angeordnet.
Die Arretierungslamelle 16 stützt sich über ein Kugellager 18 auf
den Statorkörper 9 ab.
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Der Motor 20 ist von gleicher Bauart wie der Motor 1. Auf einer
zur Welle 3 des Motors 1 parallel angeordneten Welle 23 ist
ein Rotor 22 mittels eines Rotorkörpers 21 angebracht. Ein Stator 26 mit
Wicklung 27 ist von dem Befestigungsflansch 8 mittels eines Statorkörpers
29 getragen. Zwischen dem Statorkörper 29 und dem Rotorkörper 21 ist
ein Kugellager 24 angeordnet. Desgleichen ist zwischen dem Statorkörper
29 und der Welle 23 ein Kugellager 25 vorgesehen. Ein Ende
der Welle 23 trägt eine Keilriemenscheibe 28, über welche der Keilriemen
13 läuft.
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Die Wirkungsweise der Antriebsmaschine gemäß F i g. 1 ist wie
folgt: Wenn der Motor 1 sich im Ruhezustand befindet, so ist die Keilriemenscheibe
4 für den Antrieb mit der Keilriemenscheibe 10 zwecks Antrieb durch den Motor
20 gekuppelt. Nachdem der Motor 20 eingeschaltet wird, dreht sich die Keilriemenscheibe
4 mit einer Drehzahl, die der Drehzahl des Motors 20 und dem übersetzungsverhältnis
entspricht. Wird nun der Motor 1 eingeschaltet, so hebt der Rotor 2 entgegen
der Wirkung der Feder 17
die Kupplungsscheibe 14 infolge des in axialer Richtung
wirkenden magnetischen Zuges zwischen Stator 6 und Rotor 2 vom Kupplungsbelag
15 ab. Der Rotor 2 verschiebt sich in axialer Richtung, und die Größe dieser
Verschiebung hängt von dem Abstand zwischen der Auflagefläche 19 des Rotorkörpers
11
und der Arretierungslamelle 16 ab. Somit ist die Keilriemenscheibe
4 von der Keilriemenscheibe 10
entkoppelt, und sie wird vom Motor
1 mit der entsprechenden Drehzahl angetrieben. Der Motor 20 kann ausgeschaltet
werden. Wird dann der Motor 1
ausgeschaltet, so verstellt die Feder
17 den Rotor 2 in seine ursprüngliche Lage zurück, und die Keilriemenscheibe
4 ist wieder mit der Keilriemenscheibe 10 gekuppelt.
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Die Feder 17 kann genügend stark gewählt werden, um das vom
Motor 20 erzeugte Moment auf die Welle 3 zu übertragen, wobei die Kupplungselemente
verhältnismäßig klein sind. Der vom axialen Motor 1
erzeugte axiale Schub
ist verhältnismäßig groß, und die Richtung dieses Schubes ist zur Richtung der Verschiebuno,
des Rotors 2 parallel.
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Der Motor 20 muß nicht unbedingt ein Motor in axialer Bauart sein.
Es ist jedoch vorteilhaft, einen axialen Motor 20 - wegen seiner verhältnismäßig
kleinen Abmessungen und der niedrigen Kosten zu verwenden.
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Wenn das Verhältnis der Drehzahlen der Keilriemenscheibe 4 ungefähr
1: 15 übersteigt, so wird der Durchmesser der Keilriemenscheibe
10 verhältnismäßig groß, und die Ausführungsform gemäß F i g. 1 ist
in diesem Fall nicht mehr zweckmäßig.
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Die Ausführungsform gemäß F i g. 2 und 3 kann mit Vorteil
verwendet werden, wenn das Verhältnis der Drehzahlen des Antriebsorgans ungefähr
1: 15
übersteigt. Der Motor 30 ist von gleicher Bauart wie der
Motor 1 gemäß F i g. 1. Der Rotor 32 besteht aus einem Käfiganker,
und er ist mittels eines Rotorkörpers 31 auf einer Welle 33 angebracht.
Die Welle 33 ist in zwei in einem Statorkörper 46 eines Stators 34 angeordneten
Nadellagern 36 drehbar gelagert. Die Nadellager 36 können durch Gleitlager
ersetzt werden. Der Stator 34 weist eine Wicklung 35 auf, und er ruht auf
einem Befestigungsflansch 47. Auf einem Ende der Welle 33 ist eine Kupplungsscheibe
37 angeordnet. Die Kupplungsscheibe 37 weist eine Öse 38 zur
Aufnahme eines Antriebsorgans auf. Zwischen einer Platte 40 und dem Statorkörper
46 sind zwei Kugellager 48 angeordnet. Die Platte 40 ist auf der Seite der Kupplungsscheibe
37 mit einem Ku plungsbelag 39 versehen. Zwischen dem Rotorp
C
körper 31 und einem Kugellager 41 ist eine Feder 42 angeordnet. Das
Kugellager 41 stützt sich auf den Statorkörper 46. Auf der Platte 40 ist ein Schneckenrad
43 angebracht, das mit einer Schnecke 44 kämmt.
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Der Motor 50 ist in gleicher Bauart wie der Motor 20 der F
i g. 1. Der Rotor 51 ist ein Käfiganker und mittels eines Rotorkörpers
52 auf einer Welle 53 angeordnet. Der Stator 55 mit Wicklung
54 ist auf einem Statorkörper 56 angeordnet. Der Statorkörper 56 besitzt
einen verlängerten zylindrischen Teil. Zwischen dem Statorkörper 56 und der
Welle 53 sind zwei Kugellager 57, 59 angeordnet. Ein Zylinder
58
dient als Abstandhalter. Auf der Welle 53 ist die Schnecke 44 befestigt,
die durch eine zylinderförmige Haube 45 geschützt ist. Die Haube 45 ist an dem Flansch
47 befestigt.
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Die Wirkungsweise der Antriebsmaschine gemäß F i g. 2 und
3 ist wie folgt: Wenn der Motor 30 abgeschaltet ist, so ist die Kupplungsscheibe
37 mit dem Schneckenrad 43 gekuppelt. Der eingeschaltete Motor
50 treibt die Kupplungsscheibe 37 über das Schneckengetriebe, 43,
44 an. Die Drehzahl hängt von der Drehzahl des Motors 50 und von dem Übersetzungsverhältnis
des Schneckengetriebes 43, 44 ab. Wird nun der Motor 30 eingeschaltet, so
hebt der
Rotor 32 die Kupplungsseheibe 37 infol 'ge
des in axialer Richtung wirkenden magnetischen Zuges zwischen Stator34 und Rotor32
vom Kupplungsbela- 39 ab. Der Rotor 32 verschiebt sich in axialer
Richtung, und die Größe dieser Verschiebung ist vom Abstand zwischen der Auflagefläche
49 des Rotorkörpers 31 und dem Kugellager 41 abhängig. Somit ist die Kupplungsscheibe
37 von dem Schnekkenaetriebe 43, 44 entkuppelt, und sie wird vom Motor
30 mit der entsprechenden Drehzahl angetrieben. Der Motor 50 kann
ausgeschaltet werden. Wird dann der Motor 30 ausgeschaltet, so verstellt
die Feder 42 den Rotor 32 in seine ursprüngliche Lag zurück, und die Kupplungsscheibe
37 ist wieder ,_e c
init dem Schneckengetriebe 43, 44 gekuppelt.
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Durch die Verwenduna der Motoren 30 und 50 in axialer
Bauart werden gleiche Vorteile wie bei der Ausfülirunasform gemäß F i
g. 1 erzielt. Der Motor 50 muß nicht ein Motor in axialer Bauart sein.
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Die Ausführun-sform aemäß F i g. 1 ist sehr vorteilhaft für
mittlere Verhältnisse der Drehzahlen, und die Ausführunasform -einäß F i 2 und
3 ist sehr vorteilhaft tür hohe Verhältnisse der Drehzahlen.
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Es ist ferner möglich, andere Motoren als Induktionsmotoren, z. B.
Kollektormotoren, Synchroninotoren oder Hysteresismotoren, zu verwenden.
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Dic beschriebene Antriebsmaschine ermöglicht, die Kosten tyeaenüber
bekannten Antriebsmaschinen zur Erzeu-ung zweier Drehzahlen um 30 bis 5011/o
zu C reduzieren. Dies ist durch die Verwendung von axialen Motoren in einer sehr
einfachen Bauart, deren Preis niedrig ist, und durch die Benutzung einer sehr cinfachen
und wirksamen Kupplungsvorrichtung