-
Gleidistrom-Elektrowickter
Es ist bekannt, daß man den Drehzahlregelbereich
eines Gleichstrommotors über den betriebsmäßig feldregelbaren Drehzahlbereich hinaus
durch Änderung der Ankerspannung eIweitern kann. Hiervon wird bei Elektrowicklern
Gebrauch gemacht, deren Drehzahl während eines Wickelvorgangs den Änderungen des
Wickelhalbmessers angepaßt geregelt werden muß, wenn das Verhältnis des größten
zum kleinsten vorkommenden Wickelhalbmesser größer ist als das durch Feldregelung
erreichbare Drehzahlverhältnis.
-
Praktisch kann man mit einem feldregelbaren Drehzahlbereich von etwa
1 : 3 oder höchstens 1 : 4 rechnen.
-
Ist das Wickelhalbmesserverhältnis größer, dann muß man zur Erweiterung
des Drehzahlbereiches die Ankerklemmenspannung ändern.
-
Zur Änderung der Ankerklemmenspannung verwendet man allgemein im
Ankerkreis eingeschaltete Zu- oder Absatzmaschinen, kurzweg Zusatzmaschinen genannt,
welche mit konstanter Drehzahl angetrieben werden bzw. auf einer Welle konstanter
Drehzahl angeordnet sind, an die sie mechanische Leistung abgeben. Meistens wird
die Zusatzmaschine auf der Welle des Leonardgenerators angeordnet, welcher noch
andere Arbeitsmaschinen speist. Es sind die verschiedenartigsten Regeleinrichtungen,
insbesondere auch zur selbsttätigen Regelung der Drehzahl von Elektrowicklern, bekanntgeworden.
Allen aber ist gemeinsam, daß die zur Erweiterung des DrOzahlregelbereiches dienende
Zusatzmaschine eine auf fremder Welle sitzende und mit konstanter Drehzahl arbeitende
Zu-
satzmaschine ist, welche, wenn sie als Absatzmaschine (das ist
die Ankerklemmenspannung des Elektrowicklers verkleinernd) wirkt, selbst ein Motor
ist, der mechanische Arbeit an seine Welle abgibt, und, wenn sie die Ankerspannung
des Wickelmotors erhöhend wirkt, wie ein Generator eine zur Netz- oder Leonardspannung
hinzukommende Speisespannung liefert. Mit einer Absatzmaschine läßt sich der Drehzahlbereich
des Elektrowicklers nach unten, mit einer eine zusätzliche Speisespannung liefernden
Zusatzmaschine nach oben hin erweitern.
-
Sollen bei einem Elektrowickler die Wickelgeschwindigkeit und die
Zugspannung des Wickelgutes (Papierbahn, Stoffbahn usw.) über den ganzen Wickelbereich
gleichbleibend aufrechterhalten werden, dann ist, abgesehen von Leerlauf- und Reibungsverlusten,
die reine Wickelleistung über den ganzen Wickelbereich konstant, auch bei beliebig
erweitertem Wickelbereich.
-
Wenn bei einer gegebenen Betriebsspannung der Wickelmotor zunächst
nur im Feld geregelt zu werden braucht, weil der Wickelbereich keiner Erweiterung
bedarf, dann bleibt wegen der gleichbleibenden Wickelleistung auch die Ankerstromstärke
praktisch konstant, und man kann in bekannter Weise die Felderregung des Wickelmotors
selbsttätig mit einem Schnellregler, z. B. einem Kohledruckregler, steuern, dessen
Reglerspule vom Ankerstrom als Regelgröße beeinflußt ist.
-
Sobald aber die Ankerklemmenspannung des Wickelmotors durch eine Zu-
oder Absatzspannung geändert wird, muß sich auch die Ankerstromstärke ändern, damit
der Wickelmotor dieselbe konstante Wickelleistung auf die Wickelwelle übertragen
kann. Es versagen dann alle selbsttätigen Regeleinrichtungen, welche die Ankerstromstärke
konstant aufrechtzuerhalten suchen, und es müssen wattmetrische, die Wickelleistung
konstant haltende Regeleinrichtungen vorgesehen werden, welche aber in der Praxis
kaum Eingang gefunden haben. Solche Einrichtungen müssen nicht nur das Wickelmotorfeld,
sondern auch die Erregung der Zusatzmaschine dem.jeweiligen Wickelhalbmesser angepaßt
überwachen und einregeln.
-
Es sind auch Regeleinrichtungen bekanntgeworden, welche eine programmäßig
vorbestimmte Beeinflussung des Wickelmotorfeldes und des Zusatzmaschinenfeldes abhängig
von einer mechanischen oder lichtelektrischen Abtastung des Wickelhalbmessers bewirken
oder abhängig vom Wickelhalbmesser das Wickelmotorfeld und abhängig von einer dem
gemessenen Wickelzug verhältnisgleichen Regelgröße selbsttätig das Feld der Zusatzmaschine
steuern.
-
Welche Größenordnungen Wickelmotor und Zusatzmaschine bei den bekannten
Elektrowicklern haben müssen, zeigt das Beispiel eines Wickelmotors, welcher mittels
einer Absatzspannung am Ende seines Feldregelbereiches auf halbe Drehzahl regelbar
sein soll.
-
Dies erfordert Verkleinerung seiner Ankerklemmenspannung auf die Hälfte.
Bei konstanter Wickelleistung muß die Ankerstromstärke also den doppelten Wert annehmen.
Als Maschinentype ist der Wickelmotor mithin für die doppelte Nennleistung auszulegen,
als der reinen Wickelleistung entspricht. Die Absatzmaschine im Anker kreis muß
dieselbe hohe Stromstärke führen und bei halber Betriebsspannung dieselbe Leistung
an ihre Welle abgeben wie der Wickelmotor an die Wicl{elwelle. Da sie mit konstanter
Drehzahl Iäuft, wird sie als Maschinentype kleiner ausfallen können als eine für
die einfache Wickelleistung, die halbe Betriebsspannung und eine dem größten Wickelhalbmesser
entsprechende Wickelwellendrehzahl auszulegende Maschine. Das Netz oder der speisende
Leonardgenerator muß ebenfalls die doppelte Stromstärke liefern können.
-
Hier greift nun die Erfindung ein mit der Erkenntnis, daß es ohne
weiteres möglich ist, die im eben erwähnten Beispiel motorische Leistung der Zusatzmaschine
auch für den Wickelantrieb selbst nutzbar zu machen, indem man die Zusatzmaschine
nicht auf eine fremde Welle arbeiten läßt, sondern auf die Wickelwelle. Wenn die
Zusatzmaschine erfindungsgemäß mit dem Wickelmotor mechanisch zusammenarbeitet,
und zwar so, daß die Summe der Leistungen von Wickelmotor und Zusatzmaschine gleich
der erforderlichen Elektrowicklerleistung ist, dann muß bei gleichbleibender Wickelleistung
die Ankerstromstärke konstant bleiben, unabhängig vom augenblicklichen Wickelhalbmesser
und der Wickelmotordrehzahl, genau so wie bei einem nur innerhalb seines Feldregelbereiches
geregelten einfachen Elektrowickler. Diese Erkenntnis bildet die Grundlage vorliegender
Erfindung. Praktisch gleichbleibende Ankerstromstärke ist bei erfindungsgemäßen
Elektrowicklern auch bei Wickelvorgängen einzuhalten möglich, welche bei veränderlicher
Betriebsspannung (Leonardspannung) und beliebiger Wickelgeschwindigkeit vor sich
gehen, bei denen aber die Zugspannung des Wickelgutes (Aufwìckelzugkraft) konstant
aufrechterhalten werden soll.
-
Eine Herabsetzung der Drehzahl des voll erregten Wickelmotors auf
die Hälfte mittels einer Absatzspannung im Ankerkreis bedingt nunmehr keine Verdoppelung
des Ankerstromes mehr, so daß der eigentliche Wickelmotor typenmäßig nur noch für
einfache Wickelleistung ausgelegt zu werden braucht. Die Absatzmaschine wird bei
dem gewählten Beispiel allerdings eine dem Wickelmotor gleiche Maschinentype sein,
so daß die Nennleistung beider Maschinen zusammen für die doppelte Wickelleistung
auszulegen ist.
-
Dafür entfällt aber die vordem noch dazu erforderliche Absatzmaschine
auf fremder Welle, deren Nennleistung der Wickelleistung gleich sein mußte, so daß
ein um ein Drittel kleinerer Aufwand von Maschinennennleistung durch einen erfindungsgemäßen
Elektrowickler erreicht wird. Dazu kommt, daß auch der Leonardgenerator nur noch
die einfache statt die doppelte Betriebsstromstärke für den Elektrowickler bereitzustellen
hat.
-
Um die Verdoppelung der Elektrowicklernennleistung bei zweifach erweitertem
Drehzahlbereich durch Ankerspannungsänderung bzw. erfindungsgemäße Ankerspannungsverteilung
auf Wickelmotor und Zusatzmaschine kommt man aus physikalischen Gründen nicht herum.
Es ist aber nicht gleichgültig, ob man den Wickelmotor mit voller Betriebsspannung
im oberen oder im unteren Drehzahlbereich arbeitend wählt und die erfindungsgemäße
Zusatzmaschine als Absatzmaschine für den unteren Drehzahlbereich oder als Zusatzmaschine
für den oberen Drehzahlbereich mit ihm zusammenarbeiten läßt.
-
Angenommen der Wickelmotor sei für niederste Drehzahl ohne Zusatzspannung
arbeitend ausgelegt, dann kann er die Wickelleistung durch Feldschwächung noch bei
etwa der dreifachen Drehzahl hergeben. Er kann als Einzelmotor durch Erhöhung seiner
Ankerklemmenspannung auf das Doppelte auf sechsfache Drehzahl gebracht werden, wobei
seine Ankerstromstärke bei gleichgebliebener Wickelleistung auf die Hälfte sinkt.
Seine Typennennleistung ist wegen der erhöhten Ankerspannung gleich der doppelten
Wickelleistung auszulegen. Arbeitet ein solcher Motor erfindungsgemäß mit einer
Zusatzmaschine mechanisch zusammen, dann kann er bei Beibehaltung seiner Ankerstromstärk'e
mit der nicht gesenkten Hälfte des Ankerstromes die Zusatzmaschine antreiben, welche
ihm die erhöhte Ankerklemmenspannung für den nach oben hin erweiterten Drehzahlbereich
liefert. Das erfindungsgemäße Elektrowickleraggregat verhält sich dann leistungsmäßig
genau so wie ein nur die einfache Wickelleistung bei konstantem Ankerstrom liefernder
Einzelmotor mit einem Drehzahlregelbereich von beispielsweise 1 : 6. Nachteilig
ist bei einem solchen mittels Zusatzspannung im Ankerkreis den Drehzahlregelbereich
nach oben hin erweiternden Aggregat die Notwendigkeit, jede Maschine des Wickelmotoraggregats
für Stromwendung bei höherer Klemmenspannung als der Speisespannung auslegen zu
müssen, während bei einem den Drehzahlregelbereich mittels einer Absatzspannung
im Ankerkreis nach unten hin erweiternden Aggregat die Klemmenspannung der Einzelmaschine
nur gleich oder kleiner als die Speisespannung bleibt.
-
Dieser Nachteil des erstgenannten Aggregats wird durch eine später
noch beschriebene Ausführungsform der Erfindung (Zwillingsfeldmaschine) vermieden.
-
Fig. I zeigt zunächst ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Elektlowicklers, bei dem die die Zu- oder Absatzspannung im Ankerkreis erzeugende
Zusatzmaschine mit dem Wickelmotor direkt gekuppelt ist. Das mechanische Zusammenarbeiten
von Wickelmotor und Zusatzmaschine kann selbstverständlich auch über Arbeitsmaschinenteile
oder Zwischengetriebe erfolgen, beispielsweise bei Anordnung beider Maschinen zu
beiden Seiten der Wickelwelle. In Fig. I ist der Wickelmotor mit I, die Zusatzmaschine
mit 2 bezeichnet, die Wickelrolle mit 3, das Wickelgut, z. B. eine Papier-, Stoff-,
Gummi- oder Metallbahn od. dgl., mit 4 und ein Satz vorangehender Transportwalzen
mit 5. Die Betriebsspannungliefert ein Leonardgenelator 6 mit Erregermaschine 7,
welcher beispielsweise von einem Drehstrommotor 8 angetrieben ist.
-
Die Erregerwicklung des Leonardgenerators ist mit 9 bezeichnet, ein
zugehöriger Widerstands- oder Potentiometerregler mit 10 und die Erregerwicklung
der Erregermaschine mit II. Die die Leonardspannung führenden Leitungen I2, I3 liefern
den gemeinsamen Ankerstrom für den Wickelmotor I und die Zusatzmaschine 2, während
die die konstante Erregermaschinenspannung führenden Leitungen I4, 15 die Erregerströme
für die Feldwicklungen I6 und I7 des Wickelmotors und der Zusatzmaschine liefern.
Im gemeinsamen Ankerkreis liegt ein Schnellregler I8, beispielsweise ein Thomaregler
oder ein Stromrelais, das einen Verstellmotor betätigt, und zur Zugeinstellung ein
Parallelwiderstand 19 zu dessen Reglerspule. Zur Ablesung des Ankerstromesdient
ein Strommesser 20.
-
Der Schnellregler I8 steuert gleichzeitig je einen Potentiometerregler
(Spannungsteiler) 21 bzw. 22 im Stromkreis der Erregerwicklung I6 des Wickelmotors
I und der Erregerwicklung I7 der Zusatzmaschine 2. Zu Beginn eines Wickelvorgangs
kann die Felderregung des Wickelmotors wegen des Anschlages 23 am Spannungsteiler
2I nur bis auf den betriebsmäßig zulässigen Mindestwert eingeregelt werden, während
das Feld der Zusatzmaschine noch unerregt bleibt. Im weiteren Verlauf des Wickelvorgangs
wird zuerst das Wickelmotorfeld am Spannungsteiler 21 auf vollen Wert erregt und
dann erst anschließend das Feld der als Absatzmaschine wirkenden Zusatzmaschine
von Null aus ansteigend voll erregt.
-
Der Vorgang ist in Fig. 2 graphisch dargestellt. In Fig. 2 ist als
Abzisse in bekannter Weise der Wickelhalbmesser r in Vielfachen (x) des Rollstangenhalbmessers
r0 aufgetragen, und zwar für einen Wickelbereich 1 a 1 6. Als Ordinaten sind eingetragen
die zugehörigen Werte der Betriebsspannung E, der Ankerstromstärke J, die Feldwerte
F1 und F2 des Wickelmotors und der Zusatzmaschine und die Drehzahl n. Alle Werte
sind in einem willkürlich gewählten Maßstab dargestellt. Zu Beginn eines Wickelvorgangs
hat das Wickelmotorfeld F1 den Wert rOB, die Betriebsspannung den Wert rOD, die
Ankerstromstärke den Wert r0G und die Drehzahl den Wert rOo. Im Verlauf des Wickelvorgangs
sinkt die Drehzahl in bekannter Weise nach einer Hyperbel bis auf den Wert RQ; beim
Punkt x = 3 ist sie auf 1/3 gefallen, die Feldstärke F, aber mittels des Reglers
21 in Fig. I auf den dreifachen Wert beim Punkt H eingeregelt worden. Dabei bleiben
E und J konstant, konstante Wickelleistung vorausgesetzt.
-
Im weiteren Verlauf des Wickelvorgangs bleibt das Feld F, ungeändert
(Linie HP), dagegen erregt nunmehr der Regler 22 in Fig. I das Zusatzmaschinenfeld
F2 von Null aus ansteigend bis zum Punkt P (Wickelmotor und Zusatzmaschine als gleiche
Maschinentypen vorausgesetzt). Infolge der abnehmenden Drehzahl sinkt die Klemmenspannung
des Wickelmotors in diesem Bereich nach Kurve KL.
-
In Fig. 2 ist nun eingezeichnet, wie der Vorgang verlaufen müßte,
wenn die Zusatzmaschine wie bei den bekannten Elektrowicklern eine fremde Welle
antreiben würde; der Ankerstrom des Wickelmotors müßte dann nach Linie MN verlaufend
ansteigen.
-
Wenn dagegen die Zusatzmaschine erfindungsgemäß mechanisch mit dem
Wickelmotor zusammenarbeitet, dann unterstützt ihre Leistung die des Wickelmotors,
und der Ankerstrom kann nach Linie MG' konstant bleiben. Am Ende des Wickelvorgangs
ist dann die Betriebsspannung je zur Hälfte auf beide Maschinen aufgeteilt (RL--LD-)
und jede Maschine zur Hälfte an der konstanten Wickelleistung beteiligt.
-
Die bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. I nacheinander erfolgende
Einregelung der Felderregungen von Wickelmotor und Zusatzmaschine kann man erfindungsgemäß
auch ersetzen durch eine gleichzeitige Feldregelung, wie das Ausführuegsbeispiel
Fig. 3 zeigt.
-
Man benötigt dann gegebenenfalls nur einen einzigen
Widerstandsregler,
welchen man leicht mittels eines Schnellreglers, beispielsweise mittels eines Kohledruckreglers
steuern kann, etwa abhängig von der Ankerstromstärke als Regelgröße oder abhängig
von einer dem überwachten und gemessenen Aufwickelzug verhältnisgleichen Größe.
Die graphische Darstellung der Vorgänge geht dann über in die Form der Fig. 4, die
zuerst besprochen werden soll.
-
Wenn man das Feld F1 statt nach einer gebrochenen Linie BHP in Fig.
2 nach einer stetig ansteigenden Linie BP in Fig. 4 regelt und das Zusatzmaschinenfeld
schon zu Beginn des Wickelvorgangs vom Wert Null aus nach der Linie rO P in Fig.
4 ansteigen läßt, dann erhält man für die Klemmenspannung des Wickelmotors die Kurve
DL in Fig. 4, während wieder die Betriebsspannungslinie DD' und die Ankerstromlinie
GG' horizontal, also gleichbleibend verlaufen.
-
Um das Zusatzmaschinenfeld F2 mit dem Wert Null beginnen zu lassen,
muß man in Fig. 3 eine Gegenfeldwicklung 25, gegebenenfalls mit vorgesehenem Einstellregler
26, anordnen, wenn derselbe Erregerstrom beide Feldwicklungen I6 und I7 durchfließend
von einem Schnellregler IS gesteuert werden soll.
-
In Fig. 3 dient als Regelgröße für den Schnellregler I8 der mittels
einer Druckmeßdose, z. B. einer Kohledruckmeßdose, überwachte Aufwickelzug. Die
Meßdose 27 kann in bekannter Weise z. B. zwischen zwei aufeinanderfolgenden Transportwalzenpaaren
5 und 5' an die Warenbahn abtastend angeordnet sein und über einen Verstärker 28
den Schnellregler I8 beeinflussen, welcher seinerseits den Widerstandsregler 21
steuert, der im Stromkreis der Erregerwicklungen I6 und I7 angeordnet ist. Zur Zugeinstellung
dient wiederum der Widerstand I9, der parallel zur Reglerspule des Schnellreglers
I8 liegt.
-
Im gemeinsamen Ankerstromkreis ist bei diesem Ausführungsbeispiel
außerdem noch eine mit konstanter Drehzahl fremd angetriebene Zusatzmaschine 23
mit Erregerwicklung 24 vorgesehen, welche im Beispiel auf der Welle des Leonardgenerators
sitzt und, wie an sich bekannt, dazu dient, den Spannungsabfall im Ankerkreis auszugleichen.
Zu diesem Zweck wird die Felderregung dieser Ausgleichsmaschine zwangsläufig abhängig
gemacht von der Einstellung des Zugeinstellers, so daß die Warenbahn bei allen Werten
der Betriebsspannung (Leonardspannung) bis herab zum Stillstand des Elektrowicklers
einschließlich unter Zugspannung gehalten wird. Im Beispiel Fig. 3 ist der Zugeinsteller
I9 mechanisch zwangsläufig mit dem Feldregelwiderstand 29 der Ausgleichsmaschine
23 verbunden. Eine solche Ausgleichsmaschine kann selbstverständlich auch bei Elektrowicklern
nach Fig. I zur Anwendung kommen.
-
DieWirkungsweise einer erfindungsgemäßen Elektrowickleranordnung
nach Fig. 3 ist noch unter Beachtung der bei demselben Erregerstrom verschiedenen
magnetischen Sättigungen beider Maschinen wegen der Gegenfeldwicklung 25 an Hand
der Fig. 5 zu erläutern; vorausgesetzt sei zunächst, daß der Einstellregler 26 während
eines Wickelvorgangs unverändert bleibt.
-
Wird das Feld F1 des Wickelmotors nach der geraden Linie BP in Fig.
4 oder 5 geregelt, dann ist dazu ein Erreger strom ii erforderlich, welcher nach
der Kurve BM in Fig. 5 verläuft. Derselbe Erregerstrom wird das weniger gesättigte
Feld, derZusatzmaschine so beeinflussen, daß es der Kurve r0P2 folgt. Dies ergibt
sich durch einfache Konstruktion, indem man jeweils einen derWirkung der Gegenfeldwicklung
25 Rechnung tragenden Erregerstromanteil BrO von der iF-Kurve abzieht. Für den Endpunkt
R erhält man dann die Ordinate von R bis Punkt I als wirksamen Erregerstrom, zu
dem man über die Punkte 2 und 3 das Feld RP2 findet, welches fast dem theoretisch
geforderten Feldwert RP der Zusatzmaschinen gleichkommt. Bei etwas stärker gesättigten
Maschinen kann Po mit P zusammenfallen oder sogar oberhalb P liegend gefunden werden.
Ein Schnellregler Is wird' nun aber immer so steuern, daß die Summe der Ankerteilspannung
gleich E ist; er wird also beispielsweise beim Punkt Q' der Drehzahlkurve den Erregerstromwert
RM ein regeln, bei dem diese Forderung erfüllt ist.
-
Führt man die Rechnung für die weiteren Kurvenpunkte durch, dann erhält
man eine Erregerstromkurve i-l., eine Feldkurve F1, und eine Feldkurve F2,.
-
Dazugehörig findet man die Ankerteilspannungen nach Kurve DL' verlaufend.
Die Ergänzung des Drehzahlregelbereiches von Q' bis Q ist unschwer durch geringe
Erregerstromerhöhung vom Schnellregler steuerbar.
-
Fig. 5 dient dazu, um zu zeigen, daß man praktisch mit einem einzigen
Widerstandsregler 2I auskommen kann, wodurch die Möglichkeit der Verwendung von
Kohledruckreglern als Schnellregler gegeben ist, für die wie in Fig. 3 der Aufwickelzug
oder wie in Fig. 5 a der Ankerstrom Regelgröße sein kann.
-
Hierzu ist zu bemerken, daß bei Elektrowicklern mit durch die Drehzahl
der vorangehenden Arbeitsmaschine bestimmter Warengeschwindigkeit, wie bei Papiermaschinen,
Druckmaschinen, Schlichtmaschinen u. dgl., bei größer werdendem Wickelhalbmesser
eine Drehzåhlverminderung, das ist eine Feldverstärkung vom Schnellregler, eingeregelt
werden muß. Der Schnellregler muß also so arbeiten, daß er bei einer den eingestellten
Zug überschreitenden Ankerstromstärke seinen in den Feldstromkreis eingeschalteten
Regelwiderstand verkleinert. Kohledruckregler sind meistens in umgekehrtem Sinne
regelnd ausgelegt. Man kann dann zwei Kohledruckregler verwenden und in den Feldstromkreis
des Elektrowicklers den Regelwiderstand des zweiten Kohledruckreglers einschalten,
dessen Reglerspule aus einer konstanten Spannungsquelle tz. B. der die Feldstromkreise
speisenden) unter Zwischenschaltung des vom ersten Kohledruckregler geregelten Widerstandes
gespeist wird. Der Regelsinn wird dadurch für den Feldstromkreis des Elektrowicklers
richtig gestellt. Andere Schnellreglertypen, Wälzregler, Thomaregler u. dgl., brauchen
keine Regelsinnumkehrung. Bei einem über eine Verstärkeranordnung wie in Fig. 3
von einer Druckmeßdose gesteuerten Kohledruckregler ist der richtige Regelsinn auch
durch entsprechende Auslegung dieser Verstärkeranordnung erreichbar. Verwendet man
einen Thomaregler oder ein Stromrelais mit Verstellmotor, dann läßt sich naturgemäß
leicht auch eine mehrteilige oder staffelförmige Regelung sowohl des Erregerstromes
in den beiden Feldwicklungen I6 und I7 als auch des
Erregerstromes
in der zweiten Erregerwicklung 25 der Zusatzmaschine, gleichzeitig vom Schnellregler
gesteuert, durchführen.
-
Regelt man am Einstellregler 26 in Fig. 3 zu Beginn eines Wickelvorgangs
ein resultierendes negatives Feld F2 ein, dann muß die dann generatorisch arbeitende,
also vom Wickelmotor angetriebene Zusatzmaschine eine die Betriebsspannung erhöhende
Spannung in den Ankerkreis liefern. Es genügt dann ein verhältnismäßig geringes
negatives Feld, um den Drehzahlbereich erheblich nach oben hin zu erweitern. In
Fig. 5 ist eine solche Erweiterung mit OrOo als Rollstangenhalbmesser eingezeichnet.
Die Drehzahlkurve beginnt dann bei C', die Klemmenspannungskurve für den Wickelmotor
bei K'. Als negatives Zusatzfeld ist dabei nur ein der Strecke rO'H' entsprechendes
Feld erforderlich. Das Feld F behält im Bereich r0,r0 seinen Wert rOB bei. Die Zusatzmaschine
liefert eine Spannung entsprechend der Kurve DK'.
-
Man erkennt, daß schon ein geringes negatives Feld der Zusatzmaschine
im hohen Drehzahlbereich zu gefährlichen Ankerspannungserhöhungen und gefährlichen
Drehzahlen führen kann, gleichzeitig aber auch die Möglichkeit gibt, gerade den
hohen Drehzahlbereich mit einfachen Mitteln zu beherrschen. Der Erhöhung der Ankerklemmenspannung
des Wickelmotors setzt indessen der Stromwender bald eine praktische Grenze.
-
Es ist deshalb bei Verwendung einer Zusatzmaschine sowohl als Absatzmaschine
im unteren Drehzahlbereich als auch als Zusatzmaschine im oberen Drehzahlbereich
dafür zu sorgen, daß die Zusatzmaschine in den Sättigungsbereich kommt. Man kann
sie dann immer so auslegen, daß auch bei negativem Feld F2 die Ankerspannung des
Wickelmotors und die Drehzahl nicht unzulässig hoch anwachsen können.
-
Es ist jedoch möglich, und dies bedeutet eine weitere Ausgestaltung
der Erfindung, jede Erhöhung der Stromwenderspannung zu vermeiden und einen erheblich
einfacheren Elektrowickler dadurch zu erzielen, daß man erfindungsgemäß den Wickelmotor
und die Zusatzmaschine in Form eines Zwillingsfeldelektrowicklers mechanisch zusammenarbeiten
läßt. Beide Maschinen werden zu diesem Zweck erfindungsgemäß in einer einzigen Zwillingsfeldmaschine
vereinigt, die nur einen Stromwender und eine gemeinsame Ankerwicklung, aber magnetisch
getrennte Ankerteile und diesen zugeordnete, axial benachbarte Feldmagnetsysteme
besitzt. Bei einer solchen Zwillingsfeldmaschine addieren oder subtrahieren sich
die inneren Einzelspannungen unmerkbar für den Stromwender, so daß man am Stromwender
nur die Betriebsspannung vorfindet. Es wird dabei ein Stromwender erspart, die Wicklung
vereinfacht und der Elektrowickler betriebssicherer auslegbar. Die für einen erfindungsgemäßen,
aus zwei Einzelmaschinen zusammengesetzten Elektrowickler brauchbaren Regeleinrichtungen
sind ebenso für einen Zwillingsfeldelektrowickler anwendbar.
-
In Fig. 6 ist zunächst dargestellt, wie man einen vorgeschriebenen
Wickelbereich, z. B. I: 6, mittels einer im unteren Drehzahlbereich den Wickelmotor
unterstützenden und zuletzt voll erregten Absatzmaschine beherrschen kann, wenn
diese Maschine auch im oberen Drehzahlbereich als Zusatzmaschine mit anfänglich
voll negativ erregtem Feld mitwirkt. Die Figur wird leichter verständlich, wenn
man sie auf die Verhältnisse bei einem erfindungsgemäßen Zwillingsfeldelektrowickler
nach Fig. 7 angewandt erläutert.
-
In Fig. 7 ist die wirksame Gesamtankerlänge einer Zwillingsfeldmaschine
mit b bezeichnet und der Ankeranteil der Zusatzmaschine y. Wenn die Feldmagnete
T1 und T2 voll erregt sind, herrscht im Luftspalt beider Ankerteile dieselbe magnetische
Kraftliniendichte, so daß die in den Ankerteilen induzierten EMKe sich verhalten
wie die zugehörigen Ankerlängen b-y und y. Für das gewählte Beispiel (Wickelbereich
1 : 6) findet sich, daß y nur 1/8 der Gesamtankerlänge b sein muß. Versteht man
also in Fig. 6 unter F1 und F2 jeweils die Werte der Kraftliniendichte (Induktion)
im Luftspalt, dann findet man leicht die Unterteilung der Ankerspannung bei jeder
Drehzahl.
-
Aus Fig. 6 läßt sich ablesen, daß zu Beginn eines Aufwickelvorgangs
das Feld des Wickelmotors den Wert rOB hat und die Zusatzmaschine das negative Feld
rOS. Die Betriebsspannung ist durch UK gegeben, die innere Zusatzspannung durch
KK' und die innere Wickelmotorspannung durch roK' Im Wickelbereich tONbleibt das
FeldF1 auf dem WertNB' = rOB, während das Zusatzmaschinenfeld auf Null zurückgeregelt
wird.
-
Hieran schließt sich ein Teilwickelbereich N bis M, in dem gegebenenfalls
das Wickelmotorfeld allein bis auf vollen Wert geregelt wird, nach der Linie B'H.
Im Restbereich von M bis R bleibt dann das Wickelmotorfeld konstant, nach Linie
HP, und das nunmehr positive Feld F2, der Zusatzmaschine wird von Null aus bis auf
vollen Wert geregelt, nach Linie MP. Man kann aber auch wie in Fig. 4 beide Felder
schon beim Punkt B' bzw. N beginnend gemeinsam ansteigend bis auf vollen Wert regeln,
nach den Linien B'P bzw. NP.
-
Im letzteren Fall wird die innereSpannungsverteilung nach der Kurve
DL verlaufen, während sie bei staffelweiser Regelung nach der Kurve DL'L verläuft.
Dabei bleibt aber immer die am Stromwender wirksame Klemmenspannung gleich groß,
nach der Linie KDL'D'.
-
Desgleichen bleibt, gleiche Wickelleistung bzw. gleiche Zugspannung
vorausgesetzt, die Ankerstromstärke J konstant, nach der Horizontalen GG'.
-
In Fig. 7 ist für verschiedene Wickelbereiche a als Abszissenwerte
die Unterteilung der gesamten wirksamen Ankerlänge OA = b eines Zwillingsfeldelektrowicklers
in einen Wickelmotoranteil b-y und einen Zusatzmaschinenteil y als Ordinatenwerte
angegeben, für den Fall, daß die Zusatzmaschine wie in Fig. 6 als Zu- und als Absatzmaschine
verwertet wird. Die y-Kurve zeigt, daß der Zusatzmaschinenanteil an der Ankerlänge
bei einem Wickelbereich 1 : 4 nur 1/16, bei einem Wickelbereich 1 : 5 nur 1/1o und
bei einem Wickelbereich I: : 6 nur 1/8 beträgt. Bei 1 : 7 ist y = 1/7 bei I: 8 ist
y = 5/32 USW. Die Zwillingsfeldmaschine ist dabei so ausgelegt, daß sie bei voll
erregten Feldern geforderte Wickelleistung bei der niedrigsten vorkommenden Betriebsdrehzahl
hergeben kann.
-
Dies gilt auch für Zwillingsfeldmaschinen, bei welchen auf die Mitwirkung
eines Ankeranteils mit negativer Felderregung verzichtet wird. Die Ankerlängenanteile
y bzw. b-y findet man in diesem Fall, unter der Voraussetzung normalen Feldregelbereiches
I: 3,
für verschiedene Wickelbereiche a = R: r0 = XO nach der einfach
abzuleitenden Formel: B0 y n, 3 3 bzw Bo b worin die Kraftliniendichte B,, die an
Stelle der Feldwerte eingeführt ist, weggelassen werden kann. Aus dieser Formel
folgt: y = b (3 a).
-
Für einen Wickelbereich a= 6 ergibt die Formel (wie im Fall zweier
Einzelmaschinen, z. B. nach Fig. 2) gleiche Ankerlängenanteile (y = b/2). Für einenWickelbereich
1 : 7 findet man y = b 1/7 usf., so daß man für beliebige Wickelbereiche sofort
die Ankerlängenunterteilung für eine nur mit Absatzspannung arbeitende Zwillingsfeldmaschine
angeben kann.
-
Alle bei mechanisch zusammenarbeitenden Einzelmaschinen nach der
Erfindung verwendbaren Regeleinrichtungen sind auch bei Zwillingsfeldelektrowicklern
nach der Erfindung brauchbar, insbesondere selbsttätige Regeleinrichtungen mit Schnellreglern
(Thomareglern oder Stromrelaisanordnungen). Wird der Zusatzmaschinenanteil von Null
aus positiv oder negativ ansteigend feldgeregelt, dann kann wie bei Fig. 3 auch
ein gewöhnlicher Schnellregler, z. B.
-
Kohledruckregler, zur selbsttätigen Regelung des Elektrowicklers dienen.
-
Erfindungsgemäße Elektrowickler mit über den betriebsmäßig feldregelbaren
Drehzahlbereich eines Wickelmotors hinaus erweitertem Drehzahlregelbereich sind
auch als Bremsgeneratoren verwendbar, was bei Umrollern von Wichtigkeit ist.
-
Selbstverständlich können erfindungsgemäß eElektrowickler auch mittels
den Wickelhalbmesser mechanisch oder lichtelektrisch abtastender Regeleinrichtungen
oder abhängig vom Gewicht der Wickelrolle programmmäßig geregelt werden, beispielsweise
zwecks Erzielung eines vorbestimmten Verlaufs der Wickelhärte. Auch die bei den
bekannten Elektrowicklern üblichen Maßnahmen zur zusätzlichen Beeinflussung der
Regeleinrichtungen zwecks näherungsweiser Ausgleichung der mechanischen Leerlaufverluste
können bei erfindungsgemäßen Elektrowicklern sinngemäß Anwendung finden.