-
-
Verfahren und Vorrichtung zum Steuern des Antriebs-
-
motors einer Holzbearbeitungsmaschine Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Steuern des Antriebsmotors für die Werkzeugwelle einer Holzbearbeitungsmaschine,
wobei der Antriebsmotor während der Bearbeitung des Werkstücks im Nennlastbetrieb
mit Lastdrehzahl und während der Bearbeitungspause im Leerlaufbetrieb mit Leerlaufdrehzahl
läuft.
-
Bei Holzbearbeitungsmaschinen, wie beispielsweise Fräsmaschinen zur
Bearbeitung der Enden von Fensterprofilen werden das Werkstück und das Werkzeug
relativ zueinander bewegt; im allgemeinen wird das Werkstück an dem angetriebenen
Fräswerkzeug o.dgl. vorbeibewegt. Bei dem üblichen Arbeitsablauf sind die Zeitabschnitte
der Bearbeitung, während denen sich das Werkzeug im Eingriff mit dem Werkstück befindet,
verhältnismäßig kurz; die vorangehenden
bzw. nachfolgenden Leerlauf-Zeitabschnitte
sind dagegen verhältnismäßig lang. Zwischen kurzen Zeitabschnitten, in denen der
Antriebsmotor des Werkzeugs mit voller Leistung arbeitet, für die er ausgelegt werden
muß, liegen lange Zeitabschnitte, in denen der Antriebsmotor nur mit seiner Leerlaufdrehzahl
läuft.
-
Bei bekannten Holzbearbeitungsmaschinen (DE-Buch: Kurt Muth: Die maschinelle
Holzbearbeitung, Verlag Bernh. Friedr. Voigt, Berlin, (1957), 2. Aufl. S. 23-27,
31-32) werden elektrische Antriebsmotoren, in der Regel Asynchronmotoren eingesetzt,
die während der Be-Bearbeitung des Werkstücks mit Lastdrehzahl und in der Bearbeitungspause
mit Leerlaufdrehzahl arbeiten.
-
Die während des Leerlaufbetriebs auftretenden Verluste sind verhältnismäßig
hoch; insbesondere wirkt sich aber die hohe induktive Belastung des Stromnetztes
während des Leerlaufs des für hohe Leistung ausgelegten Antriebsmotors als störend
und kostspielig aus. Schaltungstechnisch wäre es ohne besondere Schwierigkeiten
möglich, den Antriebsmotor in den zwischen den Bearbeitungsabschnitten liegenden
Zeitspannen abzuschalten; diese Maßnahme wäre aber mit noch größeren Verlusten und
unerwünschten Netzbelastungen verbunden, weil der Energieverbrauch und insbesondere
die induktive Netzbelastung während
des vor jedem Bearbeitungsvorgang
erforderlichen Hochlaufs des Antriebsmotors sehr groß sind.
-
Es ist in der Antriebstechnik allgemein bekannt, Elektromotoren in
zwei oder mehr Leistungsstufen zu schalten, beispielsweise als Stern-Dreieck-Schaltung
eines Asynchronmotors. Diese Schaltungsmaßnahmen werden eingesetzt, um beim Anlauf
eines Asynchronmotors die Stromaufnahme und damit die Netzbelastung herabzusetzen
(DE-OS 31 08 349).
-
Bekannt ist auch (DD-Buch: Kovács: Betriebsverhalten von Asynchronmaschinen,
S. 201-204), bei Motoren, bei denen Leerlauf und Vollastzustände wechseln, die Speisespannung
den verschiedenen Betriebszuständen entsprechend so zu ändern, daß die Maschinen
selbsttätig im Leerlauf mit einer kleineren und bei Nennlast mit einer höheren Spannung
gespeist werden, um einen wirtschaftlichen Betrieb zu erreichen.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, in der Bearbeitungspause die Energieverluste
und die Netzbelastung herabzusetzen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß der Antriebsmotor mittels einer bei Annäherung eines Werkstücks
an
das Werkzeug ansprechenden Steuerung auf eine Nennlaststufe und nach dem Bearbeitungsvorgang
auf eine angenähert die Leerlauf drehzahl haltende Leerlaufstufe geschaltet wird.
-
Die Leistungsaufnahme und damit die auftretenden Energieverluste und
die Netzbelastung werden in den zwischen den Bearbeitungsvorgängen liegenden Zeitspannen
stark herabgesetzt, wobei nur die Leerlaufdrehzahl angenähert aufrechtwerhalten
wird. Dadurch wird erreicht, daß es nicht erforderlich ist, unmittelbar vor den
Bearbeitungseingriff des Werkzeugs Energie dafür aufzuwenden, das Werkzeug auf die
für die Bearbeitung erforderliche Drehzahl zu bringen.
-
Ein Absinken der Drehzahl zu Beginn des Bearbeitungseingriffs wird
dadurch verhindert, daß der Antriebsmotor bereits bei der Annäherung des Werkstücks
an das Werkzeug auf die Nennlaststufe geschaltet wurde.
-
Während das Umschalten auf die Nennlaststufe bei Annäherung des Werkstücks
an das Werkzeug erfolgt, beispielsweise durch einen vom Werkstück oder vom Werkstückschlitten
betätigten Endschalter, berührungslosen Schalter od.dgl., kann das Umschalten auf
die Leerlauf stufe durch eine vom aufgenommenen Strom, der aufgenommenen Leistung
oder der Drehzahl des Antriebsmotors abhängige Steuerung erfolgen; stattdessen kann
das Umschalten auf die Leerlaufstufe ebenfalls werkstückabhängig bzw. wegabhängig
erfolgen.
-
Wenn der Antriebsmotor ein mit einer Stern-Dreieck-Schaltung versehener
Asynchronmotor ist, kann das Um-
schalten zwischen den beiden Leistungsstufen
mit sehr geringem Steuerungsaufwand dadurch erfolgen, daß der Antriebsmotor bei
Annäherung eines Werkstücks an das Werkzeug auf Dreieckschaltung und nach dem Bearbeitungsvorgang
auf Sternschaltung umgeschaltet wird.
-
Die Erfindung betrifft weiter vorteilhalfte Vorrichtungen zur Durchführung
des Verfahrens. Damit läßt sich eine besonders große Energieeinsparung und Verminderung
der Netzbelastung erreichen.
-
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Asynchronmotor
als Antriebsmotor, der drei Hauptwicklungen im Ständer aufweist, ist dadurch gekennzeichnet,
daß in der Leerlauf stufe zu jeder Hauptwicklung eine Nebenwicklung in Reihe geschaltet
ist und daß in der Nennlaststufe die Nebenwicklungen abgeschaltet bzw. kurzgeschlossen
sind. Die Nebenwicklungen können hierbei optimal für die Anforderungen des Leerlaufbetriebs
ausgelegt werden, da sie im Nennlastbetrieb nicht eingeschaltet sind.
-
Diese Schaltung läßt sich in sehr einfacher Weise dadurch verwirklichen,
daß mit einem Kurzschlußschalter ein Teil der Ständerwicklung eines Asynchronmotors
überbrückt wird. Die vorhandene Ständerwicklung wird daher durch den Abgriff des
Kurzschluß schalters in eine Hauptwicklung und eine Nebenwicklung unterteilt.
-
Bei einer anderen Vorrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen
Verfahrens ist vorgesehen, daß in der Nennlaststufe jeder Hauptwicklung eine Nebenwicklung
parallelogeschaltet ist und daß in der Leerlauf stufe jede Hauptwicklung in Reihe
mit der zugehörigen Nebenwicklung geschaltet ist.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine Schaltung für den Antrieb einer Holzbearbeitungsmaschine
mit einem Asynchronmotor, dessen Ständerwicklungen jeweils eine Hauptwicklung und
eine Nebenwicklungen aufweisen, Fig. 2 die Schaltung der Ständerwicklungen des Asynchronmotors
nach Fig. 1 in Sternschaltung in der Nennlaststufe (a), in Dreieckschaltung der
Nennlaststufe (b) und in der Leerlaufstufe (c), Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform
der Schaltung der Ständerwicklungen des Asynchronmotors, ebenfalls in Sternschaltung
(a) und Dreieckschaltung (b) der Nennlaststufe und in der Leerlaufstufe (c) und
Fig. 4 eine stark vereinfachte Draufsicht auf eine
Holzbearbeitungsmaschine,
wobei die Anordnung eines Endschalters zur Betätigung der Schaltungen nach den Fig.
1 bis 3 dargestellt ist.
-
Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltung weist ein als Drehstrom-Kurzschlußläufermotor
ausgeführter Antriebsmotor 1 drei Ständer-Hauptwicklungen 2 auf, deren eine Seite
über ein Netz schütz 3 mit dem Drehstromnetz verbindbar ist. Die andere Seite der
Hauptwicklungen 2 ist über Schalter 9, die durch ein Umschaltschütz 4 betätigbar
sind, mit einen herkömmlichen Stern-Dreieck-Schalter 5 verbindbar, deren Stern-Dreieck-Schütz
6 die Haupwicklungen 2 entweder im Sternbetrieb mit einem gemeinsamen Sternpunkt
7 (Fig. 2a) oder im Dreieckbetrieb (Fig. 2b) über die Schalter des Netzschützes
3 mit dem Netz verbindet.
-
Zu jeder Hauptwicklung 2 ist eine Nebenwicklung 8 im Ständer des Antriebsmotors
1 in Reihe geschaltet.
-
Der Läufer des Antriebsmotors 1 ist ein herkömmlicher Kurzschluß-Käfigläufer.
Die von dem Umschaltschütz 4 betätigten Schalter 9 überbrücken die Nebenwicklungen
8.
-
Wenn die Schalter 9 geöffnet sind, sind die Wicklungen 2 und 8 jeweils
in Reihe geschaltet (Leerlauf stufe gemäß Fig. 2c); ; sind die Schalter 9 geschlossen,
so sind die Nebenwicklungen 8 kurzgeschlossen und daher abgeschaltet (Nennlastbetrieb
gemäß Fig. 2a
beim Anlauf in Sternschaltung bzw. Fig. 2b im Betrieb
in Dreieckschaltung). In der Leerlaufstufe sind die in Reihe geschalteten Wicklungen
2 und 8 in Sternschaltung in Fig. 2c gezeigt.
-
Das Umschaltschutz 4 wird durch eine Steuerung 10 betätigt, die Steuersignale
von einem Endschalter 11 und von einem Strom bzw. Leistungsmesser 12 erhält.
-
Wie in Fig. 4 dargestellt, ist der Endschalter 11 am Maschinengestell
13 einer Holzbearbeitungsmaschine angebracht. Auf dem Maschinengestell 13 ist in
Führungen 14 ein Werkstückschlitten 15 verfahrbar, der einen Nocken 16 für die Betätigung
des Endschalters 11 aufweist.
-
Im Maschinengestell 13 ist ein Fräswerkzeug 17 gelagert, das durch
den Antriebsmotor 1 aus Fig. 1 angetrieben wird. Ein Werkstück 18, beispielsweise
ein Fensterprofil, ist auf dem Werkstückschlitten 15 aufgespannt und wird am Fräswerkzeug
17 entlangbewegt.
-
Sobald der Werkzeugschlitten 15 bei seiner Vorschubbewegung in Richtung
des Pfeiles 19 das Werkstück 18 an das Werkzeug 17 annähert, wird der Endschalter
11 betätigt. Während vorher die Haupwicklungen 2 und die Nebenwicklungen 8 vom Strom
durchflossen waren und der Antriebsmotor 1 in einer niedrigen Leistungsstufe nur
auf seiner Leerlaufdrehzahl gehalten wurde, werden bei Betätigung des Endschalters
11 über die Steuerung 10 und das Umschaltschütz 4 die Schalter 9 geschlossen, wodurch
die Nebenwicklungen 8
abgeschaltet werden. Der Antriebsmotor 1
arbeitet jetzt mit voller Leistung, während das Werkstück 18 am Werkzeug 17 vorbeibewegt
wird.
-
Sobald das Werkzeug 17 außer Eingriff mit dem Werkstück 18 gelangt,
sinkt die Leistungsaufnahme bzw.
-
Stromaufnahme des Antriebsmotors 1 ab. Dieser Vorgang wird durch den
Leistungsmesser bzw. Strommesser 12 erfaßt und als Steuersignal an die Steuerung
10 geleitet, die daraufhin über das Umschaltschütz 4 die Schalter 9 öffnet. Dadurch
wird der Antriebsmotor 1 wieder auf seine Leerlaufstufe umgeschaltet.
-
Die Hauptwicklungen 2 und die Nebenwicklungen 8 können dadurch geschaffen
werden, daß die herkömmlichen Ständerwicklungen eines Asynchronmotors angezapft
und dadurch unterteilt werden.
-
In Abwandlung der den in Fig. 1 und 2 gezeigten Schaltung kann auf
die Nebenwicklungen 8 und das Schütz 4 verzichtet werden; die Wicklungen 2 des herkömmlichen
Asynchronmoters 1 können durch die Stern-Dreieck-Schaltung 5 zwischen den beiden
Leistungsstufen des Sternbetriebs und Dreiecksbetriebs durch das Schütz 6 umgeschaltet
werden. In diesem Falle wird jedoch das Stern-Dreieck-Schütz 6 über eine in Fig.
1 mit gestrichelten Linien dargestellte Leitung durch die Steuerung 10 in der schon
beschriebenen Weise in Abhängigkeit von der Betätigung des Endschalters 11 und der
Signalabgabe des Leistungsmesser bzw.
-
Strommessers 12 betätigt.
-
Die in Fig. 3 gezeigte Schaltung der Ständerwicklungen des Motors
1 unterscheidet sich vom vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel dadurch, daß jeweils
die Hauptwicklung 2 und die Nebenwicklung 8 in der Nennlaststufe parallelgeschaltet
sind, und zwar sowohl im Sternbetrieb für den Anlauf (Fig. 3a) als auch im Dreieckbetrieb
für volle Nennlast (Fig. 3b). In der Leerlaufstufe (Fig. 3c) werden die Hauptwicklung
2 und die Nebenwicklung 8 in Reihe geschaltet, man erkennt durch einen Vergleich
mit der Schaltung nach Fig. 2c, daß sich diese beiden Schaltungen entsprechen.
-
Die Nebenwicklungen 8 sind im Verhältnis zu den Hauptwicklungen 2
so ausgelegt, daß die Leistungsaufnahme in der Leerlauf stufe vorzugsweise weniger
als 10 % gegenüber der vollen Betriebsleistung trägt. Bei einer vollen Betriebsleistung
während des Bearbeitungsvorgangs von 12,5 kW beträgt die Leistungsaufnahme in der
Leerlaufstufe beispielsweise 0,7 kW.
-
- Leerselte -