Werkzeugmaschine, bei der zu synchronisierende Wellen durch von einem gemein samen Netz gespeiste Synchronmotoren angetrieben werden. In elektrisch betriebenen Werkzeugmaschi nen werden häufig die Arbeitswelle und ein oder mehrere Vorschubwellen je von einem besonderen Motor angetrieben. Für besondere Zwecke, wie z. B. in Drehbänken, Fräsmaschi nen, Gewindeschleifmaschinen usw., ist ein Synchronlauf einer Vorschubwelle mit der Arbeitswelle oder auch ein Synchronlauf mehrerer Vorschubwellen untereinander er forderlich. Als Antriebsmotoren wurden vor wiegend gleichstromerregte Synchronmotoren bevorzugt, die von einem gemeinsamen Netz gespeist waren.
Eine Änderung der Arbeits geschwindigkeit der Werkzeugmaschine lässt sich sodann durch eine Frequenzänderung des Netzes bewerkstelligen. Gleichstromerregte Synchronmotoren sind jedoch verhältnismässig kostspielige Antriebsmittel. Insbesondere sind die Einrichtungen für die erforderliche Gleich stromerregung der Motoren ein kostspieliger Anlageteil. Dabei können alle Motoren von einer gemeinsamen Gleichstromquelle aus er- regt werden oder man kann jedem Synchron motor eine besondere Gleichstromquelle, bei spielsweise einen Erregergleichrichter, bei geben, der bei geringeren Leistungen vor zugsweise ein Trockengleichrichter ist. Fer ner ist auch der Anlasser für gleichstrom erregte Synchronmotoren ein verhältnismässig kostspieliges Schaltelement.
Man hat aus die sen Gründen "elektrische Wellen" für den Vorschubantrieb in Werkzeugmaschinen fast nur dann verwendet, wenn eine rein mecha nische Kraftübertragung, z. B. wegen zu vielen erforderlichen Zahnradübersetzungen, praktisch überhaupt nicht hätte angewendet werden können. In allen andern Fällen hat man es bisher jedoch vorgezogen, eine mecha nische Kraftübertragung für den Vorschub antrieb vorzusehen, da die elektrische Welle mit gleichstromerregten Synchronmotoren trotz der eventuell erzielbaren baulichen Vereinfachung der Werkzeugmaschine als zu kostspielig angesehen. wurde.
Aber auch in denjenigen Fällen, wo die Anwendung einer elektrischen Welle für den Vorschubantrieb unumgänglich war, besitzt der gleichstromerregte Synchronmotor noch einige Nachteile. Unerwünscht ist vor allein die verhältnismässig grosse Neigung zu Pen- delungen um die Synchronlage bei raschen Laständerungen. Grundsätzlich wäre es je doch möglich, diese Pendelungen durch eine Dämpferwicklung im Läufer weitgehend zu unterdrücken, allein bei den in Frage kom menden Motorleistungen von etwa 0,5 bis 20 PS ist bei dem heute üblichen Aufbau der Läufer gleichstromerregter Synchronmotoren in der Regel kein Platz mehr für eine solche Dämpferwicklung vorhanden.
Sie liesse sich nur einbauen bei einer Vergrösserung der Ab messungen des gesamten Motors, wodurch eine zusätzliche Verteuerung unumgänglich wird. Ist ferner nur ein sehr geringer Ver drehungswinkel der elektrischen Welle erfor derlich, so lässt sich dieser bei einer vor gegebenen Synchrondrehzahl nur dadurch erreichen, dass das vom Synchronmotor ab zugebende Drehmoment einen entsprechend kleinen Bruchteil seines Kippmomentes be trägt. Es muss mit andern Worten der Syn chronmotor stark überbemessen werden, d. h. für ein Mehrfaches seiner betriebsmässig ab zugebenden Leistung ausgelegt werden, wo durch ebenfalls eine zusätzliche Verteuerung des Antriebes entsteht.
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, diese Mängel zu vermeiden und insbesondere die sonst nur durch starke Überbemessung gleichstromerregter Synchronmotoren erreich baren Vorteile mit geringerem Aufwand zu verwirklichen. Es wird dies dadurch erreicht, dass die miteinander synchronlaufenden Wel len der Werkzeugmaschine, von denen wenig stens eine eine Vorschubwelle ist, nicht durch gleichstromerregte Synchronmotoren, sondern durch Synchronreaktionsmotoren angetrieben werden, deren Läufer mit einem Dämpfer käfig versehen ist.
Synchronreaktionsmotoren haben, wie die nicht mit Trommelanker, son dern mit einem Polrad versehenen gleich stromerregten Synchronmaschinen, einen Läu- fer mit mehr oder weniger ausgeprägten Po len, wobei jedoch im Gegensatz zur gleich stromerregten Synchronmaschine eine Gleich stromerregerwicklung nicht vorhanden ist. Synchronreaktionsmotoren hat man sowohl mit und ohne Dämpferkäfig gebaut. Sie wur den auch mit einem Anlaufkäfig ausgerüstet, der natürlich wegfallen kann, sofern der asynchrone Hochlauf nicht erforderlich ist.
Synchronreaktionsmotoren wurden bisher schon für die verschiedensten Verwendungs zwecke benützt, an Stelle von gleichstrom erregten Synchronmotoren, jedoch nur dann eingesetzt, wenn ihr bei gleicher Motorgrösse geringeres Drehmoment und der schlechtere Leistungsfaktor in Kauf genommen werden konnten. Sie wurden daher meist nur für schi- geringe Leistungen von etwa unter 1 PS ver wendet, obwohl man auch höhere Leistungen gelegentlich mit Synchronreaktionsmotoren erzeugt hat.
Die vorliegende Erfindung stützt sich demnach auf die Erkenntnis, dass diese Mängel der Synchronreaktionsmotoren, welche im allgemeinen ihre Anwendung auf breiterer Basis verhindern, in elektrischen Wellen für Antriebe von Werkzeugmaschi nen, insbesondere Vorschubantriebe, nicht nur keine so grosse Bedeutung haben, sondern durch andere, den Synchronreaktionsmotoren eigentümliche Eigenschaften weit kompen siert werden, so dass dieselben für dieses An wendungsgebiet sogar den gleichstromerreg ten Synchronmotoren vorzuziehen sind.
Die vorliegende Erfindung wird nachfol gend an Hand der in Fig. 1 wiedergegebenen graphischen Darstellung und des in Fig. 2 schematisch dargestellten Ausführungsbei spiels näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt den vergleichsweisen Ver lauf des Drehmomentes als Funktion der Pol- radnacheilung bei einem gleichstromerregten Synchronmotor und bei einem Synchronreak- tionsmotor. Für den ersteren gilt die untere Kurve und für den letzteren die obere Kurve. Das Drehmoment ist in der senkrechten Ordi- natenrichtung für jede Kurve besonders auf getragen, während die Abszissenrichtung für beide Kurven einen gemeinsamen Massstab, und zwar in elektrischen Graden aufweist. Das Kippmoment tritt bei den Kurven je weils im Punkt K auf.
Der Synchronreak tionsmotor (obere Kurve) hat demnach den Vorteil, dass das Kippmoment schon bei einer Polradnacheilung von etwa 45 gegenüber 90 beim gleichstromerregten Synchronmotor (un tere Kurve) auftritt. Bei gleich hohen Kipp- momenten beider Motoren besitzt demnach ein Vorschubantrieb mit Synchronreaktionsmotor nur die Hälfte der Winkelabweichung wie ein Antrieb mit gleichstromerregtem Synchron motor bei sonst gleicher Belastung. Dagegen könnte man einwenden, dass dieser Vorteil durch einen grösseren Aufwand an aktivem Eisen und Kupfer erkauft wird, da der Syn chronreaktionsmotor bei gleich hohem Kipp- moment an sich schwerer und grösser ausfällt, als ein gleichstromerregter Synchronmotor.
Allein es zeigt sich, dass ein gleichstromerreg ter Synchronmotor, der bei einer bestimmten Belastung für dieselbe Winkelabweichung be messen ist wie ein entsprechender Synchron reaktionsmotor, auch das doppelte Kipp- moment des letzteren haben müsste und dann bezüglich Raum, Gewicht und Preis wesent lich ungünstiger ist als der Synchronreak tionsmotor. Es gilt dies jedoch nur, wenn der Synchronreaktionsmotor mit hoher Stator zahnsättigung, kleiner Streuung und starker Drehstrommagnetisierung des Ständers be trieben wird und die Längsfeldreaktanz des Läufers bei Betriebsinduktion möglichst gross gegenüber seiner Querfeldreaktanz bei klei ner Induktion ist.
Die Läuferbleche haben zu dem Zweck etwa die Form, wie sie in Fig. 2 angegeben ist, welche einen Querschnitt durch den Läufer zeigt. Die einzelnen Läuferbleche 1. sind auf der Welle 2 aufgereiht und haben ausgeprägte Pole 3 mit dazwischenliegenden Pollücken 4 geeigneter Form. Da eine Gleich si:romerregerwicklung beim Synchronreak tionsmotor nicht notwendig ist, kann leicht ein Dämpferkäfig angebracht werden,, dessen Dämpferstäbe 5 in den Polen 3 -und in den Pollücken 4 angeordnet und untereinander durch Kurzschlussringe 6 verbunden sind.
Da durch wird in wirksamer Weise die Pende- lungsneigung um die Synchronlage unter drückt, die sich wegen den in Werkzeug maschinen oft auftretenden kurzperiodischen Laständerungen bei den bisher üblicherweise verwendeten gleichstromerregten Synchron maschinen als sehr störend herausgestellt hat. Ist eine Begrenzung des Anlaufstromes bei hohem Anzugsdrehmoment erwünscht, so kann der Läufer als Stromverdrängungs-, z. B. Doppelkäfiganker ausgebildet sein, bei welchem sich an der Peripherie des Läufers eine hohe Anzahl Dämpferstäbe geringen Querschnittes und mit erhöhtem Ohmschem Widerstand befinden, während die in der Fig. 2 dargestellten Dämpferstäbe 5 mit gro ssem Querschnitt und geringem Ohmschem Widerstand vorzugsweise weiter innen und in geringerer Anzahl angeordnet werden.
Der Anlasser für den Synchronreaktions motor ist wesentlich einfacher und billiger als derjenige für einen gleichstromerregten Syn chronmotor. Bei geringen Leistungen kann er beim Synchronreaktionsmotor aus einem ein fachen Ein-Aus-Schalter bestehen, wie er für Drehstrom-Induktionsmotoren üblich ist. Für grössere Leistungen ist ein Anlasser vorzuzie hen, der während des Anlaufes die Feldstärke des Drehfeldes vorübergehend schwächt; es genügt hierzu z. B. eine Stern-Dreieckschal tung oder ein Anlasstransformator. Die Re gelung der Arbeitsgeschwindigkeit der Werk zeugmaschine kann wie bei der Anwendung von gleichstromerregten Synchronmotoren durch die Regelung der Frequenz des speisen den Netzes bewerkstelligt werden.
Bei Werkzeugmaschinen mit einer grösse ren Gesamtantriebsleistung ist es bei der An wendung von Synchronreaktionsmotoren vor zuziehen, den Leistungsfaktor des die Moto ren speisenden Netzes zu verbessern. Dazu sind mindestens den Synchronreaktionsmoto- ren grösserer Leistung Kondensatoren parallel , zu schalten.
Dieser Mehraufwand gegenüber Antrieben mit gleichstromerregten Synchron motoren wird jedoch reichlich kompensiert, da die bei gleichstromerregten,Synchronmoto- ren erforderlichen Apparate und Vorrichtun- gen für die Gleichstromerregung wegfallen. Ausserdem ist der Synchronreaktionsmotor, da er keine Schleifringe benötigt und einen einfacheren und robusteren Aufbau als der gleichstromerregte Synchronmotor besitzt, für den rauhen Betrieb in Werkzeugmaschi nen besser geeignet. Im Zusammenhang mit dem einfacheren Anlasser ergibt sich ferner noch eine Verbesserung der Betriebssicherheit des elektrischen Teils der Werkzeugmaschinen.