Schalter mit motorischem Antrieb zur periodischen Ein- und Ausschaltung - wenigstens eines Stromkreises. Die Erfindung bezieht sich auf einen motorisch angetriebenen Schalter zur periodi schen Ein- und Ausschaltung wenigstens eines Stromkreises und ermöglicht, einen auch für grosse Schaltleistungen verwendbaren, mecha nischen Schalter von einfacher Bauweise zu schaffen, bei dem insbesondere eine extrem hohe Schaltgeschwindigkeit und damit eine entsprechende Verkürzung und gegenseitige Angleichung der Ein- und Ausschaltzeiten er reicht sowie die schädliche Funkenbildung unterdrückt wird.
Derartige Schalter finden auf den ver schiedensten Gebieten zur Steuerung von elek trischen Geräten Anwendung, so unter ande rem zur Taktung des Schweissstromes von Naht- oder Vielpunktschweissmaschinen, wie z. B. Gitterschweissmaschinen. Für diese Zwecke sind bisher verschiedene, sowohl me chanisch als auch elektrisch gesteuerte Schal ter vorgeschlagen worden. Die bekannten me chanischen Schaltgeräte arbeiten mit moto risch angetriebenen Nocken oder Rastenschei- ben, wobei für den Ein- und Ausschaltvor gang je ein eigenes Schaltorgan, z.
B. ein Kontaktbügel, mit den zugehörigen Übertra gungsorganen und je eine Nocken- oder Rastenscheibe vorgesehen sind. Mit Rücksicht auf die Form der Nocken oder Rasten, deren Flankensteilheit durch die mechanischen Be triebsbedingungen begrenzt ist, ist bei diesen Anördnungen ein ziehendes Einschalten un- vermeidlich, dem ein noch erheblich langsame res Ausschalten folgt. Die Schaltgeschwindig keit ist dabei von der Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle abhängig. Die bei dieser lang samen Schaltung entstehende Funkenbildung bringt einen starken Verschleiss der Kontakte mit sich.
Zur Unterdrückung der Funkenbil dung sind daher weitere Massnahmen erfor derlich; entweder müssen elektromagnetische Funkenlöscher verwendet werden oder muss der Antrieb mit einem Synchronmotor erfol gen, bei dem durch besondere Einrichtungen für die Schaltung jeweils im Nulldurchgang gesorgt wird.
Ausser den hier dargelegten Gründen wei sen derartige mechanische Schalter einerseits einen verhältnismässig komplizierten Aufbau auf, anderseits ist ihre Anwendung in bezug auf die Schaltleistung beschränkt. Für hohe Leistungen werden dann elektrische Relais schalter mit Steuerschützen bzw. auch masse lose Steuerungen mit Röhrenrelais verwendet. Auch diese Systeme führen zu --Verhältnis mässig verwickelten Anordnungen.
Die Erfindung ermöglicht, die angeführten Nachteile zu vermeiden. Der erfindungsge- mässe Schalter ist dadurch gekennzeichnet, dass er mit einem von einem Stössel geführ ten, beide Schaltakte ausführenden Schalt bügel versehen ist, der durch zwei mit min destens einer rotierenden Sperrscheibe zusam menarbeitende und mit dem Stössel zusammen- wirkende Xlinkenhebel betätigt wird iuind den Stromkreis abwechselnd schliesst und öffnet, wobei der die Einschaltung bewirkende Hebel an den Stössel artgelenkt, der Ausschalthebel in einem Längsschlitz desselben geführt ist und die beiden Hebel durch ein System von zwei gleichsinnig wirkenden Zugfedern,
deren eine ihre beiden Schaltarme verbindet, gegen einander und gegen die ihnen zugehörige Sperrscheibe gedrückt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält der Schalter nur eine gemeinsame Sperrscheibe, mit der beide, als Winkelhebel ausgebildete Klinkenhebel in Ein griff stehen, wobei der in die Sperrscheibe eingreifende Arm des Einschalthebels mit einer Klinke und derjenige des Ausschalt hebels mit einer Klaue versehen ist.
Bei einer andern Ausgestaltung der Erfin dung besitzt der Schalter zwei auf zueinander parallelen, durch einen Zahnradtrieb gegen läufig angetriebenen Wellen angeordnete Sperrscheiben und zwei zugehörige, die Gegen rasten tragende, mit je einer Sperrscheibe zusammenarbeitende einarmige Hebel. Es ist dadurch ermöglicht, die Kontaktzeit auch bei gleichbleibender Drehzahl des Getriebes in einfacher Weise willkürlich- einzustellen.
Die Arbeitsflanken der Rasten können extrem steil, das heisst radial oder sogar über hängend in die Scheibe eingeschnitten sein. Ein- und Ausschaltzeiten können dadurch untereinander gleich und von der Drehzahl der Sperrscheibe unabhängig gemacht werden und sind dann nur mehr durch die Federkraft der die- Schalthebel haltenden Zugfeder be dingt.
Die genannten Schalter eignen sich insbe sondere auch dazu, die in periodisch wieder kehrender Reihenfolge nach einer bestimmten Vorschrift erfolgende Ein- und Ausschal tung mehrerer elektrischer Stromkreise zii steuern. Die einzelnen Schaltakte können da bei bezüglich Leistung, Schaltdauer usw. gleich oder unterschiedlich sein; sie können auch aufeinander folgen oder einander über greifen.
Zu diesem Zwecke kann der Schalter so ge baut sein, dass eine entsprechende Anzahl von Schaltstellen der oben beschriebenen Art von einer gemeinsamen Welle aus betätigt werden und dass die Phasenlage und die Schaltdauer jeder einzelnen Schaltstelle dabei durch ent sprechende Justierung der Sperrscheibe auf der Welle bzw. der relativen Lage der Schalt -liebel zur Sperrscheibe beim Zusammenbau des Gerätes. oder gegebenenfalls auch nach träglich, eingestellt werden können.
Im einfachsten Falle sollen, wie dies z. B. bei einer Mehrtaktschweissmaschine - wie etwa einer Vielpunkt- oder Gitterschweiss maschine - erforderlich sein kann, mehrere, vorzugsweise parallel am Netz liegende Strom kreise in rascher Folge nacheinander ein- -Lind wieder ausgeschaltet werden können. Zu diesem Zwecke werden vorteilhaft mehrere gleiche Schaltstellen mit untergleichen Win keln gegeneinander versetzten Sperrscheiben auf eine gemeinsame Antriebswelle aufgesetzt.
Eine besondere Ausgestaltung des erfin dungsgemässen Schalters, ermöglicht es, diesen zur Phasentrennung bzw. Umrichtung eines Wechselstromes zu verwenden. Zu dieseiii Zwecke kann der betreffende Stromkreis mit zwei Unterbrechungsstellen und der Stössel jeder der auf der gemeinsamen Antriebswelle sitzenden Schaltstellen mit zwei an seinen Enden angeordneten Schaltbügeln versehen werden, wobei zweckmässigerweise der Antrieb durch einen Synchronmotor und die Einstel lung der Schaltzeitpunkte auf Nulldurchgang sowie der Schaltzeiten auf die halbe Periode des Wechselstromes erfolgt.
An Hand der Zeichnung werden im fol genden beispielsweise Ausführungsformen des erfindungsgemässen Schalters beschrieben.
Die Fig. 1a bis 14 zeigen den Mechanis mus des ersten Schalters mit einer einzigen Sperrscheibe in vier aufeinander folgenden Phasen a bis<I>d</I> des Schaltvorganges.
Fig. 2 zeigt eine Anordnung -zur Mehr taktschaltung mit drei auf einer gemeinsamen Antriebswelle sitzenden Schaltstellen, in den Fig. 3 und 4 ist ein zweiter Schalter mit zwei Sperrscheiben je Schaltstelle in Ansicht bzw. im Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 3, in Fig. 5 eine Ausgestaltung dieses Schalters zur Verwendung für Phasentrennung eine Wechselstromes oder in einem Umrichter dar gestellt.
Fig. 6 zeigt schliesslich ein Diagramm des in positive und negative Halbwellen aufge spaltenen Wechselstromes.
Bei der in Fig. 1a bis 1d dargestellten Ausführungsform des Schalters ist der Strom kreis 1 an der Unterbrechungsstelle mit zwei Kontakten 2-2' versehen, die durch den Kon taktbügel 3 überbrückt werden können. Dieser ist an dem Stössel 4 waagebalkenartig aasge lenkt und wird durch dessen horizontale Hin- und Herbewegung an die Kontakte- 2-2' an gedrückt bzw. von diesen abgehoben.
Diese Schaltbewegungen des Stössels wer den von den beiden auf den Zapfen 5 und 6 drehbar gelagerten, als Winkelhebel aasge bildeten Hebeln 7 und 8 gesteuert, deren rech ter, der Einschalthebel 7, am Stössel aasge lenkt ist, während der linke, der Ausschalt hebel 8, in eine am freien Ende des Stössels befindliche Schlitzführung 4' eingreift. Der andere Hebelarm des Einschalthebels 7 ist als Klinke 7', derjenige des Ausschalthebels 8 da gegen als Klaue 8' ausgebildet. Diese beiden Hebelarme 7', 8' sind gegeneinander gerichtet und arbeiten mit einer unter ihnen angeord neten, um die Welle 9 rotierenden, beiden Hebeln gemeinsamen Sperrscheibe 10 zusam men.
Diese ist mit einer sägezahnartigen Raste versehen, deren in Drehrichtung voraus lie gende Flanke 10' radial oder sogar überhän gend eingeschnitten ist.
Die beiden Hebel 7, 8 werden durch ein System von zwei im gleichen Sinne wirkenden Zugfedern 11 und 12 sowohl gegeneinander als auch an die Sperrscheibe 10 angedrückt. Die eine Feder 11 ist. rechts an einem fest stehenden Punkt und links oberhalb des ge schlitzten Endes 4' des Stössels am Ausschalt hebel 8 befestigt, während die zweite Feder 12 die beiden Schaltarme der beiden N'inkel.- hebe], miteinander verbindet.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist. nun folgende: In der in Fig. la dargestellten Phase liegen Klinke 7' und Klaue 8' noch auf dem vollen Rande der Scheibe 10 auf; der Hebel 7 drückt daher den Stössel 4 nach rechts, und der Hebel 8 spielt frei in dein Schlitz 4', der Kontaktbügel 3 ist abgehoben, der Kontakt 2-2' geöffnet, die Federn 11 und 12 sind gespannt.
Bei geringem Weiterdrehen der Sperr scheibe 10 in Pfeilrichtung wird die in Fig. 1h dargestellte Lage erreicht, die den Schalter ilu eben eingeschalteten Zustande darstellt.. Der Hebel - 7 fällt mit der Klinke 7' unter dem Zug der Feder 12 praktisch ohne Ver zögerung in die Rast 10' ein und nimmt den Stössel 4 nach links mit; der Kontaktbügel 3 schliesst ruckartig mit minimaler Schaltzeit die Kontakte 2-2' und damit den Stromkreis 1 (Einschaltakt). Die Lage des Winkelhebels 8 ist unverändert geblieben, das innere Ende des Schlitzes 4' des nach links gedrückten Stössels 4 hat sich jedoch an den Führungs bolzen im Hebel 8 angelegt.
Fig. 1c zeigt die Lage des Schalters nach noch etwas weiterer Drehung: der Ausschalt hebel 8 fällt unter dem Zug der Feder 11 mit der Klaue 8' in die Rast 10' wieder mit der -gleichen Geschwindigkeit ein wie früher die Klinke des Einschalthebels und bewegt den Stössel 4 mit dem Schaltbügel 3 nach rechts; der Kontakt 2-2' wird geöffnet (Ausschalt akt), wobei die Ausschaltzeit gleich der Ein schaltzeit ist. Durch die Mitbewegung des Ein- selhalthebels 7 wird die Klinke 7' frei ange hoben; beide Federn 11 und 12 sind ent spannt.
In Fig. 1d ist eine Zwischenstellung der offenen Phase dargestellt. Die Scheibe 10 hat die Klinke 7' bereits unterfasst; die Klaue 8' ist. noch nicht völlig angehoben; beide Federn 11 und 12 sind vorgespannt. Während der fol genden kleinen Drehung wird der Einschalt-, hebel 8 noch etwas nach links gedreht und die Hebelstellung der Fig. la erreicht, die wäh rend des grössten Teils der vollen Umdrehung erhalten bleibt.
Die Zeit, während der der Stromkreis 1 eingeschaltet ist, hängt von der Drehgeschwindigkeit der Sperrscheibe und dem Abstand der Klaue 8' von der Klinke 7' ab und ist bei der dargestellten Ausführung nur ein kleiner Bruchteil der vollen Takt periode, die einem Umlauf der Sperrscheibe 10 entspricht. Dadurch ist es möglich, mehrere Einheiten der beschriebenen Art mit derart gegeneinander versetzter Lage der Schaltzeit punkte auf einer die Sperrscheiben 10 ge meinsam antreibenden Welle 9 anzuordnen, dass eine entsprechende Anzahl z.
B. parallel geschalteter Stromkreise nacheinander einge- schaltet werden kann. In Fig. 2 ist .eine solche Anordnung mit drei Schaltstellen A, B und C dargestellt, deren Schaltlagen ungefähr denjenigen der Fig. la, 1b und 1c entsprechen. Die Schalt stelle C ist als erste geschlossen worden und wurde vor Einschalten des im dargestellten Moment geschlossenen Kreises B geöffnet.
Bei Weiterdrehen im Pfeilsinn wird der Strom kreis<I>von B</I> geöffnet und danach der zu A gehörige geschlossen. Die Anzahl der in einer Anlage dieser Art unterzubringenden, nach einander zu taktenden Stromkreise hängt lediglich von jenem Bruchteile der vollen Um drehung ab, der dem für einen Schaltakt er forderlichen Drehwinkel der Sperrscheibe 10 entspricht.
Fig. 3 zeigt die Variante mit zwei getrenn ten, gegenläufig angetriebenen Sperrscheiben, aber einem gemeinsamen Hebel- und Feder system, das mit dem oben beschriebenen im Prinzip übereinstimmt, wobei zwei von meh reren dem Wellenpaar 15/16 zugeordneten Schaltstellen eingezeichnet sind. Gleiche Teile sind mit den gleichen Ziffern bezeichnet wie in Fig. 1 und 2.
Die Anordnung der Kontakte 2-2', des Kontaktbügels 3 und des Stössels 4 mit dem geschlitzten Ende 4' stimmen, ebenso wie An ordnung und Wirkungsweise der Zugfedern 11 .und 12, vollständig mit der Ausführung des in Fig. 1 gezeigten Beispiels überein. Die beiden Schalthebel 13 und 14 sind jedoch einarmig ausgebildet, in den schräg unterhalb der um die beiden Wellen 15 und 16 rotieren den Sperrscheiben 17 und 18 liegenden Dreh punkten 5 und 6 gelagert und im übrigen in gleicher Art wie im ersten Falle an den Stössel 4 angelenkt bzw. in dessen geschlitzten Ende 4' geführt.
Beide Hebel sind mit in Höhe der Scheibenmitte liegenden Rasten 13' bzw. 14' versehen, die je mit einer der Rasten 17' bzw. 18' der beiden Sperrscheiben 17 und 18 zusammenwirken. Die beiden Wellen sind durch die Stirnräder 19 und 20 miteinander gegenläufig gekuppelt.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung stimmt mit derjenigen der Ausführungsform gemäss Fig. 1 vollständig überein; es ist lediglich die dortige Sperrscheibe 10 in die beiden Sperrscheiben 17 und 18 aufgelöst, wodurch sich als besonderer Vorteil dieser Ausführungsform die Möglichkeit ergibt, die gegenseitige relative Winkellage der Rasten 1<B>7</B> und 18' und dadurch die Dauer des Schalt aktes unabhängig von der Drehzahl des Ge triebes willkürlich einzustellen.
Dies erfolgt in einfacher Weise dadurch, dass eine, zweck mässig die nicht angetriebene Sperrscheiben- welle 15, um die Breite des Ritzels axial ver schiebbar ist, so dass der relative Abstand der beiden Rasten 17' und 18' in einer der Zahn teilung entsprechenden Abstufung eingestellt werden kann. Die Sicherung der Welle 15 in der Sollage des Getriebes erfolgt durch eine dieser Verschiebung entgegenwirkende Feder 21.
Die beiden Ritzel 19 und 20 sind vorteil haft mit schrägen Verzahnungen versehen, so dass durch axiale Verschiebungen innerhalb ihres Eingriffsbereiches eine stetige Feinein stellung der Schaltzeiten möglich ist.
Ausser dieser gemeinsamen Verstellung der untereinander gleichen Schaltzeiten aller parallelliegenden, getakteten Stromkreise ist gewünschtenfalls auch eine unterschiedliche Einstellung der Schaltzeit jedes einzelnen Kreises durch Verdrehung der Sperrscheiben der zugehörigen Schalter auf den Wellen möglich, Die in Fig. 5 gezeigte Ausgestaltung des Schalters ermöglicht schliesslich die Verwen dung desselben zur Phasentrennung bzw.
zur Umrichtung eines Wechselstromes, das heisst als Kontaktwerk eines Stromrichters, Es ist hierzu lediglich notwendig, in symmetrischer Lage zu beiden Enden des links über den Führungsschlitz verlängerten Stössels 24 . je eine Unterbrechungsstelle des Stromkreises mit den Kontakten 22-22' bzw. 23-23' an zuordnen, die durch die an beiden Enden des Stössels wiederum symmetrisch angeordneten Kontaktbügel 25 bzw. 26 abwechselnd ge schlossen und geöffnet wird.
Erfolgt der An trieb der Anlage mit einem Synchronmotor und die Einstellung der Schaltzeitpunkte auf die Nulldurchgänge sowie der Taktzeiten auf die FIalbperiode des Wechselstromes, so ist ohne weiteres klar, dass bei Aneinanderreihung einer entsprechenden Anzahl von Stromrich tern durch die aufeinanderfolgenden Schalt akte alle Halbwellen des Wechselstromes er- fa.sst und in den Ausgangskreisen 27 und 2. S die in Fig. 6 angedeutete Trennung der posi tiven und negativen Wellenzüge erreicht wer den kann, was bei entsprechender Schaltung eine kontinuierliche Umrichtung ergibt.