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"Elektromagnetisches Schalt gerät zur
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Steuerung drehrichtungsumkehrbarer elektromotorischer Antriebe" Die
Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Schaltgerät zur Steuerung drehrichtungsumkehrbarer
elektromotorischer Antriebe, mit einem Festkontaktträger für eine Anzahl von in
zwei Reihen gegenüberliegend in Kontaktebenen angeordneten Festkontakten und einem
in dem Festkontaktträger gelagerten Schieber, der gefedert gelagerte Kontaktbrücken
trägt. Ein derartiges Schaltgerät ist beispielsweise aus der DE-AS 21 43 488 bekannt.
Jeweils zwei einander gegenüberliegende Festkontakte und die zugehörige Kontaktbrücke
bilden einen doppelt-unterbrechenden Arbeitskontakt.
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Beispielsweise zur Steuerung eines drehrichtungsumkehrbaren Drehstrommotors
sind zwei solcher Schaltgeräte oder Schütze erforderlich, deren mit ihrem jeweiligen
Anker in Wirkverbindung stehende Schieberieweils mindestens zwei, bei vorgeschriebener
allpoliger Abschaltung jedoch drei Arbeitskontakte betätigen.
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Da die Drehrichtungsumkehr durch Phasenvertauschung erfolgt, müssen
zwei Arbeitskontakte des einen Schützes mit zwei Arbeitskontakten des anderen Schützes
so verdrahtet sein, daß sich zwei als Umschalter wirkende Kontaktpaare ergeben.
Zusätzlich müssen die beiden Schütze auch noch entweder durch mechanische Verbindung
ihrer Anker oder elektrisch über Hilfskontakte gegeneinander verriegelt sein, damit
ein gleichzeitiges Ansprechen beider Schütze und damit ein Kurzschluß zwischen zwei
Phasen verhindert wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltgerät der eie
leitend angegebenen Gattung zu schaffen, das die gleiche Funk tion bei der Steuerung
drehrichtungsumkehrbarer elektromotorischer Antriebe erfüllt, für die bisher zwei
derartiger Schaltgeräte oder Schütze erforderlich waren.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schiber
zwei kontaktgebende Endlagen und eine Mittelstellung, bei der sämtliche Kontakte
geöffnet sind, hat, daß jede Kontaktbrükke aus zwei parallelen Einzelbrücken besteht,
zwischen denen eine Schraubendruckfeder liegt und deren eine in der einen Endstellung
und deren andere in der anderen Endstellung Kontakt geben, und daß zwei Kontaktebenen
durch eine Leerebene voneinander getrennt sind, in der ein Festkontakt angeordnet
ist, der zwei Kontaktstellen hat, deren eine in die eine benachbarte Kontaktebene
und deren andere in die andere benachbarte Kontaktebene reicht und mit dem gegenüberliegenden
Festkontakt der betreffenden Kontaktebene durch die zugehörige Einzelbrücke verbindbar
ist.
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Dadurch, daß das Schaltgerät drei stabile Stellungen hat, nämlich
zwei Arbeitsstellungen und eine Ruhestellung, vermag es bei sogenannten Wendeantrieben
zwei Schaltgeräte der bisher üblichen Bauart mit jeweils einer Ruhestellung und
einer Arbeitsstellung zu ersetzen. Gleichzeitig wird aber auch durch die besondere
Ausbildung der Kontaktebenen, also der jeweils elektrisch zusammenwirkenden Festkontakte
und Kontaktbrücken, der bisher notwendige Verkabelungsaufwand erheblich reduziert,
beschränkt sich nämlich auf eine externe Drahtbrücke zwischen denjenigen Festkontakten,
die durch den in der Leerebene angeordneten Festkontakt voneinander getrennt sind.
Zusätzlich zu den zwei für die Polumkehr oder Phasenvertauschung mindestens erforderlichen
Kontaktebenen kann selbstverständlich noch eine dritte Kontaktebene vorgesehen sein,
die zur allpoligen Abschaltung eines Drehstrommotors benutzt werden kann.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform des Schaltgerätes besteht darin,
daß der Festkontakt der Leerebene und die in den benachbarten Kontaktebenen ihm
schräg gegenüberliegenden Festkontakte, ge sehen in ihrer Deckungslinie, U-Profil
haben, wobei die parallel stelle len Längsschenkel je eine Kontakt'tragen und der
Querschenkel mit einem Anschlußmittel versehen ist.
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Bevorzugt kann weiterhin in der Leerebene gegenüber dem Festkontakt
ein Spulenanschluß angeordnet sein, wodurch eine optimale Raumausnutzung erreicht
wird. Die übrigen Spulenanschlüsse sind dabei in einer weiteren Leerebene untergebracht,
ohne daß dadurch die äußeren Abmessungen des Schaltgerätes diejenigen von derzeit
auf dem Markt befindlichen Schaltgeräten überschreiten.
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Sofern auf die Nutzung des in der Leerebene, dem Festkontakt gegenüber
angeordneten Anschlusses für die Spule verzichtet wird, können die Spulenanschlüsse
paarig in links und rechts neben den Schaltkontakten angeordneten Ebenen untergebracht
werden.
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Der Schieber des Schalt gerätes nach der Erfindung kann grundsätzlich
über beliebige Magnetantriebe betätigt werden, die drei verschiedene, stabile Stellungen
oder Schaltzustände erzielen lassen. Bevorzugt finden jedoch unpolarisierte Doppelmagnetsysteme
oder polarisierte Magnet antriebe mit zwei Erregerspulen Verwendung.
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In der Zeichnung ist das Schalt gerät nach der Erfindung in einem
Ausführungsbeispiel und mit zwei verschiedenen Magnetantrieben dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 das vollständige Schaltbild einer Steuerung eines drehrichtungsumkehrbaren
Drehstrommotors unter Verwendung eines Schaltgerätes nach der Erfindung, Fig. 2a
einen Schnitt durch den Kontaktapparat des Schaltgerätes entsprechend der Linie
A-A in Figur 3,
Fig. 2b -wie Figur 2a, jedoch mit beidseitig neben
den Schaltkontakten angeordneten Spulenanschlüssen, Fig. 3 einen Schnitt durch den
Kontaktapparat des Schaltgerätes längs der Linie D-D in Figur 2a, Fig. 4a einen
Schnitt durch das Schaltgerät längs der Linie B-B in Figur 2a, Fig. 4b einen Schnitt
durch das Schaltgerät längs der Linie E-E in Figur 4a, Fig. 5 einen Schnitt durch
das Schaltgerät längs der Linie B-B in Figur 2a, zur Veranschaulichung eines anderen
Magnetantriebes, Fig. 6 einen Teilschnitt längs der Linien C-C in den Figuren 4
und 5, Fig. 7 einen winkel-förmig ausgebildeten Festkontakt und Fig. 8 einen U-förmig
ausgebildeten Festkontakt.
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Figur 1 zeigt eine Schaltung zur Steuerung eines drehrichtungsumkehrbaren,
aus einem Drehstromnetz R,S,T,Mp gespeisten Drehstrommotors M unter Verwendung eines
Schaltgerätes der hier vorgeschlagenen Art. Die Phasen R, S, T sind mit den entsprechenden
Anschlüssen des Motors über eine Kontaktanordnung mit den Kontaktanschlüssen 1 bis
6 verbunden. Die Kontaktanordnung ist als dreipoliger Umschalter mit den drei Stellungen
"Ein", "Aus", "Ein" ausgebildet. Auf einem gemeinsamen Schieber 10 sitzen hierzu
drei Kontaktbrücken 12, 34 und 56, von denen jede mit vier Festkontakten, z.B. la,
Ib und 2a, 2b für die Kontaktbrücke 12, entsprechend einem üblichen, doppelt-unterbrechenden
Umschalter zusammenwirkt. Die drei Kontaktbrücken 12, 34 und 56 bilden so mit den
zugeordneten Festkontakten drei parallele Kontaktebenen. Zur Drehrichtungsumkehr
des Motors M ist eine Vertauschung von zwei der drei Phasen an den entsprechenden
Anschlüssen des Motors erforderlich. Ein entsprechend dieser Schaltung ausgeführter
Kontaktapparat des Schaltgerätes würde allerdings (unter Einrechnung der hier gezeigten,
allpoligen Abschaltung im Stillstand) zwölf Festkontakte benötigen, die durch insgesamt
sechs Drahtbrücken entsprechend der gezeichneten Schaltung miteinander zu verbinden
wären.
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Der die Kontaktbrücken 12, 34 und 56 tragende Schieber 10 ist mit
dem Anker eines Magnetantriebes verbunden, der im vorliegenden Fall als polarisierter
Magnetantrieb mit zwei Spulen MC lund MC 2 ausgebildet ist. Das Wicklungsende der
einen Spule MC 1 und der Wicklungsanfang der anderen Spule MC 2 sind im Punkt A3
zusammengeführt und über einen Arbeitskontakt-Taster T4 mit dem einen Anschluß einer
Steuergleichspannungsquelle verbunden. Der Wicklungsanfang Al der Spule MC 1 ist
über einen Umschaltkontakt-Taster T5 mit beiden Anschlüssen dieser Gleichspannungsquelle
verbunden, ebenso das Wicklungsende A2 über einen weiteren Umschaltkontakt-Taster
T6. Wie später anhand eines Ausführungs beispieles noch erläutert werden wird, ist
dieser Magnetantrieb im Zusammenwirken mit dem Schieber 10 so ausgebildet, daß
er
drei stabile Stellungen hat, so daß zur Erreichung der rechten und der linken Endstellung
wie auch der Mittelstellung, in der sämtliche Kontakte geöffnet sind, jeweils nur
ein kurzer Stromimpuls erforderlich ist. Ausgehend von der gezeichneten mittleren
Ruhelage durchfließt bei Betätigung des beispielsweise den Linkslauf des Motors
M auslösende Tasters T5 der Steuerstrom die Spulen MC 1 und MC 2 in der einen Richtung,
bei Betätigung des dann den Rechtslauf des Motors M auslösenden Tasters T6 hingegen
in der anderen Richtung. Wird jedoch der Taster T4 betätigt, so durchfließt der
Steuerstrom die beiden Spulen MC 1 und MC 2 in entgegengesetzter Richtung und bringt
damit den Schieber 10 in seine Mittelstellung, entsprechend dem Stillstand des MotorsM.
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Das hier vorgeschlagene Schaltgerät hat nun einen Kontaktapparat,
der zur Verwirklichung der Schaltung nach Figur 1 anstelle von zwölf Festkontakten
lediglich sieben Festkontakte entsprechend den Kontaktanschlüssen 1 bis 6 in Figur
1, sowie anstelle von sechs Drahtbrücken nur noch die in Figur 1 mit 15 bezeichnete
Drahtbrücke zur Verbindung der beiden Anschlüsse 4 benötigt.
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Dieser Kontaktapparat ist in den Figuren 2a, 2b und 3 dargestellt,
wobei Figur 2a einen Schnitt längs der Linie A-A in Figur 3, Figur 2b einen Schnitt
in der gleichen Schnittrichtung wie Figur 2a, jedoch mit beidseitig neben den Schaltkontakten
angeordneten Spulenanschlüssen und Figur 3 einen Schnitt längs der Linie D-D in
Figur 2a zeigt. Für Figur 2a und Figur 2b gelten die gleichen Bezugszeichen. Aus
GrUnden der ÜbersichtlichkeIt sind jedoch nicht alle Bezugszeichen in beiden Figuren
aufgeführte Wie aus Figur 2a und 2b ersichtlich, trägt der gemeinsame 3chieber 10
die drei Kontaktbrücken 12, 34 und 56, von denen jede aus zwei gegeneinander gefederten
Einzelbrücken 12a, 12b bzw. 34a, 34b bzw. 56a, 56b besteht. Jede dieser Kontaktbrücken
legt eine Kontaktebene fest, von denen beispielsweise die erste entsprechend der
Linie D-D verläuft. In der ersten Kontaktebene entsprechend den Anschlüssen 1 und
2 sind die jeweiligen Festkontakte der Figur 1 als einander zugewandte Kontaktstellen
la, 1b bzw. 2a 2b an den Enden der Längsschenkel je eines einstückigen Festkontakt-Formstückes
100 bzw. 200 ausgebildet, das annähernd U-förmig ist und auf seinem Querschenkel
eine Anschlußschraube
101 bzw. 201 trägt. Jeweils einer der Schenkel
der Festkontakt-Formstücke, hier derjenige für die Kontaktstellen la bzw. 2a, ist
lediglich aus Gründen der Einhaltung der notwendigen LuSt-und Kriechstrecken abgewinkelt
und zusätzlich gekröpft.
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In der zweiten Kontaktebene, die die Kontaktbrücke 34a. 34b enthält,
ist für den Anschluß 3 ein gleichartiges Festkontakt-Formstück 300, mit den Kontaktstellen
3a und 3b vorgesehen. Der Querschenkel trägt eine Anschlußschraube 301. Hingegen
ist das dem gegenüberliegenden Kontaktanschluß 4 zugeordnete Festkontakt-Formstück
400a winkel-förmig entsprechend der perspektiven Darstellung gemäß Fig. 7 ausgebildet
und hat nur eine Kontaktstelle 4a auf einem seiner Schenkel. Die Kontaktstellen
3a und 4a werden in der linken Endlage des Schiebers 10 durch die Einzelbriicke
ka miteinander verbunden. Der andere Schenkel des winkel?örmigen Festkontakt-Formstückes
400a trägt eine Anschlußschraube 401a.
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Auf die zweite Kontaktebene folgt eine sogenannte Leerebene. Diese
enthält zwar den Kontaktanschluß 6, jedoch keine Kontaktbrükke. In der darauffolgenden,
dritten, die Kontaktbrücke 56a, 56b enthaltenden Kontakt ebene ist dem Anschluß
5 ein Festkontakt-Formstück 500 mit Anschlußschraube 501 entsprechend dem Festkontakt-Formstück
des Anschlusses 1, also U-profilförmig und mit einander zugewandten Kontaktstellen
5a, 5b zugeordnet. Gegenüber befindet sich ein zweiter Kontaktanschluß 4 mit einem
Kontakt-Formstück 400b, das wie das Kontaktformstück 400a der zweiten Ebene winkel-förmig,
jedoch spiegelsymmetrisch hierzu und mit einer Kontakt stelle 4a' ausgebildet ist
und eine AnschluRschraube 401b hat. Die Kontaktanschlüsse 4 der zweiten und der
dritten Kontaktebene sind durch die Drahtbrücke 15 miteinander verbunden.
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In der Leerebene zwischen diesen beiden Kontaktanschlüssen 4 befindet
sich der Kontaktanschluß 6 mit Anschlußschraube 601. Dieser Kontaktanschluß 6 besteht
aus einem U-förmigen Festkontakt-Formstück 600 entsprechend der perspektiven Darstellung
gemäß Fig. 8, an dessen Längsschenkeln nach außen gewandte und daher in die jeweils
benachbarten Ebenen reichende Kontaktstellen 6a' und 6a angebracht sind. Dementsprechend
verbindet in der rechten Endlage des Schiebers 10 die Einzelbrücke 34b der zweiten
Ebene
die Kontaktstelle 3b mit der Kontaktstelle 6a', hingegen
in der linken Endlage des Schiebers 10 die Einzelbrücke 56a der dritten Kontaktebene
die Kontaktstelle 5a mit der Kontaktstelle 6a. Wie ohneweiteres ersichtlich, spielt
bei dieser Ausbildung des Kontaktapparates die Kontaktstelle 4a' die Rolle des Festkontaktes
6b in Fig. 1 und die Kontaktstelle 6a' die Rolle des Festkontaktes 4b in Fig. 1.
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Der dem Anschluß 6 gegenüberliegende Platz in dem Gehäuse 20 des Kontaktapparates
ist zur Unterbringung des Spulenanschlusses A3 der Fig. 1 genutzt. Im Anschluß A3
ist das Ende der Spule MC 1 und der Anfang der Spule MC 2 zusammengefaßt. Die Spulenanschlüsse
Al und A2 sind im Beispiel der Fig. 2a in einer weiteren Ebene links neben den Schaltkontakten
in einer sogenannten Spulenanschlußebene zusammengefaßt. In Fig. 2b sind, räumlich
etwas aufwendiger, auf beiden Seiten der Schaltkontakte je eine Spulenanschlußebene
angefügt, wovon die eine Spulenanschlußebene die Anschlüsse A1 und A2 der Spule
MC 1 und die andere Spulenanschlußebene die Anschlüsse A3 und A4 der Spule MC 2
besitzt. Diese räLp-nlich etwas aufwendigere Kosntruktion hat jedoch den Vorteil,
daß beide Spulen MC 1 und MC 2 samt ihrer Anschlüsse gleichartig und dadurch kostenmäßig
eventuell günstiger zu fabrizieren sind.
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Die Ausbildung und Anbringung der Spulenanschlüsse im Gehäuse 20 des
Kontaktapparates spielt jedoch im Rahmen der Erfindung keine Rolle. Weiterhin kann
auch die erste Kontaktebene entfallen, wenn entweder auf eine allpolige Abschaltung
verzichtet oder das Schaltgerät zur Drehrichtungsumkehr von Gleichstrommaschinen
durch Polvertauschung verwendet wird.
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Der Schieber 10 kann grundsätzlich mittels beliebiger Magnet an triebe
betätigt werden, die die beschriebenen drei stabilen Stellungen des Schiebers 10
gewährleisten. Zwei Ausführungsbeispiele sind in den Figuren 4 bis 6 schematisch
dargestellt, wobei die Figuren 4a und 5 jeweils Schnitte längs der Linien B-B in
Figur2a sind.
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Das in den Figuren 4a und 4b gezeigte Schaltgerät hat einen polarr
sierten Magnetantrieb, der in der im Zusammenhang mit Fig. 1 erläuterten Art und
Weise steuerbar ist. Der Magnetantrieb enthält einen Spulenkörper 40 der in zwei
Kammern unterteilt ist, von denen
die eine die Spule MC 1 die
andere die Spule MC 2 enthält. In der Bohrung des Spulenkörpers 40 ist ein Anker
41 verschiebbarv lagert, der beidseits über die Stirnflächen des Spulenkörpers 40
hinausreicht und dort je eine Polplatte 42 bzw. 43 trägt. An zwei gegenüberliegenden
Seiten wird der Spulenkörper 40 von zwei innenliegenden Jochen 44a und 44b, sowie
von zwei davon beabstandeten, außenliegenden Jochen 45a und 45b umschlossen.
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Zwischen den Jochen 44a, 44b und den Jochen 45a, 45b befinden sich
quarderförmige Dauermagnete 46a und 46b. Die Polplatten 42 und 43 des Ankers 41
wirken mit den ihnen zugewandten Stirnflächen der Joche 44a, 44b und 45a> 45b
zusammen. Der Anker 41 ist an seinem linksseitigem Ende über die entsprechende Polplatte
42 hinaus verlängert und mit dem einen Ende eines um einen Drehpunkt 28 schwenkbaren
Hebels 29 verbunden, dessen anderes Ende mit dem Schieber 10 in Wirkverbindung steht,
der die drei Kontaktbrücken 12a 12b sowie 34a, 34b und 56a, 56b trägt.
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Die stabile Mittelstellung dieses Schiebers 10 gewährleistet eine
Mittelstellungsfeder, die aus zwei vorgespannten Schraubendruckfedern 32a, 32b in
einer Ausnehmung des Gehäuses 20 besteht.
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Wie besser aus Figur 6 ersichtlich, stütæn sich die einander zugewandten
Enden der Schraubenfedern 32a, 32b in der gezeichneten mittleren Ruhelage sowohl
an zwei in die Ausnehmung des Gehäuses 20 hineinreichenden Nasen als auch an einem
Fortsatz 33 des Schiebers 10 ab. Bei Bewegung des Schiebers 10 aus seiner Ruhelage
infolge Erregung einer der beiden Spulen MC 1 oder MC 2 wird das nur die in der
Bewegungsrichtung des Schiebers liegende Schrauber feder komprimiert, während die
andere Schraubenfeder unter Erhaltung ihrer Vorspannung sich dann nur gegen die
Gehäusenasen abstützt.
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In Figur 5 ist ein unpolarisierter Magnetantrieb gezeigt. Dieser besteht
aus zwei Spulenkörpern 51 und 52 für die Spulen MC 1 und MC 2 welche an zwei gegenüberliegenden
Seiten von einem weichmagnetischen Joch 53 umschlossen sind, das mit einem Mittelschenkel
53a zwischen den beiden Spulenkörpern 51 und 52 liegt. An seinen beiden Stirnflächen
geht das Joch 53 in in die Bohrung der Spulenkörper 51 und 52 hineinreichende Kernstücke
54 und 55 über.
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In diesen Kernstücken ist eine Führungsstange 57 für einen weichmagnetischen
Anker 58 verschieblich gelagert. An dieser FUhrungsstange ist der um den Drehpunkt
28 schwenkbare Hebel 29 zur Betätigung des Schiebers 1Q angelenkt. Im übrigen entspricht
das Schaltgerät demjenigen nach den Figuren 4a und 4b. Die gezeichnete Mittelstellung
des Ankers 58 wird auch hier durch eine zweiteilige Mittelstellungsfeder 32a, 32b
der aus Figur 6 ersichtlichen Art gewährleistet.