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Anlaßeinrichtung für mit selbsttätiger, mechanischer Kupplung versehene
Wechselstrominduktionsmotoren. Die Anwendung selbsttätiger Kupplungen von der Art
der üblichen, in, unzähligen Ausführungsarten bekannten Flieh kraftkupplungen zur
Verbesserung des Anfahrverhaltens des unter voller Belastung anlaufenden Wechselstrominduktionsmotors
stößt auf Schwierigkeiten, wenn bei Motoren von nicht ganz geringer Leistung trotz
vier, dank der Kupplung ermöglichten, zeitlichen Beschränkung der überstromaufnahme
des in sich leer anlaufenden Motors noch däzu übergegangen werden ruß, die bekanntlich
von der Belastung, also von. der Anwendung der Kupplung im wesentlichen unabhängige
Stromaufnahme außerdem in ihrer Höhe dadurch herabzusetzen, daß die Motorwicklung
in mehreren Stufen eingeschaltet wird. Da der im nur teilweise eingeschalteten Zustande
anlaufende Motor in seiner Drehmomentlieferung sehr stark beeinträchtigt wird, so
ist, wenn es sieh nicht geradie um Kupplungen handelt, deren Wirkungsweise, wie
z. B. beim Patent 380 277, in ursächlichem Zusammenhang mit den elektrischen
Umschaltvorgängen steht, zur Vermeidung unzulässiger überströme zu gewährleisten,
daß die selbsttätige Kupplung nicht etwa den Motor schon zu nennenswerter Drehmomentabgabe
in nur teilweise eingeschaltetem Zustande zwingt.
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Es ist nun Gegenstand der Erfindung, zur Beherrschung dieses Zusammenhanges
und damit zur Schaffung eines ordnungsmäßigen Anlaßverfahrens, nicht eine solche
selbsttätige mechanisch wirkende Kupplung zur Anwendung zu bringen, die z. B. mit
dem Erreichen einer bestimmten Drehzahl oder mit dem Ablauf der Beschleunigungsperiode
selbsttätig in Funktion tritt - also ohne weiteres auf kinematische Größen hin anspricht,
die beim Induktionsmotor vom Schaltzustande der Ständerwicklung praktisch so gut
wie unabhängig sind -, sondern eine Kupplung anzuwenden, deren Wirkungsweise hiervon
abweicht. Und zwar handelt es sich um die Anwendung einer Kupplung, .deren Wirkungsweise
sich von jener grundsätzlich dadurch unterscheidet, daß ihr Einrückvorgang um eine
bestimmte, beliebig zu wählende Zeitspanne hinausgeschoben wird.
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Läßt man eine Kupplung ,derartig arbeiten, dann gelingt es, den Motor
ausreichend unbelastet bei der verminderten Ständerspannung zum vollen Anlaufe zu
bringen und ihn darüber hinaus zunächst noch ausreichend unbelastet zu halten, trotzdem
die kinematischen Zustände oder Vorgänge, auf denen der selbsttätige Einrüclcvorgang
sonst beruht, als solche bereits eingetreten oder abgelaufen sind. Mran hat dann
nur den Zeitpunkt des nach dem Verfließen der Zeitspanne einsetzenden Einkuppedns
so zu wählen, .daß der Motor mit Sicherheit seine eigene Anlaßperiod,e hinter sich
hat, um das Anlaßproblem erfindungsgemäß lösen zu können.
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Am Beispiele des mittels Sterndreieckschalters angelassenen Drehstromkurzschlußankerinduktionsmotors
betrachtet,
vollzieht sich der Anlaßvorgang dann folgendermaßen: Mit dem Einlegen des Schalters
in die Anlaßstelsung »Stern« läuft der vermöge d:er Kupplung ausreichend .unbelastete
Motor rasch auf seine volle Drehzahl auf. Die Kupplung ihrerseits rückt nun, trotzdem
der Läufer seine volle Drehzahl erreicht hat, erst nach Ablauf der vorgesehenen
besonderen Zeitspanne ein. Während dieser Zeit wird dann die Überschaltung von Stern
auf Dreieck vorgenommen. Diese Zeitspanne ist mindestens so bemessen, daß das Schaltgerät,
nachdem der Motor seine volle Drehzahl erreicht hat, spätestens mit denn Einspringen,
:der Kupplung zur Vollspannung umgelegt vorgefunden wird.
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Durch die mit dem Zeitgliede arbeitende Kupplung wird die Einschaltung
der notwendigen zeitlichen Reihenfolge im Zusammenwirken zwischen der mechanischen
Seite (Kupplung) und der elektrischen Seite (Ständerschaltgerät mit Anlaßstufe)
ermöglicht, auf Grund deren die ordnungsmäßige Durchführung eines Anlaßverfahrens
bei der Eigentümlichkeit des Anlaßverhaltens des von der Ständerseite her anzuliassenden
Induktionsmotors erst möglich wird. Es bleibt natürlich unbenommen, die um den Ablauf
einer gewissen Zeit verzögert ansprechende Kupplung weiter so auszugestalten, daß
sie ein von den kinematischen Vorgängen am Rotor abhängiges Glied besitzt, welches
ihre Zeitauslösung dahin überwacht, .daß diese in keinem Falle erfolgen kann, ehe
der Motor seine volle Drehzahl erreicht hart.
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An Hand der Abbildung wird eine Kupplung beschrieben, deren Einrückvorgang
um eine bestimmte Zeitspanne verzögert ist. Und zwar zeigt die Abbildung eine selbsttätige
Kupplung, deren antreibende Hälfte A mit der antreibenden vVelle W starr verbunden
ist. K stellt die anzutreibende Kupplungshälfte vor, welche beispielsweise durch
das Kraftübertragungsmittel eines. Riemens R das Drehmoment der Motorwelle W etwa
an eine Arbeitsmaschine weiterleitet. Der kuppelnde Eingriff zwischen den beiden
Kupplungshälften A und. K werde hier beispielsweise durch las Mittel der Reibung
hervorgebracht. Zu diesem Zwecke ist um den Drehzapfen Al, am antreibenden Teile
A drehbar befestigt, ein einen zweiarmigen Hebel b:ildiendes Glied C angebracht,
das mit seinem einen Hebelende B am Inn:enumfange des nach Art einer Losscheibe
um die Welle W drehbar gelagerten Kranoes K unter der Wirkung -der Fliehkraft zu
reiben vermag. Dieses kuppelnde Glied C, welches durch die Feder F,_ ,mit seinem
reibenden Ende B radiral :einwärts gezwungen und außer Eingriff gehalsten wird,
arbeitet nun mit seinem anderen, etwa durch die Rolle E bewehrten Hebelende mit
dein Außenumfange einer besonderen Schaltmasse T zusammen, welche, mit einem gewissen
Massenträgheitsmomente behaftet, neben dem Teile A auf der anzutreibenden Welle
W relativbeweglich angeordnet ist. Die Schaltmasse T steht dabei so mit der anzutreibenden
Welle W in Verbindung, daß sie in dem in der Abb. z dargestellten R.uhezustarnde
der ausgerückten Kupplung durch eine zwischen ihr und der Welle angeordnete, verdrehend
wirkende Feder FZ .im Uhrzeigersinne des angedeuteten Pfeiles, ein Drehmlome nt
erfährt, welches eine an ihrem Umfange hervortretende Nase N sich mit ihrer Flanke
N, an der Walze E des Hebelendes des Gliedes C abstützen läßt. In dieser Lage befindet
sich unterhalb der Walze E an der Schaltmasse T eine Vertiefung V, welche denn Walzenende
E bei einer Eingriffsbewegung der Reibfläche B nach außen, für die zugehörige Einwärtsbewegung
nach innen Platz läßt. In allen andleren Stellungen der gegenüber E bzw. A oder
W verdrehbaren Schaltmasse T dagegen fehlt der Walze E ein derartiger
Raum, so daß dann die Auswärtsbewegung der Reibfläche B zum Zwecke des Kuppelns
verwehrt und die Kupplung am Einrücken gehindert wird.
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Wird) nun der Motor etwa mittels eines Sterndreieckschalters beliebiger
Art in der Vorstufe »Stern« eingeschaltet, dann erfährt die Motorwelle W .mit den
an ihr befindlichen Massen ein Beschleunigungsdrelmoment und fährt, .dank der noch
ausgerückten Kupplung von der Nutzlast vollkommen unbehelligt, im Sinne des Pfeiles
leer an. Da nun die relativ bewegliche Schaltmasse T nur über das Drehmoment der
Felder F2 hinweg mit der an.fahrenden Welle W in Verbindung steht, so nimmt sie
nicht unmittelbar an der Beschleunigung der Welle W teil, ihre Masse wird vielmehr
nur nach Maßgabe des von der Feder FZ ausgeübten Drehmomentes beschleunigt. Die
Verhältnisse sind nun so gewählt gedacht, .daß die Schaltmasse T wegen -des geringen
von F2 auf sie ausgeübten Beschleuni.gun:gsdrehmomentes eine geringere Beschleunigung
als die Welle W erhält und damit in ihrer Geschwindigkeit gegenüber der ,der Welle
W zurückbleibt. Damit tritt eine Relativbewegung zwischen T und
W auf, welche die Nase N unter weiterer Spannung der Feder FZ im entgegengesetzten
'Sinne des Pfeiles von der Walze E trennt, so lange, bis, im Beispiele nach einer
nahezu vollen Umdrehung - die Nase N ist in einer Ebene seitwärts der Ebene des
Teiles C zu denken -, die andere . Nasenflanke N, von der anderen Seite her bei
E einen neuen Anschlag findet, welcher eine weitere Relativbewegung verbietet
und
die Beschleunigung der Schaltmasse T von nun an gemeinsam mit der Welle lf' erzwingt.
Da nun unmittelbar nach dem Verlassen dien Anschlagruhestellung von X1 bei E infolge
der Fortbewegung der Vertiefung I' für das kuppelnde Glied C die Möglichkeit entfällt,
seine Reibfläche B nach außen schwingen zu lassen, so ist es auch bei Auftreten
einer noch so großen, die Kraft der Feder F1 schließlich überwindenden Fliehkraft
bei allmählich angestiegener Drehzahl nicht möglich, das Einkuppeln herbeizuführen.
Erst wenn die Anlaufperiode dies leer anfahrenden Motors mit der Annäherung an die
Leerlaufdrehzahl zu Ende geht, also die Beschleunigung zu verschwinden beginnt,
entfällt die Kraftäußerung, welche die Schaltmasse T unter weiterer Spannung der
Feder F. aus ihrer Ruhelage verdreht hat. Die frei gewordene Spannung der Feder
F, bewegt die Schaltmasse T allmählich in ihre in der Abb. z dargestellte Ausgangslage
zurück, wobei sich die Walze E unter dem Einflusse der gesperrten Fliehkraftwirkung
am Umfange von T abwälzt und die Rückwärtsbewegung erschwert. Erst nach dem Ablaufe
einer gewissen Zeit - die z. B. durch die Bewegung hemmende Mittel beliebig groß
gestaltet weirden kann -wird die Vertiefung h wieder in ihre Ausgangsstellung unterhalb
der Walze E zurückgelehrt sein, so daß das damit frei gewordene Glied C: ausschwingt
und mit B den kuppelnden Eingriff herstellt. Die Kupplung ist also erst nach Ablauf
einer gewissen Zeit befähigt, das selbsttätige Einrücken zu bewirken.
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Es bietet keine Schwierigkeit, jede selbsttätige Kupplung beliebiger
Art so auszurüsten, daß sie nach Ablauf einer zusätzlichen Zeit das Zustandekommen
des Drehmomentes sich vollziehen läßt. Jede selbsttätige Kupplung, ob Reibungskupplung
oder sonstige mechanische Kupplung, arbeitet grundsätzlich mit Kraftwirkungen, die
die ein- und ausrückende Bewegung der beiden Kupplungshälften hervorbringen und
die geschlossene Kupplung zur Übertragung des vom Motor an die ?Nutzlast zu leistendenDrehmomentes
befähigen. DieseKräfte können aus den Massenkräften der Beschleunigung bzw. Verzögerung,
aus den Fliehkräften oder aus den Kraftäußerungen 'der Drehmomentübertragung entnommen
werden. Anstatt z. B. die hiernach in der geöffneten Kupplung zum Einrücken bereitgehaltene
Kraft nach Maßgabe einer erreichten Drehzahl oder Beendigung der Beschleunigungsperiode
freizugeben, hat man nur dafür zu sorgen, daß sie nach Ablauf einer gewissen Zeit
ihre Wirkung auszuüben vermag. Dies kann beispielsweise durch ein wieder zu beseitigendes
Sperrglied beliebiger Art geschehen, welches die auf das Einrücken abzielende Kraft
so lange hintanhält, bis- die vorgesehene Zeitspanne abgelaufen ist. Es kann auch
die einrückende Kraft unter Einschaltung irgendeiner verzögernden Einrichtung entsprechend
verspät; t zur Auswirkung gebracht werden. Auch hierfür stehen während des Anfa.hrvorganges
des Motors in der Kupplung die Massenkräfte der Beschleunigung sowie der Fliehkraft
zur Verfügung. Man hat z. B. nur notwendig, eine der beiden Kraftwirkungen oder
beide gemeinsam so zu kombinieren, daß eine zeitverbrauchende Laufeinrichtung beliebiger
Bauart in Tätigkeit gelangt, daß die gewünschte Auslösung nach Ablauf einer gewissen
Zeit erfolgt.
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Zur Kraftlieferung für ein derartiges mechanisches Zeitrelais bzw.
der Einrichtung, die die Kupplung entsprechend verspätet einrücken läßt, sind nicht
nur die Schwungmassen und Fliehmassen bienm Anlaufe benutzbar, sondern es läßt sich
auch die Drehmomentäußerung der eingerückten Kupplung für den jeweils folgenden
Anlaufvorgang etwa in Gestalteiner erzeugten Federspannung aufbewahren und zum Antriebe
der Verzögerungseinrichtumg verwenden. Das so gespannte Zeitrelais könnte aus d!er
Massenwirkung des Anlaufes in einfacher Weise im Augenblicke des Anfahrens in Tätigkeit
gesetzt werden.
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Es ließe sich ferner jede Kombination zwischen den genannten drei
in der Kupplung zur Verfügung stehenden Kraftwirkungen beim Bau der selbsttätigen
Kupplung anwenden, die im übrigen .au;chi als Gleitkupplung beliebiger Bauart anisgeführt
sein kann. Es steht dabei nichts im Wege, diejenigen Konstruktionsglieder der Kupplung,
welche zur Lieferung deren selbsttätiger Eingriffsbewegungen, ferner der Erzeugung
des Gleitdrehmom:entes und der Wiederlösung der Kupplung dienen, gleichzeitig ganz
oder teilweise den Einrichtungen dien verzögerten Einrückeinrichtung in der Kupplung
dienstbar zu machen, vvie es überhaupt möglich sein wird, jede Kupplung der erd-enklicbsten
Bauart so auszugestalten, daß nach Ablauf einer bestimmten Zeit in der Kupplung
sich diejenige Kraft auswirkt, welche die Einrückbewegung des Kupplungsmechanismus
und die Lieferung ihres Drehmomentes hervorbringt. Es ist dabei gleichgültig, ob
die Kupplung als Riemenscheibe ausgebildet oder in Verbindung mit einem beliebigen
anderen kraftübertragenden Maschinenteil konstruiert ist.
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Es bleibt unbenommen, die Zeitspanne, nach deren Alblauf die Kupplung
anspricht, an der Kupplung auch von außen her leicht einstellbar zu machen. Man
kann auch erreichen, daß die Zeit selbsttätige, eingestellt
bzw.
berichtigt wird. Es wird z. B. auch leicht möglich sein, aus der Größe der Massenbeschleunigung
dies Anfahrvorganges oder der Geschwindigkeit des Anwachsens der Fliehkräfte einen
Einfluß auf die Verzögerungszeit herzuleiten.
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Es wäre auch denkbar, daß das mechanisch arbeitende Zeitrelais der
Kupplung außerhalb derselben angeordnet wird, wie es überhaupt denkbar wäre, daß
der Erfinedungsgegenstand sinngemäß anstatt mit einer speziell am Motor aufgesetzten
Kupplung auf solche Kupp.-lungen Anwendung findet, die sich an der anzutreibenden
Arbeitsmaschine, Transmissionswelle o.dgl. befinden. Auch die Mithilfe elektrischer
Einrichtungen, so iweit sie sich streng auf die Zeitverzögerungseinrich:tung der
im übrigen streng mechanisch wirkenden Kupplung beschränken, würde gegeben sein.
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Endlich isst es nicht notwendig, daß die Zeitspanne, nach Maßgabe
welcher die Kupplung betätigt wird, vom Beginne des Motoranlaufes zählt. Diese kann
vielmehr, etwa durch ein Zentrifugalglied o. dgl., von einer bestimmten Drehzahl
des anfahrenden oder angefahrenen Rotors an laufen. Es könnte .das Ende des vollzogenen
Anlaufes, also beispielsweise auch dä,s Aufhören der Anfahrbeschleunigung, den Beginn
einer dann verhältnismäßig kürzeren Zeitspanne kennzeichnen. Außerdem würde es möglich
sein, daß die aus dem Patent 38o 277 sowie aus den Patienten 402 165 und 410 oo6
bekannten, im Motor auftretenden mechanischen Begleiterscheinungen des elektrischen
Umsch:altevorganges die Zeitzählung für die Kupplung beginnen läss,en. Es wäre auch
.möglich, dabei mehrere elektrische Schallvorgänge eine Rolle spielen zu lassen,
wie es überhaupt grundsätzlich gleichgültig ist, mit wie vielen Stufen das Anlassen
erfolgt. Wie das elektrische Anlassen selbsttätig geschehen kann, ist Gegenstande
anderweitig gemachter VoT-schläge.
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Es sind demnach zahllose Möglichkeiten zur Verwirklichung des Erfindungsgegenstandes
gegeibten.
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Wie auch immer die praktische Ausgestaltung der Vorrichtung für das
zeitverzögerte Einrücken der selbsttätigen Kupplung sein mag, Hauptsache ist .und
bleibt, daß durch die Anwendung des »Zeitgliedes« die am mechanischen Teile des
Motors wirkende Kupplung so verzögert zum Arbeiten ,gebracht wird, daß der erst
nach dem Erreichen der vollen Drehzahl zulässige Übergang des elektrischen Schaltgerätes
von der Anlaßstellunrg zur Bebriebstel.lung 'so durchgeführt werden kann, daß die
Aufsch.altung der Vollspannung spätesüens mit dem Ansprechender Kupplung vollzogen
ist.