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Selbsttätige Anlaßeinrichtung für Elektromotoren nach Patent 466 929
mit getrennt beweglichem Netzschalter und Umschalter Die Erfindung betrifft eine
vervollkommnende Ausgestaltung der selbsttätigen Anlaßeinrichtung für Elektromotoren
nach Patent 4.66 929, bei der die Ständerwicklung des mit selbsttätiger Kupplung
versehenen, unter Spannungsverminderung anlaufenden Induktionsmotors mit kurzgeschlossenem
Läufer zwangläufig vor (oder spätestens mit) dem Ansprechen der selbsttätigen Kupplung
durch einen selbsttätigen Umschalter auf die volle Spannung umgeschaltet wird. Sie
hat dabei insbesondere eine Ausgestaltung zum Gegenstande, die einen getrennt beweglichen
Netzschalter einerseits und einen getrennt beweglichen, durch eine Sperreinrichtung
mit selbsttätiger Auslösung beim Übergang zur Betriebstellung festgehaltenen Umschalter
anderseits vorsieht, die unter Federanwendung so verbunden sind, daß mit der Bedienung
des Netzschalters der Umschalter jeweils selbsttätig zum erforderlichen Zeitpunkte
folgt, so daß mit dem bloßen Umlegen des Bedienungsgriffes ohne weiteres Zutun ein
überstromfreier und gleichzeitig vollautomatischer Anlaßvorgang unter Ausschluß
von Bedienungsfehlern erzielt wird.
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Der Erfindungsgegenstand wird an Hand schematischer Darstellungen
erläutert, wobei die Abb. i die abgeschaltete Ausgangslage und die Abb.2 die voll
durchgeführte Einschaltstellung kennzeichnet. Während man sonst bei Sterndreieckschaltern
die Kontakteinrichtungen für die Anschaltung an die Netzzuleitungen RST mit denen
für die Umschaltung der Wicklungsenden UX, VY und 9'Z in starrem Zusammenhange (z.
B. auf gemeinsamer Schalterwelle) anzuwenden pflegt, sieht die Erfindung die getrennte
Anordnung eines Netzschalters i und eines Umschalters 2 vor, die, jeweils für sich
beweglich, mit einer Bewegung des Bedienungsgriffes 3 zur selbsttätigen Wirkungsweise
verknüpft werden. Hierdurch entsteht der doppelte Vorteil, daß für den Netzschalter
i z. B. auch normale Schaltgeräte von in sich geschlossener Bauart, gegebenenfalls
mit selbsttätigen Nullspannungs- bzw. Überstromeinrichtungen (u. a. auch die an
Stelle von Abschmelzsicherungen tretenden Installationsselbstschalter) Verwendung
finden können, und ferner, daß sich bei der Umschaltungseinrichtung 2 in einfacher
Weise vermeiden läßt, daß bei der Zurückbewegung des Schalthebels 3 aus der Einschaltestellung
in die Nullage (Winkel y der Abb. 2) die Motorwicklung unerwünschterweise vorübergehend
in der Anlaßstellung »Stern« nochmals unter Strom kommt.
Die Abbildungen
zeigen beispielsweise den Netzschalter i über ein Gestänge 4. mit einem Hebel 5
verbunden, der, z. B. von gabelförmiger Gestalt, mit den beiden Zinken 51 und 52
in den Bewegungsbereich des Schalthebels 3 so hineinragt, daß dessen Nase 6 im Verlaufe
der Bewegung längs des Winkels y aus der Abschaltestellung der Abb. i den Zinken
51 trifft und die Einschaltung durch eine Bewegung um den Winkel a herbeiführt.
Bei einer umgekehrten Bewegung des Schalthebels 3 trifft dagegen die Nase 6 den
in der eingeschalteten Lage des Schalters i (Abb. 2) im Wege liegenden Zinken 52
und bewirkt mit einer Rückwärtsdrehung die Abschaltung. Die jeweiligen Endstellungen
können dabei, soweit die Art des Aufbaus des Netzschalters i dies erfordert, durch
eine Rast erzwungen werden, wie sie durch eine mit den Schrägflächen 7 zusammenarbeitende
und unter der Kraft einer Feder 8 stehende Rolle 9 dargestellt ist.
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Der Umschalter 2 ist mit dem Schalthebel 3 dadurch in kraftäußernden
Zusammenhang gebracht, daß er mit dem Gestänge io an einem um die Achse des Schalthebels
3 schwenkbaren Hebel ii angreift, der mit ihm über die Zugfeder i2 in Verbindung
steht. Wird der Hebel ii aus der Abschaltestellung der Abb. i um den Winkel ßl geschwenkt,
dann ist am Umschalter 2 die Anlaßstellung »Stern« hergestellt, wobei in die zum
Nullpunkte o zusammengefaßten Wicklungsenden XYZ die Wicklung eines Sperrmagneten
13 eingeschaltet ist. Um die Kurzschlußstromaufnahme des Motors in der Sternschaltung,
z. B. den Anlaßspitzenstrom, nicht überschreiten zu lassen, den ein Schleifringankermotor
gleicher Größe bei ordnungsmäßigem Anlaßvorgange haben würde, lassen sich in den
Nullpunkt o erforderlichenfalls noch zusätzliche Blind- oder Wirkwiderstände ohne.
weiteres einfügen. Da diese Widerstände und die Wicklung des Magneten 13 nur so
lange Strom führen, als der vermöge der selbsttätigen Anlaßkupplung leerlaufende
Motor benötigt, um seinen Anker zu beschleunigen, so können sie sehr scharf beansprucht
bzw. gegenüber normaler Dauerbeanspruchung vielfach unterdimensioniert werden.
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Eine weitere Drehung des Hebels ii um den Winkel ß", führt nach Abschaltung
der Nullverbindung zur Vollschaltung »Dreieck«. Umgekehrt wird, wenn die Ablenkung
des Winkels ß1 -;- ß2 am Hebel ii wieder rückgängig gemacht wird, die Abschaltestellung
wieder herbeigeführt. Die Umschaltebeweglichkeit wird dabei zunächst durch den Sperrmagneten
13 beherrscht, der beispielsweise das Gestänge io nach Art einer Zange zwischen
seinen beweglichen Polschenkeln festzuhalten vermag (aber auch ebensogut in anderer
Weise und an anderer Stelle, als in die Beweglichkeit des Umschalters 2 eingreifend
angeordnet werden kann). Die Verhältnisse zwischen dem die Wicklung des Magneten
i3 durchfließenden Strom und den Kräften sind dabei insbesondere so gewählt, daß
der Winkel ß2, also die Umschaltung zu Dreieck, nicht herbeigeführt werden kann,
solange der Motorstrom nicht ausreichend abgesunken ist. Die entscheidend wirkende
Stromstärke läßt sich dabei z. B. durch Veränderung des Luftspalts des Magneten
13 an der Schraube 14 oder durch veränderliche magnetische oder elektrische Nebenschlüsse,
Zusatzkräfte, Reibungskräfte usw. einstellbar machen. Gleichzeitig läßt sich mit
derÄnderung der magnetischen Eigenschaften des Magneten 13, der im übrigen auch
als Mehrphasenmagnet ausgebildet werden kann, die Größe der Kurzschlußstromaufnahme
des Stillstandes beeinflussen.
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Neben den aus elektrischen Gründen am Magneten 13 ausgeübten
Sperrkräften greift noch der Steuerhebel 15 unmittelbar mechanisch in die Beweglichkeit
des Umschalters 2 ein. Er ist im Beispiel als um den Zapfen 16 schwenkbarer Gabelhebel
15 dargestellt, der an zwei Zinken 151 und 15, in den beiden Endlagen des Schalthebels
3, gewissermaßen als dessen Anschlag, Kraftäußerungen erfährt, die ihn gegenüber
den Kräften einer Rast umlegen, die an den Schrägflächen 17 von der unter der Kraft
der Feder 18 stehenden Rolle i9 ausgeübt werden. Die Anordnung ist dabei so getroffen,
daß mit Bezug auf die Abschaltstellung der Abb. i, auch wenn der Schalthebel 3 nicht
mehr auf dem Gabelende i51 lastet, die Feder 18 der Rast ein Drehmoment um den Zapfen
16 bewirkt, das den Umschalter 2 gegenüber einer Bewegung aus der Ausgangslage so
lange gesperrt hält, bis nach i Herumlegen des Schalthebels 3 um den vollen Winkel
y und einer dadurch gegebenen ILaftäußerüng auf den Zinken 15, der Steuerhebel 15
nach der entgegengesetzten Seite umgelegt wird (Abb. 2). Im Beispiel ist diese Verriegelung
dadurch bewerkstelligt, daß der Steuerhebel 15 mit einer Tatze 2o auf dem zangenartigen
Anker des Magneten 13 lastet und dort die magnetische Kraftäußerung aus dem zunächst
noch fehlenden Strome ersetzt (Abb. i). Es ist wie auch beim Magneten 13 naturgemäß
nicht zwingend, sich einer rein reibungsmäßigen Sperrung zu bedienen; an deren Stelle
können vielmehr auch Nasen, Klinken, einknickende Hebel und dergleichen Elemente
des Schaltapparatebaues treten.
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Wenn der Steuerhebel 15 in der erwähnten Weise vom Schalthebel 3 gemäß
der Abb.2 umgelegt ist, wird gleichzeitig eine Sperrklinke 22 oder eine ähnlich
wirkende Einrichtung etwa mit der Blattfeder 23 eingelegt, die, solange das Umlegen
des Steuerhebels 15
nicht rückgängig gemacht ist, nur eine einseitige
Bewegung des Schalthebels 3 nach .der Ausgangslage zu gestattet, eine Bewegung nach
der anderen Richtung aber verbietet.
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Ausgehend von dem in der Abb. i dargestellten Zustande des sowohl
offenen Schalters i als auch Umschalters 2 vollzieht sich das Arbeitsspiel wie folgt:
Wird der Schalthebel aus der Abschaltestellung im Sinne des Winkels y bewegt, dann
erfährt die Feder 12 eine zunehmende Spannung, die, zunächst auch weiterhin von
eineiuAnschlag 21 aufgenommen, auf das Gestänge io nicht zur Auswirkung kommt. Gleichzeitig
verschiebt sich die Richtung der Federkraft immer mehr, so daß schließlich, wenn
die Stellung, in der der Schalthebel 3 und der Hebel ix einen gestreckten Winkel
bilden, überschritten wird, ein umgekehrtes Drehmoment entsteht, das den Hebel ii
vom Anschlage 21 weg im Sinne des Winkels fl, zu bewegen trachtet, eine Bewegung,
die durch die Sperrlage des Steuerhebels 15 z. B. wegen der Kraftäußerung der Tatze
2o aus der Feder 18 am Gestänge io zunächst gesperrt ist. Im Verlaufe der Drehung
des Schalthebels 3 wird außerdem durch den Anschlag 6 der Netzschalter i am Gabelende
51 des Hebels 5 gemäß dem 'Winkel a in die Einschaltstellung gebracht, so daß die
Motorwicklung zwar unter Spannurig steht, der Strom aber am Umschalter 2 noch unterbrochen
ist. Der Motor wird erst dann eingeschaltet und beginnt dann erst seinen Anlauf
in »Stern« wenn der Schalthebel 3 am Ende des Winkels v auf das Gabelende i52 trifft
und den Steuerhebel 15 umlegt, wodurch die Sperrung für das Gestänge io bzw. den
Umschalter 2 freigegeben wird und nach Zurücklegung des Winkels /31 dessen Kontakte
für die Herstellung der Sterrfverbindung geschlossen werden. Durch den alsdann auftretenden
Kurzschlußstroin des Stillstandes wird nun eine Weiterbewegung des Umschalters 2
vom Magneten 13 sofort aufgehalten, so lange, bis der Strom mit fortschreitendem
Motoranlaufe so klein geworden ist, daß der Magnet 13 die Sperrung nicht mehr aufrechterhalten
kann und nunmehr auch noch die Schaltbewegung um den Winkel (3.2 zurückgelegt wird,
wodurch die Anlaßstufe selbsttätig abgeschaltet und die Vollschaltung zwangläufig
gemäß dem Hauptpatente herbeigeführt ist.
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Wenn der Schalthebel 3 zur Abschaltung aus der mit der Abb. 2 dargestellten
Einschaltlage längs des Winkels y zurückgeführt wird, dann wird zunächst der Netzschalter
i mit dem nunmehr am Zinken 5, wirkenden Anschlage 6 durch Rückbewegung des Hebels
5 um den Winkel a ausgeschaltet. Ferner wächst das sich mit dem Durchgange durch
die gestreckte Lage der Hebel ii und 3 wieder umkehrende Drehmoment mit der Weiterbewegung
allmählich zu einer Größe an; die die nach wie vor noch freigegebene Bewegung des
Umschalters 2 im Sinne einer Rückwärtsbewegung um den Winkel (31 ;- P2 herbeiführt.
Weil hierbei der Netzschalter i bereits abgeschaltet ist, bleibt beim rückläufigen
Durchgang durch die Nullpunktkontakte des Umschalters 2 ein unerwünschter Stromschluß
vermieden. Da wegen des in der Stellung des Steuerhebels 15 nach der Abb. :z eingelegten
Sperrdaumens 22 eine Bewegung des Schalthebels 3 nur im: ausschaltenden Sinne möglich
ist, so kann erst dann zu einer neuen Einschaltbewegung übergegangen werden, nachdem
der Schalthebel restlos zurückbewegt und der Schalthebel 15 am Zinken 151 in die
Lage der Abb. i umgelegt ist, eine Lage, in der der die einseitige Bewegung erzwingende
Sperrdaumen 22 wieder außer Eingriff gebracht ist.
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Um zu verhüten, daß eine neue Einschaltbewegung angetreten werden
kann, wenn etwa durch einen Zwischenfall der Umschalter nicht ordnungsmäßig in seine
volle Ausgangslage (Abb. i) zurückgezwungen sein sollte, ist mit der Anschlagleiste
2.4 und einer am Schalthebel 15 angebrachten Nase 25 eine Riegeleinrichtung verkörpert,
die das Zurückbringen des Steuerhebels 15 in die Ausgangslage unmöglich macht, solange
die Anschlagleiste 24. nicht aus dem Bereiche der Nase 25 gebracht ist, eine Konstellation,
die nur in der Ausgangslage des Umschalters 2 (Abb. i) vorliegt. Mit der gestrichelt
dargestellten Abschrägung 26 der Anschlagleiste 24. ist angedeutet, wie an Stelle
einer passiven Verriegelung auch die aktive Maßnahme treten kann, den Umschalter
2 an der Schrägfläche 26 mit dem Umlegen des Steuerhebels 15 in seine volle Ausgangslage
zurückzuzwingen. Die Anordnung der Anschlagleiste 2.4 und der Nase 25 liefert gleichzeitig
ein Beispiel dafür, wie die Verriegelung des Umschalters :2 für einen neuen Einschaltvorgang
an Stelle der mit der Tatze ao vorgesehenen Maßnahme durchgeführt werden kann. Beim
neuen Einschaltvorgang nämlich erfolgt im Falle der Anwendung der Anschlagleiste
2.4 und der Nase 25 und ohne daß es der Einwirkung der Tatze 2o auf den Magneten
13 bedarf die Freigabe der Umschaltbewegung stets dann, nachdem mit dem Umlegen
des Steuerhebels 15 gemäß der Abb. z die Nase 25 gegenüber der Anschlagleiste 24
ausgeklinkt ist.
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Bei der beschriebenen Gesamtanordnung, die erst dann einen neuen Schaltvorgang
einzuleiten gestattet, wenn die volle Ausgangslage am Umschalter 2 vorliegt, fügt
sich auch die Verwendung von Selbstschaltern als Netzschalter i lückenlos ein. Schaltet
der Netzschalter i nach voll durchgeführter Einschaltung selbsttätig z. B. wegen
Überstrom oder Spannungsrückgang
ab, dann ist ein. Neueinschalten
auch wieder nur möglich, nachdem mit dem Schalthebel 3 zur vollen Ausgangslage zurückgegangen
ist, also die Dreieckschaltung wieder aufgelöst ist. Geschieht das selbsttätige
Abschalten unmittelbar nach dem Umlegen des Hebels 5 (Einschalten des Netzes) und
vor dem Umlegen des Steuerhebels 15 (Freigabe der Schaltbewegung des Umschalters),
dann steht nichts im Wege, auch ohne Rückkehr zur Ausgangslage mit dem Schalthebel
3 den Netzschalter i mit dem= Zinken 51 neu einzuschalten und den beim selbsttätigen
Ansprechen des Netzschalters i unterbrochenen Schaltweg alsdann neu aufzunehmen
und bis zum Ende zurückzulegen, da in diesem Falle der Umschalter 2 wegen des ausgebliebenen
Umlegens des Steuerhebels 15 überhaupt noch keine Umschaltung hat herstellen können
und der Sperrdaumen 22 für die einseitige Bewegung noch nicht eingelegt worden ist.
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Wenn auch mit dem schematischen Beispiel aus darstellerischen Gründen
Netzschalter und Umschalter unter Anwendung von Gestängen in weitgehender räumlicher
Trennung von dem die Bewegung beider beherrschenden Schalthebel bzw. den mechanischen
Steuerorganen gezeigt sind, so ist es doch ohne weiteres möglich, den Erfindungsgegenstand
auch in besonders weitgehender Vereinigung zu verwirklichen, wie er überhaupt nicht
darauf angewiesen ist, sich ausschließlich der beispielsweise gezeigten konstfuktiven
Einzelheiten zu bedienen. So könnten unter anderem die Kontakteinrichtung für die
Netzschaltung und die für den Umschalter, z. B. auch beide in Schaltwalzenanordnung,
als um dieselbe Achse getrennt beweglich mit einem Steuergliede 15 und dem
Schalthebel 3 zu erfindungsgemäßem Zusammenwirken vereinigt werden.