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Schaltschloss für einen selbsttätigen Sterndreieckschalter
Die Erfindung betrifft ein Schaltschloss für einen selbsttätigen Sterndreieckschalter mit einem Antrieb für die Hauptkontakte und einem davon teilweise getrennten Antrieb für die Sterndreieckkontakte, mit mindestens einem Kniegelenk, einer mit diesem gekoppelten Zugfeder und mit zeitabhängiger Umschaltung der Sterndreieckkontakte.
Unter selbsttätig wird dabei verstanden, dass der Schalter nach Ablauf einer vorgewählten Zeit von der mittels eines Handhebels erfolgenden Einschaltung in Sternstellung auf Dreieckstellung umschaltet.
Soferne solche Schalter auch mit einem Überstromauslöser ausgerüstet sind, können sie zugleich als Motorschutzschalter verwendet werden.
Bei der Konstruktion von Antrieben für solche Schalter ergeben sich durch zum Teil gegensätzliche Forderungen verschiedene Schwierigkeiten. Um eine einfache Bedienung zu gewährleisten, soll z. B. der Drehwinkel des Handhebels 900 nicht überschreiten und darf das notwendige Drehmoment nicht zu gross sein. Um die Bedienung nicht zu komplizieren, soll der Schalter beim Auslösen aus irgendeiner Stellung immer wieder selbsttätig in die Nullstellung zurückkehren.
Anderseits aber müssen durch die Drehbewegung des Handhebels Federn gespannt oder muss auf andere Art und Weise sowohl für die Umschaltbewegung von Stern auf Dreieck wie auch für die Ausschaltbewegung Energie gespeichert werden. Theoretisch könnten zu diesem Zweck wohl auch andere Energiequellen, wie z. B. Elektromagnete oder Motoren benutzt werden, doch wäre eine derartige Lösung verhältnismässig teuer.
Durch die Erfindung soll ein sicher arbeitender und billig herzustellender Sterndreieckschalter geschaffen werden. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erzielt, dass ein am Ende des Kniegelenkes vorgesehener Nocken in die abgewinkelte Führung eines zweiarmigen Kulissenhebels eingreift, welche Führung annähernd in der Abwinkelung eine Schulter aufweist, wodurch der Nocken beim Einschalten aus einer ersten Endlage über die Strecklage des Kniegelenkes an der Schulter der Führung zur Drehung des Kulissenhebels kraftschlüssig angreift und beim Umschalten aus der zweiten Endlage des Kniegelenkes über die Schulter hinweggleitet.
Vorzugsweise wird im ersten Teil der Sternschaltbewegung, in der das streckbare Kniegelenk an der Schulter der Führung des Kulissenhebels angreift, dieser entgegen einer Federkraft bis zu dessen Verklinkung verschwenkt, wird im zweiten Teil der Sternschaltbewegung das Kniegelenk auf die andere Seite ausgelenkt, wobei der Nocken im ersten Schenkel der Führung gleitet und dreht sich beim Umschalten von Stern auf Dreieck der Kulissenhebel zurück, wobei der Nocken im ersten Schenkel der Führung zurückgleitet und in dieser Phase der Schaltbewegung der zweite Schenkel der Führung ungefähr in der Richtung des zweiten Armes des Kniegelenkes zu liegen kommt, wodurch beim Ausschalten des Schalters und Zurückgehen des Handhebels in die Nullage der Nocken über die Schulter hinweggleitet und sich im zweiten Schenkel der Führung bewegt.
Zweckmässigerweise ist der Kulissenhebel, in dessen Ruhestellung die Dreieckkontakte geschlossen sind, entgegen einer auf ihn wirkenden Federkraft in der Sternstellung der Kontakte verklinkbar,
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welche Verklinkung nach Ablauf einer einstellbaren Verzögerungszeit mittels eines Zeitwerks freigegeben wird, wodurch sich, in an sich bekannter Weise, die Sternkontakte wieder schliessen. Weiters kann auch ein zweites Zeitwerk zum verzögerten Schliessen der Dreieckkontakte vorgesehen sein.
Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird hiefür die Drehbewegung der Umschaltwalze durch einen Kolben, welcher sich in einem ölgefüllten Zylinder bewegt, gehemmt, wodurch zwischen dem öffnen der Sternkontakte und dem Schliessen der Dreieckkontakte ein zeitlicher Abstand von mindestens 20 msec erzwungen wird. Der Kulissenhebel kann mit der Umschaltwalze über eine Zahnstange und ein Zahnsegment verbunden sein. Schliesslich kann sich der mittels des Handhebels betätigte Winkelhebel in der Einschaltstellung an einem im wesentlichen längsgeführten Auslösesperrer verklinken, welcher durch einen vom Antrieb der Hauptkontakte betätigten Mitnehmerhebel in seiner Stellung festgehalten wird.
Bei der Auslegung des Schaltschlosses wird, um dessen sichere Funktion zu gewährleisten, zweckmässigerweise darauf geachtet, dass die Kräfte in günstigen Richtungen wirken und dass die reibungsverursachenden Kräfte klein gehalten werden. Für Gleitbewegungen wird nach Möglichkeit Metall auf Kunststoff vorgesehen und wird Metall auf Metall vermieden. Um eine billige Herstellung zu erreichen, wird angestrebt, möglichst wenige und einfach herzustellende Teile z. B. Stanzteile und Kunststoff-Formteile zu verwenden.
Beim erfindungsgemässen Sterndreieckschalter sind die Hauptkontakte getrennt von den Sterndreieckumschaltkontakten angeordnet. Auch die zugehörigen Antriebsteile des Schaltschlosses sind weitgehend getrennt.
Betreffend den bekannten Stand der Technik wird darauf verwiesen, dass durch die deutsche Patentschrift Nr. 595520 eine Art Kniegelenk mit Zugfeder geoffenbart ist. Der Aufbau dieses Kniegelenkes und dessen Zusammenwirken mit andern Elementen ist jedoch gänzlich anders als beim erfindungsgemässen Schaltschloss. Der bekannte Schalter weist den Nachteil auf, dass die Feder den Kontaktdruck direkt erzeugen muss, wogegen nach der erfindungsgemässen Lösung Schaltwalzen gedreht werden und nur die Reibung der Kontakte überwunden zu werden braucht.
Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend an Hand eines in den Zeichnungen in mehreren Stellungen gezeigten Schaltschlosses näher erläutert. Es zeigen Fig. l ein erfindungsgemässes Schaltschloss im ausgeschalteten Zustand, wobei sich die Umschaltwalze in Dreieckstellung befindet (Stellung 0), Fig. 2 das Schaltschloss nach dem ersten Teil der Einschaltbewegung, durch die die Umschaltwalze auf Sternstellung umgeschaltet worden ist (Stellung 1), Fig. 3 das Schaltschloss eingeschaltet mit der Umschaltwalze in Sternstellung (Stellung 2), Fig. 4 das Schaltschloss eingeschaltet mit der Umschaltwalze in Dreieckstellung (Stellung 3) und Fig. 5 das Schaltschloss nach dessen Auslösung durch einen Überstromauslöser (Stellung 4).
In den Figuren der Zeichnungen befindet sich jeweils links der Antrieb für die Hauptkontakte --1, 2-- und rechts der Antrieb für die Umschaltwalze--33--, welche Kontaktverbindungen - und eine Sternschiene-37-trägt und die zusammen mit den Kontakten-34 und 35--zur Sterndreieckumschaltung dient. Das Schaltschloss wird mittels eines Handhebels eingeschaltet, wodurch die Hauptkontakte geschlossen werden und wobei sich die Umschaltwalze in Sternstellung befindet. Nach Ablauf einer einstellbaren Zeitspanne dreht sich die Umschaltwalze--33--auf Dreieckstellung, wobei die Hauptkontakte--1, 2- geschlossen bleiben.
Soferne der Überstromauslöser anspricht, wird der Schalter ausgelöst und kehrt das Schaltschloss, sobald der Handhebel freigegeben wird, in die Ausgangsstellung (Stellung 0) zurück.
Die übrigen Elemente werden nachstehend an Hand der Schilderung der einzelnen Phasen der
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:Winkelhebel --26-- gekuppelt ist, der mit einem Arm--12--und weiters mit einem Arm - eines Kniegelenkes fest verbunden ist. Mit dem Ausklinkhebel--27--ist der Handhebel verbunden. Im ersten Teil der Einschaltbewegung wird das Kniegelenk, das aus dem Arm--13-und einem mit diesem gelenkig verbundenen Arm --14-- gebildet ist, gestreckt, wobei dessen Ende, das
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Vom Kulissenhebel --18-- wird dadurch über eine Zahnstange --31-- und ein Zahnsegment - 32--die Umschaltwalze--33--gedreht, wodurch deren Kontakte auf Stern umgeschaltet werden.
Die festen Kontakte --34-- sind dabei mit der Zuleitung zum Motor verbunden, wogegen
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miteinander verbindet und so die Sternschaltung bewirkt. Der Kulissenhebel --18-- wird entgegen der Wirkung einer in den Zeichnungen nicht dargestellten Feder gedreht. In der Endstellung wird er über eine Lasche-17-, eine Klinke --16-- und eine Auslöseplatte-15-in seiner Stellung verklinkt (Stellung 1).
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--12-- ein Zahnsegment --9--,--19-- der Führung zurückgleitet. Während dieser Bewegung ist der Mitnehmerhebel --39-- mit einer Arretierplatte-28-in Eingriff gekommen und hat diese entgegen der Wirkung einer Feder - nach links verschoben.
Am Ende der Bewegung verklinkt auch der Winkelhebel --26-- mit der Arretierplatte--28--und wird so in seiner Stellung festgehalten. Damit ist die Stellung erreicht, in der das Schaltschloss eingeschaltet ist und sich die Schaltwalze--33--in Sternstellung befindet (Stellung 2).
Nach Ablauf einer eingestellten Zeitspanne wird die Auslöseplatte --15-- durch ein nicht dargestelltes Uhrwerk im Gegenuhrzeigersinn verschwenkt, wodurch die Klinke --16-- gelöst wird und sich der Kulissenhebel --18-- infolge Federkraft in seine Ausgangsstellu zurückbewegen kann.
Dabei gleitet die Nocke--22--des Kniegelenkes im ersten Schenkel--19--der Führung wieder zur Schulter --23-- zurück. Durch die Verschwenkung des Kulissenhebels--18--wird die Umschaltwalze --33-- wieder auf Dreieckstellung umgeschaltet. Damit hat der Schalter seine Einschaltstellung erreicht (Stellung 3).
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Handhebel freigegeben werden. Der Handhebel wird durch eine in den Zeichnungen nicht dargestellte Feder in die Ausgangsstellung (Stellung 0) zurückgedreht. Da in der Dreieckstellung des Schaltschlosses
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Führung hineingleiten.
In jeder der verschiedenen Schaltstellungen kann der nicht dargestellte Überstromauslöser des Schalters wirksam werden. Er betätigt den Auslösehebel --3--, wodurch die Klinke--4--und
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--38-- freigegebendaraufhin das Schaltschloss sofort in die Ausgangsstellung (Stellung 0) zurück.
Beim Umschalten von Stern auf Dreieck bleiben die Hauptkontakte--1, 2-- geschlossen, so dass die Kontakte--34, 37-- auf der Umschaltwalze--33--den Motorstrom unterbrechen müssen. Beim Einschalten auf Dreieck werden aber die Kontakte --34-- über die Verbindungen --36-- mit den Kontakten --35-- der Netzzuleitung verbunden. Es muss also unbedingt sichergestellt werden, dass in dem Moment, in dem die Umschaltung auf Dreieck erfolgt, ein sich zwischen den Kontakten - 34 und 37--eventuell ausbildender Lichtbogen erloschen ist. Da im allgemeinen die Löschung dieses Lichtbogens frühestens im ersten Null-Durchgang erfolgt, darf also das Schliessen in Dreieckschaltung frühestens nach Ablauf von 10 msec erfolgen.
Um dies zu erzwingen, kann das Schaltschloss mit einer Verzögerungseinrichtung versehen sein, welche den Bewegungsablauf der Walze--33--derart hemmt, dass nach dem Öffnen der Sternkontakte eine bestimmte Zeit verstreicht, bevor die Dreieckkontakte schliessen. Sicherheitshalber wird diese Verzögerungszeit mit 20 msec festgelegt, um dem Lichtbogen während zwei Null-Durchgängen die Möglichkeit zum Löschen zu geben. Diese Verzögerung kann z. B. mittels eines Kolbens erfolgen, der in einen ölgefüllten Zylinder hineingedrückt wird. Durch Veränderung des Spiels zwischen Kolben und Zylinder sowie durch Verwendung von ölsorten mit unterschiedlicher Viskosität kann die Hemmwirkung auf den gewünschten Wert gebracht werden.
Da solche Hemmungen und auch deren mechanische Kopplung mit der zu hemmenden Drehbewegung, z. B. mittels Kurvenbahn, an sich bekannt sind, wurden sie nicht in den Zeichnungen dargestellt.