Schaltgerät zum Anlassen von mit selbsttätiger, rein mechanischer Itupplung versehenen Induktionsmotoren. Die vorliegende Erfindung hat ein Schalt gerät zum Anlassen von mit selbsttätiger, rein mechanischer Kupplung versehenen In duktionsmotoren zum Gegenstand. Erfin dungsgemäss besitzt das Schaltgerät ein zu mechanischer Schwingungsbewegung be fähigtes System, das beim Schalten auf eine Anlassstufe angestossen wird und das derart mit einer Sperrvorrichtung für das Weiter schalten zusammenwirken kann, dass es diese nach dem Ausführen einer Schwingungs bewegung auslöst.
Die beiliegende Zeichnung zeigt schema- lisch und zum Teil im Schnitt als Ausfüh rungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes einen Stern-Dreieckschalter.
Der Schalter, der seine verschiedenen Schaltstellungen durch eine Drehbewegung inn die Schalterwelle 3 erreicht, kann mit Kontaktstücken 1, 2 zwischen Kontaktfin gern 5 Kontakt machen. Die Kontaktstücke 1, ? sind auf einem mit der Welle 3 festen Schaltarm 4 isoliert angeordnet. Die Fig. zeigt das Gerät in der Anlassstellung. Diese wird aus der mit Fig. 1 veranschaulichten Abschaltstellung durch Verdrehung im Sinne des Pfeils um den Winkel a1 erreicht.
Zur Herbeiführung der Betriebsschaltung bedarf es dann einer weiteren Verdrehung um den Winkel a2. Ob zum Ausschalten des Motors die Abschaltlage der Fig. 1 dann durch rück läufige Drehung oder durch Weiterdrehung der Welle 3 im selben Sinne wieder erreicht wird, ist unwesentlich.
Da der vorliegende Stern-Dreieckschalter beispielsweise für DTehstrom-KurZSChluss- ankermotoren bestimmt sein soll, sind drei Kontaktarme 4 jeweils mit ihren Kontakt stücken 1, 2 auf der Welle 3, zum Beispiel in verschiedenen Ebenen angeordnet. zu den ken, die von einer entsprechenden Mehrzahl von Kontaktfingern 5 bestrichen werden. Die Kontaktstücke 1 sind dabei über die Win dungen von Spulen 6 zum Sternpunkte 0 geführt, während die Kontaktstücke 2 dann nach vorheriger Abschaltung der Kontakt stücke 1 die Dreieckschaltung herstellen.
Die vom Anlassstrome durchflossenen Spulen 6 erregen in dem aus Eisen aufgebauten Kon taktarme 4 einen magnetischen Kraftfluss, der sich über den in einem Scharnier 8 dre- beweglich befestigten Anker 7 schliesst und den Anker an den Kontaktarm 4 heranzieht.
Der Anker 7 ist über eine die Welle 3 frei umschlingende Biegungsfeder 9 mit einer als zylindrische Scheibe ausgebildeten Schwungmasse 10 verbunden, die auf die Welle 3 seitwärts der Kontaktarme 4 lose drehbar aufgesetzt ist. Die Schwungmasse 10 bildet mit der Feder 9 das zu mechani scher Schwingungsbewegung befähigte Sy stem. Das eine Ende der Biegungsfeder 9 greift dabei nicht unmittelbar an der Schal terwelle 3 an, sondern am beweglichen An ker 7. Ebenso greift das andere Ende nicht unmittelbar an der Schwungmasse 10 an, son dern an einem Winkelhebel 11, der in der Nähe des Umfanges der Scheibe 10 um einen Zapfen 12 schwenkbeweglich ist.
Bei dieser Anordnung entsteht sowohl am Anker 7 ein Drehmoment um dessen Scharnier 8, als auch am Winkelhebel 11 um den Zapfen 12, wenn die Biegungsfeder 9 aus der entspannten Ruhelage (Fig. 1) deformiert wird. Am An ker 7 entsteht hierbei, wenn der Kontaktarm 7 gegenüber der festgehaltenen Schwungmasse 10 im Sinne des Pfeils der Fig. 1 verdreht wird, eine Kraft, die die magnetische An zugskraft des von der Spule 6 erregten lVlag- netkreises unterstützt, während am Winkel hebel 11 eine Kraft entsteht, die dessen Ende 13 radial nach einwärts zu drehen trachtet, die vom Anschlag 14 aufgenommen wird, der so angeordnet ist,
dass der Winkelhebel 11 (wie in der Fig. 1 dargestellt) dabei mit sei nem Ende 13 nicht über den Aussenumfang der Scheibe 10 hinausragt. Wird jedoch um gekehrt die Feder 9 dadurch gespannt, dass die Schwungmasse 10 aus der Ruhelage im Pfeilsinn gegenüber dem Kontaktarm 4 ver dreht wird, dann entsteht am Anker 7 eine Kraft, die ihn entgegen dem magnetischen Zuge abzureissen trachtet und am )Vinkel- hebel 11 eine Kraft, die dessen Ende 13 radial auswärts über den Umfang der Scheibe 10 (wie in Fig. ? gezeigt) hervorstehen lä.sst,
wobei der Anschlag 22 diese Bewegung be grenzt bezw. die Kraft der Feder 9 auf nimmt.
Der Schwerpunkt des Winkelhebels 11 liegt in bezug auf den Drehpunkt derart, dass die bei der Bewegung der Schwungmasse 10 auftretende Fliehkraft des Winkelhebels 11 ein Drehmoment liefert (um dessen Gelenk zapfen 12), das den Hebel 11 gegen den An schlag 14 zu halten trachtet, wenn dessen Ende 13 radial nach einwärts umgelegt ist (Fig. 1), anderseits aber im umgekehrten Sinne gegen den Anschlag 22 wirkt, wenn der Hebel 11 so umgelegt ist, dass das Ende 13 nach auswärts zeigt (Fig. 2). Auf diese Weise zeigt der Winkelhebel 11, sobald das System eine Rotationsgeschwindigkeit be sitzt, das Bestreben, solange keine weiteren Kräfte auf ihn einwirken, die Lage, die er jeweils eingenommen hat, beizuhalten.
Das Ende 13 des Winkelhebels 11 ist nun dazu bestimmt, im Verlaufe des Arbeitsspiels mit dem Anschlagzinken 16 einer Sperr klinke 15 im Sinne deren Anhebens zusam menzuwirken. Diese Sperrklinke ist um den feststehenden Bolzen 17 beweglich und wird von einem festen Anschlage 18 gestützt. Das Ende 19 des Ankers 7 ist dazu bestimmt, mit einer Anschlagnase 20 der Sperrklinke 15 ebenfalls zum Zwecke des Anhebens zusam menzuwirken.
Die Sperrklinke 15 selbst hat dabei die Aufgabe, solange sie noch nicht angehoben ist, mit ihrem Ende 21 dem Schaltarme 4 an dessen Vorsprung 23 einen Anschlag. zu liefern, der eine Drehung der Schalterwelle 3 über den Winkel a1 hinaus das heisst über die Anlassstellung hinaus zunächst verhindert (Fig. 2). Nach der selbsttätigen Ausklinkung dieser Sperrung als Folge des mechanischen Schwingungs vorganges kann dann die LTmsehaltung in die Betriebsstellung unter Zurücklegung des Winkels a.2 erfolgen.
In die um den Winkel a1 aus der Ruhe lage verdrehte Schalterstellung der Fig. 2 für die Kontaktgebung in. der Anlassstufe kann der Schalter dadurch gelangen, dass die Schalterwelle 3 plötzlich der Wirkung eines Kraftspeichers, eines elektromagnetischen Antriebes oder einer sonstigen Kraftquelle preisgegeben wird, die den Schaltarm 4 über jene Anschlagstellung hinaus in die Betriebs stellung umzulegen trachtet. Der Antrieb lässt sich jedoch auch durch unmittelbare Be wegung von Hand herbeiführen.
Wenn der Schalter bis zum Erreichen der Anschlag stellung der Fig. \? in der Pfeilrichtung be- sChleunig-t wird, dann kann die Schwung masse 10, die ein gewisses Massenträgheits- moment besitzt,nur aus Kräften (von einem 0eringen Reibungsmomente zwischen der Bohrung der Schwungmasse 10 und der @Ä'el_le 3 abgesehen), die aus der Feder 9 ent stehen, beschleunigt werden,
die ja allein die Schwungmasse 10 mit der Schalterwelle 3 verbindet. Da die Feder 9 im Ruhezustand völlig entspannt ist, so bedarf es hierzu aber der Zurücklegung gewisser Federdeforma- tionswege, die dadurch entstehen, dass die Schwungmasse 10 in ihrer Bewegung hinter der Schalterbewegung zurückbleibt.
Hier durch tritt die oben erwähnte, die Feder 9 spinnende Verdrehung der Schwungmasse 10 @@egenüber der Schalterwelle ein, die den An her 7 (noch unterstützt von dessen eigener 1lassenwirl@ung) an den Schaltarm 4 presst lind das Ende 13 des Winkelhebels 11 radial mach einwärts gegen den Anschlag 14 drückt.
Die Schwingungszeit der Scheibe 10 ist von dem Massenträgheitsmoment einerseits und der Federkonstanten anderseits gegeben. Wählt man beispielsweise die Verhältnisse o, dass die Zeit, die die Schalterwelle 3 hrzucht, um den Winkel a1 zu durchmessen und die Anlass'stellung der Fig. 2 zu erreichen lei@ade mit der halben Schwingungszeit des Svstems übereinstimmt, dann hat die Schwungmasse 10 in dieser Zeit die mittlere Geschwindigkeit der Schalterwelle angenom men,
wobei die relative Verdrehung der Schwungmasse 10 im Sinne des Zurückblei- bens hinter dem Schaltarm 4 ihren Höchst wert erreicht hat. Wenn nun die Bewegung der Schalterwelle 3 mit dem Erreichen des Anschlages plötzlich aufgehalten wird, so lässt es sich erreichen, dass die Schwungmasse 10 nicht nur die höchste Geschwindigkeit, bis zu der die Schalterwelle 3 hatte beschleu nigt werden können, besitzt,
sondern durch die zum Grösstmasse des Zurückbleibens -e hörige Kraft der gespannten Feder 9 noch weiter beschleunigt werden miiss. Mit weüer wechselnder Geschwindigkeit unter fort schreitender Entspannung der Feder 9 holt dann die Se-hwungma.sse10 denWinkei, um den sie gegenüber der Schaltwelle 3 zuriiel#geblie- ben war, allmählich wieder auf, bis schliesslich eine Lage erreicht ist, in der die Feder 9 wieder vollkommen entspannt ist.
Dies ist dann der Fall, wenn auch die Schwungmasse 10 den vollen Winkel a1 zurückgelegt hat und eine Relativlage zum Schaltarm 4 gemäss der Fig. 2 aufweist, eine Relativlage, b->i der im Beispiele das Ende 13 des Winkel hebels 11 sich gerade unterhalb des Zinken 16 der Klinke 15 befinden mag.
In diesem Augenblicke des Durchganges durch die Lage der völlig entspannten Feder hat die Schwungmasse ihre höchste CTe- schwindigkeit erreicht. Da der Winkelhehel 11 von der Spannung der Feder 9, wie sie vorher geherrscht hat, gegen den Anschlag 14 umgelegt worden war, so behält er mit dem Verschwinden der Federkraft beim Durchgang durch die Mittellage vermöge der Fliehkraft, wie dies oben beschrieben ist, diese Lage zunächst bei. Auf diese Weise gelangt das Ende 13 des Winkelhebels 11 ohne anzustreifen unter dem Zinken 16 hin durch.
Vom Beginn der Schaltbewegung an bis zu diesem Augenblicke hatte eine Feder spannung bestanden, die auf den Anker 7 anpressend gewirkt hat, so dass die magne tische Wirkung des durch die Spule 6 flie ssenden Anlassstromes durch die Feder unter stützt worden war. Mit dem Durchl- ang durch die Nullage drehen sich die Feder kräfte um. Die gegenüber der Schalterwelle 3 sich weiterdrehende Schwungmasse 10 wird durch die sich mehr und mehr spannende Feder 9 verzögert, bis sie schliesslich bei einer grössten Auslenkung aus der Nullage völlig zum Stillstande gebracht ist, wobei die gesamte kinetische Energie in Federenergie umgesetzt ist und die Feder 9 ihre grösste Spannkraft besitzt.
Nun wird die Masse 1.0 wieder unter allmählicher Entspannung der Feder im entgegengesetzten Sinne beschleu nigt, um dann im entgegengesetzten Sinne des Pfeils wieder einen Höchstwert der Ge schwindigkeit beim Durchgange durch die entspannte Federlage anzunehmen.
Während dieser Zeitdauer einer halben Schwingungsperiode, die zwischen dem Durchgang durch die Nullage mit der ur sprünglichen und dem mit der entgegenge setzten Geschwindigkeit liegt, entsteht nun zunächst hinsichtlich des Ankers 7 eine der Magnetwirkung aus der Spule 6 entgegenge- richtete Kraftwirkung.
Da nun der vermöge der Kupplung leer anlaufende Motor wäh rend er in der Anlassstufe eingeschaltet ist, schon in kurzer Zeit seine volle Drehzahl zu erreichen vermag, wobei dann der den Mag netkreis erregende Anlassstrom auf den Leerlaufwert zurückgeht, so lässt es sich er reichen, dass dieses Zurückgehen auf kleinen Strom gerade in die Zeitspanne des Vorhan denseins der umgekehrten Federspannung fällt, derart, dass diese die Fähigkeit hat, den Anker 7 abzureissen und mit dessen An schlagfläche 19 an der Nase 20 der Klinke 15 im anhebenden Sinne zu wirken und den Anschlag 23 des Schaltarmes 4 gegenüber dem Ende 19 der Klinke 15 freizugeben,
so dass die Schalterwelle unter der Wirkung der Einschaltkraft auch noch den Winkel a2 durchmisst und damit die Betriebsstellung bei erreichter Leerlaufdrehzahl des Motors -herstellt.
Wenn nun aber die umgekehrte Feder spannung den Anker 7 nicht abzureissen und die Klinke 15 nicht anzuheben vermag, dann findet das infolge der umgekehrten Feder spannung inzwischen radial nach auswärts umgelegte Ende 13 des Winkelhebels 11, wie in der Fig. 2 dargestellt, den Zinken 16 der Klinke 15 im Wege, wenn die Schwungmasse 10 zurückkehrt. Mit einem Geschwindigkeitshöchstwerte prallt die Schwungmasse 10 auf den Zinken 16 der Klinke 15 und hebt diese zur Herbeiführung der Betriebsschaltung aus.
Diese sich unabhängig von einer magne tischen Wirkung bezw. der Stärke des An fahrstromes abspielende Weiterschaltung er folgt also nach einer bestimmten Zeit vom Augenblicke der Kontaktgebung an den Kon taktflächen 1 an. Zweckmässigerweise wählt man diese Zeit so, dass sie auf keinen Fall kürzer ist, als die Anlasszeit des vermöge der Kupplungen leer anlaufenden Motors.
Anstatt den Winkelhebel im Moment der grössten Geschwindigkeit der Schwungmasse auf die Klinke<B>15</B> aufschlagen zu lassen, kann dies auch zu einem andern Zeitpunkt gesche hen. Durch eine mehr oder weniger grosse Aufspreizung (bleibende Deformation) der Feder 9 kann die Lage, die die Schwung masse gegenüber der Welle 3 bei völlig ent spannter Feder einnimmt, verschoben werden, so dass dann die Feder in der in Fig. 2 ge zeigten Stellung mehr oder weniger gespannt ist.
Wählt man die Verhältnisse so, dass im Augenblicke des Auftreffens am Zinken 16 bei der rückläufigen Bewegung die Nullage noch nicht wieder erreicht ist und noch eine erhebliche Federspannung vorliegt, die bei spielsweise für sich allein nicht imstande wäre, die Klinke 15 an der Nase 20 unter Abreissen des Ankers 7 anzuheben, so liesse sich erreichen, dass dies durch das Hinzu kommen der, wenn auch kleineren Stosswir kung, im Augenblicke des Auftreffens am Zinken 13 unter der vereinten Wirkung der potentiellen und kinetischen Energie zustande kommt.
In den Spulen 6 entsteht neben dem Ohmschen Spannungsabfall auch ein induk tiver Spannungsabfall, der die Anlassspan- nung in erwünschter Weise weiter herabzu setzen vermag. Gleichgültig ob die Spulen 6, wie im Beispiele angenommen, einen Stern punktwiderstand liefern, oder ob sie zu an dern Widerständen in Serie geschaltet sind, so bleibt es unbenommen, die Verhältnisse so zu wählen, dass beim Abreissen des An kers 7, noch bevor die Kontaktgebung der Anlassstufe an den Kontaktstücken 1 unter brochen ist,
infolge der Einfügung eines grö sseren Luftspaltes in den Magnetkreis der induktive Spannungsabfall zurückgeht und damit die Anlassspannung der Motorwicklung gegen Ende des leeren Motoranlaufes um einen gewissen Betrag erhöht wird.
An Stelle oder auch neben einer magne tischen Kraft, könnte auf den Anker 7 auch eine vom Strome her auf thermischem Wege (vom Strome geheizte Bimetallstreifen, vom Strome geänderte Elastizitäts- oder Festig keitseigenschaften und dergleichen) erzeugte Kraft einwirken. Sie könnten nicht nur dazu henutzt werden, einer Bewegung des Ankers 7 zu dienen.
Es könnte durch sie vielmehr auch die Anschlagnase 23 gegenüber dem Kontaktarme 4 zum Beispiel infolge der vom Anlassstrom in der Spule 6 erzeugten Wärme vom Ende 21 der Sperrklinke 15 etwa radial nach einwärts fortbewegt und dadurch die Weiterschaltung herbeigeführt werden, so fern nicht schon vorher aus der kinetischen hezw. potentiellen Energie des schwingen den Systems eine Ausklinkung durch An heben der Sperrklinke 15 am Zinken 16 oder an der Nase 20 erfolgt wäre.
Selbstverständlich kann man die Weiter- achaltung ausschliesslich durch die potentielle l,:iiergie der Feder oder durch die kinetische Energie der Schwungmasse bewirken lassen and zum Beispiel den Anker 7 ohne Mittel ziiin Erzeugen einer magnetischen, dem An- heben der Klinke 15 entgegenwirkenden Kraft ausführen.
Anstatt das schwingende System durch rein mechanische Mittel für die Weiterschal tung zu verwenden, bleibt es auch offen, sich der Zwischenschaltung elektrischer Steue rungsglieder zu bedienen.
Anstatt die Masse 10 dadurch in Schwin gung zu versetzen, dass sie bei der Schalter- liewegung in die Anlassstellung durch die Feder 9 allmählich nachgeholt wird, lässt sich selbstverständlich auch so vorgehen,
dass die Schwungmasse 10 in starrer Mitnahme angeworfen wird und die Feder 9 dann erst vom Augenblicke der Verzögerung des Schal ters beim Eintreten in die Kontaktstellunb der Anlassstufe an durch die mit unverzin- derter Geschwindigkeit weiter zu eilen trach tenden Schwungmasse anfängt gespannt zu werden. Anstatt die Bewegung der Schalter welle bezw. der Kontakteinrichtung zum Anwerfen der Schwungmasse 10 Heranzuzie hen, ist es zum Beispiel auch möglich, diese Masse durch die Vorrichtung zum Antreiben der Welle 3 direkt antreiben zu lassen.
Fer ner ist es auch ohne weiteres möglich, bei spielsweise eine magnetische Wirkung aua dem in der Anlassstufe fliessenden Strom zum Antriebe der Schwungmasse heranzuziehen.
Anstatt die Schwungmasse - die im übrigen auch in mehrere Körper aufgeteilt werden kann - auf der Schalterwelle selbst anzuordnen, ist es auch möglich. sie hiervon unabhängig zu lagern; sie kann auch eine von der zylindrischen abweichende Gestalt haben und anstatt drehbar auch für gerad linige Bewegung eingerichtet sein.