DE10141295C2 - Stufenschaltvorrichtung für die Drehzahlstellung eines Elektromotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stufenschaltvorrichtung für die Drehzahlstellung eines Elektromotors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Stand der Technik

Eine derartige Stufenschaltvorrichtung ist aus der DE 32 07 262 C3 bekannt. Die bekannte Vorrichtung zur Drehzahlsteue­ rung besitzt einen Schieber mit elektrisch leitendem Kon­ takt, welcher in Abhängigkeit von der einzustellenden Dreh­ zahl in bestimmte mehreren Anzapfungen eines Vorwiderstandes zugeordneten Schieberstellungen bewegbar ist. In diesen Schieberstellungen wird dem Elektromotor über den angezapf­ ten Bereich des Vorwiderstandes ein effektiver Laststrom zu­ geführt, welcher der einzustellenden Drehzahl proportional ist. Mit den Anzapfungen sind Leiterbahnen verbunden, die sich in Bewegungsrichtung des Schiebers erstrecken. Zum An­ schließen der jeweiligen Anzapfungen an die als Wechselspan­ nungsquelle ausgebildete Spannungsquelle werden die elektri­ schen Kontakte des Schiebers auf diesen Leiterbahnen bewegt.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Stufenschaltvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine Speisung des Elektromotors durch den Laststrom mit vereinfachten Mit­ teln erlaubt.

Diese Aufgabe wird bei einer Stufenschaltvorrichtung der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Bei der Erfindung wird ein Schieber vorgesehen, welcher ei­ nen Umschalter aufweist, dessen mit der Spannungsquelle ver­ bundener Umschaltkontakt zwischen wenigstens zwei Schalt­ stellungen in Abhängigkeit von der Schieberstellung um­ schaltbar ist. In der jeweiligen Schaltstellung des Um­ schaltkontaktes ist dieser mit einer der Anzapfungen, welche der jeweiligen Schieberstellung zugeordnet ist, elektrisch verbunden. Hierdurch ist es möglich, den Elektromotor über seine Wicklungsanzapfungen in den Laststromkreis zu schal­ ten. Die Stufenschaltvorrichtung erlaubt eine kontinuierli­ che Betätigung des Schiebers wie bei einem Potentiometer, wobei in jeweiligen den Anzapfungen zugeordneten Schieber­ stellungen der Umschalter vorzugsweise mit Hilfe eines me­ chanischen Stellelementes in die jeweils gewünschte Schalt­ stellung gebracht wird. Das mechanische Stellelement kann in der Weise ausgebildet sein, dass es bei der Bewegung des Schiebers eine Steuerfläche abtastet, die die Umschaltung des Umschalters bewirkende Steuerbereiche aufweist. Diese Steuerbereiche können Erhebungen und Vertiefungen in der Steuerfläche sein, welche sich entlang der Bewegungsstrecke des Schiebers ausdehnt. Hierzu kann das Stellelement einen Schleifer aufweisen, der gleitfähig und gegebenenfalls mit mechanischer Vorspannung, beispielsweise Federkraft an der Steuerfläche anliegt und in Abhängigkeit von der Schieber­ stellung und der Ausbildung der jeweils zugeordneten Steuer­ bereiche das mechanische Stellelement und damit den daran gekoppelten Umschaltkontakt in die jeweilige Schaltstellung bringt.

In den jeweiligen Schieberstellungen können Rastmittel vor­ gesehen sein, durch die der Schieber und damit der Anschluss der Jeweiligen Anzapfung an den Laststromkreis durch Verrastung sichergestellt ist. Die Verschiebung des Schiebers in die jeweiligen Schieberstellungen erfolgt durch kontinuier­ liche Bestätigung, wie bei einem Potentiometer. Der mitge­ führte Umschalter wird durch das Zusammenwirken der Steuer­ fläche mit dem mechanischen Stellelement, das auf den Um­ schalter wirkt, entsprechend den Anzapfungen unterbrechungs­ frei umgeschaltet.

Bei der Erfindung benötigt man für mehrere, beispielsweise vier Ein- bzw. Umschaltfunktionen der mehreren Anzapfungen nur einen Sprungkontakt. Der Schleifkontakt wird von der Schaltfunktion entlastet und somit nur der Nennstrom über­ tragen. Die Stufenschaltvorrichtung kann für Gleich- und Wechselstrommotore, insbesondere Universalmotore und Konden­ sator- und Spaltpolmotore, im Lüftungs- und Antriebsbereich verwendet werden.

Beispiele

Anhand der Figur, welche schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt, wird die Erfindung noch näher er­ läutert.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Elektromotor 20, welcher vier Anzapfungen (Wicklungsanzapfungen) 7, 8, 9 und 10 aufweist, von einer als Wechselspannungsquelle ausge­ bildeten Spannungsquelle 21 mit Strom versorgt. Die Drehzahl des Elektromotors 20 wird durch eine Stufenschaltvorrichtung eingestellt, welche in Abhängigkeit von der gewünschten Drehzahl den Motor über die entsprechende Anzapfung mit Strom versorgt.

Die Stufenschaltvorrichtung, welche auf einem Träger 22, beispielsweise in Form einer Leiterplatte, und in einem nicht näher dargestellten Rahmen oder Gehäuse angeordnet ist, beinhaltet einen Schieber 1, der einen Umschalter 2 aufweist. Der Umschalter 2 besitzt einen zwischen zwei Schaltstellungen bewegbaren Umschaltkontakt 11. Der Um­ schaltkontakt 11 ist ständig über eine Überbrückungsleiter­ bahn 23 mit der Spannungsquelle 21 verbunden. Die Überbrü­ ckungsleiterbahn 23 erstreckt sich entlang einer Bewegungs­ richtung 15 des Schiebers 1. Der Schieber 1 ist am Träger 22 oder dem nicht näher dargestellten Rahmen bzw. Gehäuse in der Bewegungsrichtung 15 verschiebbar gelagert. In den bei­ den Schaltstellungen, in die der Umschaltkontakt 11 gebracht werden kann, sind am Schieber elektrische Kontakte 25 und 26 vorgesehen. Beim Bewegen des Schiebers 1 in seiner Bewe­ gungsrichtung 15 wird jeweils einer der beiden Kontakte 25 bzw. 26 elektrisch mit den Anzapfungen 7 bis 10 verbunden, je nachdem, welche Stellung der Schieber 1 entlang seiner Bewegungsrichtung 15 einnimmt.

Mit den entlang der Bewegungsrichtung 15 des Schiebers 1 in Aufeinanderfolge kontaktierbaren Anzapfungen 7 bis 10 sind Leiterbahnen 3 bis 6 verbunden, die sich in ihrer Längsaus­ dehnung entlang der Bewegungsrichtung 15 des Schiebers 1 erstrecken. Aufeinanderfolgende Leiterbahnen 3 bis 6 sind in der Bewegungsrichtung 15 versetzt zueinander angeordnet und verlaufen parallel zueinander. In der Bewegungsrichtung 15 besitzen aufeinanderfolge elektrische Leiterbahnen 3 bis 6 sich überlappende Bereiche. Die elektrischen Leiterbahnen befinden sich auf dem Träger 22, welcher, wie schon erläu­ tert, als Leiterplatte ausgebildet sein kann. Beim Bewegen des Schiebers 1 in der Bewegungsrichtung 15 werden die Kon­ takte 25, 26, welche ortsfest am Schieber 1 angeordnet sind, abwechselnd mit aufeinanderfolgenden Leiterbahnen 3 bis 6 in elektrisch leitende Berührung gebracht.

Beim Bewegen des Schiebers 1 wird der Umschaltkontakt 11 mit Hilfe einer mechanischen Betätigungseinrichtung abwechselnd in eine seiner beiden Schaltstellungen gebracht, in denen der Umschaltkontakt 11 mit dem jeweiligen Kontakt 25 bzw. 26 elektrisch leitend verbunden wird. Dies erfolgt mit Hilfe einer Betätigungseinrichtung, welche in Abhängigkeit von der jeweiligen Schieberstellung den Umschaltkontakt 11 in seine gewünschte Schaltstellung steuert.

Die Betätigungseinrichtung besitzt hierzu eine Steuerfläche 13, welche sich entlang der Bewegungsrichtung 15 des Schie­ bers 1 erstreckt. Die Steuerfläche 13 besitzt Erhöhungen und Vertiefungen, welche sich quer zur Bewegungsrichtung 15 des Schiebers 1 ausdehnen. Die Steuerfläche 13 wird von einem Schleifer 14, welcher mit der Steuerfläche 13 gegebenenfalls mit Federvorspannung in Berührung steht, abgetastet. Die Ab­ tastbewegung des Schleifers 14 wird über ein mechanisches Stellelement 12 auf den Umschalter 2 übertragen. Wenn der Schleifer 14 sich in einer Vertiefung der Steuerfläche 13 befindet, wird der Umschaltkontakt 11 in die in der Figur dargestellte untere Schaltstellung gebracht und ist in die­ ser Stellung mit dem Kontakt 26 elektrisch verbunden. Wenn der Schleifer 14 sich auf einer Erhöhung der Steuerfläche 13 befindet, ist der Umschaltkontakt 11 in seine in der Figur oben liegende Schaltposition gebracht und mit dem Kontakt 25 am Schieber 1 elektrisch verbunden. Um den Umschaltkontakt 11 von einer Schaltstellung in die andere zu bringen, sind zwischen den Vertiefungen und Erhöhungen der Steuerfläche 13 im Bereich der Überlappungen der Leiterbahnen 3 bis 6 Steu­ erbereiche 16 bis 19 vorgesehen, innerhalb welcher ein Wech­ sel zwischen den Schaltstellungen bewirkt wird. Diese Steu­ erbereiche 16 bis 19 sind in der Figur als senkrecht zur Be­ wegungsrichtung 15 verlaufende Flächenbereiche dargestellt. Diese Flächenbereiche können jedoch abgerundet oder schräg verlaufend angeordnet sein, um eine einwandfreie und konti­ nuierliche Bewegungssteuerung für den Umschaltkontakt 11 mit Hilfe des Schleifers 14 und des mechanischen Stellelementes 12, welches die Bewegung des Schleifers 14 auf den Umschalt­ kontakt 11 überträgt, zu erreichen.

Die Arbeitsweise der dargestellten Stufenschaltvorrichtung ist folgende.

Bei der in der Figur dargestellten Betriebsstellung ist der Elektromotor 20 ausgeschaltet. Der Schieber 1 befindet sich in einer Stellung, in welcher die Kontakte 25 bzw. 26 mit den Leiterbahnen 3 bis 6 nicht kontaktiert sind. Dem Elek­ tromotor 20 wird kein Strom zugeführt. Beim Bewegen des Schiebers 1 in der Figur nach rechts wird der am Schieber 1 ortsfest vorgesehene Kontakt 25 mit der Leiterbahn 3, die mit der ersten Wicklungsanzapfung 7 des Elektromotors 20 verbunden ist, elektrisch kontaktiert. Bei dieser Verschie­ bung wird der Schleifer 14 über den Steuerbereich 16 der Steuerfläche 13 bewegt, wobei die senkrecht bzw. schräg zur Bewegungsrichtung 15 erfolgende Bewegung des Schleifers 14 über das mechanische Stellelement 12 auf den Umschaltkontakt 11 übertragen wird, so dass dieser mit dem Kontakt 25 elekt­ risch kontaktiert wird. Hierdurch wird die von der Span­ nungsquelle 21 gelieferte Versorgungsspannung über die An­ zapfung 7 der entsprechenden Motorwicklung des Elektromotors 30 zugeleitet. Der Schleifer 14 befindet sich auf einer Er­ höhung der Steuerfläche 13, welche beispielsweise in ihrem mittleren Bereich eine Rastposition für den Schieber 1 defi­ nieren kann. Diese Rastposition ist mit 24 in der Figur be­ zeichnet. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel kann in dieser Schieberstellung der niedrigste Laststrom dem Motor 20 zugeführt werden, so dass dieser mit der niedrigstmögli­ chen Drehzahl dreht. Beim weiteren Verschieben des Schiebers 1 in der Figur nach rechts gelangen die Kontakte 25, 26 in den Überlappungsbereich der beiden Leiterbahnen 3 und 4 und der Schleifer 14 wird in den Steuerbereich 17 der Steuerflä­ che 13 bewegt. Hierdurch erfolgt ein Schaltstellungswechsel, bei welchem der Umschaltkontakt 11 zum Kontakt 26 bewegt wird und mit diesem Kontakt elektrisch verbunden wird. Der Schleifer 14 gelangt dabei aus der Erhöhung an der Steuer­ fläche 13 in eine Vertiefung der Steuerfläche 13. Die Ver­ sorgungsspannung wird dann über die Wicklungsanzapfung 8 dem Elektromotor 20 zugeführt. Etwa in dem mittleren Bereich der Vertiefung kann ebenfalls eine Rastposition 24 vorgesehen sein, in welcher der Schieber 1 für die Stromversorgung des Elektromotors 20 über die Wicklungsanzapfung 8 festgehalten wird. In dieser Schieberstellung wird der Elektromotor 20 mit gegenüber der ersten Schieberstellung erhöhter Drehzahl gedreht.

Zur weiteren Erhöhung der Drehzahl wird der Schieber 1 wei­ ter nach rechts verschoben, so dass wie oben erläutert, durch die Steuerbereiche 18, 19 der Steuerfläche 13 der Um­ schalter 2 entsprechende Schaltstellungen einnimmt, durch die über die Wicklungsanzapfung 9 bzw. 10 der Motor 20 mit dem gewünschten Nennstrom versorgt wird.

Mit der dargestellten Stufenschaltvorrichtung lässt sich ei­ ne kontinuierliche Betätigung des Schiebers 1 wie bei einem Potentiometer erreichen. Dabei wird der mit dem Schieber mitgeführte Umschaltkontakt 11 unterbrechungsfrei je nach Schieberstellung auf eine der Wicklungsanzapfungen 7 bis 10 umgeschaltet.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist in Verbindung mit einem Wechselstrommotor, der an eine Wechselspannungsquelle anschließbar ist, erläutert. Die Spannungsquelle 21 kann je­ doch auch als Gleichspannungsquelle zur Versorgung eines Gleichstrommotors ausgebildet sein. Ferner kann es sich bei dem Elektromotor 20 um einen Universalmotor handeln.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Schieber 1 als linear verschiebbarer Schieber ausgebildet. Der Schieber 1 kann auch als drehbarer Schieber (Rotor) ausgebildet sein, der entlang der auf Kreisumfängen angeordneten Leiterbahnen 3 bis 6, die, wie oben erläutert, mit den Kontakten 25, 26 abwechselnd Kontaktiert werden, geführt wird. Gleichzeitig wird der Schleifer 14 über die ebenfalls auf einer Kreisbahn befindliche Steuerfläche 13 zur Betätigung des Umschaltkon­ taktes 11, wie oben beschrieben, geführt.

Bezugszeichenliste

1

Schieber

2

Umschalter

3

Leiterbahn

4

Leiterbahn

5

Leiterbahn

6

Leiterbahn

7

Anzapfung

8

Anzapfung

9

Anzapfung

10

Anzapfung

11

Umschaltkontakt

12

mechanisches Stellelement

13

Steuerfläche

14

Schleifer

15

Bewegungsrichtung des Schiebers

16

Steuerbereich

17

Steuerbereich

18

Steuerbereich

19

Steuerbereich

20

Elektromotor

21

Spannungsquelle

22

Träger

23

Überbrückungsleiterbahn

24

Rastpositionen

25

Kontakt am Schieber

26

Kontakt am Schieber

Claims (10)

1. Stufenschaltvorrichtung für die Drehzahlstellung eines aus einer Spannungsquelle (21) gespeisten Elektromotors (20) mit einem Schieber (1), welcher in Abhängigkeit von der einzustellenden Drehzahl in mehrere, Anzapfungen (7 bis 10) zugeordneten Schieberstellungen bewegbar ist, in denen jeweils durch eine elektrisch leitende Verbindung des Schiebers (1) mit einer der Anzapfungen (7 bis 10) dem Elektromotor (20) ein Laststrom zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (1) einen Um­ schalter (2) aufweist, dessen mit der Spannungsquelle (21) verbundener Umschaltkontakt (11) zwischen wenigs­ tens zwei Schaltstellungen in Abhängigkeit von der Schieberstellung umschaltbar ist, wobei in der jeweili­ gen Schaltstellung der Umschaltkontakt (11) mit einer der Anzapfungen (7 bis 10) elektrisch verbunden ist.

2. Stufenschaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass mit dem Umschaltkontakt (11) ein mechani­ sches Stellelement (12) verbunden ist, welches bei der Bewegung des Schiebers (1) eine Steuerfläche (13) abtas­ tet, wobei die Steuerfläche (13) die Umschaltung des Um­ schaltkontaktes (11) bewirkende Steuerbereiche (16 bis 19) aufweist.

3. Stufenschaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Stellelement (12) einen Schleifer (14) aufweist, der an der Steuerfläche (13) gleitfähig anliegt.

4. Stufenschaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Anzapfung (7 bis 10) mit einer zugeordneten Leiterbahn (3 bis 6), die sich in Bewegungsrichtung (15) des Schiebers (1) erstreckt, verbunden ist, und der Umschaltkontakt (11) in der jeweiligen einer Anzapfung zugeordneten Schieber­ stellung mit einer der Leiterbahnen (3 bis 6) elektrisch verbunden ist.

5. Stufenschaltvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (3 bis 6) sich entlang den beiden Schaltstellungen des Umschalt­ kontaktes (11) zugeordneten Linien erstrecken.

6. Stufenschaltvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (3 bis 6) sich in Bewegungsrichtung (15) des Schiebers in ihrer Längsaus­ dehnung überlappen, wobei die Umschaltung des Umschalt­ kontaktes (11) von einer Schaltstellung in eine andere Schaltstellung im Bereich der Überlappung zweier Leiter­ bahnen (3 bis 6) erfolgt.

7. Stufenschaltvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Steuerfläche (13) den Überlappungsbe­ reichen der Leiterbahnen (3 bis 6) zugeordnete Steuerbe­ reiche (16 bis 19) aufweist, durch welche die Umschal­ tung des Umschaltkontaktes zwischen den Schaltstellungen erfolgt.

8. Stufenschaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzapfungen (7 bis 10) Wicklungsanzapfungen des Elektromotors (20) sind.

9. Stufenschaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die den Anzapfungen (7 bis 10) zugeordneten Schieberstellungen Rastpositionen (24) für den Schieber (1) aufweisen.

10. Stufenschaltvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuerfläche (13) über das Stellelement (12) eine im wesentlichen quer zur Be­ wegungsrichtung (15) des Schiebers (1) gerichtete Schaltbewegung auf den Umschaltkontakt (11) übertragen ist.