DE1021930B - Anlasssteuerschalter fuer Einphasen-Kaefigankermotoren mit Haupt- und Anlasswicklung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Anlaßsteuervorrichtungen für mit Anlaßliilfswicklung versehene Einphasen-Käfigankermotoren mit hohem Anlaß drehmoment und betrifft insbesondere Steuerschalter, die aus einem stromempfindlichen Elektromagneten mit zur Hauptwicklung des Motors in Reihe geschalteter Wicklung und aus einem gelenkig angebrachten. Anker bestehen, der relativ zur Achse des Kerns des Elektromagneten in Längsrichtung und seitlich neben diesem angeordnet ist.

Einphasen-Induktionsmotoren werden zum Anlassen mit einer Hilfswicklung (Hilfsphase) versehen, für die eine Anlaß steuerung vorgesehen ist, welche die volle Erregung dieser Wicklung während der Anlaß periode des Motors gewährleistet, sie aber während der Laufperiode abschaltet oder ihr doch einen verringerten Strom zuführt. Die Betätigung der Anlaßsteuerung zum genauen geeigneten Zeitpunkt sowie die Konstruktion des Motors bestimmen das maximale Anlaßdrehmoment, welches erreicht werden kann.

Steuerschalter für diesen Zweck sind bereits bekannt. Diesen Schaltern ist jedoch gemeinsam, daß der zwischen dem Kern des Elektromagneten und dem beweglichen Anker liegende Luftspalt des magnetischen Kreises sich bei Bewegung des Ankers in seiner Größe stark ändert. Hierdurch ergibt sich jedoch eine große Differenz der Stromstärken, bei denen der Anker angezogen wird oder abfällt. Soll der Schalter jedoch auch bei stark schwankender Netzspannung zuverlässig arbeiten, so muß die Stromdifferenz möglichst klein sein, um den Schalter an die sich ergebende Stromstärke anpassen zu können. Es ist daher notwendig, daß sich der Luftspalt zwischen dem Kern und dem beweglichen Anker möglichst wenig ändert.

Bei einer weiteren bekannten Ausführung wird daher ein konischer Luftspalt vorgesehen, der jedoch eine Längsverschieblichkeit und damit Gleitlagerung des Ankers erfordert. Hierdurch wird naturgemäß die Empfindlichkeit des Steuerschalters stark beeinträchtigt. Außerdem wird aber auch durch diese Anordnung kein in seiner Größe nahezu konstant bleibender Luftspalt erreicht, da wegen der Kleinheit des Luftspalts die relativen Änderungen groß sind.

Ziel der Erfindung ist es, einen Steuerschalter zu schaffen, der zwischen dem Einschaltstrom und der Abfallstromstärke eine besonders geringe Stromdifferenz aufweist. Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß ein Ende des Kerns so gebogen ist, daß es um das freie Ende des Ankers herumfaßt, dessen anderes Ende gelenkig angebracht ist, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß sich der Luftspalt im magnetischen Kreis bei der Ankerbewegung fast nicht ändert.

Anlaßsteuerschalter

für Einphasen-Käfigankermotoren

mit Haupt- und Anlaßwicklung

Anmelder:

General Motors Corporation,
Detroit, Mich. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. W. Müller-Bore, Patentanwalt,
Braunschweig, Am Bürgerpark 8

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 12. Juni 1953 und 10. März 1954

Harry Franklin Clark, Dayton, Ohio (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Die Schaffung eines Luftspalts, dessen Größe sich bei der Ankerbewegung kaum ändert, ist das wesentlichste Mittel, mit dem die angestrebte Wirkung erzielt wird. Diese Wirkung kann jedoch durch weitere Mittel unterstützt werden, nämlich die Verwendung von zwei oder mehr Federn, die auf den Anker einwirken und einen geknickten Verlauf der Federkennlinie bewirken, weiterhin durch das ständige Kurzschließen eines Teils der Wicklung des Elektromagneten, wodurch eine größere Empfindlichkeit erreicht wird, und schließlich durch die Verwendung von Gewichten am oberen Teil des Ankers, um ein Abfallen des Ankers zu unterstützen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die ruhige Arbeitsweise des Steuerschalters — beispielsweise erwünscht bei Verwendung in Kühlschränken —, die einmal durch Vorsehen eines Polsteranschlages zwischen Anker und Elektromagnet, zum anderen dadurch erreicht wird, daß der Anker einen elektrischen Kontakt offen und nicht geschlossen hält, wenn er sich im Ruhezustand befindet. Wird der Anker dann angezogen, SO' löst er sich vom Kontakt und überträgt seine Schwingungen nicht mehr auf den Kontakt.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt und im nachstehenden im einzelnen an Hand dieser Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht einer Ausführungsform eines Anlaßschalters zusammen mit einem Schema des Motorstromkreises;

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eingestellt wird. Mit dem freien Ende der Blattfeder 36 ist ein flacher stangenförmiger Anker 38 aus Weicheisen oder einem anderen magnetisierbarer! Material verbunden. Dieser Anker liegt im wesent-5 liehen in der gleichen Richtung wie das Polstück 26. An seinem freien Ende trägt er vorzugsweise an seinen gegenüberliegenden Flächen Bleigewichte 40, die zusammen beispielsweise etwa ein Gewicht von 3 g besitzen können. Das freie Ende des Ankers 38 ίο grenzt an das eine Ende der Hauptspule 30. Der magnetische Kreis wird dadurch vervollständigt, daß das eine Ende 42 des Polstückes quer über das freie Ende des Ankers 38 gebogen wird, und zwar in dieselbe Richtung wie die Abkröpfung und der Anker

g p ;

Fig. 9 zeigt in der gleichen Ansicht eine zweite Wicklungsschicht der Spule;

Fig. 10 zeigt wiederum die gleiche Ansicht der Magnetspule mit einer dritten Wicklungsschicht;

Fig. 11 gibt eine Ansicht wieder, die die Stellung eines Ankers und einer Kontakteinrichtung in einer Stellung zeigt;

Fig. 12 stellt eine ähnliche Ansicht dar, in der sich

Fig. 2 ist eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 in Fig.l;

Fig. 3 zeigt eine Ansicht des in Fig. 1 dargestellten Schalters von unten;

Fig. 4 stellt ein Schaltschema einer abgewandelten Form des Schalters dar;

Fig. 5 ist eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform eines Anlaßrelais zusammen mit einem Schema des Stromkreises eines Einphasen-Käfigankermotors mit Hilfsphase;

Fig. 6 ist eine Seitenansicht des Schalters in Fig. 5. von links gesehen;

Fig. 7 gibt eine Schnittansicht längs der Linie 7-7 in Fig. 5 wieder;

Fig. 8 gibt die Teilansicht der ersten Wicklungs- 15 38. Hiermit wird sichergestellt, daß kein Klicken oder schicht einer elektromagnetischen Spule wieder; sonstiges Geräusch entsteht, wenn der Anker 40 an

gezogen wird. Bei Erregung der Hauptspule 30 wird der Anker 38 gegen die Spule 30 gezogen. Diese Bewegung gegen die Spule 30 wird durch ein Filzkissen 20 44 gedämpft, das an der angrenzenden Oberfläche des Bleigewichts 40 angebracht ist.

An der Grundplatte 20 ist weiter ein flaches Stangenglied 46 mit Vorsprüngen 48 (Fig. 2) befestigt, die durch Schlitze in der Grundplatte 20 hinder Anker und der Kontaktmechanismus in einer an- 25 durchgehen und die Stange fest an ihrem Platz halten, deren Stellung befinden; An dieser Stange 46 ist mittels Punktschweißung das

Fig. 13 schließlich zeigt eine graphische Darstel- Befestigungsende einer Z-förmigen Blattfeder 52 anlung, in der die Stromstärken in dem Stromkreis der gebracht, die einen beweglichen Kontakt 54 trägt. Hauptwicklung unter verschiedenen Betriebsbedin- Dieser bewegliche Kontakt 54 kann durch die Federgungen über einen großen Spannungsbereich gezeigt 30 kraft der Blattfeder 52 mit dem nach oben vorstehen- und den in der Anlaß relaisvorrichtung beim Anziehen den Teil eines L-förmigen festen Kontaktes 56 in Ein- und Abfallen fließenden Strömen gegenübergestellt griff gebracht werden, der mit seinem Befestigungsteil sind. unterhalb der Grundplatte 20 liegt und an dieser an-

In Fig. 1 ist eine ebene Grundplatte 20 gezeigt, die genietet ist. Der obere Querteil 58 der Blattfeder 52 aus einem elektrisch isolierenden Material, beispiels- 35 Hegt gegen den Anker 38 an, wenn die Magnetspule weise Phenolformaldehyd, besteht. Ein Polstück 26, 30, wie in Fig. 1 gezeigt, stromlos ist, so daß der das einen versetzten Teil 28 besitzt, ist mit Hilfe von Kontakt 54 von dem festen Kontakt 56 in Abstand ge-Vorsprüngen 22, 24 (Fig. 2), die durch Schlitze in der halten wird. Wenn der Anker 38 angezogen wird, Grundplatte 20 hindurchgehen, mit einer Seite in diese wird er von der Blattfeder 52 weggezogen, so daß die Grundplatte eingesteckt. Zwischen dem versetzten 40 Federkraft der Feder 52 den beweglichen Kontakt 54 Teil 28 und dem gegenüberliegenden Ende befindet j_n Eingriff mit dem festen Kontakt 56 bringen kann, sich eine Hauptmagnetspule 30, die um das breite Das Anziehen der Magnetspule 30 bewirkt ein Schlieflache Stangenmaterial aus Weicheisen herumgewickelt ßen des magnetischen Kreises, wodurch der Anker so ist, das das Polstück 26 bildet. Diese Hauptmagnet- gehalten wird, daß das Kissen 44 dicht gegen die spule besteht aus etwa fünfunddreißig Windungen 45 Spule 30 gepreßt wird, die hierbei gleichzeitig als Aneines isolierten Drahtes. schlag dient. In der angezogenen Stellung ist der

Um eine bessere Arbeitscharakteristik zu gewähr- Anker 38 von dem angrenzenden Ende 58 der Blattleisten, wenn die Steuerung bei Motoren verschie- feder 52 frei, so daß eine Vibration oder ein Flattern dener Größe verwendet und großen Spannungsände- des Ankers die Anlage der Kontakte 54 und 56 Währungen ausgesetzt wird, ist weiter eine entgegen- 50 rend der Anlaßperiode, während der sie geschlossen gesetzt wirkende Wicklung 32 mit etwa fünfzehn Win- sind, nicht beeinträchtigt, so daß kein intermittierendungen eines ähnlichen Drahtes vorgesehen, die vor- des Funken auftritt.

zugsweise kurzgeschlossen wird, indem ihre beiden Der Strom aus der Netzleitung wird über das

Enden mit dem Polstück verbunden werden. Diese Stangenglied 46 zu einem Verbindungsstreifen 78 geWicklungen 30 und 32 sind gleichmäßig über den Teil 55 leitet, welcher die Verbindung mit dem Polstück 26 des Polstückes 26 verteilt, der zwischen den beiden herstellt. Der Strom wird dann über das Polstück26 abgewinkelten Teilen liegt. Mit weniger zufrieden- zu dem einen Ende der Hauptmagnetspule 30 geleitet stellenden Ergebnissen kann die entgegengesetzt wir- und fließt darauf durch diese Spule zu deren anderem kende Wicklung 32 auch, wie in Fig. 4 gezeigt, mit Ende, welches vorzugsweise durch einen unterhalb der der Hilfswicklung oder auch mit der gemeinsamen 60 Grundplatte 20 liegenden Leiter 80 mit der Klemme Netzzuleitung in Reihe geschaltet sein. Die Haupt- 82 der Hauptwicklung verbunden ist, die gleichfalls spule 30 kann auch mehr Windungen besitzen. Dem
muß jedoch dann damit entgegengewirkt werden, daß
man den Anker mit einer stärkeren Rückführfeder
versieht. Der abgekröpfte Teil 28 ist mit einem abge- 65
bogenen Endteil 34 versehen, an dem das eine Ende
einer dünnen Rückführblattfeder 36 befestigt ist.
Diese dünne Blattfeder 36 ist im wesentlichen gerade,
so daß sie nicht gebogen zu werden braucht, da ihre

unterhalb der Grundplatte 20 liegt. Diese Klemme 82 ist über einen Leiter 84 unterhalb der Grundplatte 20 mit der Hauptwicklung 86 des Motors 88 \-erbunden. Der feste Kontakt 56 ist über einen unterhalb der Grundplatte 20 liegenden Leiter 90 mit dem einen Ende der Hilfswicklung 92 des Motors 88 verbunden. Die beiden zusammengeschlossenen Enden der Haupt- und der Hilfswicklung 86 und 92 sind an den anderen

genaue Winkelstellung durch den abgebogenen Teil 34 70 Netzleiter 94 angeschlossen.

Der Anker 38 kann verstellt oder eingerichtet werden, um das Arbeiten des Kontaktes 54 zu verändern, indem man das abgebogene Ende 34 in die Stellung biegt, die die besten Ergebnisse bringt.

Die entgegengesetzt wirkende Spule verbessert die Leistung des Relais. Sie macht eine geringere Stromdifferenz zwischen dem Anziehen oder Schließen des Relais und seinem Abfallen oder Öffnen möglich. Diese geringere Differenz ermöglicht das Schließen des Relais bei einer niedrigeren Netzspannung, während sie ohne eine Änderung der Abmessung das Abfallen oder Öffnen des Relais bei einer höheren Netzspannung ermöglicht. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Anlaßsteuerung über einen großen Spannungsbereich, beispielsweise von 90 bis 125 Volt. und für verschiedene Größen von Käfigankermotoren, etwa von 0,1 bis 0,2 PS, besser arbeiten als ein Relais von ähnlicher Bauart mit nur einer Spule, ungeachtet der Tatsache, ob für den Stromkreis der Anlaßwicklung ein Kondensator vorgesehen ist oder nicht.

In Fig. 4 ist eine abgewandelte Form der Steuervorrichtung gezeigt, bei der ein ähnliches Polstück 126 wie vorher verwendet wird, das einen abgekröpften Teil 128 besitzt, an dem eine Blattfeder 136 befestigt ist, die mit einem flachen Anker 138 verbunden ist. Der Anker 138 ist an seinem freien Ende mit einem kupfernen Kurzschlußring 139 versehen. Dieser kurzgeschlossene Kupferring wird gleichzeitig dazu benutzt, an dem Anker 138 einen Kontaktarm 152 zu befestigen, der einen beweglichen Kontakt 154 trägt, der an einem festen Kontakt 156 zur Anlage kommen kann, wenn der Anker 138 angezogen wird. In der Ausschaltstellung ruht der kurzgeschlossene Kupferring gegen einen Anschlag 170. Das Polstück 126 ist mit einer Hauptmagnetspule 130 und einer zweiten, entgegengesetzt wirkenden Magnetspule 132 versehen. Der gemeinsame Anschluß dieser beiden Spulen ist über den Leiter 173 mit einem Steuerschalter 176 verbunden, der die Stromzufuhr vom Netzleiter 174 steuert. Der Kontakt 156 steht über den Leiter 190 mit dem einen Ende der Hilf swicklung 192 in Verbindung. Das eine Ende der der Spule 130 entgegenwirkenden Spule 132 ist über den Leiter 133 mit der Blattfeder 136 verbunden, die den Strom zum Anker 138 leitet, durch den der Strom zum Anlaßkontakt 154 fließt. Der zweite Pol der Hauptspule steht über den Leiter 180 mit dem einen Ende der Hauptwicklung 192 des Motors 188 in Verbindung. Die zweiten Pole der Haupt- und der Hilfswicklung sind gemeinsam mit dem Netzleiter 194 verbunden. In den Stromkreis der Hilfswicklung kann ein Kondensator 191 eingeschaltet sein, der aber auch gegebenenfalls fehlen kann, wenn ein ausreichendes Anlaßdrehmoment auch ohne die Verwendung eines solchen Kondensators erreicht werden kann.

In den Fig. 5 und 6 ist eine weitere Ausführungsform eines Steuerschalters dargestellt. Entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1 bis 3 versehen. Das abgewinkelte Ende 42 des Kernstreifens 26 ist mit einem Stützschenkel 23 versehen. Das untere Ende des abgekröpften Teils 28 des Kernstreifens 26 besitzt eine quer liegende, waagerechte Öffnung 27, die das Biegen des abgebogenen Endteils erleichtert. Ebenso ist die dünne Gelenkfeder 36, die vorzugsweise aus Berylliumkupfer bestehen kann, mit einer in der Mitte angeordneten recht- \vinkligen Öffnung 37 versehen, um ihre Federkraft herabzusetzen. Das obere Ende des flachen Ankers 38 ist mit einem Bleigewicht 40 versehen, das in Form eines großköpfigen Niets durch eine öffnung in dem oberen Ende des Ankers 38 hindurchgeht. Die Blattfeder 36 hält den Anker 38 normalerweise gegen die Rückseite des L-förmigen festen Kontaktes 56. Der Anker ist in dem Abschnitt, der an den Kontakt 56 angrenzt, mit einem Streifen elektrischen Isoliermaterials 57 umwunden.

Auf der Grundplatte 20 ist weiterhin ein flaches Stangenglied 46 mit Vorsprüngen 45 befestigt, die durch entsprechend angebrachte Schlitze in der Grundplatte 20 hindurchgehen. An diesem Stangenglied 46 ist der Fuß des L-förmigen Blattfederkontaktgliedes 52 angeschweißt. An das Stangenglied 46 ist ein isolierter Leiter 78 angeschweißt oder -gelötet, der den Strom aus der Netzleitung zu der Magnetspule30 führt.

Die Schwierigkeiten bei der Konstruktion eines geeigneten elektromagnetischen Anlaßrelais für einen Käfigankermotor mit hohem Drehmoment, beispielsweise einen Motor von etwa Vs PS für Kühlschränke, wenn dieser verhältnismäßig großen Schwankungen in den Netzspannungen ausgesetzt ist, wie sie aus den unterschiedlichen örtlichen Netzverhältnissen resultieren, ist in dem Strom-Spannungs-Diagramm in Fig. 13 dargestellt.

In Fig. 13 ist die sich ergebende Änderung des Stromes in der Hauptwicklung in Ampere über den Netzspannungen, die von 80 bis 140 VoJt variieren und die die Änderungen in der Stromstärke bedingen, aufgetragen. Wie ersichtlich, schwankt die Stärke des Stromes in der Hauptwicklung zu Beginn des Anlassens, d. h. bei stillstehendem Rotor, zwischen 6 bis über 10 Amp. innerhalb des großen Spannungsbereichs, wie durch die beiden oberen Kurven A, B gezeigt. Von diesen Kurven bezieht sich die Kurve A auf eine warme und die Kurve B auf eine heiße Wicklung. Unterhalb dieser oberen Kurven ist in strichpunktierten Linien eine Schar von vier Kurven P, Q, R, S aufgetragen, die die Stromstärke in der Hauptwicklung für verschiedene Belastungen wiedergeben, und zwar für 2OO°/oige P- und 150°/oige Q-Belastung, Vollast R und unbelastet S. Die Kurven beziehen sich auf die höchste Drehzahl, die erreicht wird, wenn beide Wicklungen voll erregt sind.

Diese höchste Drehzahl variiert bei einer Frequenz des Wechselstromes von 60 Hz und zwei Polpaaren zwischen 1700 und 1725 UpM unbelastet. Vorzugsweise wird die Hilfswicklung abgeschaltet, wenn zwischen 1400 und 1500UpM das maximale Drehmoment erreicht ist. Ein zufriedenstellendes Anlassen kann aber auch erreicht werden, wenn die Hilfswicklung an irgendeinem Punkt zwischen dem maximalen Drehmoment und der höchsten Drehzahl abgeschaltet wird.

Wie ersichtlich, muß das Relais bei einer Spannung von 90VoIt bei einer Stromstärke von weniger als 6 Amp. anziehen. Sollte dagegen die Spannung etwa 130 Volt betragen und die Belastung 150%, müßte das Relais bei etwa 6 Amp. abfallen. Dieses ergibt Betriebsbedingungen, die mit einem üblichen elektromagnetischen Relais nicht beherrscht werden können.

Im Spannungsbereich X, zwischen 85 und 107 Volt, zieht das Relais, das in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist, bei 5,5 Amp. (Kurve C) an und fällt bei 5,3 Amp. (Kurve D) ab. Oberhalb von 107VoIt, im Bereich Y, zieht das Relais bei 7.5 Amp. an und fällt bei 6,2Amp. ab (s. Kurven C bzw. D in Fig. 13). Diese Arbeitsweise in zwei Bereichen wird einmal durch die Kontaktanordnung bewirkt, zum anderen durch eine genaue Abstimmung aller Kräfte, nämlich der Stärke des Blattfederkontaktgliedes 52 und seiner Hilfsfeder

154, der die Gelenkfeder 36 entgegenwirkt, schließlich durch Auswahl einer geeigneten Magnetspule 30 mit einem ungewöhnlich breiten Luftspalt zwischen dem abgewinkelten Ende 42 und dem angrenzenden Ende des Ankers 38.

Das Blattfederkontaktglied 52 ist an seinem oberen Ende geschlitzt, wie am besten aus Fig. 7 ersichtlich. Hierdurch wird einmal ein Federarra 152 gebildet, der den Kontakt 153 trägt. Der andere Teil bildet einen Hilfsfederarm 154 mit einem abgekröpften Teil, der an dem Bleigewicht 40 zur Anlage kommt. Die Gelenkfeder 36 ist so dünn, daß sie nur eine sehr geringe Federwirkung besitzt, die gerade ausreicht, die entgegengesetzt wirkende Federkraft des Blattfederkontaktgliedes 52 zu überwinden, wenn das Bleigewicht 40 am Anker 38 am Hilfsfederarm 154 anliegt und dieses Glied im Uhrzeigersinn bewegt, bis der Isolierstreifen 57 am Kontakt 56 zur Anlage kommt, wie in Fig. 5 gezeigt.

In der in Fig. 5 gezeigten Stellung hält die Kraft des Blattfederkontaktgliedes 52 entgegen dem Uhrzeigersinn der in. entgegengesetzter Richtung wirkenden Kraft der Feder 36 annähernd das Gleichgewicht. Es genügt daher eine relativ schwache elektromagnetische Kraft, um den Anker 38 anzuziehen und auf die Spule zu zu bewegen.

Die Spule 30 ist mit so viel Windungen versehen, daß der Anker 30 weich angezogen wird, wenn der durch die Hauptwicklung und die Spule 30 fließende Strom 5,5 Amp. beträgt. Bei diesem niedrigen Strom wird der Anker, solange der Strom 7 Amp. nicht übersteigt, nur so weit angezogen werden, wie er von dem Kontaktglied 52 unterstützt wird, wie in Fig. 11 gezeigt.

Hierbei kommt der Kontakt 153 zur Anlage am Kontakt 56. Damit wird der Stromkreis der Hilfswicklung geschlossen, da der Kontakt 56 über einen Leiter 90, in den wahlweise ein Kondensator 190 eingeschaltet sein kann, mit einem Pol der Hilfswicklung 92 in Verbindung steht. Der andere Pol der Hilfswicklung 92 des Motors 88 ist mit einem mit der Hauptwicklung 86 gemeinsamen Anschluß verbunden. Dieser gemeinsame Anschluß ist an den Netzleiter 94 angeschlossen. Der zweite Pol der Hauptwicklung 86 steht über den Leiter 84 mit der Magnetspule 30 in Verbindung. Der durch beide Windungen fließende Strom läßt den Motor anlaufen. Zwischen dem maximalen Drehmoment und der höchsten Drehzahl fällt der Strom in dem Stromkreis der Hauptwicklung und des Relais unter 5,3 Amp. Damit reicht aber die so elektromagnetische Kraft nicht mehr aus, den Anker 38 zu halten. Dieser wird dann freigegeben, kommt wieder zur Anlage an dem Federarm 154 und führt den Kontaktarm 52 und den Kontakt 153 in die in Fig. 5 gezeigte Stellung zurück.

Wenn die Netzspannung und der Strom in der Hauptwicklung über 107VoIt bzw. 7,5 Amp. betragen, reicht die Anziehung des Ankers 38 durch die Magnetkraft aus, diesen anzuziehen, bis sich der Filzanschlag 44, der auf der angrenzenden Oberfläche des Bleigewichts 40 angebracht ist, gegen die Magnetspule 30 anlegt. Diese Bewegung erreicht einen kritischen Punkt, wenn der Kontakt 153 am Kontakt 56 zur Anlage kommt und damit die Hauptfederkraft des Federkontaktarmes 52 aufgehoben wird. Durch Schlitzen des Kontaktarmes 52 wird ein federnder Vorsprung gebildet, der abgebogen wird, wenn sich der daran befindliche Kontakt 153 an den festen Kontakt 56 anlegt. Weiter wird hierdurch der bereits erwähnte Hilfsfederarm 154 geschaffen, der nach dem Anlegen des Kontaktes 153 an den Kontakt 56 weiter im Uhrzeigersinn federt, dabei weiterhin das Bleigewicht 40 berührt und dieses so zusammen mit dem Anker 38 durch diesen kritischen Bereich bewegt, bis der Anker eine Zone erreicht, in der die Kraft des Magnetfeldes ausreicht, ihn weiterzubewegen, bis das Filzkissen 44 gegen die Spule 30 anschlägt.

Am Anfang dieser Bewegung ist, wie in Fig. 5 gezeigt, der Federarm 154 durch die Kraft, die er auf das Bleigewicht 40 und den Anker 38 überträgt, im Uhrzeigersinn abgebogen. Hierdurch wird eine begrenzte Federkraft in diesem Hilfsfederarm 154 gespeichert, die während der kritischen Periode auf das Bleigewicht 40¹ und den Anker 38 übertragen wird, und zwar unmittelbar, nachdem der Kontakt 153 den festen Kontakt 56 berührt hat, wodurch der Anker 38 über diesen kritischen Bereich unterstützt wird, bis er in einen stärkeren Teil des Magnetfeldes eintritt. Zwischen dem Winkelteil 42 des Pol Stückes 26 und dem angrenzenden Ende des Ankers 38 ist ein ungewohnlich breiter Luftspalt vorgesehen, so daß in der in Fig. 12 gezeigten Stellung die magnetische Anziehungskraft nicht allzuviel größer ist als in der in Fig. 11 gezeigten Stellung. Vorzugsweise beträgt die Länge des Luftspalts zwischen dem Ende des Ankers 38 und dem Winkelstück 42 etwa 0,8 bis 1 mm.

Um die Differenz in der Stromstärke zwischen dem Anziehen des Ankers 38 und seinem Abfallen weiter herabzusetzen, ist die Magnetspule 30 mit einer kurzgeschlossenen Wicklung 132 (Fig. 8) mit etwa fünfzehn Windungen versehen. Zu diesem Zweck wird der Leiter 78 durch eine Öffnung in der Mitte eines Kern-Streifens 26 hindurchgeführt, wie in Fig. 8 gezeigt, und danach unten nacheinander fünfzehn Windungen aufgebracht. Wie in Fig. 8 weiter gezeigt, wird dann die unterste Windung an ihrem Kreuzungspunkt, der durch das Bezugszeichen 133 gekennzeichnet ist, mit dem Leiter 78 elektrisch gut leitend verbunden. Anschließend wird dann eine zweite Wicklungsschicht, beginnend an der Verbindungsstelle 133, nach aufwärts zum abgewinkelten Teil 42 hin aufgewickelt, wie durch das Bezugszeichen 134 in Fig. 9 gekennzeichnet. Diese zweite Schicht hat vorzugsweise etwa vierundzwanzig Windungen. Vom Ende der zweiten Schicht aus ist eine dritte Schicht 135 von zehn zusätzlichen Windungen aufgebracht, die nacheinander nach unten gewickelt sind, wie in Fig. 10 dargestellt, und die in dem Anschluß 80 endet. Die kurzgeschlossene Spule verringert zusätzlich zu den anderen Merkmalen des Relais das statische Differential des Relais um etwa 10 bis 2O°/o. Es scheint jedoch unter den tatsächlichen Arbeitsbedingungen das dynamische Differential in einem noch größeren Maße zu verringern. Dies ist wichtig, wenn die Benutzung des Relais auf höhere Spannungen ausgedehnt werden soll, wie in Fig. 13 angegeben. Auf diese Weise kann man das Relais abfallen lassen, wenn die Spannung höher als 130 Volt liegt und die Belastung etwa 150 % der Volllast ausmacht.

Während der Anlaßperiode wird in der kurzgeschlossenen Spule 132 Energie gespeichert. Gegen Ende der Anlaßperiode, wenn der Strom in der Hauptwicklung und in den restlichen Abschnitten der Spulen 134, 135 schnell abfällt, gibt die kurzgeschlossene Spule 132 von ihrer gespeicherten Energie ab, und zwar so, daß sie dem Fluß oder der magnetischen Kraft, die durch den Strom im Stromkreis der Hauptwicklung in den Spulenabschnitten 134, 135 erzeugt wird, entgegenwirkt. Der durch die Spulen 134,135 erzeugte Fluß ist gegenüber dem Strom in diesen

Spulen um etwa 90° verschoben. Der Strom in der kurzgeschlossenen Spule 132 eilt dem Fluß, der durch die Spulen 134, 135 erzeugt wird, um 90° nach, und der Fluß, der durch die Spule 132 erzeugt wird, eilt seiner Spule um 90° nach, so daß der Fluß, der durch die Spule 132 hervorgerufen wird, um etwa 180° gegen die Phase des Flusses verschoben ist, der von den Spulen 135 und 134 erzeugt wird.

Die Spulen 134, 135 wirken in der Zeit, wo der Strom in ihnen anwächst, als Primärwicklung eines Transformators, während die kurzgeschlossene Spule 132 dann als Sekundärwicklung dieses Transformators wirkt. Wenn der Strom in den Spulen 134,135 abfällt, wirkt die kurzgeschlossene Spule 132 als Primärwicklung, während die Spulen 134, 135 als Sekundärwicklung wirken. Die Versuchsergebnisse zeigen, daß das Differential des Relais unter den gegebenen Arbeitsbedingungen wesentlich verringert wird, wenn die kurzgeschlossene Spule 132, wie in den Zeichnungen gezeigt, vorgesehen wird.

Diese Spule ermöglicht es, das Relais von der in Fig. 12 gezeigten Stellung bei einer hinreichend hohen Stromstärke, beispielsweise 6,2 Amp., abfallen zu lassen, um den Stromkreis der Hilfswicklung¹ unter 150°/oiger Last und bei einer Netzspannung von 135VoIt zu unterbrechen. Dadurch, daß das Anlaßrelais für das Arbeiten in diesen zwei Stufen ausgelegt ist, kann der Bereich der Netzspannung, innerhalb welchem die erfindungsgemäße Steuereinrichtung verwendet werden kann, nahezu verdoppelt werden. Es ist weiter möglich, das gleiche Relais für etwas kleinere oder auch größere Motoren, beispielsweise von V₉ bis V₇ PS, zu verwenden. Durch kleine Änderungen einiger der Merkmale des Relais kann es auch für noch kleinere und noch größere Motoren verwendet werden, beispielsweise im Größenbereich von V₁₀ bis ¹Zi PS. Solche Änderungen können sein: Änderung der Hauptwicklungsdaten, Biegen der Verlängerung 34 oder Änderung der Dicke der Feder 36, weiter Änderung der Federkraft oder auch der Dicke des Blattfederkontaktgliedes 52. Weiter kann der Luftspalt zwischen dem Ende des Ankers 38 und dem Winkelstück 42 geändert werden, ebenso die Form des Hilfsfederarmes 154. Alle diese Einstellungen können geändert werden, um den Anwendungsbereich zu vergroßem, ohne die Herstellung des Relais wesentlich zu beeinträchtigen.

Wenn der Wechselstrom in der in Fig. 11 gezeigten Stellung Vibrationen des Ankers 38 hervorruft, werden diese Vibrationen von dem Federarm 154 absorbiert, der gleichzeitig ihre Übertragung auf den Kontakt 153 verhindert, wodurch dieser dauernd in Berührung mit dem festen Kontakt 156 gehalten und eine Funkenbildung verhindert wird. Das Bleigewicht 40 verhindert nicht nur ein Klappern des Relais auf Grund der Schwankungen des Wechselstromes, sondern unterstützt auch das Abfallen oder Öffnen des Relais, da es sich auf Grund seiner Trägheit kontinuierlich mit ausreichender Kraft in die in Fig. 5 gezeigte Stellung bewegt, wenn der Anker 38 aus der Stellung, die in Fig. 12 gezeigt ist, freigegeben wird. Das Öffnen der Kontakte 153 und 56 unterbricht den Stromkreis der Hilfswicklung, wodurch ein unmittelbarer Abfall in dem Strom der Hauptwicklung hervorgerufen wird, so daß das Relais auch dann nicht wieder schließt, wenn die Öffnungsbewegung bei einer Stromstärke von 6,2 Amp. beginnt, einer Stromstärke, die oberhalb des Einschaltstromes von 5,5 Amp. in dem niedrigeren Bereich X liegt.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Anlaßsteuerschalter für Einphasen-Induktionsmotoren mit Haupt- und Anlaßwicklung, der aus einem Elektromagneten mit zur Hauptwicklung des Motors in Reihe geschalteter Wicklung und aus einem gelenkig angebrachten Anker besteht, der relativ zur Achse des Kerns des Elektromagneten in Längsrichtung und seitlich neben diesem angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende (42) des Kerns (26) so gebogen ist, daß es um das freie Ende des Ankers (38) herumfaßt, dessen anderes Ende (36) gelenkig angebracht ist, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß sich der Luftspalt im magnetischen Kreis bei der Ankerbewegung fast nicht ändert.

2. Steuerschalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei oder mehr als zwei Federn (36, 52, 154), durch deren Anordnung eine Vergrößerung der Ankerrückstellkraft bei geschlossenem Kontakt (54, 56 J gegenüber bei offenem Kontakt erzielt wird.

3. Steuerschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gegeneinander wirkende Federn (36, 52) auf den Anker wirken, von denen die eine eine Blattfeder (36), durch die der Anker befestigt ist und die der magnetischen Anziehung entgegenwirkt, und die andere (52) eine Gegenblattfeder geringerer Kraft ist, die den beweglichen Kontakt (54) trägt und die vom Anker in der Stellung des offenen Kontaktes gehalten wird, bis der Anker angezogen wird.

4. Steuerschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenblattfeder (52; eine Hilfsfeder (154) besitzt, die am Anker angreift und die eine Federkraft am Anker aufbringt, nachdem dieser ausreichend weit angezogen wurde, um den beweglichen Kontakt (153) zu schließen.

5. Steuerschalter nach Anspruch 1, bei dem die Magnetwicklung aus zwei Teilen besteht, deren zweitereindemFeldideserstenTeilisentgegengerichtetes Feld erregt, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil (32) der Wicklung kurzgeschlossen ist.

6. Steuerschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Gewichte (40) am freien Ende des Ankers (38) ihn von seiner angezogenen Stellung abzuziehen suchen.

7. Steuerschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des Ankers (38) ein Polster (44) trägt, das am Elektromagneten anschlagen kann.

8. Steuerschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende des Kerns des Elektromagneten einen versetzten Teil (28) besitzt, an dem der Anker (38) mittels einer Blattfeder (36) drehbar befestigt ist.

9. Steuerschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Kern und Anker aus flachen Stangen bestehen.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 843 864, 838 012, 524, 817 620, 739 968.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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