DE1044218B - Zentrifugalschalter - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft einen Zentrifugalschalter, dessen Schaltkraft durch Umlenken des magnetischen Flusses von Dauermagneten mittels den magnetischen Fluß führender und durch die Zentrifugalkraft bewegter Teile erzeugt wird.

Bei solchen bekannten Schaltern sind zwei hufeisenförmige Dauermagnete in dem umlaufenden Teil angeordnet, die sich bei stillstehendem umlaufenden Teil mit ihren Polflächen aneinander anschließen und dadurch einen magnetischen Nebenschluß bilden, während sie sich bei Drehung des umlaufenden Teiles durch die Zentrifugalwirkung voneinander weg bewegen, wodurch der Nebenschluß des magnetischen Kreises behoben wird, so daß ein Teil der magnetischen Kraftlinien durch den mit dem umlaufenden Teil zentrisch angeordneten Anker hindurchgeht und dieser entgegen der Wirkung einer Rückstellfeder angezogen wird.

Solche Schalter finden hauptsächlich Anwendung bei Einphasenwechselstrommotoren, bei denen die Kontakte bei stillstehendem Motor geschlossen sein müssen. Sie haben den Nachteil, daß der Kontaktdruck durch eine auf den Anker einwirkende Rückstellfederkraft geliefert werden muß, die geringer als die magnetische Anziehungskraft beim größten Abstand zwischen dem Anker und den Magnetpolen sein muß, welche letztere Anziehungskraft selbst nur einen Bruchteil der Anziehungskraft ist, die in der Lage für geöffnete Kontakte auf den Anker ausgeübt wird. Weiter liegt der Nachteil vor, daß die Schaltdrehzahl abhängig von der gegenseitigen Anziehungskraft der Magnete ist, die sich im Laufe der Zeit verringert, während weiter durch die Konzentration der wirksamen Magnetkraft auf zwei einander radial gegenüberliegende Punkte kein sich radial bewegender Anker angewendet werden kann.

Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile dadurch behoben, daß die Schaltwirkung durch ein oder mehrere im umlaufenden Teil angeordnete ferromagnetische Nebenschlußelemente geliefert wird, welche durch die Zentrifugalwirkung so verstellt werden, daß sie den von einem feststehenden oder umlaufenden Magnet erzeugten Fluß, der einen Schaltstücke steuernden Anker festhält, zu einem möglichst großen Teil durch Nebenschluß übernehmen. Dadurch wird die Wirkung des Schalters in bezug auf die Wirkung des bekannten Schalters umgekehrt, so daß der Kontaktdruck durch die magnetische Anziehungskraft bei dem kürzesten Abstand zwischen dem Anker und den Magnetpolen geliefert wird. Da die magnetische Anziehungskraft ungefähr umgekehrt proportional dem Quadrat des Luftweges in dem magnetischen Kreise ist, wird durch die Erfindung eine Vervielfältigung des Kontaktdruckes bei Anwendung einer glei-Zentrifugals chalter

Anmelder:

Hendrik Jan Duurkoop,
Hattem (Niederlande)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 24. April 1953

Hendrik Jan Duurkoop, Hattem (Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

chen Menge dauermagnetischen Materials erreicht. Umgekehrt kann man für einen gleichen Kontaktdruck mit sehr viel kleineren Magneten auskommen, wodurch der Schalter sich um vieles kleiner und billiger herstellen läßt.

Das neue Prinzip ermöglicht außerdem solche Ausführungsformen der Erfindung, daß auch die anderen Nachteile der bekannten Schalter entfallen und weitere Vorteile gewonnen werden, wie sich aus der folgenden Beschreibung der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele ergibt. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise weggebrochene Ansicht eines Schalters gemäß der Erfindung, in Axialrichtung von der Seite, an der die Kontaktorgane angeordnet sind, gesehen,

Fig. 2 eine Ansicht des umlaufenden Teiles dieses Schalters, in entgegengesetzter Richtung, wie in bezug auf Fig. 1 angegeben, gesehen,

Fig. 3 einen Schnitt nach der LinieIII-III der Fig. 1, Fig. 4 eine Axialansicht einer anderen Ausführungsform des Schalters gemäß der Erfindung, in der ein Ring fortgelassen wurde, und

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 4, Fig. 6 eine abgewandelte Ausführungsform,
Fig. 7 a und 7 b perspektivische Darstellungen von Einzelteilen der Ausführungsform gemäß Fig. 5 zur Verdeutlichung des Feldlinienverlaufes.

In Fig. 1 sind 1 und 2 Befestigungslöcher, mit deren Hilfe der Montierungsteil des feststehenden Teiles des Schalters an der Innenseite des Motordeckels befestigt wird. Dieser Montierungsteil besteht (s. auch Fig. 3)

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aus einem Preßling 3 aus Isoliermaterial, der von der Motorwelle 15 mit Spiel durchsetzt wird, und auf dem ein metallener Anschluß streifen 4 mit Hilfe von in dem Preßling 3 befindlichen Einsatznieten 4' und 4" -fixiert-, ist. An dem Anschlußstreifen 4 sind mit Hilfe der beiden Kugelkopf niete 9 zwei biegsame metallene, stromleitende Streifen 5 befestigt, an denen die den eingenieteten Kontakt 11 tragende Kontaktbrücke 6 mittels der Schulterniete 7 befestigt ist, mit denen auch eine aus Isoliermaterial bestehende Ringscheibe 8 ver-. nietet ist. Die Ringscheibe 8'stützt sich an der anderen Seite der Wellenmitte auf den Kugelkopf en der Niete 9 ab und kann sich auf diesen gelenkig bewegen. Die gewundene Zugfeder 10, die- an dem Damm zwischen zwei Löchern in dem Preßling 3 bzw. in der Ringscheibe 8 mit ihrem einen'Ende bzw, anderen Ende angehängt ist, zieht die Ringscheibe 8 an die Kugelköpfe der Niete 9 und versucht "dabei, diese Scheibe um die Nietköpfe zu schwenken und dadurch über die Schulterniete 7 und die Kontaktbrücke 6 das Kontaktstück 11 von dem zweiten auf dem Isolierpreßling 3 befestigten Anschlüßstreifen-12 wegzubewegen und in dieser Weise 'den elektrischen Stromkreis zu öffnen. Auf der Ringscheibe 8 ist jedoch ein dünner, segmentförmiger Weicheisenstreifen 13 angeordnet, der mit den Weicheisenringen 16- und 17 und dem sich zwischen diesen Ringen befindlichen dauermagnetischen Material 18 die Materialteile eines magnetischen Kreises bildet, in dem der Streifen 13 als der bewegliche, gegen Federwirkung magnetisch._angezogene Anker wirkt. Da die Bewegung dieses Ankers 13 das Öffnen bzw. Schließen des elektrischen Stromkreises zwischen dem Kontakt Il und dem Streifeii 12 beherrscht", wird dieset magnetische Kreis der Schaltkreis genannt.

Die Ringe 16., 17 gehören zum umlauf enden Teil des Schalters. Der Ring 16 ist klemmend um den Umfang ^c der auf die Motorwelle 15 klemmend passenden, aus nichtmagnetischem Material bestehenden Nabe 14 angeordnet, während der Ring 17 mittels des dazwischen angeordneten dauermagnetiscnen Materials IS starr mit dem Ring 16 verbunden ist. Der Ring 17 hat einen ' in Radialrichtung zur Welienmitte ragenden Teil 17', dessen Innenrand den gleichen Durchmesser wie die Innenwand des Ringes 16 hat. Dem Innenrand des Teiles 17' und des Ringes 16 gegenüber befinden sich zwei Weicheisensegmente i% deren Außenseiten die gleiche Krümmung aufweisen wie die Innenränder des Ringes 16. und des Ringteiles 17'.
^; Die verstellbaren Segmente 19 bilden zusammen mit den. Ringen 16 und 17 und dem Material 18 die Materialteile eines zweiten magnetischen Kreises, der zu dem "magnetischen Schaltkreis parallel liegt.

Die Nord-Süd-Verbmdungslinien zwischen den zueinander gehörenden entgegengesetzten Magnetpolen des Materials 18, das auch aus einer Vielzahl von gesonderten, um die Welle herum zwischen den Ringen angeordneten Magneten bestehen kann, sind, radial gerichtet (Fig. 3). Die in sich selbst geschlossenen Kraftlinien gehen, von Streuungsyerlusten abgesehen, entweder über den Schaltkreis durch den Anker 13 oder über den Parallelkreis durch eines der Ankersegmente · 19. Beide Wege fallen in dem Material 18 zusammen, in den Ringen 16, 17 biegen sie gemäß Fig. 3 nach links oder nach rechts ab. Da eine Kraftlinie nur einmal eine in sich selbst geschlossene Schleife bilden kann, kann eine Kraftlinie nur entweder gemäß dem einen oder gemäß dem anderen Kreis verlaufen. Welcher Kreis das ist, hängt hauptsächlich von dem Verhältnis zwischen den Längen der Luftwege ab, die in dem einen oder dem anderen öiagnetischen Kreis überbrückt werden-müssen, wobei der magnetische Widerstand in den Kreisen mit der Länge des Luftweges zunimmt.

Da sich die Ringe 16, 17 in bezug auf den Anker 13 drehen, wird immer zwischen diesen Ringen und dem Anker ein Luftweg offen bleiben müssen. Die sich mit den Ringen mitdrehenden Segmente 19 können sich jedoch völlig an die Ringe anschließen, wodurch der magnetische Widerstand in dem Parallelkreis um vieles geringer ist als in dem Schaltkreis, so daß der Parallelkreis den größten Teil der Kraftlinien in sich aufnimmt und die in dem Schaltkreis vorherrschende Feldstärke nicht langer genügt, um den Anker 13 entgegen der Wirkung der Feder 10 zu halten und den Kontakt 11 an den Streifen 12 geschlossen zu halten.

Bemerkt wird, daß der größte Teil der Kraftlinien ge^:mäß einer räumlichen Kurve verläuft, weil der Anker 13 nur einem Teil der Ringe 16, 17 gegenüberliegt. Die Kraftlinien aus nicht dem Anker 13 gegenüberliegenden Dauermagneten 18 gehen durch einen Ring um die Welle herum, um die dem Anker gegenüber befindliche Zone zu erreichen und diese zu passieren, um dann durch den anderen Ring um die Welle herumzugehen und wiederum den Ausgangspunkt zu erreichen. Gleiches gilt in bezug' auf "die Segmente 19, die nur einen Teil eines vollständigen Kreisumfanges einnehmen. Diese Ausbildung ist daher für Anwendung kleiner und leichter Ankersegmente unter gleichzeitiger Ausnutzung der praktisch ganzen anfallenden Feldstärke vorgesehen. Der Verlauf, der Feldlinien wird später an Hand eines Beispieles verdeutlicht.

Die beiden Weicheisensegmente 19 sind je in einem Teil 20 aus nichtmagnetischem Material befestigt, wobei diese Teile 20 derartige Form haben, daß sie sich in-den Ringen 16, 17' abwälzen können; hierbei bewegen sich die Segmente 19 zu den Ringen hin bzw. von ihnen weg. Die Teile ^:20 umgreifen mit ihren nockenförmigen Enden den einen erhöhten Rand aufweisenden quadratischen Federteller 21, der durch die vorgespannte Feder 22 in Radialrichtung' hinausgedrückt wird, wodurch die Segmente mit ihren Enden bei stillstehendem Rotor "an'die an der Nabe 14 befestigte, aus schalldämpfendem Material bestehende Stütze'25 -gedrückt werden. Die Feder 22 ruht mit ihrem anderen Ende auf einer auf die Schraube 23 passenden: Mutter 24* auf. Durch Verdrehung der mit ihrer Spitze in einer Aushöhlung in dem Umfang der Nabe Ϊ4 ruhenden Schraube23 gegen die Mutter 24 kann dieSpän'nung der Feder 22 und damit die Drehzahl, bei der'die Zentrifugalkraft die auf die Segmente 19■-'- ausgeübte Federkraft !überwindet, eingestellt werden. --.' : ' -..". -

' Die Wirkung der beschriebenen Vorrichtung ist wie folgt: ' " ' .-·■" ': :.'

- Sobald die Zentrifugalkraft der Segmente 19 bei zunehmender Drehzahl die Kraft" der Feder 22 überwindet, bewegen sich die Segmente iniRadialrichtung auswärts. Dadurch, daß sie beide* mit-dem gleichen Federteller 21 zusammenarbeiten,, verläuft ihre Verstellbewegung immer gleichzeitig und gleich. Weil sich der Anker 13 noch in der Nähe der Ringe 16, 17 befindet, müssen die Segmente 19 bereits diesen Ringen-auf eine geringe Entfernung genähert sein, wenn die Verringerung des magnetischen Widerstandes in dem Parallelkreis ausschlaggebend seih soll.'-Das ist - somit erst während des letzten Teiles-der Verstellbewegung der Segmente 19, wenn sie bereits eine großetäeschwmdigfeeit haben, der Fall,-was zur Folge hat, daß der Übergang des Hauptte'iles der Kraftliiiien: von" dein" Schaltkreis zu deöi Parallelkreis" sehr plötzlich erfolgt, so daß

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die Kraft der Feder 10 plötzlich ein großes Übergewicht bekommt und den Kontakt zwischen den Teilen 11 und 12 mit ausgeprägter Momentwirkung öffnet. Wenn sich nachher die Drehzahl genügend gesenkt hat, bewegt die Feder 22 die Segmente 19 wieder einwärts, wodurch der Luftweg zwischen den Segmenten 19 und den Ringen 16, 17 wieder bedeutend größer wird als zwischen diesen Ringen und dem Anker 13, der nur eine kleine Relativbewegung machen kann. Die Kraftlinien laufen dann wieder größtenteils über den Schaltkreis, so daß der Anker 13 wieder mit Momentwirkung angezogen wird. Da die Anziehungskraft zwischen den Segmenten 19 und den Ringen 16, 17 durch den Einfluß des Luftweges verhältnismäßig sehr hoch ist, wenn diese Segmente an den Ringen anliegen und diese Kraft zu der Zentrifugalkraft addiert wird, erhält die Feder 22 eine besondere Kennlinie, und zwar so, daß diese Feder beim Anliegen der Segmente eine mehrmals der Eindrückung direkt proportional zugenommene Kraft ausübt. Auch können z. B. zwischen den Ringen angeordnete starre Hilfsfedern angewendet werden, die nur auf die Segmente 19 wirken, wenn diese sich in nächster Nähe der Ringe befinden: Weiter ■ ^j können dünne antimagnetische Zwischenplatten oder ein derartiger Überzug der Segmente 19, wie dieser für elektromagnetische Relais üblich ist, zur Anwendung kommen. Mit Hilfe derartiger Maßnahmen, gesondert oder in Kombination, läßt sich die Zurückschaltung des Schalters auf eine bestimmte gewünschte niedrigere Drehzahl einstellen.

In den Fig. 1 bis 3 ist eine Ausbildung veranschaulicht, nach welcher der Anker 13 des Stators in Axialrichtung durch die Wirkung des Magnetfeldes bewegt wird. Es ist klar, daß, wenn eine sich gleichbleibende Wirkung des Ankers 13 erzielt werden soll, dieser immer wieder die gleiche Lage in bezug auf den Rotor einnehmen können muß, so daß die Motorwelle kein axiales Spiel haben darf. Das ist normalerweise bei mit Wälzlagern ausgestatteten Motoren der Fall.

In den Fig. 4 und 5 ist nunmehr eine andere Ausführungsform für Motore dargestellt, bei welcher die Motorwelle ein axiales Spiel hat. Dabei ist in Radialrichtung gegenüber den Ringen 27, 28 mit dem dazwischen eingeschlossenen dauermagnetischen Material 29 der Anker 26 des Schaltkreises angeordnet, wobei dieser Anker auch in Radialrichtung seine Schaltbewegung ausführt. Der Anker 26 ist etwas breiter als der Abstand zwischen den Ringen, so daß ein weites Axialspiel möglich ist, ohne daß die Wirkung beeinträchtigt wird.

Die Wirkung nach dieser Ausführungsform ist übrigens gleich derjenigen nach der erstbeschriebenen Ausführungsform und wird auch wieder durch auf die Zentrifugalkraft reagierende Ankersegmente 30 des Parallelkreises beherrscht.

Die Nord-Süd-Richtung des Magnetmaterials 29 läuft in diesem Falle der Welle parallel.

In dem Stator ist die aus Isoliermaterial bestehende Montierungsplatte 31 mit Schrauben 32, 33 an dem Motordeckel 34 befestigt, in dem die Motorwelle 35 in dem Gleitlager 36 gelagert ist. Der Anker 26 ist drehbar um den Zapfen 37 an der Montierungsplatte 31 befestigt und wird durch die gewundene Feder 38 von den Rotorringen 27, 28 wegbewegt, wenn der magnetische Parallelkreis geschlossen wird. Auf dem Anker 26 ist mit einem Niet 39 ein Isolierteil 40 befestigt, in dem der Kontaktfinger 41 starr befestigt ist, welcher einerseits durch eine Leitung 42 mit dem Anschlußstreifen 43 verbunden ist und am anderen Ende ein Silberkontaktstück 44 trägt, das zusammen mit dem Kontaktstück 45; auf dem Anschluß streifen 46 den Stromkreis schließt und.öffnet.

In Fig. 4 ist der Ring 28 nicht, wiedergegeben, so daß die Anordnung des aus sechs einzelnen Dauermagneten bestehenden magnetischen Materials 29 deutlich ersichtlich ist. Diese Magnete .'sind'mit Hilfe eines Äthoxylinharzes mit den Ringen 27, 28 verkittet, die selbst mit Hilfe zweier runder Säulen 47 und zweier Säulen 48 von quadratischem Schnitt durch Niete miteinander und mit der Nabe 49 aus nichtmagnetischem Material verbunden sind.

An den Rändern 50 der Säulen 48 sind über Scharniere zwei gleiche Nylonteile 51 angelenkt, an denen die Ankersegmente 30 mit Schrauben 52 starr verbunden sind. Mit diesen Segmenten sind Gewichte 53 vernietet, die mit Rücksicht auf die Drehzahl, bei der geschaltet werden muß,, gewählt werden* Die beiden Nylonteile 51 - sind unter sich durch ein durch die Schrauben 52;gehaltenes, dünnes Stahlband 54 verbunden, das durch den unter Wirkung der Feder 55 stehenden Federteller 56 angespannt gehalten wird, so daß die Teile 51 auf der Nabe 49 aufruhen, wenn die Segmente 30 nicht durch die Zentrifugalwirkung an den Ringen 27, 28 anliegen. Die Feder 55 stützt sich mit einem Ende auf der auf die Einstellschrauben 57 passenden Mutter 58 ab. Die Schraube 57 ruht mit ihrer Spitze in einer Aushöhlung der Nabe 49 und wird mit ihrem anderen Ende in einer mit den Säulen 48 verbundenen Brücke 59 geführt. Die Schraube 57 durchsetzt das Band 54, so daß sich dieses nicht verschieben kann und die Bewegungen der Segmente 30 immer symmetrisch sind.

Die Wirkung der beispielsweise beschriebenen Ausführungsform ist grundsätzlich dieselbe. Auch ist es z. B. möglich, das Dauermagnetmaterial in dem feststehenden Teil anzuordnen und z.B. gleichartige Ringe, wie die Ringe 27, 28, nach dem zweiten Ausführungsbeispiel mit den Segmenten 30 nur zum Schließen des magnetischen Parallelkreises dienen zu lassen, während das dauermagnetische Material nur konzentrisch, nicht um die Welle herum, angeordnet werden kann.

In Fig. 6 ist eine Ausführungsform wiedergegeben, welche gegenüber der nach Fig. 4 und 5 nur darin verschieden ist, daß die Dauermagnete 29' nicht zwischen den Ringen 27', 28' des umlaufenden Teiles, sondern zwischen zwei Ringsegmenten 60, 61 angeordnet sind, die mit Nietsäulen 62 auf der Grundplatte 31' des feststehenden Teiles befestigt sind. Wenn die Segmente 30' an den Ringen 27', 28' anliegen, bilden sie den magnetischen Nebenschlußkreis. Ist dieser Kreis geöffnet, so ziehen die Magnete 29' über die Polsegmente 27', 28' den Anker 26' des Schaltkreises an.

In Fig. 7 ist in perspektivischer Darstellung ein Beispiel des Verlaufes der magnetischen Kraftlinien wiedergegeben. In Fig. 7 a ist das System der Polringe 27, 28 mit Dauermagneten 29 gemäß den Fig. 4 und 5, jedoch ohne Nebenschlußsegmente, in Fig. 7b dagegen mit einem Nebenschluß segment 30 gezeigt, wobei in Fig. 7 a der Schaltanker 26 in angezogener und in Fig. 7 b in abgefallener Lage gezeichnet ist.

In der Fig. 7 a laufen die Kraftlinien im wesentlichen durch den Anker 26, z. B. gemäß der Strichlinie 63, die aus einem Dauermagnet 29 durch den Ring 27 bis vor den Anker 26 verläuft. Darauf treten die Kraftlinien radial zu dem Anker über und verlaufen in diesem nach unten, dann zu dem Ring 28 und durch diesen zu dem Ausgangspunkt zurück.

In dem Falle der Fig. 7 b verlaufen die Kraftlinien entsprechend, aber dann im wesentlichen durch das Nebenschluß segment 30, z.B. entsprechend den in einer

Radialfläche liegenden Linien 64, und zwar wo das Segment 30 dem Dauermagnet 29 gegenüberliegt, oder gemäß einer Linie wie 65, die auch teilweise in Umfangsrichtung verläuft.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Zentrifugalsdhalter, dessen Schaltkraft durch Umlenken des magnetischen Flusses von Dauermagneten mittels den magnetischen Fluß führender und durch die Zentrifugalkraft bewegter Teile erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere in dem umlaufenden Teil angeordnete ferromagnetische Nebenschlußelemente (19, 30) durch die Wirkung der Zentrifugalkraft so verstellt werden, daß sie den von einem festr stehenden oder umlaufenden Magnet (18, 29) erzeugten Fluß, der einen Schaltstücke (11, 44) steuernden Anker (13, 26) festhält, zu einem möglichst großen Teil durch Nebenscttüß übernehmen.

2. Zentrifugalschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet bzw. die Dauermagnete (18, 29) im umlaufenden Teil zwischen zwei als Pole dienenden Eisenringen (16, 17, 27, 28) befestigt sind, an deren Innenseite sich die Nebenschlußorgane (19, 30) infolge der Zentrifugalwirkung anlegen können.

3. Zentrifugalschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Kontakte betätigende Anker (26) radial beweglich in dem feststehenden Teil angeordnet ist.

4. Zentrifugalschalter nach einem der Anprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenschlußo'rgane (19, 30) paarweise mit einem gemeinsamen, im umlaufenden Teil angebrachten und der Zentrifugalkraft entgegenwirkenden Federorgan (22, 55) verbunden sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 731 012.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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