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Elektrisches Programmschaltgerät Für die selbsttätige Steuerung von
Arbeitsabläufen, bei denen die einzelnen Funktionen von elektrischen Organen ausgeübt
oder ausgelöst werden, benutzt man elektrische Programmschaltgeräte, welche die
Aufgabe haben, durch Schließen oder Öffnen einer Mehrzahl von Kontakten die elektrischen
Organe der Anlage zu den durch das Arbeitsprogramm im voraus bestimmten Zeitpunkten
zu betätigen oder auszuschalten.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein derartiges elektrisches Programmschaltgerät
für ein Arbeitsprogramm, innerhalb dessen mindestens ein Arbeitsablauf sich ständig
wiederholt, das aber außerdem noch andere, nichtperiodische Arbeitsgänge enthält.
Solche Programmschaltgeräte werden z. B. bei automatischen Waschmaschinen benutzt,
bei denen einerseits der die Waschtrommel antreibende Motor in kurzen Zeitabständen
auf Rechtslauf, Stillstand, Linkslauf und so fort gesteuert wird, während andererseits
im Verlauf des Gesamtprogramms die öffnung und Schließung verschiedener Ventile,
die Ein- und Ausschaltung der Heizung, die Waschmittelzugabe und das zeitweise Aussetzen
des Waschtrommelmotors bzw. seine Umschaltung auf den Schleudergang gesteuert werden
muß. Dabei ist vorausgesetzt, daß das Organ zur Betätigung der Kontakte des Programmschaltgerätes
eine umlaufende Schaltwelle ist, die mit entsprechend dem zeitlichen Schaltablauf
der einzelnen Kontakte ausgearbeiteten Nockenscheiben oder ähnlich wirkenden Betätigungselementen
ausgerüstet sein möge.
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Es sind Programmschaltgeräte dieser Art bekannt, bei denen zwei von
einem gemeinsamen Motor angetriebene Schaltwellen vorgesehen sind, von denen die
eine während des Programmablaufs ständig umläuft und nur den sich ständig wiederholenden
Arbeitsablauf, bei einer Waschmaschine also den ständigen Drehrichtungswechsel des
Trommelmotors, steuert, während die übrigen Programmpunkte, die das jeweils nur
einmal über einen längeren Zeitraum ablaufende Hauptprogramm bilden, von der anderen
Schaltwelle gesteuert werden, die nur schrittweise fortbewegt wird. Diese nur schrittweise
Fortbewegung der Schaltwelle für das Hauptprogramm hat den Vorteil, daß für die
Steuerung des einzelnen Arbeitsvorgangs ein größerer Drehwinkel der Schaltwelle
zur Verfügung steht, so daß sich die Schaltzeitpunkte für die zuge. hörigen Kontakte
wesentlich genauer festlegen lassen, als dies bei einer ständig umlaufenden Schaltwelle
möglich wäre.
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Bei einem bekannten Programmschaltgerät dient zur schrittweisen Fortbewegung
der Schaltwelle für das Hauptprogramm ein auf der Schaltwelle sitzendes Schaltrad,
das durch eine von der ständig umlaufenden Schaltwelle bei jeder Umdrehung einmal
hin-und hergeschwenkten Klinke um einen Zahn weitergeschaltet wird. Um dabei nicht
an stets denselben Drehwinkel je Umdrehung der ständig umlaufenden Schaltwelle gebunden
zu sein, sitzt auf der schrittweise fortbewegten Schaltwelle noch ein zweites Schaltrad
mit gröberer Zahnteilung, das mit einer zweiten Klinke zusammenarbeitet, die bei
jedem Umlauf der anderen Schaltwelle um einen entsprechend größeren Winkel ausschlägt.
Dieses gröbere Schaltrad schaltet bei jeder Umdrehung der ständig umlaufenden Schaltwelle
die andere Schaltwelle um mehrere Zahnteilungen des feineren Schaltrades weiter.
Es hat aber am Umfang streckenweise längere Zahnlücken, innerhalb deren es unwirksam
ist und die Fortschaltung dem feineren Schaltrad überlassen muß.
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Bei dem bekannten Programmschaltgerät ist somit der Ablauf des Hauptprogramms
dem durch die ständig umlaufende Schaltwelle unmittelbar gesteuerten Unterprogramm
starr zugeordnet, d. h., die Zahl der Umläufe der letztgenannten Schaltwelle, die
zwischen zwei bestimmten Programmpunkten des Hauptprogramms liegen, liegt unbeeinflußbar
fest. Es hat sich jedoch als wünschenswert herausgestellt, die gegenseitige Zuordnung
von Haupt- und Unterprogramm während des Betriebes der gesteuerten Anlage, sei es
willkürlich, sei es nach Maßgabe von irgendwelchen Betriebszuständen, beeinflussen
zu können. So kann es z. B. gelegentlich zweckmäßig sein, den gesamten Programmablauf
durch Beschleunigen
oder gar durch Überspringen eines oder mehrerer
Programmabschnitte abzukürzen.
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Um das erreichbar zu machen, muß die Möglichkeit geschaffen werden,
daß der Ablauf des Hauptprogramms entweder insgesamt oder für bestimmte Teilabschnitte
mit verschiedener Geschwindigkeit erfolgen kann. Ferner muß die Möglichkeit vorhanden
sein, den Fortgang des Programms aus betriebstechnischen oder aus Sicherheitsgründen
von gewissen Zuständen innerhalb der gesteuerten Arbeitsanlage abhängig zu machen,
bei einer Waschmaschine z. B. vom Wasserstand oder der Wassertemperatur.
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Diese wichtige Möglichkeit, die bei dem bekannten Programmschaltgerät
nicht besteht, wird gemäß der Erfindung dadurch geschaffen, daß die schrittweise
Fortbewegung der Hauptprogrammschaltwelle durch eine in ihrem Antriebspfad angeordnete,
mittels eines Elektromagneten betätigte Kupplungseinrichtung erfolgt, bei der die
Einschaltzeitpunkte und Einschaltdauern des Elektromagneten selbsttätig steuerbar
sind.
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Elektromagnetische Kupplungen zwischen einer ständig umlaufenden Schaltwelle
und einer Schaltwelle, die nur gelegentlich umlaufen soll, sind an sich bekannt.
Bei dem Programmschaltgerät gemäß der Erfindung wird aber durch die Anwendung einer
solchen elektromagnetischen Kupplung im Antriebspfad der nur schrittweise fortbewegten
Schaltwelle gegenüber den bisher bekannten Programmschaltgeräten, die für den gleichen
Zweck dienen, insofern ein wesentlicher Vorteil erreicht, als nunmehr mit einfachsten
Mitteln jederzeit während des Programmablaufs der Zusammenhang zwischen Unter- und
Hauptprogramm geändert werden kann, wobei mit Hilfe eines gewöhnlichen Schalters,
der den Stromkreis des Kupplungsmagneten unterbricht oder schließt, auch ein willkürlicher
Eingriff möglich ist. Ferner kann durch Umschalten auf andere Steuerorgane auch
der gesamte Programmablauf in seiner Struktur von vornherein geändert werden. Dazu
sind keinerlei mechanische Sonderkonstruktionen erforderlich, sondern es werden
nur einfache, bewährte Elemente wie Nockenscheiben und Schaltkontakte benötigt.
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Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung in zwei beispielsweisen,
für automatische Waschmaschinen geeigneten Ausführungsformen.
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Fig. 1 zeigt, teils in raumbildlicher, teils in schaltungsschematischer
Darstellungsweise, die erste Ausführungsform eines elektrischen Programmschaltgerätes;
Fig. 2 zeigt als zweite Ausführungsform ein elektrisches Programmschaltgerät, das
eine andere elektromechanische Kupplungseinrichtung enthält, sonst aber im wesentlichen
mit der Darstellung in Fig. 1 übereinstimmt; Fig.3 zeigt zusätzliche Steuer- und
Schaltmittel sowie entsprechende Erweiterungen des Schaltplanes des Kupplungsmagneten
unter Fortlassung einiger bereits in Fig. 1 und 2 gezeigter Geräteteile.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 treibt die Welle 11 des Schaltgerätmotors
1 über das Ritzel 11' das darin eingreifende Zahnrad 21 der ersten Schaltwelle 2
an, welche also ständig mit gleichbleibender Geschwindigkeit umläuft. Der Rand der
auf der Schaltwelle 2 befindlichen Steuerscheibe 22 hat, wie an sich bekannt, eine
Folge von treppenförmig abgestuften Einschnitten, die von einem Fühler 4 abgetastet
werden. Derselbe betätigt in seinen drei verschiedenen Stellungen den Wendeschalter
41 in der Weise, daß der an das Netz RST angeschlossene Waschtrommelmotor 42 abwechselnd
auf Rechtslauf, kurzzeitigen Stillstand, Linkslauf usf. umgeschaltet wird.
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Ferner befindet sich auf der ersten Schaltwelle 2 eine Steuerscheibe
23, deren Rand von einem Kontaktfühler 51 abgetastet wird und eine Randkerbe 23'
aufweist. Statt derselben könnte als Steuerorgan auch ein über den Kreisumfang hervortretender
Nocken vorgesehen sein. Wenn bei jedem Umlauf der Steuerscheibe 23 durch Einfallen
des Fühlers 51 in die Randkerbe 23' der Steuerkontakt 52 kurzzeitig geschlossen
wird, erhält der Elektromagnet 5 einen Stromimpuls, dessen Auswirkung noch nachstehend
erklärt wird.
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Das auf der Welle 11 des Schaltgerätmotors 1 befindliche Ritzel 11'
kämmt ferner noch mit einem Zahnrad 12' auf der Zwischenwelle 12, und der Antriebspfad
wird fortgesetzt über das Ritzel 12", das Zahnrad 13', die Zwischenwelle 13, das
Ritzel 13", das Zahnrad 14', die Zwischenwelle 14, das Ritzel 14" und das Zahnrad
31 auf der Hauptprogrammschaltwelle 3, die, wie ersichtlich, einen gegenüber der
ersten Schaltwelle 2 wesentlich langsameren Antrieb erhält. Das eine Ende der Zwischenwelle
13 ist in dem unteren Schenkel des um die Achse 61 verschwenkbaren Hebels 6 gelagert,
an welchen eine Zugfeder 62 angreift. Bei der Darstellung in Fig. 1 ist der Antriebspfad
der Hauptprogrammschaltwelle 3 geschlossen, weil das Ritzel 13" in das Zahnrad 14'
eingreift. Diese Stellung ist dadurch herbeigeführt worden, daß der durch einen
von der Steuerscheibe 23 erhaltenen Stromimpuls erregte Elektromagnet 5 den oberen
Schenkel des Schwenkhebels 6 angezogen hat und letzterer - auch nach Aufhören des
Stromimpulses - in der dargestellten Einkupplungsstellung durch den von einer Feder
72 angezogenen, um die Achse 71 schwenkbaren Sperrhebel? festgehalten ist. Erst
wenn der auf der Zwischenwelle 14 befindliche Auslösenocken 73 den Sperrhebel 7
anhebt, kann der Schwenkhebel 6 durch die Zugfeder 62 zurückgeschwenkt und dadurch
das Ritzes 13" ausgerückt und somit der Antriebspfad der Hauptprogrammschaitwelle
3 unterbrochen werden. Der horizontale Schenkel des Sperrhebels 7 wird dann durch
die Oberkante des Schwenkhebels 6 zurückgehalten. Sobald die Steuerscheibe 23 einen
neuen Stromimpuls hervorruft, wird der Schwenkhebel 6 wieder von den Elektromagneten
5 angezogen, und das geschilderte Spiel wiederholt sich. Die Hauptprogrammschaltwelle
3 wird also in aufeinanderfolgenden Absätzen verhältnismäßig langsam weitergeschaltet.
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Parallel zu dem Steuerkontakt 52 ist noch ein von Hand zu betätigender
Dauerschließkontakt 53 angeordnet, der eine ständige Erregung des Elektromagneten
5 und somit einen schnellen ununterbrochenen Antrieb der Hauptprogrammsehaltwelle
3 ermöglicht. Auf derselben ist mindestens eine, in der Regel eine Mehrzahl von
Hauptprogrammsteuerscheiben 32 angeordnet; die in an sich bekannter Weise von Kontaktfühlern
32' abgetastet werden und die Schaltdauer und Schaltfolge der verschiedenen Arbeitsvorgänge
bestimmen. Durch willkürliche Betätigung des Dauerschließkontaktes 53 kann man gewisse
Abschnitte des Arbeitsprogramms schnell durchfahren bzw. die Hauptprogranunschaltwelle
3 alsbald wieder in die Ausgangsstellung am Programmanfang bringen.
Bei
der Ausführungsform nach Fig. 2 erfolgt der schrittweise Antrieb der Hauptschaltwelle
3 durch ein Zahnradklinkenschaltwerk. Der um die das Schaltrad 16' tragende Zwischenwelle
16 verschwenkbare Klinkenhebel 3 wird von dem auf der ständig umlaufenden Zwischenwelle
15 befindlichen Nocken 15" angehoben und schaltet mit seinem Klinkenzahn 81 das
Schaltzahnrad 16' um einen Schritt weiter. Am Ende eines Arbeitshubes wird der Klinkenhebel
8 von Bern seinen Haken 82 hintergreifenden Sperrhaken 93 des um die Achse 91 schwenkbaren
Schwenkhebels 9 festgehalten, so daß der Antriebspfad vom Motor 1 zur Hauptprogrammschaltwelle
3 unterbrochen ist. Sobald der Kupplungsmagnet 5 einen Steuerimpuls erhält, zieht
er den Schwenkhebel 9 entgegen der Kraft der Feder 92 an, durch dessen Verschwenkung
der Klinkenhebel 8 wieder entriegelt wird. Dieses Spiel wiederholt sich in der Zeitfolge
der auf den Elektromagneten 5 gegebenen Steuerimpulse. Auch bei der Ausführungsform
nach Fig. 2 ist der bereits erwähnte Dauerschheßkontakt 53 vorgesehen. Durch Dauerregung
des Kupplungsmagneten 5 mittels des Dauerschheßkontaktes 53 wird die erwähnte Verriegelung
unwirksam, so daß bei jedem Umlauf des Nockens 15" eine Weiterschaltung des Schaltrades
16' erfolgt.
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Bei der Fig. 3 sind auf der ersten Schaltwelle 2 außer der Steuerscheibe
23 noch weitere Steuerscheiben 24, 25 angeordnet, die von Fühlern 51', 51" abgetastet
werden. Die Steuerscheibe 24 hat zwei diametral gegenüberliegende Randkerben 24',
die Steuerscheibe 25 hat vier um 90° gegeneinander versetzte Randkerben 25'. Die
von den Fühlern 51', 51" betätigten Steuerkontakte 52', 52" sind nicht ohne weiteres
in den Stromkreis des Kupplungsmagneten 5 eingeschaltet, sondern in Reihe mit je
einem wahlweise von Hand zu betätigenden Dauerschheßkontakt 54', 54". Erst wenn
und solange einer derselben betätigt wird, kommt die Wirkung zustande, daß bei einem
Umlauf der Schaltwelle 2 der Kupplungsmagnet 5 entweder zwei oder vier Stromimpulse
erhält, so daß also die Umlaufgeschwindigkeit der Hauptprogrammschaltwelle 3 verdoppelt
oder vervierfacht wird.
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Wenn derartige Erhöhungen der Umlaufgeschwindigkeit der Hauptprogrammschaltwelle
3 nicht über den ganzen Programmablauf, sondern nur über gewisse Programmabschnitte
erfolgen sollen, dann muß die Bedienungsperson erhöhte Aufmerksamkeit aufwenden.
Daher sind besondere Mittel vorgesehen zur automatischen Steuerung von Programmabschnittbeschleunigungen.
An Stelle von je einem Dauerschließkontakt 54', 54" oder zusätzlich parallel zu
demselben ist je ein anderer Dauerschließkontakt 55', 55" in Reihe mit je einem
Steuerkontakt 57', 57" angeordnet, dessen Fühler 56', 56" je eine auf der Hauptprogrammschaltwelle
3 befindliche Steuerscheibe 35, 36 abtastet. Zur Vorbereitung bzw. Auswahl einer
gewünschten Geschwindigkeitserhöhung wird z. B. schon beim Anlauf des Programms
der Dauerschließkontakt 55' oder 55" betätigt. Erst wenn zu einem bestimmten Zeitpunkt
der Fühler 56' oder 56" in den Randausschnitt 35' oder 36' der Steuerscheibe 35
oder 36 einfällt, wird der Steuerkontakt 57' oder 57" geschlossen. Durch die bei
einem Umlauf der Schaltwelle 2 zweimal oder viermal von der Steuerscheibe 24 oder
25 über den Fühler 51' oder 51" veranlaßten Schließungen des Steuerkontaktes 52'
oder 52" wird also die Umlaufgeschwindigkeit der Hauptprogrammschaltwelle 3 so lange
verdoppelt oder vervierfacht, wie durch die Bogenlänge des Randausschnitts 35' oder
36' vorausbestimmt.
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Um bestimmte Programmabschnitte schnellstens zu durchfahren, also
praktisch zu überspringen, kann man - wie bereits beschrieben - mittels des Dauerschließkontakts
53 einen ununterbrochenen Antrieb der Hauptprogrammschaltwelle 3 veranlassen, was
jedoch besondere Aufmerksamkeit erfordert. Zur wahlweise Automatisierung derartiger
Vorgänge sind daher an Stelle des Dauerschheßkontaktes 53 oder zusätzlich parallel
zu demselben ein oder mehrere Dauerschließkontakte 53', 53" in Reihe mit je einem
Steuerkontakt 59', 59" angeordnet, deren Fühler 58', 58" je eine auf der Hauptprogrammschaltwelle
3 befindliche Steuerscheibe 33, 34 abtasten.
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Die Auswahl der gewünschten Programmkürzungen erfolgt zweckmäßig vor
dem Anlauf des Programms durch Betätigung des Dauerschließkontaktes 53' und/ oder
53". Durch die Lage und Länge der Randausschnitte 33', 34' sind die Anfangs- und
Endpunkte der zu überspringenden Programmabschnitte bestimmt.
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Wie Fig. 3 zeigt, ist in den Stromkreis des Kupplungsmagneten 5 ein
Sperrkontakt 50 eingeschaltet, der so lange geöffnet bleibt, bis er durch ein an
sich bekanntes Kontrollorgan z. B. ein Wasserstandsmesser 50' geschlossen wird.
Es können auch, wie ohne weiteres vorstellbar, noch weitere durch andere Kontrollorgane,
z. B. Temperaturfühler, zu betätigende Sperrkontakte in Reihe geschaltet sein, so
daß der Stromkreis des Kupplungsmagneten 5 erst bei Erreichung bestimmter Arbeitsbedingungen
geschlossen bzw. bei Über- oder Unterschreitung vorgeschriebener Daten unterbrochen
wird.