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Bürstenabhebe- und Kurzschlußvorrichtung für Asynchronmotoren Es ist
bekannt, Asynchronmotoren mit Schleifringläufern über Widerstände anzulassen. Nach
dem Hochlauf des Läufers wird die Läuferwicklung im allgemeinen kurzgeschlossen,
und die Bürsten werden abgehoben. Die Maschine läuft dann mit den geringsten Verlusten.
Auch die Bürstenabnutzung wird auf diese Weise gering gehalten.
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Durch die österreichische Patentschrift 179 823 ist eine sehr
einfach aufgebaute Bürstenabhebe- und Kurzschlußvorrichtung bekannt. Bei dieser
ist im Gehäuse der Maschine eine Steuerwelle gelagert, die an einem Ende einen exzentrischen
Stift zur Bewegung des Kurzschlußringes besitzt und die außerdem eine exzentrisch
ausgebildete Mitnehmerscheibe trägt, welche über besondere Verbindungsmittel die
Drehung der Bürstenbolzen bewirkt. Bei dieser bekannten Vorrichtung werden durch
eine Drehung der Steuerwelle unmittelbar die Bewegung des Kurzschlußringes und etwas
verzögert die Bewegung der Bürstenbolzen ausgelöst. Sie ist aber nur für kleine
Maschinen geeignet, da sie nur kleine Verschiebungen zuläßt.
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Bei einer anderen bekannten Vorrichtung ist auf der Welle ein Kurzschlußring
angeordnet, der durch axiale Verschiebung gegen Kontaktfedern der Schleifringe gedrückt
werden kann. Zur Verschiebung des Kurzschlußringes dient eine Steuermuffe, die auf
einer parallel zur Motorwelle angeordneten Steuerwelle gelagert ist, und die mit
einem gabelförmigen Hebel verbunden ist. In die Steuerinuffe ist ein spiralig verlaufender
Steuerschlitz eingearbeitet, in den eine mit der Steuerwelle verbundene Rolle eingreift.
Durch Drehen der Steuerwelle wird die Steuermuffe mit dem gabelförmigen Hebel und
durch diesen der Kurzschlußring verschoben. In einer axialen Bohrung der Steuerwelle
ist bei der bekannten Vorrichtung ferner ein Bürstenbolzen drehbar gelagert. Dieser
wird durch einen weiteren Schlitz der Steuermuffe bewegt. Die beiden Schlitze der
Steuennuffe haben eine solche Lage zueinander, daß bei der Drehung der Steuerwelle
zunächst der Kurzschlußring gegen die Kontaktfedern gedrückt wird und darauf durch
Drehung des Bürstenbolzens die Bürsten abgehoben werden (deutsche Patentschrift
340 673).
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Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung sind die Steuerwelle und
die Bürstenbolzen getrennt voneinander gelagert. Die Bewegung des Kurzschlußringes
wird ebenfalls durch einen Steuerschlitz in einer Steuermuffe eines gabelförmigen
Hebels bestimmt, während zur Drehung des Bürstenbolzens eine auf die Steuerwelle
aufgesetzte Kulissenscheibe dient (deutsche Patentschrift 401590).
Die Verwendung
von Steuerschlitzen bzw. Kulissenscheiben zur Erzielung der gewünschten Bewegungen
bei den bekannten Vorrichtungen bringt Schwierigkeiten mit sich. Diese Schlitze
und Kulissen sind wegen ihre komplizierten Form nur mit Hilfe spezieller Werkzeuge
herstellbar und nutzen sich verhältnismäßig stark ab.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bürstenabhebe- und Kurzschlußvorrichtung
für Asynchronmotoren mit Schleifringläufer mit einer Steuerwelle, die an einem Ende
einen exzentrischen Stift zur Bewegung des Kurzschlußringes über einen Umlenkhebel
besitzt und eine exzentrisch ausgebildete Mitnehmerscheibe trägt, welche über besondere
Verbindungsmittel die Drehung der Bürstenbolzen derart bewirkt, daß die Bürsten
erst abgehoben werden, wenn die Schleifringe kurzgeschlossen sind. Gemäß der Erfindung
besitzt die Mitnehmerscheibe zwei Auflaufkanten für einen Stift, der an einem über
eine Feder im Sinne des Aufliegens der Bürsten vorgespannten Rad befestigt ist,
das über besondere Verbindungsmittel die Drehung der Bürstenbolzen bestimmt, und
die eine zur Auslösung der Drehung des Rades und Aufhebung der Vorspannung dienende
Auflaufkante ist in so einem Winkel zu dem auf dem Ende der Steuerwelle befestigten
exzentrischen Stift zur Bewegung des Kurzschlußringes über
den Umlenkhebel
angeordnet, daß sie mit dem Stift des Rades erst in Berührung kommt, wenn der Kurzschlußring
seine Endlage erreicht hat. Außerdem drückt die andere Auflaufkante der Mitnehmerscheibe
in der Endstellung der Steuerwelle bei aufliecenden Bürsten und von den Kurzschlußkontakten
entferntem Kurzschlußring gegen den Stift des Rades. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung
ist also aus leicht herzustellenden Teilen aufgebaut, für die eine starke Abnutzung
nicht zu befürchten ist. Außerdem sind beide Bewegungsvorgänge zeitlich eindeutig
voneinander getrennt. Bei der Auslösung der Drehung der Steuerwelle wird nämlich
zunächst nur der Kurzschlußring über den Umlenkhebel und den exzentrischen Stift
an dem einen Ende der Steuerwelle bewegt. Dabei ist die Größe des von dem Kurzschlußring
zurückgelegten Weges unabhän-gig von der Exzentrizität des Stiftes. Erst
wenn der Kurzschlußring seine Endlage erreicht hat, d. h. wenn er die Läuferwicklungen
kurzgeschlossen hat, berührt die Auflaufkante der Mitnehmerscheibe den Stift, der
seinerseits an der Scheibe befestigt ist, die über besondere Verbindungsmittel die
Drehung der Bürstenbolzen bestimmt. Diese Drehung wird also erst ausgelöst, nachdem
die Endlage des Kurzschlußringes erreicht ist. Da die Scheibe über eine Feder im
Sinne des Aufliegens der Bürsten vorgespannt ist, solange sie nicht über den Stift
mit der Mitnehmerscheibe der Steuerwelle in Berührung steht, ist garantiert, daß
sich der Bürstenauflagedruck während der Bewegung des Kurzschlußringes nicht verändern
kann. Dadurch werden mit Sicherheit Lichtbögen während des Kurzschließ- und Bürstenabhebevorganges
vermieden. Da außerdem die Auflaufkanten in ihrer Endlage jeweils gegen den Stift
drücken, fixieren sie dabei die Lage der Bürsten. Bei den aufliegenden Bürsten kann
dadurch insbesondere der Auflagedruck der Bürsten vergrößert werden. Die erfindungsgemäße
Bürstenabhebe- und Kurzschlußvorrichtung ist daher besonders vorteilhaft bei großen
Maschinen anzuwenden.
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Durch den zwischen den exzentrisch an dem einen Ende der Steuerwelle
angebrachten Stift und dem Bürstenkurzschlußring geschalteten an sich bekannten
Umlenkhebel ist die Endlage des Kurzschlußringes nicht identisch mit der Endlage
des durch die Steuerwelle bewegten Unilenkhebels. Die weitere Drehung der Steuerwelle
nach dem Erreichen der Endlage des Kurzschlußringes während der das Ab-
heben
der Bürsten durchgeführt wird, bewegt dann nur noch den Uinlenkhebel, aber nicht
mehr den Kurzschlußring selbst. Dies ermöglicht weiterhin das Abheben der Kontaktteile
des Umlenkhebels von den Flächen des Kurzschlußringes, so daß der Verschleiß dieser
Teile herabgesetzt wird.
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Es ist zweckmäßig, daß der Winkel zwischen den Auflaufkanten der Mitnehmerscheibe
größer als 180'
ist. Dadurch steht ein genügend großer Weg für die Verzögerung
zwischen beiden Vorgängen- Bewegung des Kurzschlußringes und Abhebung der Bürsten
zur Verfügung.
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Die Scheibe, welche die Drehung der Bürstenbolzen bestimmt, kann mit
Vorteil als Kettenrad ausgebildet sein, das in eine Kette eingreift, die über weitere,
mit den Bürstenbolzen verbundene Kettenräder geführt ist. Diese Ausführung eignet
sich besonders für große Asynchronmaschinen, die mehrere Bürstenbolzen besitzen.
Durch die Verwendung einer Kette ist die gleichzeitige Betätigung aller Bürstenbolzen
gewährleistet. Ferner können die Bürstenbolzen und die Steuerwelle in einem gemeinsamen,
sich senkrecht zur Motorwelle erstreckenden, mit dem Gehäuse verbundenen Tragkörper
gelagert sein. Hierdurch ergibt sich eine einfache und betriebssichere Führung der
Kette.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher
erläutert.
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F i g. 1 zeigt eine Anordnung nach der Erfindung in einer Seitenansicht;
F i g. 2 zeigt eine axiale Ansicht der Anordnung nach F i g. 1.
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Der zur Verschiebung des Kurzschlußringes dienende Umlenkhebel kann
mittels an sich bekannter Rollen in eine Nut des Kurzschlußringes eingreifen. Eine
vorteilhafte Anordnung der Rollen ist in F i g. 3
gezeigt.
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Auf der Welle 1 des Läufers des Asynchronmotors befindet sich
ein Schleifringkörper mit drei Schleifringen 2. Mit diesen sind axial hervorstehende
Bolzen 3 verbunden, die in die Kontaktstücke 4 des Kurzschlußringes
5 eingeführt werden können. Der Kurzschlußring 5 kann durch den um
die Achse 36
schwenkbaren gabelfönnigen Umlenkhebel 6 auf der Welle
1 axial verschoben werden. In den gabelförmigen Hebel 6 sind hierzu
Rollen 7 eingesetzt, die in die Nut 8 des Kurzschlußringes
5 eingreifen. Die Rollen 7
haben einen Durchmesser, der kleiner als
die Breite der Nut 8 ist.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich die Nut
8 unmittelbar am äußeren Umfang des Kurzschlußringes 5. Es ist aber
auch möglich, einen Kurzschlußring mit einer die Nut enthaltenden muffenartigen
axialen Verlängerung zu verwenden.
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Am Ende der abgewinkelten Verlängerung 9 des gabelförmigen
Hebels 6 befindet sich die Nut 10 mit 0-fönnigem Profil, in die der
Stift 11 eingreift. Dieser ist exzentrisch in die Stimfläche des Zahnrades
12 eingesetzt, das auf der Steuerwelle 13 befestigt ist. Der Stift
11 kann auch mittels einer Rolle in die Nut 10 eingreifen. Das Zahnrad
12 ist als Kegelrad ausgebildet und greift in ein weiteres Kegelrad 19 ein,
auf dessen Welle z. B. ein Handrad aufgesetzt sein kann. Statt des Handrades kann
auch ein Stellmotor zur Drehung der Steuerwelle dienen, so daß der Kurzschluß- und
Abhebevorgang fernsteuerbar ist.
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Die Steuerwelle 13 ist in einem Tragkörper drehbar gelagert,
der im Ausführungsbeispiel als Trennwand 14 zwischen dem Schleifringraum und dem
Motorraum ausgebildet ist. Auf der einen Seite der Trennwand 14 trägt die Steuerwelle
13 das erwähnte Kegelrad 12 mit dem Stift 11. Auf der anderen Seite
der Trennwand 14 trägt die Steuerwelle 13 eine Mitnehmerscheibe
15, der zwei Anlaufflächen 16 und 17
für einen Stift
18 besitzt. Dieser ist in das Kettenrad 20 eingesetzt, das auf der Steuerwelle
13 gelagert ist. über das Kettenrad 20 ist die Kette 21 geführt, welche die
Bürstenbolzen 22 mit den Bürsten 23 betätigt. Diese sind im Ausführungsbeispiel
ebenfalls in der Trennwand 14 gelagert. Zum Spannen der Kette 21 dient ein Kettenrad
26, das in Richtung des Pfeiles 37 verschiebbar ist.
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Das Kettenrad 20 trägt einen Hebel 24, an dem die Feder
25 angreift. Diese spannt Über das Kettenrad 20 die Kette 21 so vor, daß
die Bürsten 23 auf die Schleifringe 2 gedrückt werden, wenn der Stift
18 nicht mit der Mitnehmerscheibe 15 in Berührung
steht.
Die Feder 25 kann so bemessen sein, daß sie nur einen Teil der gewünschten
Auflagekraft der Bürsten 23 aufbringt. Die zur Erreichung des gewünschten
Bürstendruckes noch fehlende Kraft wird in diesem Falle über die Mitnehmerscheibe
15 der Steuerwelle 13 und den Stift 18 des Kettenrades 20 aufgebracht.
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Die Steuerwelle 13 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
parallel zur Motorwelle 1 angeordnet. Sie kann jedoch auch unter einem bestiminten
Winkel zur Motorwelle 1 angeordnet sein, wenn dies beispielsweise für ihren
Antrieb vorteilhaft ist. Zur Führung der Kette können in diesem Fall zusätzliche
Umlenkräder vorhanden sein.
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Der Durchmesser der Rollen 7 ist geringer als die Breite der
Nut 8 des Kurzschlußringes 5. Der gabelförmige Hebel 6 kann
deshalb in eine Lage gebracht werden, in der die Rollen 7 die Seitenwände
der Nut 8 nicht berühren. Dies wird dadurch ermöglicht, daß der Drehwinkel
der Steuerwelle 13 zwischen den Endlagen größer als 180' ist, so daß
bei gleichsinniger Drehung der Steuerwelle 13 der Hebel 6 über die
Nut 10 und den Stift 11 von seinen Endlagen zurückbewegt werden kann.
Auch die Flächen 16 und 17 der Mitnehmerscheibe 15 liegen um
mehr als 180'
auseinander, so daß erst gegen Ende der Drehung der Steuerwelle
13 die Bürsten abgehoben oder mit vollem Druck aufgelegt werden.
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Damit sich der Kurzschlußring 5 nicht unbeabsichtigt verschiebt
und deshalb die Rollen 7 wieder mitzulaufen beginnen, können beispielsweise
zwischen dem Kurzschlußring 5 und der Motorwelle 1 an sich bekannte
federbelastete Rasten angeordnet sein, die den Kurzschlußring in den gewünschten
Stellungen festhalten.
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Um den Hebel 6 gegenüber der Steuerwelle 13 und dem
Kurzschlußring 5 einstellen zu können, empfiehlt es sich, die Rollen
7 an dem Hebel 6 verstellbar anzuordnen. F i g. 3 zeigt, wie
die Verstellbarkeit in vorteilhafter Weise erreicht werden kann.
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In eine Bohrung auf jeder Seite des gabelförmigen Hebels
6 ist ein Wellenstumpf 30 eingesetzt, der einen exzentrisch angeordneten
Zapfen 31 sowie einen Flansch 32 besitzt. Auf dem Zapfen
31 ist die Rolle 7
drehbar gelagert. Der Flansch 32 ist mit
dem gabelförmigen Hebel 6 durch Schrauben 33 befestigt. Wenn der Flansch
32 beispielsweise an seinem Umfang acht gleichmäßig verteilte Bohrungen besitzt,
so kann die Rolle 7 in acht genau wiederholbar einzustellende Lagen gebracht
werden.
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Zur Betrachtung der Wirkungsweise der Anordnung sei angenommen, daß
der Motor angelassen worden ist und die Bürsten mit vollem Druck aufliegen. In dieser
Stellung ist die Anordnung in den F i g. 1 und 2 gezeichnet. Wird nun, hiervon
ausgehend, die Steuerwelle 13 über die Zahnräder 12 und 19 langsam
in Richtung des Pfeiles 35 bewegt, so vermindert sich zunächst der Auflagedruck
der Bürsten auf den Wert, der durch die Feder 25 gegeben ist. Bei der Drehung
der Steuerwelle 13 berühren die Rollen 7 kurz die rechte Seitenwand
der Nut 8 des Kurzschlußringes 5 und legen sich dann an die linke
Seitenwand der Nut 8. Durch weitere Drehung der Steuerwelle 13 wird
der Kurzschlußring 5 axial verschoben, wobei die Stifte 3 der Schleifringe
in die Kontaktstücke 4 des Kurzschlußringes 5 eintreten. Nach der Beendigung
dieses Vorganges hat die abgewinkelte Verlängerung 9 des Hebels
6 ihre tiefste Lage erreicht. Bei der weiteren Drehung der Steuerwelle
13 werden die Rollen 7 von der Seitenwand der Nut 8
abgehoben,
und die Mitnehmerscheibe 15 läuft mit der Fläche 16 gegen den Stift
18. Hierdurch werden die Bürsten 23 über die Kette 21 unter Zusammendrücken
der Feder 25 abgehoben.
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Bei der Drehung der Steuerwelle 13 in der umgekehrten Richtung
werden zunächst die Bürsten 23
mit dem Druck der Feder 25 auf die Schleifringe
2 aufgelegt, und der Kurzschlußring 5 wird in die Anfahrstellung gebracht.
In der Endstellung der Steuerwelle 13 läuft die Fläche 17 der Mitnehmerscheibe
15 gegen den Stift 18 und vergrößert den Auflagedruck der Bürsten
auf den gewünschten Wert. Die Bewegung der Rollen 7 in der Nut
8 des Kurzschlußringes 5 vollzieht sich dabei sinngemäß in der beschriebenen
Weise.