DE2147790A1

DE2147790A1 - Schalter

Info

Publication number: DE2147790A1
Application number: DE19712147790
Authority: DE
Inventors: Max William Hastings; Brockelsby Norman Duane Grand Island; Nebr. Perry (V.StA.)
Original assignee: Dutton Lainson Co
Current assignee: Dutton Lainson Co
Priority date: 1970-11-18
Filing date: 1971-09-24
Publication date: 1972-05-25
Also published as: GB1337811A; DE2147790B2; CA936217A; DE2147790C3

Description

DIPL.-ING. G. DAIILMANN PATENTANWALT

8752 MAlNASCHA FF/ASCH AFFENBURG /

ΚλΙΝΡΑΙΚ8ΤΙΛΙ·Ι Hi* ' 0«OS1 '

den 17. September» 1971

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DÜTTOF -

GOVPATTY

Hastinsrs, ^ebraa^ca

TJ. S. A.

Schalter

Die ErfindunjT "betrifft Schalter für die Umkehr des Drehsinnes der Betriebsweise einer elektrischen Vorrichtung, insbesondere einen Umkehrschalter für einen Gleichstrommotor.

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Es ist bekannt, daß bei der Gleichstromsteuerune; eine Umkehr der Anschlüsse an einem Gleichstromelektromotor eine Umkehr der Betriebsweise des Motors bewirkt. In der Vergangenheit war es allgemein üblich, für die Umkehr des Drehsinnes eines Gleichstrommotors einen Kippschalter oder dergleichen vorzusehen, der außerhalb des Motors sitzt und der ein Umkehren des zum Motor fließenden Stromes bewirkt. Es gibt jedoch AnwendungsTnöglichkel ten, bei denen es min sehenswert ist, einen außenllebenden Schalter zu vermeiden. Zum Beispiel der Kostenaufwand des Schalters oder Sicherheitsgründe können es erforderlich ir.echen, einen Umkehrschalter als ein integriertes Teil Motors einzubauen.

Tn erster Linie betrifft die vorliegende Erfindung die Verbesserung eines in einem Gleichstrommotor integrierten Schalters, der zum Umschalten der Richtung des Gleichstrommotors durch Wechsel der Verbindung der Bürsten, die mit dem Schlitz,-ringkommutator (split ring commutator) des Gleichstrommotors in Kontakt stehen, dient.

Dadurch ist ein Wechsel der Polarität der elektrischen Stromquelle zum Motor hergestellt. Dieser Wechsel wird durch Drehen' der Bürsten über der Oberfläche einer zwischen dem Kommutator und den Bürsten eingefügten Isolierscheibe bewirkt. Die Scheibe enthält an vorbestimmten Stellen Öffnungen, die den Bürsten nur dann ein In-Kontakt-Kommen mit dem Kommutator gestatten, wenn dieses gewünscht wird.

TIs ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Umkehrschalter für einen Gleichstromelektrcraotor zu schaffen.

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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindimg ist es, einen zum Wechsel des Betriebes einer elektrischen Vorrichtung von einer ersten Betriebsart in eine zweite Betriebsart geeigne-t-en verbesserten Schalter zu schiffen.

Ferner soll durch die vorliegende Erfindung ein für des ^TJmschalten des Betriebs einer elektrischen Vorrichtung geeigneter Schalter erstellt werden, bei dem die für den Schaltvorgans notwendigen zusätzlichen Teile auf eine Mindestzahl reduziert sind.

Außerdem soll durch die vorliegende Erfindung ein Schalter mit einer einfachen und wirtschaftlichen Konstruktion geschaffen 7'erden, die dennoch betriebssicher und tauglich ftjr viele Arbeitsvorgänge ist.

Anhand des nachstehenden Ausführungsbeispiels sei die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Schsltprs teilweise im Schnitt,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Schaltergriffteiles der Schalteinrichtung mit den inöglichen Schaltstellungen des Schalters,

Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie 3-3 der

Fig. 1 mit der Außenseite der Isolierscheibe des Schalters,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht des Schalters gemäß der Linie 4-4 der Fig. 1,

Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie 5-5 der Fig. 1,

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Fig. 6 eine perspektivische Aneicht dee Schaltere in auseinandergezogener Anordnung und

fig. 7 und 8 zusammengesetzte Querschnitte der

Isolierscheibe und der Bürste des Schalters gemäß der Linien 7-7 der Fig. 3 und 8-8 der Fig. 4.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung ist ein Vierpolgleichstrommotor des Typs mit einem Scblitzringkommutator (split ring commutator) und einer Nullstellung dargestellt, wobei der Schalthebel in Jede von zwei Richtungen gedreht werden kann, um einen Betrieb des Motors in jeder der zwei Richtungen zu bewirken. Nach Freigabe des Schalthebels kehrt der Schalter in eine neutrale Stellung zurück. Es sei jedoch bemerkt, daß die Grundsätze der unten beschriebenen spezifischen Schalterkonstruktion bei anderen elektrischen Vorrichtungen ebenfalls angewendet werden können, bei denen ein Schalteingriff gewünscht ist, um den Betrieb der Vorrichtung von einer ersten Betriebsweise in eine zweite Betriebsweise umzuschalten.

Insbesondere" ist die Schalteinrichtung der vorliegenden Erfindung auf einen Schalter zu» Umschalten der Betriebsweise der Vorrichtung ausgerichtet, wenn die Vorrichtung ein drehende« Bauteil hat, das zur Aufnähe· von elektrischer Kraft von Kontakten, die mit dem drehenden Teil zusammenwirken und in Eingriff stehen, geeignet ist· In der unten folgenden besonderen Beschreibung 1st der drehende Teil der Schlitzringkommutator eines Vierpolgleiohstroiaootors und die Kontakte sind Kohlebürsten.

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In Fig. 1 let ein Motor 10 ait einem äußeren Motorgehäuse 12 und ein·» Läufer 14 nit einer die Mittelachse JJ6 dee Motors 10 beetinmenden Läuferwelle 16 dargestellt. 5er Motor 10 1st ein Gleichstrommotor und enthält für die elektrische Zusammenarbeit nit den Läufer 14 als Ständer ein Paar halbkreisförmig· Magnete (nicht gezeigt) an der Innenseite des Motorgehäuses. Befestigt am Läufer 14 und e±n Teil desselben bildend ist ein 8chlitzringkommutator 18. Ein Leistungszufuhr- und Schalterbausatz 20 für den Kommutator 18 ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Der Baus&tz 20 ist am Motorgehäuse 12 und angrenzend am Kommutator 18 angeordnet· Im gegenüberliegenden Ende des Motors 10 schließt die Läuferwelle 16 mit einem Kraftabgabewellengetriebe 22 ab. Die Konstruktion und Wirkungsweise des Ständers, des Läufers und des Kommutators 18 als Teile eines Gleichstrommotors sind herkömmlicher Art und dem Fachmann bekannt. Die Beschreibung wird deshalb auf den Bausatz 20 ausgerichtet, der den Gegenstand der Erfindung enthält und der als ein Teil des und in Zusammenkpivl mit dem Gleichstrommotor 10 wirkt.

Für die verbliebene Besehreibung der bevorzugten Ausführungsform wird auf die Fig. 6 und Fig. 1 sowie auf die Fig. 2 bis 5, 7 und 8 Bezug genommen. In jeder Figur bezeichnen gleiche Ziffern gleiche Teil·· Sin Paar Motorgehäusestifte 24 erstrecken sich vomm Motorgehäuse 12 in einer zur Läuferwelle 16 par·· •Helen Richtung. Der Stift 24 in Fig. 1 ist durch einen gleichartigen um 180° versetzt an d«r gegenüberliegenden Seite des Motorgehäuses 12 angeordneten Stift ergänzt, der in Fig* 1 nicht gezeigt ist.

Sine Isolierscheibe oder Waffel 26 enthält Stiftöffnungen ^8 und 29» die zur Aufnähe· der Stifte 24 dienen. Dadurch ist die

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Sehelbe 26 gegenüber dem Kommutator 18 oder Motorgehäuse 12 unrerdrehbar. Die Scheibe 26 hat eine zentrale Rotorwellenöffnung 30, durch die die Rotorwelle 16 hindurchragt. Die Scheibe 26 hat weiter Tier durch im rechten Winkel zusinanderllegende Radien der Seheibe bestimmte öffnungen 52, 33» 34 ttnd 15. Die öffnungen 32 bis 35 eind ron gleicher Größe und Gestalt und aueh im wesentlichen im gleichen Abstand von der Mittelachse 36 der Rotorwelle 16 und Scheibe 26 angeordnet.

Diese Scheibe·26 ist aus einem Isoliermaterial hergestellt, um Jeden elektrischen Stromfluß zwischen einem Gegenstand an der einen Seite der Scheibe und dem an der gegenüberliegenden Seite der Scheibe 26 drehenden Kommutator 18 zu verhindern. Wie aus den Fig. 3 und 7 ersichtlich ist, sind die gegenüberliegenden Seiten der öffnungen 32 bis 35 durch schräge Flächen 38 und 39 flankiert, wobei die Flächen 38 und 39 nach außen von einer an den Kommutator 18 angrenzenden Lage zu der gegenüberliegenden Seite der Scheibe 26 geneigt sind. Die schrägen Flächen 38 und 39 verbunden mit Jeder der öffnungen 32 bis 35 und in Kombination mit der am Bausatz 20 angrenzenden und vom Kommutator 18 entfernt angeordneten Oberfläche der Scheibe 26 bestimmen einen Kontakt»oder Bürstenweg, der die Herstellung und Unterbrechung des elektrischen Kontaktee mit dem Kommutator gestattet und dadurch einen Schaltvorgang durch den Bausatz bewirkt.

An die Seheibe 26 grenet ein Borstenträger 40 an, der um die Achse 36 drehbar befestigt ist und die vier Burstenfassungen 42, 43, 44 und 45 hat. Der Borstenträger 40 ist aus einem Isoliermaterial hergestellt. In Jede der Burstenfassungen 42 bis 45 sind Bürsten 4? eingesetzt, die durch Federn 50 nach auswärts vorgespannt sind· ^iese Anordnung ist auch in*der Fig« 8 dargestellt. *

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Der Bürstenträger 40 enthält einen zentralen Durchlaß 51, der drehbar auf eine ringförmige Buchse 52 einer Abschlußkappe 54 aufgesetzt ist. Die Abschlußkappe 54 ist durch .die mit den Stiftöffnungen 56 und 57 in der Abschlußkappe 54 zusammenwirkenden Stifte 24 fest am Motorgehäuse 12 gehalten. Eine Hülse 53 ist in die Buchse 52 eingelegt und nimmt die Welle 16 des Läufer3 14 auf.

Ein Dichtungs- und Zwischenring 58 ist i^ eine ringförmige Nut 60 einer Außenplatte 62 eingefügt. Die Außenplatte 62 ist durch Verbindungsstifte 64 (Pig. 6) und 66 (Fig. 1) starr an dem Träger 40 befestigt. Die Verbindungsstifte 64 und 66 dienen Jedoch nicht nur zur starren Verbindung der Außenplatte mit dem Träger 40, sondern dienen auch als die zwei Zuleitungswege für die Gleichstromkraft zu den Bürsten 4?.

Die Außenplatte 62 enthält eine Zentrierfederausnehmung 68, die zur Aufnahme und Zusamipenwirkxmg mit einer Zentrierfeder 70 geeignet ist. Eine Ansatzschraube 72 ist durch eine Mittelachsöffnung 74 der Außenplatte 62 und durch den Windungsteil der Feder 70 hindurchgeführt. Die Schraube 72 ist in die Abschlußkappe 54 eingeschraubt. Die Außenplatte 62 ist dadxirch um die Mittelachse 36 des Bausatzes 20 und die Ansatrschraube 72 drehbar. Die Feder 70 hat die wirksamen Enden 76 und 77, die mit einem in der Ausnehmung 68 ausgeprägten Ansatz 80 zusammenwirken. Mit den wirksamen Enden 76 und 77 arbeitet auch ein nach außen von der Abschlußkappe 54 sich erstreckender Vorsprung 82 zusammen. Wie in der Fig. 5 dargestellt, greift der Vorsprung 82 zwischen die Enden 76 und 77 der Feder 70. Die Feder 70 hält so die»Außerplatte 62 und alle daran starr befestigten Teile in einer zentrischen oder "Totpunkt¹¹ Stellung.

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Die Fig. 2 und 5 zeigen die Mittelstellung der Außenplatte und die möglichen Schaltstellungen, die durch Drehen der Platte 62 in oder entgegen dem Uhrzeigersinn hergestellt werden können.

Die Verbindungsstifte 64 und 66 erstrecken sich durch bogenförmige Schlitze 84 und 86 in der* Abschlußkappe 54. Sie sind am Bürstenträger 40 und auch an der Außenplatte 62 befestigt, so daß der Bürstenträger 40 und die Außenplatte 62 gleichzeitig drehen. Eine Mutter 88 und eine Unterlegscheibe 90 dienen zum Anschließen der Verbindnngsstifte 64 und 66 an den Bürstenträger 40. In gleicher Weise dient eine Schraube 92 und eine Unterlegscheibe 94 zur Verbindung der Stifte 64 und 66 mit der Außenplatte 62. Jeder Verbindungsstift 64 und 66 hat einen Stecker 96, der sich über die Außenplatte in eine Steckhülse 98 erstreckt, die in den Anschlußhälften 100 und 102 eines aus Isoliermaterial gebildeten Griffes 103 angeordnet ist. Getrennte Leitungskabel 105 und 108 sind für die Hülsen 98 und 99 bzw. für die Stromeingabe für den Schalterbausatz 20 und schließlich den Motor 10 vorgesehen. Die Niete 104 hält die Griffhälften 100 und 102 in einer zusammengesetzten Lage.

Wie in den Pig. 3» 4, 7 und 8 gezeigt, sind die in den Bürstenfassungen 42 und 44 angeordneten Bürsten 47 durch den Verbindungsstift 66 und die Leitungskabel 106 und 107 an eine Stromquelle des gleichen Vorzeichens angeschlossen. In gleicher Weise sind die Bürsten 47 in den Passungen 43 und 45 durch den Verbindungsstift 64 und die Leitungskabel 109 und 110 an eine Stromquelle des gleichen Vorzeichens angeschlossen.

Die Bürsten 47 sind in der Ruhestellung geg-en die äußere Fläche der Scheibe 26 vorgespannt und kommen mit dem Schiitzringkommu-

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tator 18 nicht in Berührung. Durch Drehen des Griffbausatζes gegen die Kraft der Feder 70 gleiten die Bürsten Jedoch über die Oberfläche der Scheibe 26 und der schrägen Flächen 38 oder 39 hinab und kommen durch die öffnungen 33 mit dem Kommutator 18 in Kontakt. In Abhängigkeit von der Drehrichtung des Griffbausatz.es kommen die mit dem Verbindvngsstift 66 verbundenen Bürsten 47, zum Beispiel durch die senkrecht ausgerichteten öffnungen 33 und 35, in Kontakt mit dem Kommutator 18. Eine Drehung des Griffbausatzes um 90° schaltet die Stromanschlüsse am Kommutator 18 um, da die mit dem Stift 66 verbundenen Bürsten 47 sich nun durch die öffnungen 32 und 34· erstrecken. Dadurch wird die Betriebsrichtung des Motors 10 umgekehrt.

In der beschriebenen Ausführungsform sind die Bürsten gewöhnlich in eine nicht-leitende Stellung vorgespannt. Eine Drehung des Schalt^rgriffes um 45 in der einen oder anderen Richtung aus der Mittelstellung verursacht den Betrieb des Motors 10 in dem einen oder im entgegengesetzten Sinn. Es ist jedoch möglich, die Feder 70 von dem Bausatz zu entfernen, so daß der Griffbausatz gedreht werden kann, ohne auf eine nicht-leitende Stellung zurück vorgespannt zu werden. In einem solchen Fall würde das Hindurchragen der Bürsten 47 durch die verschiedenen öffnungen 32 bis 35 darauf gerichtet sein, den Schalter in einer feststehenden Lage zu halten. Die Bürsten wirken wie eine Hasteinrichtimg, wenn sie sich in den öffnungen 32 bis befinden.

Der Schalter ist vorzugsweise ein integrierter Teil des Motors, wodurch die Notwendigkeit einer außenliegenden Schaltvorrichtung vermieden wird. Daraus folgt, daß weniger Gesamtteile erforderlich sind. Nur wenige der Motorteile selbst sind abgeändert.

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Die Hinzufügung der Isolieracheibe 26 mit ihrer einzigartigen und besonderen Konstruktion sichert die vielen durch die vorliegende Erfindung verwirklichten Vorteile. Da die Bürsten unter Federspsnnung stehen, werden die Kommutetorobe^flachen durch den fortwährenden Gleitvorp-an°; des Schlitzringes mit den Bürsten durch die Bürsten 47 angepaßt und gereinigt. Ton großer Bedeutung ist aucb, daß alle verfügbare elektrische Energie direkt zum Motor geleitet wird. Durch die Schaltkontakte wird weder durch Widerstand noch durch Erwärmung Energie Terlbraucbt _t was bei Gleichstrommotoren von sehr srroßer Bedeutung ist_s

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Claims

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1. Schalter zum Wechsel der Betriebsweise einer elektrischen Vorrichtung aus einer ersten Betriebsweise in eine zweite Betriebsweise, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (20) zum Schalten von mit dem angetriebenen Teil der Vorrichtung (10) in Berührung stehenden Bürsten (47) aus einer ersten in eine zweite Stellung dient und eine den Bürsten (4-7) benachbarte Isolierscheibe (26) hat, wobei die Bürsten (47) um eine Achse (36) drehbar angeordnet sind und die Isolierscheibe (26) öffnungen (32. bis 35) aufweist, durch die die Bürsten (47) mit dem angetriebenen Teil der Vorrichtung in Kontakt stehen.

2. Schelter, insbesondere zum Betreiben eines Motors in wenigstens zwei Betriebsweisen, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der angetriebene Teil der Vorrichtung ("¹O) einen Kommutator (18) hat und daß die Isolierscheibe (26) zwischen dem Kommutator (18) und den Bürsten (47) angeordnet ist, wobei beim Wech?⁰"¹ der Bürsten (47) aus den Tsoliersche^benöffnungen der erster Stellung in die Isolierscheibenöffnungen der zweiten Stellung die Betriebsweise des Motors (10) geändert wird.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Vorrichtung ein Gleichstrommotor (10) mit einem mit einer Drehachse (36) versehener Schlitzringkomirutator (18) ist, desren Bürsten (47) vorzugsweise hälf-

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tig an Stromquellen unterschiedlicher Polarität angeschlossen sind, und daß um die Drehachse (36) des Rinskommutators (18) drehbar ein Träger (40) für die Bürsten (47) angeordnet ist, der Bürstenfassungen (42 bis 45) zur Aufnahme der Bürsten (4?) und Federn (50) zum Drücken der Bürsten (47) gegen den Kommutator (18) hat, und daß die öffnungen (32 bis 35) der Isolierscheibe (26) durch Stege getrennt sind, die eine Unterbrechung des elektrischen Kontaktes zwischen den Bürsten (47) und dem Kommutator (18) bei entsprechender Stellung der Bürsten (4¹J?) bewirken.

4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3i dadurch gekennzeichnet, daß die Bürsten (47) gegen den Kommutator (18) vorgespannt sind.

5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (40) durch Federkraft (70) in einer Stellung gehalten ist, in der die Bürsten (47) zum Kommutator (18) keinen Kontakt haben.

6. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5j dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierscheibe (26) vier im wesentlichen in Winkelabatänden von 90° und in etwa dem gleichen radialen Abstand von der Drehachse (36) angeordnete öffnungen (32 bis 35) hat und daß vier Bürsten (47) vorgesehen sind, wovon jede durch wenigstens zwei benachbarte öffnungen hindurchpaßt.

7. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstelle der Isolierscheibe (26) schräge Flächen (38, 39) haber, die vom Kommutator (18) nach auswärts verlaufen.

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