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Was chautomatenantri eb Die Erfindung bezieht sich auf einen Waschautomatenantrieb
mit einem drehzahlstellbaren Einphasen-Kommutatormotor mit kurzschließbaren Bürsten.
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Bei einem bekannten derartigen, von einem Elektromotor betriebenen
Waschautomaten (DT-OS 1 638 347, Seite 5) ist als Antriebsmotor ein Einphasen-Kollektor-Motor
mit kurzgeschlossenen, verstellbaren Bürsten vorgesehen und zur Begrenzung der niedrigsten
Drehzahl ein überbrückbarer Fliehkraftkontaktregler in den Motorspeisekreis eingeschaltet.
Durch den Einsatz des Fliehkraftkontaktreglers für die niedrige Waschdrehzahl soll
der Motor so a legbar sein, daß die höchstmögliche Last sicher bewältigt wird.
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Bei kleiner Last soll die Waschdrehzahl durch den Fliehkraftkontaktregler
begrenzt werden. Fur die höheren Drehzahlen, insbesondere für die Schleuderdrehzahl,
wird der Fliehkontaktregles überbrückt, so daß sich Last und Spannungsschwankungen
bei hohen Drehzahlen nicht störend bemerkbar machen. Die Verstellung der Bürsten
bzw. Bürstenbrücken soli von einem von Hand zu betätigenden Schalter oder durch
Verstellung durch ein Programmschaltwerk ihrer einen Stellmotor vorgenommen werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, mit einem geringeren Aufwand
eine hohe Drehzahlspreizung in Bezug auf eine niedertourige Nenndrehzahl zu erreichen
und einæ weitgehend von Belastungs-und Netzspannungsschwankungen unabhängigen niedertourigon
Betrieb bereich gewährleisten zu können. Die Lösung dieser Aufgabe ist
bei
einem Waschautomatenantrieb mit einem drehzahlstellbaren Einphasen-Kommutatormotor
mit kurzschließbaren Bürsten erfindungsgemäß dadurch möglich, daß im genuteten Ständerblechpaket
eine aus zwei Strängen (Hauptphase und Hilfsphase) bestehende Ständerwicklung angeordnet
ist, deren Hauptphase mit ihrer magnetischen Achse ca. 900es zur Bürstenachse eines
im Raum feststehenden Hauptbürstensatzes verschoben ist, und daß durch äußere Beschaltung
der Bürsten sowie der Wicklungsstränge und deren Anschlüsse an das speisende Einphasennetz
(R, M ) der Motor p im Waschbetrieb als Induktionsmotor und im Schleuderbetrieb
als Universalmotor betreibbar ist. In vorteilhafter Weise ist zusätzlich ein, vorzugsweise
um ca. 700el gegenüber dem Hauptbürstensatz verschobener, feststehender weiterer
Nebenbürstensatz vorgesehen und zusätzlich der Motor im Bereich zwischen dem Wasch-
und Schleuderbetrieb als Repulsionsmotor einsetzbar.
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Dadurch ergibt sich ein einfach aufgebauter Motor mit für verschiedene
Betriebsweisen als Induktionsmotor, Repulsionsmotor und Universalmotor integrierten
Ständer- und Läuferwicklungen geringer Motorbaugröße und geringen Motorgewichtes,
der ohne einen konstruktiv und betriebstechnisch aufwendigen verstellbaren Bürstensatz
die Möglichkeit einer Drehzahlsteuerung über einen großen Drehzahlbereich ermöglicht.
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In vorteilhafter Weise wird für alle drei vorgesehenen verschiedenen
Betriebsweisen (Kondensatormotor, Repulsionsmotor, Universalmotor) der gleiche magnetische
Kreis benutzt sowie jeweils die gleiche Ständer- und Läuferwicklung verwendet, so
daß sich eine optimale Ausnutzung von Eisen und Kupfer ergibt. Die im Vergleich
zur bekannten Lösung niedrigeren Stromdichten im Ständer und Läufer bedingen bei
Schweranlauf oder im B1ock#erun.gsfall des Läufers nur einen geringen Temperaturanstieg
und erlauben damit längere Zeiten m Fall eines Schweranlaufes oder einer Blockierung.
Darüberhinaus wird der Motorschutz wesentlich vereinfacht, da nur ein einziger Thermowächter
in der Ständerwicklung für alle vorgesehenen Betriebsarten im Uberlastungs- oder
Blockierungsfall notwendig ist.
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Die äußere Beschaltung des erfindungsgemäßen Waschautomatenantriebes
im eigentlichen Waschbetrieb ist dadurch gekennzeichnet, daß bei Betrieb als Induktionsmotor
die Ständerwicklung mit Haupt- und Hilfsphase mit Kondensator im Sinne eines Einphasen-Induktionsmotor
an das speisende Einphasennetz (R, M ) angep schlossen und der Haupt- und der Nebenbürstensatz
jeweils unmittelbar kurzgeschlossen sind. Die Ubersetzung zwischen Abtriebsscheibe
des Einphasen-Kommutatormotors und der Riemenscheibe der Waschtrommel ist in bekannter
Weise dabei derart gewählt, daß die Waschtrommel im normalen Waschgang mit etwa
50 Umdrehungen pro Minute rotiert. Zur Erzielung eines Schonwaschganges mit ca.
25 bis 30 Trommelumdrehungen pro Minute (Wolle-Programm) bzw. für eine Park-Drehzahl
von ca. 5 bis 15 Trommelumdrehungen pro Minute bei sogenannten Top-Ladern ist es
vorteilhaft, daß bei Betrieb als Induktionsmotor die Ständerwicklung mit Haupt-und
Hilfsphase mit Kondensator im Sinne eines Einphasen-Induktionsmotor an das speisende
Einphasennetz (R, M ) angeschlossen p und der Hauptbürstensatz direkt kurzgeschlossen,
jedoch der Nebenbürstensatz über einen Vorwiderstand kurzgeschlossen oder sogar
in Leerlauf geschaltet ist. Dadurch ergibt sich ein Induktionsmotor-Betrieb mit
gegenüber dem vorgenannten Betrieb jeweils entsprechend verminderter Nenndrehzahl.
Um Schlupfverluste im Läufer zu vermeiden, kann es vorteilhaft sein, daß bei ansonsten
gleicher Schaltung auch der Hauptbürstensatz über einen außenliegenden Vorwiderstand
kurzgeschlossen ist.
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Um im Sinne einer weichen Drehmomentenkennlinie beim Ubergang von
der Waschdrehzahl (50 Trommelumdrehungen pro Minute) zur hochtourigen Schleuderdrehzahl
mit einer Leerlaufdrehzahl vom 10- bis 20-fachen Wert der Nenndrehzahl im Waschbetneb
auf einfache Weise eine sogenannte Anlegecrehzahl von ca. 80 Trommelumdrehungen
pro Minute erzielen zu können, ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung
vorgesehen, daßbei Betrieb als Repulsionsmotor nur die Hauptphase der Ständerwicklung
an das speisende Einphasennetz (R, M # angeschlossen und der Nebenbürstensatz bei
geöffnetem Hauptbürstensatz kurzgeschlossen ist.
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Zwei zweckmäßige Alternativen des Waschautomatenantriebes bei
Betrieb
als Repulsionsmotor einerseits hinsichtlich einer besonderen Schaltung der Ständerwicklung
und andererseits hinsichtlich einer besonderen Schaltung der Bürstensätze sind dadurch
gekennzeichnet, daß zum einen die Hauptphase in Reihe mit der Hilfsphase der Ständerwicklung
an das speisende Netz angeschlossen ist und zum anderen Jeweils eine Bürste des
Hauptbürstensatzes mit einer Bürste des Nebenbürstensatzes kurzgeschlossen ist,
wobei vorzugsweise die um den größeren elektrischen Winkel gegeneinander versetzten
Bürsten miteinander verbunden sind.
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Zur Erzielung der Sdteuderdrehzahl ist nach einer Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Waschautomatenantriebes vorgesehen, daß bei Betrieb als Universalmotor
zumindest ein Teil der Hauptphase der Ständerwicklung in Reihe mit dem Hauptbürstensatz
an das speisende de Einphasennetz (R, mop) angeschlossen ist. Wird dabei der'Nebenbürstensatz
im Leerlauf betrieben, so ergibt sich die höchstmögliche Schleuderdrehzahl; um beim
Hochfahren zur Endschleuderdrehzahl ein hohes Anzugsmoment zu erreichen und den
kritischen Drehzahlbereich (100 bis 300 Trommelumdrehungen pro Minute) schnell durchfahren
zu können, ist es zweckmäßig, wenn über eine Kennliniensteuerung bei Betrieb als
Universalmotor der Nebenbürstensatz zunächst unmittelbar oder über einen Vorwiderstand
von außen kurzgeschlossen wird; will man auf eine äußere Beschaltung des Nebenbürstensatzes
verzichten, so kann zur Erzielung einer verminderten Leerlaufdrehzahl bei Betrieb
als Universalmotor vorgesehen werden, die Haptphasenwicklung im Sinne einer nur
teilweisen Zuschaltung anzuzapfen. Zur Verringerung der Lamellenspannung kann es
zweckmäßig sein, wenn bei Betrieb als Universalmotor die Hauptphase der Ständerwicklung
unmittelbar an das speisende Netz (R, Mp) angeschlossen und der Hauptbürstensatz
parallel zu einem Teil der Hauptphase geschaltet ist bzw. der Hauptbürstensatz an
eine galvanisch von der Hauptphase getrennten, jedoch in gleicher Wicklungsachse
wie diese liegende Zusatzwicklung gleicher Polzahl angeschlossen ist.
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Um den Aufwand für den Haupt- und Nebenbürstensatz möglichst gering
zu halten ist es vorteilhaft, daß die Kommutatorwicklung
des Läufers
bei einer Polpaarzahl, die größer ist als zwei, als Schleifenwicklung mit Ausgleichsverbindern
zwischen den Kommutator-Lamellen gleichen Potentials unter benachbarten Polpaaren
oder aber als Wellenwicklung ausgeführt ist; in beiden Fällen ist dann nur ein einziger
Haupt- bzw. Nebenbürstensatz zur Erzielung der erfindungsgemäßen Betriebszustände
erforderlich.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele
in der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: Figur 1 den grundsätzlichen Schaltungsaufbau
von Ständer und Läufer, Figur 2 bis 8 jeweils spezielle Schaltungen und die zugehörigen
Kennlinien (M=f(n)) mit eingetragenem Betriebspunkt für den Betrieb als Induktionsmotor
(Figur 2, 3), als Repulsionsmotor (Figur 4) und als Universalmotor (Figur 5 bis
8).
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Der Ständer besteht aus einer Hauptphase 1 und einer Hilfsphase 2
mit einem Betriebskondensator 17. Der gemeinsame Verbindungspunkt von Haptphase
1 und Hilfsphase 2 ist mit 12 bezeichnet, das jeweils andere Wicklungsende der Hauptphase
1 bzw. der Hilfsphase 2 trägt das Bezugszeichen 10 bzw. 11. Parallel zu den Wicklungsenden
10, 11 liegen die Reihenschaltung des Betriebskondensators 17 mit einem Schalter
9 sowie die beiden Anschlußpole eines Wechselschalters 8,dessen Eingangsanschluß
an die eine Phase R des speisenden Einphasennetzes angeschlossen ist, dessen zweite
Phase Np mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt 12 von Hauptphase 1 und Hilfsphase
2 verbunden ist. Der Ständer weist ein genutetes Ständerblechpaket auf, wobei anstelle
einer gleichmäßigen Nutung und Zahnteilung auch ein Bchschnitt mit ungleichförmiger
Nut- bzw. Zahnteilung und ungleichförmiger Zahnkopfgestaltung vorgesehen werden
kann, derart daß im Sinne einer verringerten Zahnhöhe im Bereich der Kommutierungszone
der Bürsten die Zahnköpfe vom Bohrungsdurchmesser abgesetzt sind.
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Der Läufer ist gleichmäßig genutet und mit einer einzigen Wicklung
als Stromwenderwicklung gleicher Polpaarzahl 2p wie der Ständer ausgeführt. Als
Läuferwicklung wird vorzugsweise bei 2p 4 4 bzw. bei 2p# => 2 eine Schleifenwicklung
vorgesehen.
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Auf dem Kommutator ist ein aus Jeweils zwei 1800el gegeneinander versetzten
Bürsten bestehender Hauptbürstensatz 4, 5 sowie ein gegenüber diesem um einen Winkel
ob versetzt Nebenbürstensatz 6, 7 aufgesetzt; die Bürstenachse des Hauptbürstensatzes
4, 5 ist senkrecht zur Wicklungsachse eines der beiden Stränge des Ständers anzuordnen;
im Schaltungsaufbau nach Figur 1 liegt die Bürstenachse des Hauptbürstensatzes 4,
5 senkrecht zum Ständerstrang der Hauptphase 1. Für den Winkel d kommen Werte zwischen
300 und 80° el in Frage. Vorzugsweise wird ein Verschiebungswinkel von & ca.
70° el vorgesehen. Der Nebenbürstensatz 6, 7 muß nicht unbedingt innerhalb des Hauptbürstensatzes
4, 5 angeordnet sein, sondern kann auch an elektrisch gleichwertiger, räumlich verschobener
Stelle am Umfang der Bürstenapparatur auf den Kommutator aufgesetzt sein. Das Ubersetzungsverhältnis
des aus dem Einphasennetz gespeisten Kommutatormotors mit Betriebskondensator kann
von 1 abweichen, wobei die Hauptbürstenachse des Läufers wahlweise auch senkrecht
zur Achse der Hilfsphasenwicklung angeordnet werden kann.
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Figur 1 zeigt die Schaltung für die Betriebsweise "Waschen".
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Die Bürstensätze 4, 5 und 6, 7 sind kurzgeschlossen. Im Ständer sind
Hauptphase 1 und Hilfsphase 2 mit Betriebskondensator 17 im Sinne eines Einphasen-Induktionsmotors
an das speisende Einphasennetz R, Mp angeschlossen. Es ergibt sich ein Induktionsmotor-Betneb
mit großer Drehzahlsteifigkeit im Nennpunkt ng. Auf der Drehmomentenkennlinie M=f
(n), die derjenigen eines Schleifringläufers mit relativ kleinem Nennschlupf und
ausgenvagtem Kipp- und Anzugsmoment entspricht. Die Nenndrehzahl ng ist weitgehend
unabhängig von Netzspannungsänderungen, Laständerungen und einer Wicklungserwärmung.
Die Ubersetzung zwischen Motor und Waschtrommel ist in an sich bekannter Weise derart
gewählt, daß sich bei einer Betriebsweise nach Figur 2 im Nennpunkt n0 eine Trommeldrehzahl
von etwa 50 Umdrehungen pro Minute ergibt.
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Bei der Betriebsweise nach Figur 3 ist bei sonst unveränderter Schaltung
der Nebenbürstensatz 6, 7 nicht unmittelbar, sondern über einen Vorwiderstand 13
kurzgeschlossen oder sogar geöffnet; die entsprechende Kennlinie entspricht der
eines Schleifringläufers mit Vorwiderstand im Läuferkreis, bei Nennlast ergibt sich
etwa die halbe Motordrehzahl im Vergleich zur Betriebsweise nach Figur 2. Um Schlupfverluste
im Läufer zu vermeiden (Läufererwärmung im Dauerbetrieb) kann es vorteilhaft sein,
auch den Hauptbürstensatz 4, 5 nicht unmittelbar sondern über einen außenliegenden
Vorwiderstand kurzzuschließen. Die Betriebsweise nach Figur 3 kann vorteilhafterweise
beispielsweise für einen Schonwaschgang mit ca. 25 bis 30 Trommelumdrehungen pro
Minute (Wolle-Programm) oder zur Erzielung einer Park-Drehzahl von ca. 5 bis 15
Trommelumdrehungen pro Minute Je nach Größe der gewählten Widerstandswerte für einen
sogenannten Top-Ladern benutzt werden.
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Figur 4 zeigt die spezielle Schaltung und zugehörige Kennlinie für
den Betrieb des erfindungsgemäßen Waschautomatenantriebes als Repulsionsmotor mit
Wechselfelderregung im Ständer. Dazu ist nur die Hauptphase 1 des Ständers an das
speisende Einphasennetz R, Mp an- und der Nebenbürstensatz des Läufers kurzgeschlossen.
Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist auch vorgesehen, im Ständer
die Hauptphase 1 in Reihe mit der Hilfsphase 2 unter Abschaltung des Kondensators
17 an das speisende Einphasennetz R, Mp anzuschließen. Die zugehörige Drehmomentenkennlinie
läßt Reihenschlußcharakter erkennen, wobei jeweils etwa die 1,5 bis 2-fache Drehzahl
je nach Belastung im Vergleich zur Betriebsweise nach Figur 2 erreichbar ist. Es
ergibt sich für den Waschautomatenbetrieb in vorteilhafter Weise eine weiche Drehmomentkennlinie
beim Ubergang von 50 Trommelumdrehwigen pro Minute zu einer Anlegedrehzahl con ca.
80 Trommelumdrehungen pro Minute.
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Figur 5 zeigt die spezielle Schaltung und zugehörige Kennlinie für
den Einsatz des erfindtlngsgemäßen Waschautomatenantriebes als Universalmotor mit
hoher Leerlaufdrehzahl; dazu ist die Hauptphase
1 des Ständers
über den Hauptbürstensatz 4, 5 in Reihe mit der Läuferwicklung an das speisende
Einphasennetz R, Mp angeschlossen; der Nebenbürstensatz befindet sich in Leerlaufstellung.
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Die zugehörige Momentenkennlinie M =f(n) läßt eine normale Reihenschlußkennlinie
mit starker Abhängigkeit der Drehzahl vom Moment erkennen. Es läßt sich eine Leerlaufdrehzahl
von etwa dem 10- bis 20-fachen Wert der Nenndrehzahl im Vergleich zur Betriebsweise
nach Figur 2 erreicht. Im Waschbetrieb ist damit eine hohe Schleuderdrehzahl für
ein Endschleudern erzielbar.
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Vor dem Hochfahren auf diese Endschleuderzahl kann der erfindungsgemäße
Waschautomatenantrieb vorteilhafterweise als Universalmotor mit verminderter Leerlaufdrehzahl
gemäß dem speziellen Schaltungsbild nach Figur 6 betrieben werden; dazu ist vorgesehen,
daß die Bürsten 6, 7 des Nebenbürstensatzes unmittelbar oder über einen Vorwiderstand
14 kurzgeschlossen sind, so daß sich die zugehörige, im Vergleich zu der nach Figur
5 veränderte Reihenschlußkennlinie ergibt. Im praktischen Waschbetrieb kann damit
mit hohem Anzugsmoment (schnelles Durchfahren der kritischen Trommeldrehzahl im
Bereich von 100 bis 300 Trommelumdrehungen pro Minute) zur Endschleuderdrehzahl
hochgefahren werden, indem über eine Kennliniensteuerung zunächst ein Betrieb mit
niedrigerer Schleuderdrehzahl vorgesehen wird.
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In Figur 7 und Figur 8 sind zwei Schaltungs- bzw. Wicklungsaufbau-Beispiele
gegeben, mithilfe derer bei Betrieb als Universalmotor einer zu hohen Lamellenspannung
entgegengewirkt werden kann.
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Dazu ist nach Figur 7 bzw. nach Figur 8 anstelle der Schaltungen nach
Figur 5 bzw. Figur 6 im Sinne einer Feldanzapfung der Hauptphasenwicklung vorgesehen,
daß die Hauptphase 1 unmittelbar an das speisende Netz R, Ç gelegt wird und der
Hauptbürstensatz 3, 4 des Läufers 3 parallel zu einem Teil der Hauptphase 1 angeschlossen
ist bzw. der Hauptbürstensatz 3, 4 aus einer galvanisch von der Hauptphase 1 getrennten
Zusatzwicklung 16 gleicher Polpaarzahl und mit zur Hauptphase 1 identischer Wicklungsachse
gespeist wird.
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16 Patentansprüche 8 Figuren