DE2644204A1 - Schaltung zum abschalten der anlasswicklung fuer einen wechselstrom-elektromotor und vorrichtung mit dieser schaltung - Google Patents

Description

Franklin Electric Co., Inc. Bluffton, Indiana (V.St.A.)

Schaltung zum Abschalten der Anlaßwicklung für einen Wechselstrom-Elektromotor und Vorrichtung mit dieser Schaltung

Die Erfindung betrifft eine Verzögerungstrennschaltung (time delay cut-out circuit) für die Anlaßwicklung eines elektrischen Wechselstrommotors. Die Schaltung enthält einen elektronischen Schalter, der in Reihe mit der Anlaßwicklung geschaltet ist und der zwecks Speisung der Anlaßwicklung selektiv geschlossen werden kann. Es ist eine Zeitverzögerungseinrichtung vorgesehen, die in Ansprechen auf Stromdurchfluß eine Steuerperiode (timing period) ergibt. Eine Hilfsspule ist auf den Motorstator gewickelt und liefert Strom zur Betätigung der Verzögerungseinrichtung. Der elektronische Schalter ist so angeschlossen, daß er auf die Verzögerungseinrichtung anspricht, wobei diese den elektronischen Schalter schließt, um hierdurch die Anlaßwicklung während der Steuerperiode zu erregen. Die Bauteile der Schaltung, ausgenommen die Spule, sind in einer Kapsel untergebracht, die in den Motor von der Aussenseite des Ständers eingesteckt werden kann. Die Zeitverzögerungseinrich-

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tung umfaßt eine auf Wärme ansprechende Anordnung und die Bauteile sind größenmäßig so bemessen und so in der Kapsel angeordnet, daß die Wärmeerzeugungs- und -ableitungseigenschaften so günstig wie möglich gemacht und hierdurch die angestrebten Betriebseigenschaften gewährleistet werden.

Die US-PSn 3 832 612 und 3 643 142 beschreiben verschiedene elektronische Steuerkreise für einen Wechselstrominduüionsmotor mit einer Haüptwicklung und einer Anlaßwicklung, Die Steuerkreise enthalten einen Triac, der in Reihe mit der Anlaßwicklung geschaltet ist, und einen Zeitsteuerkreis, der mit dem Gate oder Tor {nachstehend als Tor bezeichnet) des Triacs verbunden ist, um den Triac einzuschalten und hierdurch die Anlaßwicklung während einer bestimmten Zeitspanne, gemessen von der anfänglichen Energiezuführung zu dem Motor, zu erregen. Der Zeitsteuerkreis umfaßt einen PTC-Widerstand, der sich während der Zeitspanne auf seine Übergangstemperatur erhitzt und den Triac abschaltet, wenn er auf eine Temperatur oberhalb seiner Übergangstemperatur erhitzt ist.

Wenngleich Schaltungen dieser Art zufriedenstellend arbeiten, weisen sie eine Reihe von Nachteilen auf» Derartige Schaltungen umfassen eine beträchtliche Anzahl an Bauteilen oder Komponenten, die die Schaltungen verhältnismäßig kostspielig machen, die Mangel- und Störanfälligkeit erhöhen und einen kompakten Zusammenbau erschweren. Weiterhin ist die erforderliche Zeitdauer für den übergang eines PTC-Widerstands von seinem Zustand niedrigen Widerstands in seinen Zustand hohen Widerstands verhältnismäßig lang, dieser übergang erfolgt während einer Anzahl von Perioden der Wechselstromkraftquelle. Da ein Triac normalerweise nicht eine völlig symmetrische Einrichtung ist, erfolgt häufig Halbwellenbetrieb während des Übergangs. Dies entspricht der Einführung einer Gleichstromkomponente in die Energiezuführungsleitungen, was einen mit einem solchen Steuerkreis ausgestatteten Motor während des

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Übergangsintervalls geräuschvoll macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine •verbesserte Steuerschaltung zu schaffen, die nicht die vorstehend erläuterten und ähnliche Mangel aufweist. In Verbindung hiermit bezweckt die Erfindung weiterhin die Angabe einer verbesserten Anordnung und Einbringung einer derartigen Steuerschaltung in einen Motor.

Eine Steuerschaltung nach den Vorschriften der Erfindung dient zur Steuerung der Erregung der Anlaßwicklung eines Wechselstrommotors, der eine Hauptwicklung und eine Anlaßwicklung aufweist. Die Steuerschaltung enthält einen elektronischen Zweirichtungsschalter, der selektiv in leitenden Zustand triggerbar ist, einen Zeitsteuerkreis, der zur Triggerung des Schalters während eines Zeitintervalls nach der anfänglichen Energiezuführung zu dem Motor angeschlossen ist, und eine Hilfsspule für den Betrieb des Zeitsteuerkreises.

Die Steuerschaltung befindet sich in einer Kapsel, die in den Motor von der Aussenseite des Ständers eingesteckt werden kann; dies macht die Schaltung ohne Ausbauen oder Auseinandernehmen des Stators leicht zugänglich für Ersatz oder Wartung. Der Zeitsteuerkreis weist auf Wärmeansprechende Teile auf und die kunstruktiv-räumliche Anordnung der elektrischen Bauteile in der Kapsel gewährleistet eine optimale Wärmeerzeugung und -ableitung von den Teilen und optimale Betriebseigenschaften des Zeitsteuerkreises.

Die vorgenannten und weitere Gesichtspunkte und Merkmale der Erfindung werden nachstehend in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen dargestellt sind, weiter erläutert.

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Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Steuerschaltung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ist eine Ansicht eines Teils eines Elektromotors/ der eine Steuerschaltung gemäß der Erfindung aufweist.

Fig. 3 ist ein Teilschnitt durch ein Stück des Motors.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt längs Linie 4-4 der Fig. 5.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt längs Linie 5-5 der Fig. 4.

Fig. 6 zeigt einen Schnitt längs Linie 6-6 der Fig. 5.

Fig. 7 ist ein schematisches Schaltbild ähnlich der Figur 1, das eine andere Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.

Fig. 8 ist ein schematisches Schaltbild ähnlich den Figuren 1 und 7, das noch eine andere Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.

Fig. 9 zeigt, teilweise in Ansicht und teilweise im Schnitt, einen Teil eines Motors, der mit einer Steuerschaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ausgestattet ist.

Fig. 10 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Teil des in Figur 9 dargestellten Motors.

Fig. 11 ist ein vergrößerter Teilschnitt durch den Steuerschaltungsteil des Motors der Figur 9.

Fig. 12 zeigt einen Schnitt längs Linie 12-12 der Fig. 11.

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Figur 1 veranschaulicht schematisch einen elektrischen Wechselstrommotor vom Spaltphasen-Induktionstyp, der eine Hauptwicklung 10 und eine Anlaßwicklung 11 aufweist. Die beiden Wicklungen 10 und 11 sind auf den Ständer (nicht, dargestellt) des Elektromotors gewickelt und elektrisch um 90° winkelverschoben. Wie das auf dem Fachgebiet bekannt ist, wird das Anlaufmoment für den Motor erzielt, indem die Anlaßwicklung 11 mit einer anderen Reaktanz als die Hauptwicklung 10 versehen und hierdurch eine Zeit- oder Phasenverschiebung in den beiden Wicklungen erzeugt wird. Jeweils eine Seite der beiden Wicklungen 10 und 11 ist an eine Netzleitung 12 angeschlossen und die andere Seite der Hauptwicklung 10 ist mit einer Netzleitung 13 verbunden. Die beiden Netzleitungen 12 und 13 können an eine Wechselstromkraftquelle 14 angeschlossen werden,^vz.B. eine öO-Perioden-Einphasen-Wechselstromquelle.

Während die Hauptwicklung 10 direkt zwischen die beiden Netzleitungen 15t und 13 geschaltet ist, ist die Anlaßwicklung 11 durch eine Steuerschaltung, die eine Speisung der Anlaßwicklung 11 während eines kurzen Zeitintervalls bei der anfänglichen Energiezuführung zu dem Motor ermöglicht, an die beiden Netzleitungen anschaltbar. Dieses Zeitintervall kann beispielsweise eine Dauer von einer halben Sekunde haben. Wie nachstehend noch näher erläutert wird, kann die Anlaßwicklung 11 auch wieder erregt werden, wenn der Motor stehen bleibt. Die Steuerschaltung umfaßt einen selektiv schließbaren elektronischen Bidirektionalschalter 16, wie er gewöhnlich und hier als Triac bezeichnet wird. Der Triac 16 umfaßt eine erste Haupt- oder Kraftklemme 17, eine zweite Hauptoder Kraftklemme 18 und ein Tor 19. Wie auf dem Fachgebiet bekannt, bietet der Triac 16 einen Strompfad niedrigen Widerstandes zwischen den Hauptklemmen 17 und 18 wenn in jeder Wechselstromhalbperiode ein Potential an den Hauptklemmen erscheint und ein Triggersignal an dem Tor 19 anliegt. An-

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sonsten stellt der Triac 16 einen sehr hohen Widerstand, oder offenen Kreis, für Stromfluß zwischen den Hauptklemmen 17 und 18 dar. Die Hauptklemme 17 ist mit der Anlaßwicklung 11 verbunden und die andere Hauptklemme 18 ist an die Netzleitung 13 angeschlossen. Die Anlaßwicklung 11 und der Triac 16 sind somit in Reihe geschaltet und sie sind an die Netzleitungen 12 und 13 parallel zu der Hauptwicklung 10 angeschlossen, so daß bei Schließen oder Triggern des Triacs 16 die Anlaßwicklung 11 gespeist wird.

In der Steuerschaltung ist weiterhin eine Verzögerungsschaltung 21 zur Triggerung des Triacs 16 in leitenden Zustand vorgesehen. Die Verzögerungsschaltung 21 umfaßt einen auf Wärme ansprechenden Bimetallkörper 22, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel etwa ü-förmige Gestalt hat. Der Bimetallkörper 22 weist zwei Schichten 23 und 24 aus Metallen unterschiedlicher Wärmeausdehnung auf, wie das auf dem Fachgebiet, bekannt ist. Die unteren Enden der Schenkel 26 und 27 des Bimetallkörpers 22 sind fest angeordnet und ein beweglicher Kontakt 28 ist an dem verbindenden Querstück des Bimetallkörpers 22 befestigt. Ein stationärer oder feststehender Kontakt 29 ist angrenzend an den Bimetallkörper 22 angeordnet und die Kontakte 28 und 29 sind normalerweise geschlossen. Wenn jedoch der Bimetallkörper 22 erhitzt wird, biegt er sich und bewegt den Kontakt 28 weg von und außer Eingriff mit dem festen Kontakt 29.

Wenngleich der Kontakt 29 hier als feststehender Kontakt bezeichnet wird, kann er auch bis zu einem gewissen Ausmaß beweglich sein. So kann der Kontakt 29 an einem biegsamen Bimetallstück 30 befestigt sein, das den Kontakt 29 bei Erwärmung in der gleichen Richtung wie der Kontakt 28 bewegt. Eine solche Ausbildung kompensiert Änderungen der Umgebungstemperatur ohne anderweitige Beeinflussung des Betriebs der Schaltung.

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Der feste Kontakt 29 ist mit dem Tor 19 des Triacs 16 elektrisch verbunden. Der Schenkel 27 des Bimetallkörpers 22 ist mit der Hauptklemme 18 des Triacs 16 elektrisch verbunden und der andere Schenkel 26 ist mit einer Stromquelle, die im vorliegenden Fall eine Hilfsspule 31 umfaßt, in elektrischer Verbindung. Die Spule 31 ist zwischen den Schenkel 26 und die Netzleitung 13 geschaltet, so daß bei Induzierung einer Spannung in der Spule 31 Strom durch die Schleife mit der Spule 31, dem Bimetallkörper 22, der Leitung 13 und zurück zu der Spule 31 fließt. Die Spule 31 ist auf dem Motorständer konzentrisch mit oder auf der Achse der Anlaßwicklung 11 montiert.

Zusätzlich zu den vorstehend erläuterten Schaltungskomponenten können ein HilfsWiderstand 32 (snubbing resistor) und ein Kondensator 33 parallel zu den Hauptklemmen 17 und des Triacs 16 angeschlossen sein, um - wie bekannt - eine Selbsttriggerung des Triacs zu verhindern.

Die in der Figur 1 veranschaulichte Schaltung arbeitet wie folgt: Wenn die Netzleitungen 12 und 13 an eine Wechselstromkraftquelle angeschaltet werden, fließt Strom durch die Hauptwicklung 10. Anfänglich ist der Bimetallkörper 22 kalt und die Kontakte 28 und 29 stehen miteinander in leitender Verbindung. In einer bestimmten Halbperiode der Speisespannung, wenn die Speisespannung Null kreuzt und anzuwachsen beginnt, erscheint im wesentlichen das volle Leitungspotential an den Hauptklemmen 17 und 18 des Triacs 16. Das Potential an den Hauptklemmen führt zu Stromfluß von der Hauptklemme 17 durch den inneren Triacwiderstand zwischen der Klemme 17 und dem Tor 19, durch die Kontakte 28 und 29, den Bimetallkörper 22 und zu der Netzleitung 13. Wenn die Speisespannung in der Wechselstromhalbperiode zunimmt, steigt der Stromfluß zwischen der Klemme 17 und dem Tor 19 und das Poten-

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tial an den Klemmen 17 und 18 steigt ebenfalls an. Wenn der Torstrom beispielsweise 20 bis 30 Milliampere erreicht, wird der Triac 16 angetriggert und voller Anlaßwicklungstrom fließt durch die Wicklung 11 und den Triac 16. Dies geschieht sehr früh in der Halbperiode, und Strom fließt weiter bis zum Ende der Wechselstromhalbperiode, aber der Triac 16 schaltet beim nächsten Kreuzen von Null aus. Natürlich läuft die vorstehende Folge von Vorgängen erneut während der nächsten Wechselstromhalbperiode ab und setzt sich fort, bis die Kontakte 28 und 29 öffnen und hierdurch den Weg des Stromflusses durch das Tor 19 unterbrechen. Wenngleich dieser Torstrom durch den Bimetallkörper 22 fließt, ist er nicht ausreichend, den Bimetallkörper 22 nennenswert zu erhitzen. Sobald der Triac 16 zündet, ist der Strom durch das Tor 19 wegen der durch die Triachauptklemmen gebildeten Kurzschließung begrenzt. Die einzige Spannung an dem Tor 19 ist der Triac-Spannungsabfall in Durchlaßrichtung, der natürlich sehr gering ist. Demgemäß besteht keine Notwendigkeit zur Anordnung eines Torwiderstandes, wie er üblicherweise in herkömmlichen Schaltungen erforderlich ist. Schädigende Stromstöße in dem Torkreis werden durch die Induktivität der Anlaßwicklung 11 verhindert.

Wie die Figur 1 zeigt, ist die Hilfsspule 31 konzentrisch mit oder auf der Achse der Anlaßwicklung 11 angebracht und demgemäß induziert durch die Anlaßwicklung 11 fließender Strom eine Spannung in der Spule 31. Die induzierte Spannung führt zu Stromfluß durch die Spule 31 und die Schenkel 26 und 27 des Bimetallkörpers 22.

Dieser Strom führt zu Widerstands- oder Selbsterhitzung der beiden Metallschichten 23 und 24 des Bimetallkörpers 22, und nach einer bestimmten Zeitspanne ist der Bimetallkörper 22 hinreichend erhitzt, so daß er durch seine Abbiegung die normalerweise geschlossenen Kontakte 28 und 29

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öffnet. Die Länge der Zeitspanne wird in erster Linie bestimmt durch die Größe und Masse des Bimetallkörpers 22, die für den Bimetallkörper verwendeten Metalle, die Anzahl der Windungen der Spule 31 und das Ausmaß des WärmeVerlustes von dem Bimetallkörper 22. Diese Zeitdauer wird so gewählt, daß sie mit der Zeitdauer übereinstimmt, die für den Motor erforderlich ist, um die normale Abschaltgeschwindigkeit beim Antrieb der Last, für die der Motor ausgelegt ist, zu erreichen. Bei einem Motor, der beispielsweise zum Antrieb einer Wasserbohrlochpumpe vorgesehen und ausgelegt ist, wird die Abschaltgeschwindigkeit z.B. nach etwa 0,5 Sekunden erreicht. Wie nachstehend noch näher erläutert wird, hat die Ausbildung und Anordnung der Bauteile Einfluß auf diese Zeitspanne, da sie das Ausmaß der Wärmeabführung von dem Bimetallkörper 22 bestimmt.

Wie bereits gesagt, öffnen die Kontakte 28 und 29 am Ende der gewählten und vorbestimmten Zeitspanne. Danach wird der Bimetallkörper 22 in seinem erhitzten Zustand gehalten, um hierdurch die Kontakte offen zu halten, und zwar aufgrund der in der Spule 31 induzierten Spannung und des sich ergebenden Stromflusses durch den Bimetallkörper 22. Während der Motor läuft, induziert dsr sich drehende Läufer Strom in der Spule 31 und dieser induzierte Strom genügt, um den Bimetallkörper 22 im erhitzten Zustand und die Kontakte 28 und 29 offen zu halten.

Zu der Zeit, zu der die Kontakte 28 und 29 öffnen, ist der einzige.Stromfluß durch diese Kontakte der Reststromfluß in dem Kreis mit dem Tor 19 nach dem Zünden des Triacs, und dieser ist äußerst gering. Demgemäß können die Kontakte und 29 sehr klein sein und sie haben eine lange Haltbarkeit.

Wenngleich die Hilfsspule 31 mit der Anlaßwicklung 11 induktiv gekoppelt sein kann, wie das in der Figur 1 ge-

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zeigt ist, oder mit der Hauptwicklung 10, wie das in der Figur 7 dargestellt ist, oder in einer Zwischenstellung, wie das in der Figur 8 gezeigt ist, wird die in der Figur 1 veranschaulichte Lage für die meisten Motoranwendungen bevorzugt. Im Falle eines Stehenbleibens des Motors wird die Hauptwicklung 10 weiterhin gespeist aber der Läufer dreht sich nicht und es wird nicht länger Strom in der Spule 31 induziert. Sobald der Stromfluß durch die Hilfsspule 31 und den Bimetallkörper 22 aufhört, beginnt der Bimetallkörper 22 zu erkalten. Wenn er sich hinreichend abgekühlt hat, schließen sich die Kontakte 28 und 29 wieder und die Anlaßwicklung 11 wird infolge der Triggerung oder Zündung des Triacs 16 wieder erregt, wie das vorausgehend erläutert worden ist. Normalerweise wird der Motor wieder anlaufen und der Bimetallkörper 22 erhitzt werden und sich das ZeitsteuerintervalI wiederholen. Natürlich sollte ein überlastungsschutz zwischen den Leitungen 12 und 13 vorgesehen werden, um den Motor für den Fall, daß nach Wiedererregung der Anlaßwicklung der Motor weiter stehen bleibt, gegen Beschädigung zu schützen.

Die Schaltung gemäß Figur 1 hat zahlreiche Vorteile. Der Bimetallkörper 22 kann sehr klein ausgebildet werden, da er nur einen kleinen Anteil des Anlaßwicklungsstroms führt. Bei so kleiner Größe weist er nur geringe thermische Trägheit auf, und demgemäß erhitzt sich der Bimetallkörper 22 rasch und er erkaltet auch verhältnismäßig rasch, wenn der Motor stehen bleibt, um dann wieder den Triac 16 zu triggern und die Anlaßwicklung wieder zu erregen. Beispielsweise kann die Gesamtlänge der Schenkel 26 und 27 etwa 6 mm (one-quarter inch) und die Gesamtbreite des Bimetallkörpers 22 in der anderen Richtung etwa 3 mm (one-eighth inch) betragen. Die beiden Schichten 23 und 24 können äußerst dünn ausgebildet werden.

Ein weiterer Vorteil aufgrund der kleinen Größe des Bimetallkörpers 22 besteht darin, daß zu seiner Erhitzung

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wenig Strom erforderlich ist. Die Spule 31 kann aus einer oder einigen Windungen um mehrere Zähne des Ständers bestehen und dies ergibt genügend Strom, um den Bimetallkörper 22 zu erhitzen und nach öffnen der Kontakte 28 und 29 im erhitzten Zustand zu halten. Um eine Beschädigung des Bimetallkörpers 22 durch Überhitzen nach öffnen der Kentakte 28 und 29 zu verhindern, können wärmeaufnehmende und -abführende Teile (nachstehend zur Vereinfachung als Wärmesenken bezeichnet) und weitere Bauteile der Schaltung benachbart zu dem Bimetallkörper 22 angeordnet werden. Derartige Wärmesenken und Bauteile führen keine nennenswerte Beeinträchtigung des Betriebs während der anfänglichen Energiezuführung herbei, da der Bimetallkörper 22 sich so rasch erhitzt, daß er keine nennenswerte Wärmemenge verliert.

Noch ein weiterer Vorteil der Schaltung beruht auf der Tatsache, daß zum Zeitpunkt der anfänglichen Energiezuführung zu dem Motor die volle Netzspannung an die Kontakte 28 und 29 angelegt wird und demgemäß keine Schwierigkeiten durch Mängel in der Herbeiführung eines angemessenen elektrischen Kontakts auftreten. Nichtsdestoweniger gibt es keine Schwierigkeiten infolge Stromaufbaus im Kreis mit dem Tor 19, da der Strom durch die rasche Erregung des Triacs 16 beschränkt ist und hierdurch eine Schädigung der Kontakte 28 und 29 verhindert wird.

Die Figuren 2-6 veranschaulichen eine vorteilhafte Anordnung der Bauteile der Steuerschaltung und Einfügung der Steuerschaltung in einen Elektromotor. Die in den Figuren 5 und 6 dargestellten Teile haben etwa die doppelte Größe wie bei einer typischen praktischen Ausführungsform der Erfindung.

In den Figuren 2 und 3 ist ein ringförmiges Endstück des Ständers eines Induktionsmotors mit 36 bezeichnet,

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und dieser Endring schließt das eine Ende eines Ständerhohlraums , in dem die Ständerwicklungen (nicht dargestellt) angeordnet sind. Der Endring 36 weist ein hindurchführendes Loch

37 auf und in dem an den Ständerhohlraum angrenzenden Ende des Lochs 37 befindet sich ein Verbindungs- oder Steckerteil

38 (Figuren 3 und 5). Der Steckerteil 38 ist an dem Ständer am inneren Ende der öffnung 37 befestigt und trägt drei Mutterstecker oder Einsteckhülsen 41, 42 und 43, die abwärts in den Hohlraum reichen. In der Figur 1 sind die Einsteckhülsen schematisch veranschaulicht; die Steckhülse 41 ist mit der Hilfsspule 31 verbunden, die Steckhülse 42 ist mit der Hauptwicklung 10 verbunden und die Steckhülse 43 ist mit der Anlaßwicklung 11 verbunden.

Die öffnung 37 in dem Endring 36 dient zur Aufnahme einer Kapsel 44 (Figuren 3 bis 5), die die elektrischen Bauteile der Steuerschaltung beherbergt. Die Kapsel 44 umfaßt ein allgemein zylindrisches Gehäuse 46, das an seinem oberen Ende geschlossen und an seinem unteren Ende offen ist, und einen Steckersockel 47, der in dem offenen unteren Ende des Gehäuses 46 befestigt ist. Wie die Figuren 2 und 3 zeigen, ist an dem Sockel 47 ein senkrecht verlaufender Schlitz 48 vorgesehen, der sich vom unteren Ende des Sockels an dessen einer Seite aufwärts erstreckt, und ein entsprechender Vorsprung 49 (Figur 3) befindet sich an dem Steckerteil 38 zur Aufnahme in dem Schlitz 48. Wie aus der Figur 3 ersichtlich ist, wird zur Gewährleistung richtiger Ausrichtung von an der Kapsel 44 befindlichen Stiften mit den Steckhülsen 41 bis 43 die Kapsel 44 so aufgesetzt, daß der Schlitz 48 über den Vorsprung 49 greift, und dann wird die Kapsel abwärts in ihre vorgesehene Lage gedrückt.

Gemäß Figur 3 ist der obere Teil 51 des Loches erweitert und der obere Teil des Gehäuses 46 ist ebenfalls erweitert. Die oberen und unteren Teile des Gehäuses 46 pas-

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sen genau in die oberen und unteren Teile des Loches 37. Ein Dichtungsring 52 ist in dem Loch 37 am unteren Ende des erweiterten oberen Teils 51 angeordnet; wenn die Kapsel 44 in das Loch 37 gedrückt wird, wird der Dichtungsring 52 zusammengedrückt und bildet eine Abdichtung zwischen der Kapsel 44 und dem Endring 36.

Der Elektromotor umfaßt weiterhin eine Abschlußglocke 54 (Figur 3) mit einem darin befindlichen Loch 56 in Ausrichtung mit dem Loch 37 im Endring. Vorzugsweise ist ferner ein dünner· zylindrischer Mantel 55 zur äußeren Abdeckung des Stators vorgesehen.

Die Kapsel 44 wird sicher in den Löchern 37 und gehalten, etwa durch eine Schulter 53 (Fig. 3), die am inneren Umfang des Loches 56 einwärts über das obere Ende der Kapsel 44 greift. Das Loch 56 weist eine Innenabmessung auf, die dem erweiterten oberen Teil 51 des Loches 37 gleich ist, und die senkrechte Abmessung der Abschlußglocke ist groß genug, daß das obere Ende des Gehäuses 46 unter der Deckwandung der Abschlußglocke 54 liegt. Bei dem Loch 56 kann es sich um ein blindes Sackloch handeln, das von der unteren Fläche 57 der Abschlußglocke aufwärts reicht, jedoch ist in der Figur 3 eine Ausbildung veranschaulicht, bei der ein Loch 58 konzentrisch zu dem Loch 56 vorgesehen ist und von dem Loch 56 aufwärts zur oberen Oberfläche der Abschlußglocke 54 führt. Bei dieser Ausbildung ist das obere Ende der Kapsel 44 der Umgebungstemperatur ausgesetzt und kann demgemäß Wärme abgeben. Das Gehäuse 46 paßt vorzugsweise dicht in die Abschlußglocke 54 und den Endring 36, so daß diese Bauteile Wärme von dem Gehäuse 46 ableiten können.

Der Zusammenbau der in Figur 1 gezeigten elektrischen Komponenten ist in den Figuren 4 bis 6 dargestellt. Der feststehende Kontakt 29, der Bimetallkörper 22 und der Triac

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16 werden von dem Sockel 47 getragen. Die beiden Klemmen 17 und 18 und das Tor 19 des Triacs 16 haben die Form von drei Stiften, die sich vom Triackörper abwärts erstrecken. Drei Stifte 61, 62 und 63, die mit den Schaltungsbestandteilen elektrisch verbunden sind, reichen von dem Sockel 47 abwärts und passen mit den drei Steckhülsen 41, 42 und 43 zusammen. Die Stifte 61 und 62 sind mit den beiden Schenkeln des Bimetallkörpers 22 elektrisch.verbunden und der Stift 63 ist durch einen Leiter 64 an die Hauptklemme 17 des Triacs 16 elektrisch angeschlossen. Das Tor 19 ist durch Leiter 66 mit dem feststehenden Kontakt 29 und die Hauptklemme 18 ist durch einen Leiter 67 mit dem Stift 62 verbunden. Die Hauptklemme 18 ist, zusätzlich zu der Verbindung mit einem der abwärts reichenden Stifte (Fig. 6), auch mit einem aufwärts reichenden Befestigungsstreifen 71 des Triacs 16 verbunden (Fig. 5). Wenn der Hilfswiderstand 32 und der Kondensator 33 vorgesehen werden, sind sie oberhalb der anderen Bauteile angeordnet und durch Leiter 72 mit dem Befestigungsstreifen 71 und durch Leiter 73 (Fig. 5 und 6) mit dem Stift 63 verbunden.

Der Befestigungsstreifen 71 des Triacs 16 ist mittels einer Schraube 75, die durch ein Loch in dem Befestigungsstreifen 71 greift, an einer Wärmesenke 74 aus Metall befestigt. Der Steckerteil 38 und der Sockel 47 bestehen natürlich aus einem isolierenden Material. Die Wärmesenke 74 wird von dem Sockel 47 getragen und besteht aus einem gut wärmeleitenden Material, z.B. Kupfer. Das Gehäuse 46 besteht aus einem Metall, z.B. Kupfer, und ist von einigen der Bauteile durch eine im wesentlichen zylindrische Hülse 76 getrennt, die aus einem gut wärmeleitenden Material, das aber gleichzeitig elektrisch isoliert, gefertigt ist. Die Hülse 76 erstreckt sich von dem Sockel 47 aufwärts zu dem Konden-⁴ sator 33 und umgibt den Kontakt 29, den Bimetallkörper 22 und den Triac 16. Die Hülse 76 geht bis zu und ist Teil einer

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dünnen Isolierschicht 77 zwischen dem Triac 16 und der Wärmesenke 74. Wie aus der Figur 4 hervorgeht, ist die Aussenseite der Wärmesenke 74 gekrümmt und der zylindrische Teil der Hülse 76 und die Wärmesenke 74 liegen dicht an dem Gehäuse

46 an, um gute Wärmeleitfähigkeit herbeizuführen. Die sehz dünne Isolierschicht 77 trennt den Triac von der Wärmesenke 74, jedoch erfolgt Wärmeleitung durch die Schicht 77 wegen ihrer Dünne. Die aneinanderstoßenden Oberflächen des Streifens 71 und der Wärmesenke 74 sind flach, ausgenommen eine Aussparung oder Versenkung 80 in der Wärmesenke 74 rund um das Loch für die Schraube 75, und der Befestigu/ngsstreifen 71 und die Wärmesenke 74 befinden sich durch die Isolierschicht 77 hindurch in gut wärmeleitender Verbindung.

Wie aus den Figuren 2 bis 6 hervorgeht, ist die Kapsel 44 durch Anordnung in einer Aussparung in dem Motor gegen Beschädigung geschützt. Nach Entfernung der Abschlußglocke 54 kann die Kapsel 44 für Prüfung, Wartung o.dgl. leicht entnommen werden, ohne daß der Motor weitgehend oder vollständig auseinander genommen werden muß. Noch ein weiterer Vorteil der Anbringung der Steuerschaltung ausserhalb des Motorständers besteht darin, daß diese räumliche Anordnung den Einfluß der durch die Motorwicklungen 10 und 11 erzeugten Wärme auf den Betrieb der Schaltung verringert. Bei der dargestellten äußeren Anordnung ist der Bimetallkörper der Umgebungstemperatur ausgesetzt und demgemäß kühlt sich der Bimetallkörper 22 bei Stehenbleiben des Motors viel rascher ab, als wenn der Bimetallkörper 22 in dem Motorständer montiert wäre.

Da der Bimetallkörper 22 dicht in Nähe des Sockels

47 und der anderen Bauteile, insbesondere des Triacs 16, angeordnet ist, verhindert die Wärmeabführung von dem Bimetallkörper 22 und die Aufnahme der Wärme durch die anderen Teile eine Schädigung des Bimetallkörpers 22, nachdem die Anlaß-

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wicklung abgeschaltet worden ist. Der Bimetallkörper 22 ist sehr klein und wird von den Leitern 61, 62 und 66 dicht in Nähe des Sockels 47 getragen und demgemäß wird Wärme von dem Bimetallkörper 22 zu dem Sockel geleitet und zerstreut. Der Bimetallkörper 22 biegt sich in der Richtung hin zum Triac 16, der ebenfalls als Wärmesenke wirkt, und wenn sich der Bimetallkörper 22 abbiegt, wird eine größere Menge seiner Wärme zu dem Triac gestrahlt. Wenn das zum Schutz des Bimetallkörpers 22 oder zur Erzielung der gewünschten Arbeitsgeschwindigkeit zweckmäßig oder erforderlich sein sollte, können weitere Wärmesenken zusätzlich zu dem Triac und der Wärmesenke 74 in Nachbarschaft zu dem Bimetallkörper 22 angeordnet werden. Beispielsweise kann eine Kupfer-Wärmesenke an einer Stelle angebracht werden, wo sie mit dem Bimetallkörper 22 in Eingriff tritt, nachdem letzterer erhitzt worden ist. Um ein spezifisches Beispiel zu geben: Wenn ein Strom von ein bis zwei Ampere durch den Bimetallkörper 22 fließt, wird er in 0,5 Sekunden auf die Kontakteffnungstemperatur erhitzt, aber es wird genügend Wärme von dem Bimetallkörper 22 abgeführt, so daß er nicht über die Temperatur hinaus, bei der er beschädigt wird, erhitzt wird. Bei der anfänglichen Energiezuführung wird der Bimetallkörper 22 so rasch erhitzt, daß wenig Wärme verlorengeht, aber während des kontinuierlichen Betriebs wird ein Gleichgewichtszustand zwischen der in den Bimetallkörper 22 eintretenden Energie und der abgeführten Wärme aufrechterhalten.

Figur 7 zeigt eine andere Ausführungsform der Steuerschaltung zur Verwendung bei einem Elektromotor mit einer Hauptwicklung 81 und einer Anlaßwicklung 82, die an Netzleitungen 83 und 84 einer Wechselstromquelle angeschlossen sind. Die Anlaßwicklung 82 ist in Reihe mit einem Triac 86 und parallel zur Hauptwicklung 81 geschaltet. Der Triac 86 umfaßt eine Hauptklemme 87, die mit der Anlaßwicklung 82 verbunden ist, eine weitere Hauptklemme 88, die mit der Netzleitung 84

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verbunden ist, und ein Tor 89, das mit einem feststehenden Kontakt 91 einer Verzögerungsschaltung verbunden ist. Ein U-förmiger wärmeansprechender Körper 92 mit einem beweglichen Kontakt 93 ist angrenzend an den feststehenden Kontakt

91 angeordnet, der Wärmekörper 92 und die Kontakte 91 und sind im wesentlichen ähnlich dem Bimetallkörper 22 und den Kontakten 28 und 29 gemäß Figur 1. Der Bimetallkörper 92 ist an eine Hilfsspule 94 und an die Netzleitung 84 angeschlossen, wobei die Hilfsspule 94 bei dieser Ausführungsform der Erfindung auf dem Stator konzentrisch mit oder auf der Achse der Hauptwicklung 81 angeordnet ist. Ein Widerstand 96 verbindet den feststehenden Kontakt 91 mit der Verbindungsleitung zwischen der Anlaßwicklung 82 und der Triacklemme

Bezüglich der Betriebsweise der in Figur 7 dargestellten Ausführungsform der Erfindung arbeitet die Schaltung im wesentlichen ähnlich wie die Schaltung der Figur 1, mit der Ausnahme, daß der Bimetallkörper 92 sowohl durch Strom, der in der Hilfsspule 94 erzeugt wird, als auch durch Strom, der durch die Anlaßwicklung 82 fließt, erhitzt wird. Demgemäß kann der Bimetallkörper 92 rascher erhitzt werden als der Bimetallkörper 22 der Schaltung gemäß Figur 1. Im Augenblick der Energiezuführung zu dem Motor durch Anschalten der Netzleitungen 83 und 84 an eine Wechselstromquelle fließt Strom durch die Hauptwicklung 81 und es fließt auch Strom durch die Anlaßwicklung 82, den Widerstand 96, die Kontakte 91 und 93, die beiden Schenkel des Bimetallkörpers

92 und zu der Netzleitung 84. Der Spannungsabfall oder das Potential an dem Widerstand 96 erzeugt einen Triactriggerstrom, der durch das Tor 89 des Triacs 86 fließt und hierdurch den Triac 86 in jeder Wechselstromhalbperiode in leitenden Zustand triggert. Sobald der Triac 86 zu leiten beginnt, fließt nahezu der gesamte Anlaßwicklungsstrom durch den Triac, wobei der Widerstand 96 und der Bimetallkörper

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durch den Triac im wesentlichen kurzgeschlossen sind, aber der Bimetallkörper 92 wird weiterhin erhitzt durch Strom, der in der Hilfsspule 94 induziert wird. Der Bimetallkörper 92 wird somit sowohl durch einen Teil des Anlaßwicklungsstroms als auch durch Strom von der Hilfsspule 94 erhitzt.

Sobald der Bimetallkörper 92 genügend erhitzt worden ist, bewegt der Bimetallkörper 92 den Kontakt 93 weg aus der Berührung mit dem festen oder stationären Kontakt 91 und der Triac wird wegen des Verlustes des Potentials an dem Widerstand 96 nicht mehr in leitenden Zustand getriggert. Ferner fließt, da die Kontakte 91 und 93 sich nicht mehr berühren, kein Anlaßwicklungsstrom mehr durch den Strompfad, der vorher von dem Widerstand 96 und dem Bimetallkörper 92 gebildet wurde. Obwohl der Bimetallkörper 92 nicht mehr durch den Anlaßwicklungsstrom erhitzt wird, ist der in der Hilfsspule 94 induzierte Strom genügend, um den Bimetallkörper 92 in erhitztem Zustand und die beiden Kontakte 91 und 93 getrennt voneinander zu halten. In einigen Fällen ist mehr Strom zum öffnen der Kontakte als zum Offenhalten der Kontakte erforderlich, und bei dieser Ausbildung wird ein angemessener Strom für beide Betriebsstufen geliefert. Wenn die Kontakte 91 und 93 öffnen, leitet der Triac 86 und im wesentlichen der gesamte Anlaßwicklungsstrom fließt durch den Triac. Die Strommenge, die durch die Kontakte 91 und 93 fließt, wenn die Kontakte öffnen, ist somit sehr gering und demgemäß können die Kontakte eine sehr geringe Größe aufweisen und sie haben eine lange Lebensdauer.

Im Falle eines Stehenbleibens des Motors fließt Strom weiterhin durch die Hauptwicklung 81 und demgemäß wird Strom in der Hilfsspule 94 induziert. Der Bimetallkörper 92 wird durch den induzierten Strom weiterhin erhitzt und die Kontakte 91 und 93 werden geöffnet gehalten. Demgemäß sollte eine Überlastungseinrichtung (nicht dargestellt) vorgesehen

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werden, um eine fortgesetzte Energiezuführung zu dem Motor, die den Motor überhitzen und beschädigen könnte, zu verhindern.

Bei der Schaltung gemäß Figur 7 ist zu ersehen, daß der in der Hilfsspule 94 induzierte Strom in der von der Spule 94 und den beiden Schenkeln des Bimetallkörpers 92 gebildeten Schleife fließt. Die Richtung des Stromflusses in einem der beiden Schenkel wird entgegengesetzt sein zu der des Anlaßwicklungsstroms, der durch den Widerstand 96 und den Bimetallkörper 92 fließt, und die Richtung des Stromflusses durch den anderen der beiden Schenkel addiert sich zu dem Anlaßwicklungsstrom. Um eine ungleichmäßige Erhitzung der beiden Schenkel des Bimeta'llkörpers in solchen Fällen zu verhindern, kann die in der Figur 8 dargestellte Schaltung verwendet werden. Die Schaltung der Figur 8 umfaßt einen Motor mit einer Hauptwicklung 101, eine Anlaßwicklung 102, Netzleitungen 103 und 104 und eine Steuerschaltung 106. Die Steuerschaltung enthält wiederum einen Triac 107, der in Reihe mit der Änlaßwicklung 102 und parallel zu der Hauptwicklung 101 geschaltet ist, wobei der ,Triac 107 Hauptklemmen 108 und 109 und ein Tor 111 aufweist. Ein Widerstand 112 ist ebenfalls in Reihe mit der Anlaßwicklung 102 und dem Triac 107 geschaltet. Das Tor 111 ist so angeschlossen, daß es Triggerstrom von einer Verzögerungsschaltung erhält, die einen Bimetallkörper 113 umfaßt, wobei der eine Schenkel 113b des Bimetallkörpers mit der Netzleitung 103 und der andere Schenkel 113a des Bimetallkörpers mit einer Hilfsspule 114 verbunden ist; die andere Seite der Spule 114 ist ebenfalls an die Netzleitung 103 angeschlossen. Benachbart zu dem Bimetallkörper 113 ist ein stationärer oder feststehender Kontakt 117 angeordnet und ein beweglicher Kontakt 116 befindet sich an dem Bimetallkörper 113. Ein Widerstand 118 verbindet den festen Kontakt 117 mit der Anlaßwicklung 102 und ein weiterer Widerstand 119 verbindet den festen Kontakt 117 mit dem Tor 111.

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Die Hilfsspule 114 ist so auf den Ständer gewickelt, daß sie eine Winke!verschiebung zu der Hauptwicklung 101 hat, und sie liegt elektrisch zwischen den Motorwicklungen 101 und 102. Die Wicklung 114 ist auf dem Ständer an der Stelle angeordnet, wo der Strom, dessen Fluß durch die beiden Schenkel des Bimetallkörpers 113 sie herbeiführt, so dicht wie möglich eine Phasenwinkelverschiebung von 90° gegenüber dem Phasenwinkel des Anlaßwicklungsstroms, der durch die Schenkel des Bimetallkörpers 113 fließt, hat. Die Spule 114 kann so angeordnet werden, daß ihr Strom gegenüber dem Anlaßwicklungsstrom um 90° voreilt oder zurückbleibt.

Beim Betrieb der Schaltung gemäß Figur 8 fließt bei der anfänglichen Energiezuführung zu dem Motor durch Anschluß der Netzleitungen 103 und 104 an eine Wechselstromkraftquelle ein Wechselstrom durch die Hauptwicklung 101. Strom fließt ferner durch die Anlaßwicklung 102, den Widerstand 118, die beiden Schenkel 113a und 113b des Bimetallkörpers 113 zu der Netzleitung 103. Etwas Strom fließt auch durch den Torkreis des Triacs 107 wegen des Abfalls am Widerstand 118 und dieser Torstrom dient zur Triggerung des Triacs, wie das oben erläutert wurde. Zusätzlich wird Strom in der Hilfsspule 114 induziert und dieser Strom fließt durch die Schleife, die die Spule 114, die beiden Schenkel- 113a und 113b des Bimetallkörpers 113 und die Netzleitung 103 umfaßt.

In einer bestimmten Wechselstrom-Halbperiode fließt Anlaßwicklungsstrom von der Anlaßwicklung 102 durch den Widerstand 118 und durch die beiden Schenkel 113a und 113b zu der Netzleitung 103. Der durch die Spule 114 verursachte Strom fließt von der Spule 114 durch den Schenkel 113a, den Schenkel 113b, die Leitung 103 und zurück zu der Spule 114. Wenn der Anlaßwicklungsstrom und der Hilfsspulenstrom in Phase wären, würde sich der Hilfsspulenstrom in einem der Schenkel des Bimetallkörpers 113 zu dem Anlaßwicklungsstrom addieren

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und in dem anderen der beiden Schenkel von dem Anlaßwicklungsstrom subtrahieren, so daß, unterschiedliche Strommengen in den beiden Schenkeln 113a und 113b fließen würden. Da jedoch die Hilfsspule 114 auf dem Ständer an einer Stelle angeordnet ist, wo der Stromfluß in dem Bimetallkörper 113 infolge der Spule 114 um 90° gegenüber der Anlaßwicklung verschoben ist, sind der Strom durch den Bimetallkörper 113, der Gesamtstrom und die Heizwirkung in jedem der beiden Schenkel 113a und 113b gleich.

Während der Triac 107 leitet, fließt Anlaßwicklungsstrom sowohl durch den Zweig, in dem sich der Triac 107 und der Widerstand 112 befinden, als auch durch den Zweig, in dem sich der Widerstand 118 und der Bimetallkörper 113 befinden. Die Anteile des·Anlaßwxcklungsstroms, die durch diese beiden Zweige fließen, können demgemäß durch entsprechende Wahl der relativen Widerstandswerte in den beiden Zweigen eingestellt werden, um so die gewünschte Strommenge durch den Bimetallkörper 113 und die gewünschte Geschwindigkeit der öffnung der Kontakte herbeizuführen. Dies erfolgt zweckmäßig anhand der Widerstände 112 und 118. Die beiden Widerstände 112 und 118 können Teil des inneren Motorwicklungswiderstandes und/oder äußere Widerstände sein.

Die Figuren 9 bis 12 veranschaulichen eine geänderte und bevorzugte Anordnung der elektrischen Bauteile der Steuerschaltung in einer Kapsel. Die bevorzugte Steuerschaltung gemäß Figur 1 ist für die Figuren 9 bis 12 zugrunde gelegt.

Die Kapsel ist zum Einbau in einen Elektromotor vorgesehen, der eine obere Abschlußglocke 120, ein ringförmiges Endstück 121 und einen zylindrischen äußeren Mantel 122 umfaßt. Der Endring 121 und der Mantel bilden Teile des Motorständers, der weiterhin Ständerwicklungen 123 und eine zylindrische innere Auskleidung 124 aufweist. Die Abschluß-

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glocke 120 ist durch Befestigungsbolzen 126 an dem Endring 121 befestigt und führt eine Motorwelle 127. Eine Nutendichtung 128 und eine Drehachsendichtung 129 sind auf der Abschlußglocke 120 angebracht und stehen in Eingriff mit der Welle 127. Ein äußerer korrosionsbeständiger Deckel 131 ist an der Außenseite der Abschlußglocke 120 befestigt, um die Abschlußglocke gegen Korrosion zu schützen. Weiterhin haltert die Abschlußglocke ein Wellenlager 132 und einen 0-ring 133.

Ein längs verlaufendes Loch 136 (Figuren 9 und 10) führt durch den Endring 121 und ein Sackloch 137 befindet sich in der Abschlußglocke 120 in Ausrichtung mit dem Loch 136. Das Ende des Lochs 136, das im Hohlraum des Ständers liegt, ist bei 138 erweitert. Eine Kapsel 141, die in den Figuren 11 und 12 im einzelnen dargestellt ist, befindet sich in dem Loch 136 und erstreckt sich in das Sackloch 137.

Gemäß den Figuren 11 und 12 weist die Kapsel 141 ein Gehäuse 142 in Form einer umgekehrten Tasse auf, das aus einem Metall mit guten Wärmeleiteigenschaften besteht. Das untere Ende des Gehäuses 142 wird von einem Sockel 143 und einem Steckerteil 144 getragen, die beide aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen. Das obere Ende des Steckerteils 144 sitzt in der Erweiterung 138, wie das aus den Figuren 9 und 10 ersichtlich ist. Drei Einsteckhülsen 146 sind in dem Teil 144 angebracht und Drähte 147 verbinden die unteren Enden der Einsteckhülsen 146 mit den Motorwicklungen. Die Einsteckhülsen 146 entsprechen den Einsteckhülsen 41 bis 43 gemäß den Figuren 2 und 5. Die obere Seite des Steckerteils 144 weist eine Aussparung 148 auf und die Aussparung 148 nimmt in dichter Passung den Sockel 143 auf.

Der Sockel 143 trägt die Bestandteile der Steuerschaltung. Drei. Stifte 149 reichen von der Unterseite des

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Sockels 143 abwärts und greifen in die Steckhtilsen 146. Eine Ausbildung mit Vorsprung und Schlitz (nicht dargestellt) ähnlich dem Vorsprung 49 und dem Schlitz 48 gemäß den Figuren und 3 kann vorgesehen werden, um eine ordnungsgemäße Ausrichtung der Stife 149 und Einsteckhülsen 146 zu gewährleisten. Auf der oberen Seite des Sockels 143 sind ein Triac 151/ ein auf Wärme ansprechender ü-förmiger Bimetallkörper 152 und ein Kontaktglied 153 montiert; diese Teile entsprechen und sind ähnlich den Teilen 16, 22 und 29 der Figuren 2 bis 6. Die Bauteile 151, 152 und 153 sind mit den Stifen 149 elektrisch verbunden, wie das in Verbindung mit den Figuren 2 bis 6 erläutert wurde. Der Triac weist einen Befestigungsstreifen 154 auf und eine Wärmesenke 156 ist mittels eines Niets 157 an dem Streifen 154 befestigt. Der Streifen 154 und die Wärmesenke 156 weisen Löcher für den Niet auf und das Loch in der Wärmesenke ist bei 158 erweitert, so daß der Kopf des Niets in gleicher Höhe mit der äußeren Oberfläche der Wärmesenke endet.

Oberhalb der Wärmesenke 156 befindet sich eine Scheibe 159, die aus einem isolierenden Material besteht und einen Kondensator 161 und Widerstand 162 zur Spitzenentfernung (snubbing) trägt. Ein Leiter 163 ist an dem Niet 157 befestigt und durch Löcher 164 in der Scheibe 159 gebogen, so daß er die Scheibe in ihrer Lage auf dem Kopf der Wärmesenke 156' hält. Ein Leiter 166 des Kondensators 161 ist an den Leiter 163 angeschlossen (Fig. 12), der andere Leiter 167 des Kondensators ist mit der einen Seite des Widerstandes 162 verbunden, und die andere Seite des Widerstandes ist durch einen Leiter an einen Leiter des Triacs 151 angeschlossen.

Die innere Oberfläche des Gehäuses 142 ist gegen die Bauteile der Steuerschaltung durch eine dünne Auskleidung 171 aus isolierendem Material elektrisch isoliert. Beispielsweise bestand bei einer praktischen Ausführungsform die Aus-

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kleidung 171 aus einem dünnen Film eines Kunststoff-Isoliermaterials (Handelsbezeichnung Kapton), das einen elektrischen Isolierwert von 5500 bis 7000 Volt/25,4 Mikron (volts per mil) und eine Wärmeleitfähigkeit von 0,004 Watt/6,45 cm²/°C (watts per square inch per degree centigrade) hat. Ein derartiger Film besitzt somit gute Wärmeübertragungseigenschaften und hohe dielektrische Eigenschaften sowie gute physikalische Festigkeit- Die Auskleidung 171 umfaßt ein rechteckiges Blatt, das gegen die innere Oberfläche des zylindrischen Teils des Gehäuses 142 gelegt ist, und ein kreisförmiges Blatt, das an der inneren Oberfläche der oberen Deckwand des Gehäuses anliegt.

Gemäß Figur 11 befindet sich am äußeren Rand des Sockels 143 angrenzend an seine obere Oberfläche ein Falz 172. Die unteren Ränder des Gehäuses 142 und der Auskleidung 171 passen dicht in den Falz 172 und liegen an der inneren Oberfläche der Aussparung 148 des Steckerteils 144 an. Der Aussendurchmesser der Scheibe 159 ist geringfügig kleiner als der Innendurchmesser der Auskleidung 171, so daß die Scheibe gerade in die Auskleidung paßt. Die Aussenflache der Wärmesenke 156 hat eine gekrümmte Gestalt, ähnlich der Wärmesenke 74, und ihr Radius ist etwa gleich dem Radius der inneren Oberfläche der Auskleidung 171.

Es ist vorteilhaft, die Wärmesenke 156 in dichter Anlage gegen die Auskleidung 171 zu halten, so daß guter Wärmeübergang von der Wärmesenke 156 durch die Auskleidung 171 zu dem Gehäuse 142 gewährleistet ist. Dies wird in der folgenden Weise erreicht: Der Triac 151 wird fest auf dem Sockel 143 angebracht und er trägt die Wärmesenke 156, die eine solche Dicke aufweist, daß sie genau zwischen den Triac 151 und die Auskleidung 171 paßt. Weiterhin ist der Leiter 163, der den Befestigungsstreifen 154 mit der Scheibe 159 verbindet, infolge seiner Breite und Dicke, wie aus den Figuren 11 und ersichtlich, recht steif. Wie vorstehend erwähnt, ist der Lei-

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ter 163 sowohl mit der Scheibe 159 als auch mit dem Befestigungsstreifen 154 fest verbunden und die äußeren Umfangsflachen der Scheibe 159 und der Wärmesenke 156 sind bündig. Demgemäß hält die Scheibe 159 infolge ihrer dichten Passung in die Auskleidung 171 das obere Ende der Wärmesenke 156 fest gegen die Auskleidung 171. Die Scheibe 159 am oberen Ende der Wärmesenke und die genaue Passung des Gehäuses 142 zwischen dem Sockel 143 und dem Steckerteil 144 benachbart zum unteren Ende der Wärmesenke gewährleisten somit in Zusammenwirkung ein dichtes Anliegen der Wärmesenke 156 an der Auskleidung 171. Hierdurch wird ein guter Wärmeleitungsweg von dem Triac 151 durch die Wärmesenke 156 und die Auskleidung 171 zu dem Gehäuse 142 und dem Endring 121 geschaffen.

Der Bimetallkörper 152 ist dicht benachbart zu dem Triac 151 angebracht und der Triac wirkt als Wärmesenke für von dem Bimetallkörper 152 abgestrahlte Wärme. Der Bimetallkörper 152 ist so ausgebildet, daß er sich in Richtung zu dem Triac 151 hin biegt, wenn er erhitzt wird, und demgemäß nimmt die Wärmemenge, die von dem Bimetallkörper 152 an den Triac

151 abgegeben wird, bei Erhitzung des Bimetallkörpers 152 zu. Dies ist sehr wichtig, da es dem Schutz des Bimetallkörpers

152 gegen Beschädigung, die durch.überhitzung verursacht werden könnte, dient. Weiterhin unterstützt diese räumliche Anordnung und Biegerichtung des Bimetallkörpers 152 die Aufrechterhaltung eines Gleichgewichtszustandes während des Betriebs des Motors zwischen der in dem Bimetallkörper 152 erzeugten Wärmemenge und der von dem Bimetallkörper 15.2 an die umgebenden Teile abgegebenen Wärmemenge, so daß der Bimetallkörper 152 zwar sicher ausser Berührung mit dem Kontakt 153 gehalten aber andererseits auch nicht durch überhitzung beschädigt wird.

Die Kapsel 141 ist, wie vorstehend erläutert, in dem Loch 136 im Endring 121 angebracht und eine wasserdichte

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Abdichtung wird zwischen diesen Teilen vorgesehen, um jegliche Leckage von Flüssigkeit durch das Loch 136 in den Ständerhohlraum auszuschließen. Dies ist wichtig im Falle z.B. eines tauchbaren Motors für eine Wasserpumpe. Bei der dargestellten Ausführungsform wird die Abdichtung geschaffen durch Erweiterung des oberen Endes des Loches 136, wie das bei 181 angedeutet ist, und Einfügung einer ringförmigen elastischen Dichtung 162 am Boden der Erweiterung 181. Ein Metalldichtungsring 183 ist über der Dichtung 182 in die Erweiterung 181 gepreßt und die untere Oberfläche der Abschlußglocke 120 hält den Ring

183 in seiner Lage. Der Ring 183 weist einen verstärkten Rand

184 auf und die Erweiterung 181 hat eine Ausnehmung 186 zur Aufnahme des Randes 184. Die obere Oberfläche des Randes 184 ist im wesentlichen bündig mit der oberen Oberfläche des Endringes 121 und sie liegt an an der unteren Oberfläche der Abschlußglocke 120, um den Ring 183 in seiner Lage zu halten.

Die vorstehend erläuterte, neuartige Motorsteuerschaltung und deren konstruktive Ausbildung haben beträchtliche Vorteile. Die beschriebenen Schaltungen kommen mit einer verhältnismäßig geringen Anzahl an Schaltungselementen bzw. Bauteilen aus und diese sind verhältnismäßig billig und betriebssicher. Weiterhin erfolgt die Trennung des Schalters und demgemäß die Abschaltung der Anlaßwicklung sehr rasch und führt nicht zu Halbwellenbetrieb des Motors. Ferner können die Schaltungsbauteile sehr einfach, bequem und kompakt zusammengefügt und in einem Elektromotor an einer Stelle installiert werden, wo sie ohne Auseinandernehmen des ganzen Motors leicht zur Überprüfung oder Wartung entfernt werden können. Die Kapsel ist ausserdem an einer Stelle angebracht, wo sie der Umgebungstemperatur ausgesetzt ist und durch die Motorbetriebstemperatur nicht nachteilig beeinflußt wird.

Die Ausbildungen gemäß der Erfindung sind besonders

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geeignet zur Verwendung in Motoren, die ein rasches An- und Abschalten erfordern. Bei einem derartigen Motor ist es notwendig, daß der Bimetallkörper während des Anfahrens sehr rasch zur Abschaltung der Anlaßwicklung erhitzt wird und daß er auch bei Ausschaltung des Motors rasch abkühlt, so daß der Motor in kurzer Zeit wieder gestartet werden kann. Weiterhin ist es notwendig, daß der Bimetallkörper bei kontinuierlichem Betrieb des Motors nicht überhitzt wird. Die Größe und Masse des Bimetallkörpers und die Anzahl der Windungen der Fühlspule werden so gewählt, daß die für die Erfordernisse eines bestimmten Motors notwendigen Erhitzungs- und Kühlzeiten gegeben sind. Ein weiterer wichtiger Faktor, der die Erhitzung und Kühlung des Bimetallkörpers beeinflußt, ist dessen Nähe zu Wärmesenken. Bei den Ausbildungen der Erfindung dient der Triac gleichzeitig als eine Wärmesenke und der Bimetallkörper ist so dicht wie möglich an dem Triac angeordnet. Der Bimetallkörper biegt sich bei Erhitzung in Richtung zum Triac, wodurch bei kontinuierlichem Motor-Betrieb mehr Wärme absorbiert und abgeführt wird. Als Beispiel sei genannt: Eine solche Größe und Anordnung der Teile, daß sich eine Temperatursteigerung im Bereich von 37 bis 150 C/Sekunde und ein Mindest-Temperaturrückgang von 25 C/Sekunde ergibt.

Es ist klar, daß Änderungen oder Abwandlungen der vorstehend erläuterten Ausbildungen vorgenommen werden' können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise können in den beiden Schaltungen der Figuren 1 und 7 die Hilfsspulen 31 bzw. 94 konzentrisch mit der Anlaßwicklung oder konzentrisch mit der Hauptwicklung oder an einer Stelle zwischen der Anlaßwicklung und der Hauptwicklung angeordnet sein. Weiterhin können anstelle lösbarer Steckverbindungen aus Einsteckhülsen 41 bis 43 und Stiften 61 bis 63 beispielsweise Leiter mit Lot- oder Sickenverbindungen zwischen der Kapsel 44 und den Statorwicklungen und der Hilfsspule vorgesehen werden. Derartige Verbindungen sind natürlich entfern-

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bar oder lösbar ähnlich den in den Zeichnungen dargestellten Stift-Hülsen-Verbindungen, so daß die Kapsel entfernt werden kann, wenn das erwünscht ist. Anstelle der Anordnung eines U-förmigen Bimetallkörpers könnte ein einfacher flacher Bimetallstreifen verwendet werden, unter Zufügung eines mit dem Kontakt verbundenen Shunts, der dann als Rückleitungsweg für durch das Bimetallelement fließenden Strom dient. Die Auskleidung 171 kann in Form eines Überzugs auf der inneren Oberfläche des Gehäuses 142, anstelle der beschriebenen Ausführungsform mit getrennten Filmen, ausgebildet sein.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Anordnung der Fühlspule im wesentlichen konzentrisch mit der Anlaßwicklung, wie das in der Figur 1 gezeigt ist, ergibt sich aus der Tatsache, daß der Strom, der bei Stillstand oder niedriger Geschwindigkeit des Motors in der Fühlspule fließt, viel geringer ist als der Strom, der fließt, wenn sich der Motor bei Laufgeschwindigkeit befindet. Dieser niedrige Stromfluß beim Anlaufen in der Fühlspule und in dem Bimetallelement führt zu einer entsprechend langsamen Erhitzung des Bimetallelements. Dies gibt dem Motor Zeit auf Laufgeschwindigkeit zu kommen, bevor die Anlaßwicklung abgeschaltet wird, selbst wenn eine hohe Mocorlast beim Starten vorliegen mag. Weiterhin beginnt, wenn der Motor in Betrieb war und abgeschaltet wird, das Bimetallelement zu erkalten. Wenn der Motor rasch wieder eingeschaltet wird, wird sich das Bimetallelement wegen des niedrigen Stromflusses in der Spule beim Anlaufen entsprechend langsam wieder erhitzen, was den Motor in die Lage versetzt, auf Laufgeschwindigkeit zu beschleunigen. Wenn der Spulenstrom beim Anlaufen hoch wäre, würde sich das Bimetallelement rasch wieder erhitzen und den Anlaßwicklungskreis öffnen, bevor der Motor auf Laufgeschwindigkeit angestiegen ist; vorteilhafterweise ist dies nicht der Fall.

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Claims (15)

30. September 1976 F 899/76 .Patentansprüche

1.j Schaltung zum Abschalten der Anlaßwicklung für einen Wecfifc-eistrom-Elektromotor mit einem Ständer, einer Hauptwicklung und einer Anlaßwicklung, bei dem die Hauptwicklung parallel an Wechselstromnetzleitungen anschalt-' bar ist, wobei die Schaltung einen elektronischen Schalter mit einem Kraftklemmenpaar und einem Tor umfaßt, das den Schalter in Ansprechen auf daran erscheinendem Triggerstrom schließt, und die Kraftklemmen und die Anlaßwicklung in Reihe geschaltet und parallel zur Hauptwicklung geschaltet sind, gekennzeichnet durch eine Zeitverzögerungseinrichtung (z.B. 21), die mit dem Tor (19; 89; 111) verbunden ist und eine Quelle für Triggerstrom zu dem Tor bildet, und eine Hilfsspule (31; 94; 114), die auf den Ständer gewickelt und zur Induzierung einer Spannung in der,Hilfsspule ausgebildet und angeordnet ist, wobei die Hilfsspule mit der Zeitverzögerungseinrichtung verbunden ist und diese betätigt zur Lieferung von Triggerstrom während eines vorbestimmten Zeitintervalls nach anfänglicher Energiezuführung zu dem Motor.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspule (31) auf die Achse der Anlaßwicklung (11) gewickelt ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspule (94) auf die Achse der Hauptwicklung (81) gewickelt ist.

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4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspule (114) zwischen die Anlaßwicklung (102) und Hauptwicklung (101) gewickelt ist.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerungseinrichtung weiterhin zum Empfang von Strom, der durch die Anlaßwicklung (82; 102) während des Zeitintervalls fließt, angeschlossen ist und die Schalteinrichtung somit sowohl auf Strom von der Hilfsspule (94; 114) als auch auf Anlaßwicklungsstrom anspricht.

6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerungseinrichtung eine auf Wärme ansprechende Schalteinrichtung (22; 92; 113) umfaßt, die mit der Hilfsspule (31; 94; 114) verbunden ist.

7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Wärme ansprechende Schalteinrichtung einen Bimetallkörper (22; 92; 113) umfaßt, der sich in Ansprechen auf den hindurchfließenden Erhitzungsstrom erhitzt und abbiegt, und die Schalterkontakte einen beweglichen Kontakt (28; 93; 116), der durch Biegung des Bimetallkörpers bewegt wird, und einen angrenzend an den beweglichen Kontakt angeordneten festen Kontakt (29; 91; 117) aufweisen.

8. Schaltung nach Anspruch 7_t dadurch gekennzeichnet, daß die festen (29; 91? T17) und beweglichen (28; 93; 116) Kontakte normalerweise geschlossen sind, wenn die auf Wärme ansprechende Schalteinrichtung kalt ist, und der Triggerstrom nur fließt, während die Kontakte geschlossen sind.

9. Schaltung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bimetallkörper (22; 92; 113) im wesentlichen U-förmig ist, die Hilfsspule (31; 94; 114) parallel zu den Schenkeln des U angeschlossen ist und der bewegliche Schalterkontakt (28; 93; 116) an dem Querteil des U ange-

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bracht ist.

3.

10. Vorrichtung mit einer Schaltung gemäß einem der Ansprüche 1-9 zur Verwendung in einem Elektromotor, der einen Ständer, eine Anlaßwicklung und eine Laufwicklung aufweist, mit einem Sockel, einer mit der Anlaßwicklung verbundenen Schaltungseinrichtung zur Steuerung der Energiezuführung zu der Anlaßwicklung, einem auf Wärme ansprechenden Körper, der zur Betätigung der Schaltungseinrichtung angeschlossen ist, einer Stromquelle und elektrischen Leitern, die die Stromquelle mit dem auf Wärme ansprechenden Körper verbinden und ihn dicht in Nähe des Sockels haltern, dadurch gekennzeichnet , daß der auf Wärme ansprechende Körper (22; 152) so ausgebildet und angeordnet ist, daß er sich nach einer Seite abbiegt, wenn Strom aus der Stromquelle hindurchfließt, und eine Wärmesenke (16, 74; 151, 156) auf der einen Seite benachbart zu dem auf Wärme ansprechenden Körper angeordnet ist, so daß sich der auf Wärme ansprechende Körper bei Erhitzung zu der Wärmesenke hin biegt und Wärme von dem Körper zu dem Sockel (47; 143) und zu der Wärmesenke abgeführt wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmesenke einen elektronischen Schalter (16; 151) umfaßt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmesenke weiterhin ein Wärme aufnehmendes und leitendes Bauteil (74; 156), das an dem elektronischen Schalter (16; 151) angebracht ist, aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der auf Wärme ansprechende Körper (22; 152) und die Wärmesenke (16, 74; 151, 156) von einem Gehäuse (46; 142) umschlossen sind, das Gehäuse und der Wärme aufnehmende und leitende Bauteil (74; 156) aus einem gut wärmeleitenden

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Metall bestehen, und eine Auskleidung (171), die aus einem elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Material besteht, zwischen dem Wärme aufnehmenden und leitenden Bauteil und dem Gehäuse angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin ein in dem Motor anbringbares Gehäuse (46; 142) vorgesehen ist, das Gehäuse aus einem wärme- und elektrisch leitenden Material besteht, eine elektronische Einrichtung (16ff.; 151ff.) mit der Wärmesenke (74; 156) verbunden ist und Mittel zum Halten der Wärmesenke (16, 74; 151,' 156) in dichter wärmeleitender Beziehung zu dem Gehäuse vorgesehen sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der Wärmesenke (16, 74; 151, 156) und dem Gehäuse (46; 142) eine Schicht (77; 171) aus einem elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Material befindet.

709815/0833