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Elektrischer Zweimotorenantrieb
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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Zweimotorenantrieb
der im Oberbegriff des Haupstanspruchs angegebenen und durch die DE-OS 25 30 294
bekannten Art.
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Bei dem bekannten Zweimotorenantrieb ist das Ständerblechpaket ueber
den gesamten Umfang genutet; die 12-polige, 3-strängige Ständer-Wicklung des dort
gezeigten Induktionsmotors und die Wicklung des als Wechselstrom-Re.ihenschlußmotors
vorgesehenen 2-poligen Kommutatormotors sind jeweils in gemeinsamen Nuten angeordnet,
wobei ein Ständerblechschnitt mit ungleichem Nutenquerschnitt gewählt und die Wicklung
des Induktionsmotors gleichmäßig über alle Nuten verteilt ist, während die Wicklung
des Reihenschlußmotors nur einen Teil der Nuten belegt, die dazu einen größeren
Mutquerschnitt aufweisen als die restlichen, allein von der Wicklung des Induktionsmotors
belegten Nuten. Im Läufer sind einerseits eine an die Lamellen des Koirutators angeschlossene
2-polige Ankerwicklung des Reihenschlußmotors sowie andererseits
zusätzlich
eine davon galvanisch völlig getrennte, 2-strängige gewickelte Induktionsmotor-Wicklung
mit einem der Polzahl der Induktionsmotor-Wicklung des Ständers entsprechenden Polzahl
vorgesehen, deren Spulen oder Spulengruppen je Strang in Reihe geschaltet sind und
durch unmittelbares Verbinden von Anfang und Ende der Reihenschaltung Kurzschlußkreise
bilden.
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Bei einem weiterhin bekannten Zweimotorenantrieb (CH-PS 17 611) mit
einem Gleichstrommotor und einem Wechselstrommotor mit an den Kommutator angeschlossener
Induktionsmotor-Wicklung und Gleichstrom-Wellenwicklung wird der vorwiegend als
Einankerumformer einzusetzende Antrieb jeweils gleichzeitig mit Wechselstrom als
auch mit Gleichstrom betrieben.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, mit einfachen Mitteln und
bei Gewährleistung einer hohen Betriebssicherheit den aktiven Material- und den
Fertigungsaufwand, insbesondere hinsichtlich der Läuferwicklung, zu vermindern.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe ist bei einem elektrischen Zweimotorenantrieb
der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs
angegebenen Merkmale möglich; vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die Gegenstände
der Unteransprüche gekennzeichnet.
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Durch den erfindungsgemäßen Aufbau eines integrierten Doppelmotors
eines Zweimotorenantriebs kann für den Läufer anstelle zweier getrennter, diskreter
Wicklungen bzw. einer speziell aufgebauten und gewickelten integrierten bzw. teilintegrierten
Wicklung z.B. lediglich eine normale Schleifenwicklung vorgesehen werden. Durch
den dadurch bedingten kleineren Bohrungs- und entsprechend
kleineren
Standerpake*außendxrchmesser ergibt sich bei sonst .gieichen Betriebsdaten ein geringerer
Eisen- und Kupferaufwand Der erfindungsgemäße Antrieb ist insbesondere vorteilhaft
in Anwendung auf einen An*rleb für einen Waschautoniaten, bei dem der Induktionsmotor
für den Waschbetrieb und der ornmatatormotor als Reihenschluß-Universalmotor für
den Scbleuderbetrieb vorgesehen ist; dabei ergibt sich ein den Erfordernissen der
Waschtechnologie besonders entsprechender Zweirnotorenantrieb bei einer einstrangigen
Ständerwicklung niedriger Polzahl fEr den Schleuderbetrieb und einer 2-strängigen
Ständerwicklung höherer Polzahl für den Waschbetrieb dadurch, daß beim Ubergang
vom Wasch- auf den Schleuderbetrieb die Ständerwicklung aus dem hochpoligen auf
den niederpoligen Betrieb elektrisch umgeschaltet, dam die Kontaktvorrichtung Sinne
einer Aufhebung des Kurzschlusses der Kommutatorlamellen in einem Drehzahlbereich
oberhalb der Betriebsdrehzahl des hochpoligen und unterhalb der drehzahl des niederpoligen
Induktionsmotorbetriebes betätigt ist.
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Wird im letzteren Fall beispielsweise eine 4/2-polige Ausführung zugrundegelegt,
so läuft der Motor nach dem Waschen im 4-poligem Betrieb (Haupt- und Kondensator-Hilfsphase)
und dem elektrischen Umschalten auf den 2-poligen Betrieb (einsträngige Ständerwicklung
des Universalmotors als Strang des Induktionsmotors benutzt) zunächst mit gemäßigtem
Beschleunigungsmoment entsprechend einer 2-poligen einsträngigen Induktionsmotor-Kennlinie
auf etwa 85 - 100 Trommel-Upm. Erst nach dem Öffnen der Kontaktvorrichtung und damit
der Aufhebung des Kurzschlusses der Kommutatorlamellen - entweder selbsttätig durch
Fliehkräfte bei z.B. etwa 2600 Motor-Upm oder nach mangetischer Betätigung in diesem
Drehzahlbereich
- werden höhere Beschleunigungsmomente bereitgestellt1 die ein schnelles Durchfahren
des sogenannten Resonanzbereiches des Waschgerätes sicherstellen.
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Im Yergleioh zu bekannten Waschautomatenantrieben (E1etronikantriebe1
4j2-poliger Getriebemotor, u.s.w.) werden also folgende für einen Waschautomaten
günstige Betriebazustände erreicht: Langsames Durchfahren des Tro=eldrehzahlberelches
von 50 - etwa 100 Upm und damit Begtinstigung einer gleichmäßigen Wäscheverteilung
mit der Gefahr geringer Unwuchten (Anlegebereich), bei weiterer Steigerung der Drehzahl
schnelles Durchfahren des Bereiches von etwa 150 - 250 Trommel-Upm, In dem aufgrund
von Resonanzen anderenfalls starke Rüttelschwingungen des gesamten Gerätes auftreten
können.
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Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden im
folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung
näher erläutert.
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Darin zeigen: Fig. 1 das Prinzipschaltbild eines Zweimotoren-Waschautomatenantri
eb es, Fig. 2 eine fliehkraftbetätigte Kontaktvorrichtung zum Kurz schluß der Kommutatorlamellen,
Fig. 3 anhand eines n/M-Diagramms die Wirkungsweise des Waschautomatenantriebes
nach Fig. 1 und Fig. 2, Fig. 4 eine magnetbetätigte Kontaktvorrichtung zum Kurzschluß
der Kommutatorlamellen, Fig. 5 anhand eines n/M-Diagramms die Wirkungsweise des
Waschautomatenantriebes nach Fig. 1 und Fig. 4, Fig. 6 in vergrößerter Detaildarstellung
eine fliehkraftbetätigte Kontaktvorrichtung gemäß Fig. 2 in einer Seitenansicht,
Fig. 7 in vergrößerter Detaildarstellung eine fliehkraftbetätigte Kontaktvorrichtung
gemäß Fig. 2 in einer
stirnseitigen Draufsicht.
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Fig. 1 zeigt in einem Prinzipschaltbild einen an die beiden Anschlußpunkte
R, Mp eines speisenden Einphasen-Wechselstromnetzes anschließbaren Zweimotorenantriebs.
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Die Ständerwicklung enthält einerseits eine einsträngige 2-polige
Wicklung 3 und andererseits eine über einen Drehrichtungsumkehrschalter 10 anschließbare
höherpolige 2-strängige, aus einem Hauptphasenstrang 2 und einem Hilfsphasenstrang
1 mit Kondensator4bestehende Wicklung.
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Im Falle eines 4/2-poligem Doppelmotors könnte die 2-polige Ständerwicklung
auch durch Polumschaltung eines Stranges der 4-poligen Wicklung in bekannter Weise
abgeleitet werden. Der Wicklungsstrang 3 der 2-poligen Wicklung ist wie bei einem
Universalmotor in Reihe zum Kommutator 5 geschaltet. Der Aufbau der 2-strängigen
Ständerwicklung entspricht dem eines normalen Induktionsmotors.
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An den Kommutator 5 des Läufers ist eine normale Kommutatorwicklung,
z.B. eine einfache Schleifenwicklung angeschlossen, deren Spulenweite so gewählt
ist, daß sie in der Nähe eines ungeradzahligen Vielfachen der höherpoligen Polteilung
(Induktionsmotor) liegt. Zweckmäßigerweise werden somit für verschiedene Polzahlspreizungen
bei einer einzigen Schleifenkommutatorwicklung im Läufer folgende Spulenweiten vorgesehen:
4/2-polig - W=1- ?ffi4 (90 - 1350 rl.) 6/2-polig - W=3 2-6(1800 rl.) 8/2-polig -
W=3 MD8 (1350 rl.) Fig. 2 zeigt den grundsätzlichen und Fig 6, 7 den Detailaufbau
einer fliehkraftbetätigten Kontaktvorrichtung 6, mittels der die Lamellen des Kommutators
5 zur Erzielung eines Einphaseninduktionsmotor-Betriebes
kurzschlleßbar
und bei einer höheren Drehzahl im Sinne eines Universalmotorbetriebes wieder freigebbar
sind.
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Die fliehkraftbetätigte Kontaktvorrichtung 6 ist auf der Welle 9 befestigt
und rotiert somit synchron zum Kommutator 5, auf dem die feststehenden Bürsten 7,
8 schleifen. Im Kurzschlußbetrieb des Kommutators werden die Kontaktfinger 611,
612, 613... gegen den an seiner offenen Stirnseite mit einer angepaßten Anschrägung
51 versehenen Kommutator 5 aufgrund ihrer Eigenfederkraft P gedrückt und schließen
die Lamellen des Kommutators 5 kurz. Oberhalb der Grenzdreh"zahl, beim Übergang
vom Waschbetrieb zum Schleuderbetrieb, werden die Kontaktfinger 611, 612, 613...
entgegen dem Federdruck P aufgrund ihres Eigengewichts und insbesondere der zusätzlich
vorgesehenen Fliehgewichte 65, 66, 67, 68 von den Lamellen des Kommutators 5 abgehoben.
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Um ein möglichst gleichzeitiges Ansprechen der Kontaktfinger beim
Übergang zum Schleuderbetrieb zu erreichen, ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung
vorgesehen, daß am Umfang aufeinanderfolgende Kontaktfinger 611, 612, 613... von
einem durch ein gemeinsames Fliehgewicht 65 betätigtes Kontaktfingersegment 61 gehalten
werden. Der deutlicheren Darstellung wegen sind in Fig.7 die von den Kontaktsegmenten
62, 63, 64 mit den zugehörigen Fliehgewichten 66, 67, 68 gehaltenen bzw. betätigten
Kontaktfinger nicht einzeln mit Bezugszeichen versehen. Durch einen konzentrisch
die Kontaktfinger radial übergreifenden Anschlagbügel 69 wird in vorteilhafter Weise
eine Anschlagbegrenzung bei der Öffnung der Kontaktfinger im Bereich höchster Drehzahlen
erreicht.
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Fig. 3 zeigt anhand eines n/M-Diagramms ehen besonders vorteilhaften
Betriebsablauf eines in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Zweimotorenantriebes für
einen Waschautomaten; dabei sei von einer 6/2-poligen Ausführung
aus
gegangen . Im Waschbetrieb arbeitet der Antrieb als normaler 7-istringiger Einphasen-Induktionsmotor
(Kon densatormotor) mit durch die Kontaktvorrichtung (6) kurzgeschlossenem Kommutator
im Kennlinienbereich A - B mit dem Betriebspunkt B. Beim Übergang rom Waschbetrieb
auf den Schleuderbetrieb wird zunächst elektrisch aus dem Waschhetrieb der Motor
vom 6-poligen Betrieb auf 2-poligen Betrieb der Ständerwicklung bei weiterhin kurzgeschlossenem
Kommutator umgeschaltet In dieseii Bereich ist in Fig. 3 die KondenEatormotcir-KennSinie
(2-polig/einsträngig) gemäß dem Bereich B - C mit dem Endbetriebspunkt C maßgebend.
Die fliehkraftbetätigte Kontaktvorrichtung 6 ist nun so bemessen, daß sie vor Erreichen
der im 2-poligen, einsträngigen Induktionsmotorbetrieb erzielbaren Enddrehzahl von
ca. 3000Upm den Kommutatorkurzschluß aufhebt (Kennlinienpunkt C), so daß nunmehr
nach dem Öffnen der Kontaktvorrichtung 6 der Zweimotorenantrieb als normaler Universalmotor
arbeitet und eine durch entsprechende Wicklungsbemessung freiwählbare Enddrehzahl
(Kennlinienpunkt D) erreicht. Unter Berücksichtigung üblicher Riemenuntersetzungen
zwischen der mit der Motorwelle verbundenen Riemenscheibe und der mit der Waschtrommel
verbundenen Riemenscheibe ergeben sich dann die tatsächlichen Umdrehungszahlen der
Waschtromme1 im Wasch- bzw. Schleuderbetrieb.
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An die Ansprecngenauigkeit der fliehkraftbetätigten Kontaktvorrichtung
werden keine besonderen Anforderungen gestellt; ihr AnsFrechbereich liegt im vorliegenden
Fall zwischen ca. 1600 und 2600 Upm. Der Ansprechbereich F ist auf jeden Fall so
gewählt, daß beim elektrischen Umschalten aus der höheren Polzahl des Waschbetriebes
auf die niedrigere Polzahl des Schleuderbetriebes zunächst noch der Kurzschluß des
Kommutators erhalten bleibt, jedoch dieser Kurzschluß vor
Erreichen
der Enddrehzahl des einsträngigen, 2-poligen Induktionsmotorbetriebes aufgehoben
ist. Es ist ersichtlich, daß der Wicklungsstrang 3 somit sowohl die Funktion einer
Hauptphase für den 2-poligen Induktionsmotor als auch einer Feldwicklung für den
Universalmotor erfüllt.
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Figx 4 stellt in schematischer Weise eine magnetbetätigte Kontaktvorrichtung
6 dar. Die an der Kontaktvorrichtung 6 vorgesehenen und in gleicher Weise wie in
der Ausführung nach Fig. 7 ausgeführten Kontaktfinger werden bei nicht erregten
Magneten durch eine an einem Kragen 11 der Welle 9 abgestützte Druckfeder gegen
die Lamellen des Kommutators 5 gedrückt und schließen damit die Lamellen und die
Schleifenwicklung des Läufers für den lnduktionsmotorbetrieb kurz. Bei Erreichen
der Grenzdrehzahl wird die in Reihe mit der Feldwicklung (Strang 3) und dem Kommutator
5 geschaltete Spule1Ldes Lüftmagneten für die magnetbetätigte Kontaktvorrichtung
6 erregt, und die Kontaktvorrichtung entgegen der Kraft der Feder 10 von dem Kommutator
weggezogen.
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Eine magnetbetätigte Kontaktvorrichtung 6 ist insbesondere dann zweckmäßig,
wenn eine Doppelmotorenausführung mit gleicher Polzahl für die ein- wie auch für
die 2-strängige Wicklung im Ständer (2/2-polig) vorgesehen ist, da in einem solchen
Fall durch rein elektrische Umschaltung der Ständerwicklung bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung
des Kurzschlusses des Kommutators durch die Kontaktvorrichtung 6 eine selbsttätige
Beschleunigung und damit ein Ansprechen von Fliehkräften nicht erreicht werden kann.
In einem solchen Fall ist eine besonders einfache Motorausführung dadurch gegeben,
daß der Ständer lediglich mit einer 2-poligen Haupt- und Hilfsphasenwicklung (nur
2 Stränge) mit entsprechender Umschaltung auf nur einen Strang im Universalmotor-Betrieb
und
der Läufer mit einer einzigen Schleifenkommutatorwicklung und einer Spulenweite
von etwa 1800 rl. ausgestattet ist.
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Fig. 5 zeigt den Betriebsablauf eines Waschautomatenantriebes mit
einer magnetbetätigten Kontaktvorrichtung 6 anhand eines n/M-Diagramms. Wie bei
dem Diagramm nach Fig. 3 beginnt der Motor im Waschbetrieb aufgrund der 2-strängigen
Ausführung mit Hilfsphase beim erstmaligen Einschalten mit einem Anlaufmoment A
und verläuft dann auf der Kennlinie des Induktionsmotors bis zu dem Waschbetriebspunkt
B. Nach dem magnetbetätigten Abheben der Kontaktvorrichtung von dem Kommutator 5
und der entsprechenden Aufhebung des Kurzschlusses arbeitet der Motor auf der Kennlinie
des einsträngigen Universalmotors und beschleunigt bis zu dem Schleuderbetriebspunkt
D, dessen Drehzahl durch entsprechende Wicklungsbemessung des Universalmotors frei
wählbar ist.
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Wesentliche Vorteile des erfindungsgemäßen Zweimotorenantriebes seien
abschließend nochmals kurz zusammengestellt: Geringerer Aufwand hinsichtlich des
Läuferaufbaus, da der Läufer dem eines herkömmlichen Universalmotors entspricht.
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Günstigeres Drehzahlverhalten im Anlegebereich bei gleichzeitig schnellem
Durchfahren des Resonanzbereiches eines Waschautomaten. Bei magnetisch betätigter
Kontaktvorrichtung ist ein Verweilen im Arbeitspunkt der 2-poligen Induktionsmotorkennlinie
möglich ("Rampenfunktion" ähnlich wie bei. elektronisch gesteuerten Waschautomatenantrieben).
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Die Läuferwicklung kann ausschließlich nach den Erfordernissen im
Schleuderbetrieb des Waschautomaten bemessen werden.
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Kleinere Baugröße des Motors, da der gesamte Läuferwickelraum jeweils
für beide Betriebsarten (Induktionsmotor- bzw. Universalmotor) voll zur Verfügung
steht und betriebsmäßig genutzt ist.
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Freie Wahl der Läufernutenzahl hinsichtlich günstiger Fertigungstechnologie
und guter Voraussetzungen für niedrige magnetische Geräusche.
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"Steife Drehzahlkennlinie bei Induktionsmotorbetrieb, da eine vielsträngige
(Lamellenzahl) kurzgeschlossene Läuferwicklung mit voller Ausnutzung des Läuferwickelraums
zur Verfügung steht.
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7 Figuren 5 Patentansprüche
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