DE2936723C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für Flüssigkeitsrheostaten mit variablem Flüssigkeitsstand, die sich in Richtung des minimalen Flüssigkeitsstandes im Füllgefäß verjüngt.

Eine derartige Elektrode ist beispielsweise aus der FR-PS 12 16 101 bekannt. Dort sind drei derartige Elektroden in dem oberen Teil eines Anlaßgefäßes eines Flüssigkeitsrheostaten angeordnet, wobei das Anlaßgefäß über eine Verbindungsleitung mit einem ein Elektrolyt enthaltenden Behälter verbunden ist. Die Verbindungsleitung gestattet einen gesteuerten Durchgang des Elektrolyts zwischen dem Behälter und dem Anlaßgefäß.

Handelt es sich beispielsweise um das Anlassen eines Motors mit Läuferanlasser, so sind die Elektroden eines derartigen Flüssigkeitsrheostats mit dem Läufer eines solchen Motors verbunden und es sind Steuereinrichtungen vorgesehen, die beim Anlassen ein allmähliches Vollaufen des Anlaßgefäßes mit Elektrolyt bewirken, und zwar durch Zwangsumlauf des Elektrolyts von dem Behälter zu dem Anlaßgefäß über die Verbindungsleitung, die zu diesem Zweck zwischen dem Gefäß und dem Behälter vorgesehen ist.

Beim Anlassen taucht hierbei ein zunehmend größer werdender Abschnitt der im oberen Teil des Anlaßgefäßes vorgesehenen Elektroden in den Elektrolyt ein und wird dadurch kurzgeschlossen und nur der herausragende Teil dieser Elektroden führt weiterhin einen Widerstand in die Schaltung ein, in der sich die Elektroden befinden.

Damit die optimale progressive, kontinuierliche Anlaßwiderstandsänderung erreicht wird, muß die Kontaktfläche zwischen den Elektroden und dem Elektrolyt in einem weiten Bereich sich ändern können, wobei diese Kontaktfläche zu Beginn des Anlassens minimal und am Ende des Anlassens maximal ist.

Bei den bisher bekannten Flüssigkeitsrheostaten sind die Elektroden entweder - wie im Fall der deutschen Patentanmeldung 14 65 596 - massiv oder sind wie im Fall der oben genannten FR-PS 12 16 101 hohl, wobei sie jedoch ein geschlossenes Volumen bilden. In beiden Fällen kommt nur der Außenumfang der Elektroden für den Kontakt mit dem Elektrolyt in Betracht.

Die maximale Kontaktfläche einer derartigen Elektrode für den Elektrolyt ist also notwendigerweise begrenzt.

Aus der GB-PS 5 62 537 ist eine elektrochemische Zelle bekannt, die mit einer Elektrode ausgestattet ist, welche aus einem innerhalb einer mit einem Elektrolyt gefüllten Röhre hängenden wendelartig gewickelten Draht besteht, dessen freies Ende sich in Axialrichtung der Wendel erstreckt. Diese bekannte Elektrode bildet zusammen mit dem Elektrolyten und einer weiteren Elektrode eine Elektronenfluß-Strecke der als Analysegerät ausgebildeten elektrochemischen Zelle. Über ein in einem Teil der Wandung des das Elektrolyt aufnehmenden Rohres ausgebildetes Diaphragma kann ein Elektronenübergang zwischen der Umgebung und dem Elektrolyten stattfinden, so daß durch diesen vom das Rohr umgebenden chemischen Stoff bestimmten Elektronenübergang der Elektronenfluß in der Zelle beeinflußt wird und so über den elektrischen Stromfluß im Elektrolyten auf den das Rohr umgebenden chemischen Stoff Rückschlüsse vorgenommen werden können. Die in Form einer zylindrischen Wendel gewickelte Elektrode ist dabei stets in ihrer vollen Ausdehnung im Elektrolyten aufgenommen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektrode nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß bei kompaktem Aufbau eine Verbesserung der progressiven, kontinuierlichen Anlaßwiderstandsänderung erzielt wird.

Diese Aufgabe wird bei der Elektrode der Erfindung dadurch gelsöt, daß die Elektrode aus einem durchgehenden, schraubenförmigen, metallischen Strang besteht, wobei die einzelnen Windungen im wesentlichen aneinander anliegen.

Durch die schraubenförmigen Windungen der Elektrode nach der Erfindung wird auf einfache und überraschende Weise erreicht, daß die schraubenförmige Wicklung der Elektrode eine maximale Benetzung der Elektrode auf geringstem Raum gestattet und so die gewünschte Verbesserung der kontinuierlichen, progressiven Anlaßwiderstandsänderung eintritt.

Darüber hinaus wird auch bei langsamen Anstieg der Elektrolytflüsigkeit eine merkliche Änderung des Widerstandes und damit des Stromflusses erzielt, so daß insgesamt eine bessere Einstellgenauigkeit des gewünschten Stromflusses gegeben ist. Durch die schraubenförmige Gestalt der Elektrode ist ein konischer, rohrartiger Hohlkörper gebildet, der nicht nur mit seinem Außenumfang sondern auch mit seinem Innenumfang mit dem Elektrolyt in Kontakt treten kann.

Durch das Profil seines Querschnitts gemäß Anspruch 2 bietet jedes etwa ringförmige Element der erfindungsgemäßen Elektrode einzeln eine maximale Kontaktfläche für den Elektrolyt. Das Vorsehen einer Kontaktspitze vor der Windung mit kleinstem Durchmesser nach Anspruch 3 schafft eine noch bessere progressive, kontinuierliche Anlaßwiderstandsänderung.

Die Ausbildung der Elektrode als allgemein kegelstumpfförmiges von den Windungen gebildetes Rohr nach Anspruch 5 gestattet einerseits das Erreichen einer besseren kontinuierlichen, progressiven Anlaßwiderstandsänderung und andererseits die Vermeidung von Lichtbogenüberschlägen im Zustand zu Beginn des Anlassens bei leerem Anlaßgefäß.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung werden in den verbleibenden Ansprüchen angegeben.

Außerdem ist die Anwendung der Erfindung nicht auf Motoren mit Läuferanlassung beschränkt, sondern erstreckt sich auch auf Motoren mit Ständeranlassung, beispielsweise auf Motoren mit Käfigwicklung. In diesem Fall sind die Elektroden des Rheostats lediglich an dem Sternpunkt des Ständers dieses Motors vorzusehen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Flüssigkeitsrheostats mit Elektroden,

Fig. 2 ein Blockschaltbild, das die elektrische Schaltung dieses Flüssigkeitsrheostats und seinen Anschluß an den Motor zeigt, dessen Anlassen er steuern soll,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer Elektrode für einen derartigen Rheostat,

Fig. 4 einen axialen Schnitt durch die Einheit IV von Fig. 1 in größerem Maßstab und

Fig. 5 einen Querschnitt nach der Linie V-V von Fig. 4.

Gemäß der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform besitzt der Flüssigkeitsrheostat einen Behälter 10, der Elektrolyt 11 enthält, ein Anlaßgefäß 12, das über dem Behälter 10 angeordnet ist und in dessen oberem Teil Elektroden 13 angeordnet sind, und eine Verbindungsleitung 14, die zwischen dem Behälter 10 und dem Anlaßgefäß 12 vorgesehen ist und den gesteuerten Durchgang des Elektrolyts 11 zwischen dem Behälter 10 und dem Anlaßgefäß 12 gestattet.

In den Fig. 1 und 2 ist jede Elektrode 13 schematisch mit ihrem in unterbrochenen Linien gezeichneten Umriß dargestellt.

Jede Elektrode 13 (vgl. insbesondere Fig. 3) besteht aus einer Folge von etwa ringförmigen Elementen (Windungen 15), die jeweils paarweise elektrisch miteinander verbunden sind und bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel progressiv abnehmende Querschnittsflächen besitzen. Hierbei befindet sich das Element mit der größten Querschnittsfläche im oberen Teil des Anlaßgefäßes 12, während sich das Element mit der kleinsten Querschnittsfläche im unteren Teil befindet.

Bei dem dargestellten praktischen Ausführungsbeispiel besteht die sich so verjüngende Elektrode aus einer Folge von etwa ringförmigen Elementen (Windungen 15), die zusammen von ein und demselben durchlaufenden metallischen Strang gebildet werden, der schraubenförmig gerollt ist und dessen aufeinanderfolgende Windungen die ringförmigen Elemente bilden.

Beispielsweise kann jede Elektrode aus einem metallischen Strang mit einer Länge von 7 m bestehen.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt dieser Strang einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von beispielsweise 8 mm. Dieser Querschnitt kann jedoch auch eine andere, beispielsweie eine quadratische Form besitzen.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Gesamtumriß einer Windung 15 kreisförmig, wobei dieser Umriß auch eine andere Form, beispielsweise eine quadratische Form haben kann.

Auf jeden Fall bilden die Windungen 15 jeder Elektrode 13 zusammen eine Art Rohr, bei dem nicht nur der Außenumfang, sondern auch der Innenumfang mit dem Elektrolyt 11 in Kontakt kommen kann. Infolge des kreisförmigen Umrisses dieser Windungen und ihrer progressiv abnehmenden Querschnittsflächen hat dieses Rohr die Form eines Kegelstumpfes.

Die Windungen 15 jeder Elektrode 13 können jeweils paarweise aneinander anliegen oder nicht. Wenn ein maximaler Anlaßwiderstand gewünscht wird, ist es vorzuziehen, daß diese nicht jeweils paarweise aneinander anliegen.

Gegebenenfalls können die Windungen 15 für eine bessere mechanische Festigkeit der Elektrode 13 jeweils paarweise in Querrichtung durch mindestens eine örtliche Verbindungsbrücke 18 (Fig. 3) verbunden sein.

Eine derartige örtliche Verbindungbrücke 18 kann beispielsweise durch Verschweißung hergestellt werden.

Die Elektrode 13 ist mit ihrer größten Windung 15 an einem Deckel 19 aufgehängt, der das Anlaßgefäß 12 verschließt. Auf diesem Element ist zwischen zwei diametral einander entgegengesetzten Punkten in Querrichtung ein Steg 20 befestigt, der einen sich axial erstreckenden Gewindestift 21 trägt, der den Deckel 19 durchquert und außerhalb von diesem mit einer Haltemutter 22 zusammenwirkt.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Strang, der die Windungen 15 einer Elektrode 13 bildet, über die Windung mit der kleinsten Querschnittsfläche hinaus und bildet eine Kontaktspitze 23, die in Richtung auf den Boden als Anlaßgefäßes 12 axial hervorsteht.

Auf die Verbindungsleitung 14 wirken einerseits auf der Seite des Behälters 10 Pumpeinrichtungen 25 und andererseits auf der Seite des Anlaßgefäßes 12 ein Regulierungsventil 26 ein.

Die Pumpeinrichtungen 25 können beispielsweise aus einer Zentrifugalpumpe bestehen, deren Ansaugstutzen 27 direkt in den Behälter 10 eintaucht und deren Antriebswelle durch eine Muffe 28 geschützt ist und an der die Austrittswelle eines Motors 29 befestigt ist.

Das Regulierungsventil 26 ist beispielsweise ein drehbares Ventil, das durch ein Gestänge 30 mit einem Handbetätigungsgriff 31 verbunden ist, der durch den Benutzer betätigt werden kann. Es kann sich hierbei jedoch auch beispielsweise um ein Schieberventil handeln.

Die Verbindungsleitung 14 besitzt bezüglich der Pumpeinrichtungen 25 hinter dem Regulierungsventil 26 eine Öffnung 32 (Fig. 4 und 5), die etwa pfeifenförmig ausgerichtet ist und deren äußere Mündung 33 sich auf der Seite des Regulierungsventils 26 und damit auf der Seite des Behälters 10 und deren innere Mündung 34 sich auf der Seite des Anlaßgefäßes 12 befindet.

Beispielsweise besteht die Verbindungsleitung 14 aus zwei Rohren 14A und 14B mit verschiedenen Durchmessern, die ineinandergesteckt sind. Die Öffnung 32 wird durch eine halbwellenförmige Längsverformung 36 des Rohrs 14B mit dem kleineren Durchmesser gebildet, die radial in das Innere dieses Rohrs hineinragt und an dem Ende des Rohrs mit kleinerem Durchmesser vorgesehen ist, das in das Rohr 14A mit dem größeren Druchmesser eingesteckt ist.

Die anderen Bestandteile des Rheostats, die bekannt sind und nicht zur Erfindung gehören, werden nicht im einzelnen beschrieben.

Es sei lediglich erwähnt, daß das Volumen des Behälters 10 ein Vielfaches des Volumens des Anlaßgefäßes 12 beträgt, was im Betrieb einen langsameren Temperaturanstieg des in dem Behälter 10 enthaltenen Elektrolyts 11 gestattet und dadurch ohne Gefahr und ohne Verwendung weiterer Kühleinrichtungen eine Vielzahl von in kurzen Abständen aufeinanderfolgenden Anlaßvorgängen ermöglicht.

Das Blockschaltbild von Fig. 2 zeigt als Beispiel die Anwendung des oben beschriebenen Flüssigkeitsrheostats auf einen Motor 37 mit Läuferanlasser.

Auf an sich bekannte Weise sind die Elektroden 13 an den Läufer 38 dieses Motors angeschlossen, während an den Ständer 39 die Phasenleiter P einer beliebigen Speiseleitung angeschlossen sind. Zwischen einem von diesen und dem entsprechenden neutralen Leiter N sind ein Einschaltrelais 40, das in den Phasenleitern P vorgesehene Kontakte steuert, der Motor 29 und ein Kurzschlußrelais 41 vorgesehen, das einerseits Kurzschlußkontakte 41a, die zu den Elektroden 13 parallel geschaltet sind, und andererseits einen Kontakt 41b steuert, der sich in der Speisung des Motors 29 befindet.

Das Kurzschlußrelais 41 steuert außerdem einen selbsthaltenden Kontakt 41c und in seine Speisung ist ein Kontakt 42 eingesetzt, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen Schwimmer 43 gesteuert wird, der im oberen Teil des Anlaßgefäßes 12 vorgesehen ist.

Die Verbindungsleitung 14 steht am Boden des Anlaßgefäßes 12 etwas hervor, so daß in diesem Gefäß in Wartephasen immer ein Mindestvolumen an Elektrolyt vorhanden ist (vgl. Fig. 1).

In einer Wartephase ist also nur die Kontaktspitze 23 der Elektroden 13 mit Elektrolyt in Berührung.

Ferner ist der Kontakt 41b, der die Speisung des Motors 29 steuert, in einer Wartephase geschlossen.

Beim Anlassen wird also dieser Motor unmittelbar in Gang gesetzt: Die Pumpe 25, die von ihm angetrieben wird, pumpt nun Elektrolyt 11 zu dem Anlaßgefäß 12, das sich nun füllt, so daß ein zunehmender Teil der eintaucht, wodurch die gewünschte kontinuierliche, progressive Anlaßwiderstandsänderung des Motors 37 erreicht wird.

Das Regulierungsventil 26 gestattet die Regulierung des Durchsatzes des Elektrolyten durch die Pumpe 25.

Der auf diese Weise von der Pumpe abgegebene Elektrolytvolumenstrom wird aber durch den durch den Sog bewirkten Volumenstrom vermehrt, der über die Öffnung 32 direkt von dem Behälter 10 in die Verbindungsleitung 14 gesaugt wird.

Wenn der Elektrolytstand in dem Anlaßgefäß 12 den Schwimmer 43 erreicht, schließt dieser den Kontakt 42, so daß das Kurzschlußrelais 41 in Tätigkeit tritt. Durch den Kontakt 41a werden nun die Elektroden 13 ausgeschaltet und durch den Kontakt 41b wird die Speisung des Motors 29 unterbrochen.

Der in dem Anlaßgefäß 12 befindliche Elektrolyt fließt nun über die Verbindungsleitung 14 zu dem Behälter 10 zurück.

Der größte Teil dieses rückfließenden Elektrolyten durchquert die Pumpe 25, die hierbei als Turbine arbeitet.

Ein bestimmter Teil dieses rückfließenden Elektrolyten gelangt jedoch über die Öffnung 32 der Verbindungsleitung 14 direkt in den Behälter 10, so daß eine schnelle Entleerung des Füllgefäßes 12 gewährleistet wird, und zwar trotz einer gegebenenfalls durch das Regulierungsventil 26 verursachten Drosselung in der Verbindungsleitung 14.

Gleichzeitig bleibt das Kurzschlußrelais 41 durch seinen selbsthaltenden Kontakt 41c in Tätigkeit.

Hinsichtlich der Anzahl, des Umrisses und des Querschnitts der Windungen 15 der Elektrode 13, der Länge des Stranges, dessen aufeinanderfolgenden Windungen die ringförmigen Elemente bilden, oder hinsichtlich der Gesamtform des Rohrs, das die ringförmigen Elemente zusammen bilden, sind Abwandlungen möglich.

Ferner kann anstelle des Schwimmers 43 ein Druckregler vorgesehen sein, der mit einer Kompressionskammer in dem Anlaßgefäß verbunden ist.

Claims (5)

1. Elektrode für Flüssigkeitsrheostaten mit variablem Flüssigkeitsstand, die sich in Richtung des minimalen Flüssigkeitsstandes im Füllgefäß verjüngt, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (13) aus einem durchgehenden, schraubenförmigen, metallischen Strang besteht, wobei die einzelnen Windungen (15) im wesentlichen aneinander anliegen.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsflächen der Windungen (15) abnehmen.

3. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Windung (15) mit kleinstem Durchmesser weitergeführt ist und in axialer Richtung eine Kontaktspitze (23) bildet.

4. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen (15) in Querrichtung durch mindestens eine örtliche Verbindungsbrücke (18) miteinander verbunden sind.

5. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen (15) zusammen ein allgemein kegelstumpfförmiges Rohr bilden.