DE3619210A1 - Schaltungsanordnung zur steuerung von drehstromasynchronmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Steu­ erung von Drehstromasynchronmotoren mit einem über eine Handhabe betätigbaren Drehnockenschalter und mit einem Schaltschütz zur Ein- und Abschaltung des Drehstromasynchronmotors, hierbei ist der Nockenschalter über die Handhabe von einer Ausschaltstellung in eine An­ laufstellung und eine Betriebsstellung umschaltbar, wobei bei der Umschaltung in die Anlaufstellung das Schaltschütz einschaltbar ist. Derartige Schaltungsanordnungen werden vielfach verwendet, sie haben sich bewährt. Durch die Handhabe werden bei derartigen Schaltungsanordnung bei Drehung der Handhabe nacheinander die Anlaufschaltung, die Betriebsstellung sowie dann die Ausschaltstellung des Nockenschalters eingestellt. Es hat sich nun gezeigt, daß bei Notsituationen, in denen die Schaltungsanordnung in ihre Ausschaltstellung zu überführen ist, von der Bedie­ nungsperson entweder bei Rückdrehung der Handhabe verse­ hentlich die Anlaufstellung beibehalten wurde, oder, falls die Handhabe nur in einer Richtung drehbar ist, die Aus­ schaltstellung zwar eingeschaltet wurde, durch Weiterdre­ hung aber erneut die Anlaufstellung betätigt wurde. Hier­ durch kann leicht schwerwiegender Schaden entstehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Schaltungsanord­ nung der eingangs genannten Art die Drehung des Nocken­ schalters so zu steuern, daß zwangsläufig der Nocken­ schalter über die Handhabe von der Betriebsstellung in die Ausschaltstellung überführbar ist, wobei die Einschal­ tung in einer anderen Drehrichtung erfolgt als die Aus­ schaltung, wobei die Schaltungsanordnung einen wohlfeilen Aufbau haben soll.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß bei Dre­ hung der Handhabe der Nockenschalter von der Ausschalt­ stellung bei offenem Schaltschütz über die Betriebsstel­ lung in die Anlaufstellung schaltbar ist, daß bei Rück­ drehung der Handhabe der Nockenschalter von der Anlauf­ stellung bei eingeschaltetem Schaltschütz in die Betriebs­ stellung erfolgt, und daß bei eingeschaltetem Schalt­ schütz der Nockenschalter von dieser Betriebsstellung nur in die Ausschaltstellung überführbar ist.

Durch die zwangsläufige Führung des Nockenschalters sowie durch die Änderung der Drehrichtung bei der Ausschaltbe­ wegung gegenüber der Einschaltbewegung ergibt sich eine sichere Schaltungsanordnung, die selbst bei Notfällen die Gewähr dafür bietet, daß sie von dem Benutzer richtig in die Ausschaltstellung überführbar ist. Es kann keine un­ fallträchtige Situation in der Art entstehen, daß beim Ausschalten nur bis zur Stern-Stellung zurückgeschaltet wird und die Maschine somit unkontrolliert weiterläuft. Von der Betriebsstellung bei eingeschaltetem Motor ist nur direkt eine Betätigung in die Ausschaltstellung mög­ lich. Um die Bedienung der Schaltungsanordnung zu verein­ fachen, erfolgt günstigerweise die Umschaltung von der Anlaufstellung in die Betriebsstellung über eine Rück­ stellfeder, so daß beim Einschalten in die Anlaufstellung (Sternschaltung) und Loslassen der Handhabe automatisch die Betriebsstellung, die sog. Dreiecks-Schaltung, erziel­ bar ist. Ein versehentliches Betreiben in Sternstellung ist nicht möglich. Falls bei dieser Anordnung die Aus­ schaltstellung abschließbar ist, erfüllt der Drehschal­ ter die Anforderungen der VDE 0113 Teil 1/2.86 an Haupt­ schalter, so daß einfache Maschinen nur einen einzigen Drehschalter benötigen. Dadurch ist eine übersichtliche Bedienung und größere Unfallsicherheit gewährleistet.

Günstigerweise ist die Drehbewegung des Nockenschalters über einen in eine Kulisse eingreifenden Führungsstift steuerbar. Durch den Führungsstift in Verbindung mit der Kulisse ist eine überaus sichere und preiswerte Schal­ tungsanordnung erzielbar. Hierbei empfiehlt es sich, die Kulisse schwenkbar anzuordnen, da hierdurch eine sichere Abtastung der Führungsstifte erzielbar ist, wobei der Führungsstift vorteilhafterweise bezügl. der Schaltachse des Nockenschalters an der Achse drehfest gelagert ist.

Um den Führungsstift sicher in der Führungsbahn der Kulis­ se zu halten, ist es günstig, wenn der Stift über ei­ ne Feder in die Bahn der Kulisse gedrückt ist. Hierdurch wird eine genaue Abtastung der Führungsbahn erzielt.

Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Feder mit ihrem einen Ende an einem drehfest an der Schaltachse angeordneten Trägerplatte vorgesehen. Durch diese Anordnung ist sichergestellt, daß zwischen Trägerplatte und Halterung des Führungsstiftes keine Re­ lativbewegung stattfinden kann, so daß die Feder sicher den Führungsstift in der Führungsbahn haltern kann.

Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung nimmt die Bahntiefe der Führungsbahn der Kulisse in den Steuerungsabschnitten von der Ausschaltstellung in die Anlaufstellung einerseits, von der Anlaufstellung in die Betriebsstellung andererseits und von der Betriebsstel­ lung in die Ausschaltstellung zum dritten, jeweils ab, wobei die Bahntiefe am Beginn jeden Abschnittes etwa die gleiche Größe hat. Durch diese Maßnahme ist in einfacher Weise sichergestellt, daß nach Durchlaufen eines jeden Abschnittes der Führungsstift nicht rückwärts den Ab­ schnitt wieder durchlaufen kann. Vielmehr muß der Füh­ rungsstift nacheinander die einzelnen Abschnitte durch­ laufen, so daß in einfacher Weise eine zwangsläufige Steuerung ermöglicht wird.

Günstigerweise ist die Anlaufstellung als Taststellung ausgebildet, so daß beim Loslassen der Handhabe, selbst­ tätig die Einschaltung in die Betriebsstellung erfolgt.

Auf der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in mehre­ ren Ausführungsbeispielen dargestellt und zwar zeigen

Fig. 1 den Nockenschalter in Seitenansicht mit Bremsrelais,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Drehhandgriff,

Fig. 3 einen Schnitt durch die Kulisse,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Kulisse,

Fig. 5 den Führungsstift für die Kulisse mit Halteplatte in Draufsicht,

Fig. 6 Führungsstift und Halteplatte in Sei­ tenansicht,

Fig. 7 die Anordnung des Stromverlaufs bei ei­ nem Stern-Dreick-Dreh-Nockenschalters bezügl. des Drehstromasynchronmotores und

Fig. 8 die Anordnung des Stromverlaufs bei ei­ nem Ein-Aus-Drehschalter mit Startvor­ richtung.

Bei der in den Zeichnungen dargestellten Schaltungsanord­ nung ist der Nockenschalter als Stern-Dreiecks-Brems­ schalter ausgebildet. Von dem Nockenschalter sind die Kontaktanordnungen in der 0-Schaltung, in der Dreiecks­ schaltung und der Sternschaltung dargestellt. Hierbei überbrücken die einzelnen Kontakte des Nockenschalters jeweils zwei Anschlußpunkte und zwar diejenigen, die je­ weils in den Zeichnungen unter diesen Kontakten liegen.

Der in Fig. 1 dargestellte Nockenschalter ist schematisch dargestellt und kann im wesentlichen einen an sich bekann­ ten Aufbau haben. Er weist ein Gehäuse 60 auf, aus dem zahlreiche Anschlußkontakte 61 herausgeführt sind. Die im Inneren angeordneten Nocken werden durch eine Drehachse 62 gesteuert. An ihrem einen Ende weist die Drehachse ei­ ne Handhabe 63 auf, am anderen Ende der Drehachse ist ein Steuerteil vorgesehen, daß ein nicht näher beschriebenes rückfallverzögertes Zeitrelais 64 ansteuert. Zwischen der Handhabe 63 und dem Schaltnockenteil ist eine Kulissen­ führung 65 vorgesehen, die die Drehbewegung der Handhabe 63 und somit der Schaltnocken einschränkt.

In Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die Handhabe gezeigt. Die Handhabe kann von der Stellung 0 in die als Anlauf­ stellung ausgebildete Sternschaltung gedreht werden und dann wieder zurück in die als Dreiecksschaltung ausgebil­ dete Betriebsstellung. Es sei hier erwähnt, daß bei der Einschaltbewegung der Handhabe bei Erreichen der Betriebs­ stellung der Drehstomasynchronmotor nicht eingeschaltet wird. Erst wenn die Anlaufstellung eingestellt wird, wird der Drehstrommotor an das Stromnetz geschaltet.

Hierzu sei auf Fig. 7 hingewiesen, in der die Schaltungs­ anordnung mit Stern-Dreieck-Schalter, Schaltschütz sowie Bremsrelais und die einzelnen Motoranschlüsse dargestellt sind.

In der dort gezeigten Stellung befindet sich der Nocken­ schalter in seiner 0-Stellung. Das entsprechend den Dreh­ stromasynchronmotor M steuernde Schaltschütz K 1 befindet sich in seiner Offen-Stellung. Bei Drehung der Handhabe in die Betriebsstellung bleibt Schaltschütz K 1 noch ohne Strom, so daß es ausgeschaltet bleibt. Hierzu sei erwähnt, daß der Stromverlauf erst wenn die Handhabe weiter in die Sternschaltstellung gedreht wird, das Schaltschütz K 1 an das Stromnetz angeschlossen wird. Hierbei liegt der An­ schluß A 1 unmittelbar über F 1 an dem Anschluß 1 und somit an dem Leitungsanschluß L 1, während der Anschluß A 2 des Schaltschützes K 1 an den sogenannten N-Leiter angeschlos­ sen ist. Durch diesen Stromanschluß erfolgt nunmehr die Einschaltung des Schaltschützes, so daß die Anschlüsse 1, 2; 3, 4; 5, 6; 13, 14 in elektrisch leitende Verbindung treten. Durch die Anordnung der Nocken in der Sternschal­ tung sind nun die einzelnen Motorwicklungen U, V, W in einer Sternschaltung angeordnet.

Zugleich befindet sich das als rückfallverzögertes, als Bremsrelais dienende Zeitrelais 64 in seiner Schließstel­ lung, d.h. die Anschlüsse 57, 58 sind in elektrisch leit­ fähiger Verbindung.

Sobald nun die Handhabe losgelassen wird, dreht sich die Drehachse 62 des Nockenschalters durch eine nicht näher dargestellte Feder selbständig in die Dreieckschaltung, also die Betriebsstellung zurück.

Nunmehr sind die Motorwicklungen U, V, W in einer Drei­ ecksschaltung geschaltet, während die Stromversorgung der Spule des Schaltschützes K 1 über F 1 und 14, 13 und A 1 er­ folgt. Das Schaltschütz K 1 bleibt also in seiner Ein­ schaltstellung.

Wird nun die Handhabe in die 0-Stellung zurückgedreht, so sind die Nocken in der 0-Schaltung so angeordnet, daß die Windungen in dem Drehstromasynchronmotor M so geschaltet sind, daß eine Bremswirkung zustande kommt.

Das Schaltschütz K 1 erhält nunmehr seine Stromversorgung über 1, F 1, Anschluß 57, 58 sowie A 1. Das Zeitrelais 64 öffnet jedoch nach einer vorbestimmten Zeit. Hierdurch wird das Schaltschütz nicht mehr mit Strom versorgt und die Anschlüsse 1, 2; 3, 4; 5, 6; 13, 14 gehen in ihre Of­ fen-Stellung und der Motor ist vom Stromnetz abgeschlos­ sen und die Bremsung ist sogleich beendet.

Zur zwangsmäßigen Führung des Nockenschalters ist die Ku­ lissenführung 65 vorgesehen (vergl. Fig. 5-6). Die Ku­ lissenführung 65 besteht aus einer Kulisse 66, die Füh­ rungsbahnen 67 trägt, die in einzelne Abschnitte 68, 69 und 70 unterteilt ist. Weiter besteht die Kulisse aus ei­ nem an einer Halteplatte 71 angeordnetem Führungsstift 72, der in die Führungsbahnen 67 eingreift. Die Halteplatte ist drehfest an der Drehachse 62 angeordnet; sie ist je­ doch kippbar an der Drehachse 62 gelagert.

Die Kulisse 66 selber ist schwenkbar am Nockenschalter angeordnet.

Die Abschnitte 68, 69 und 70 der Führungsbahn 67 weisen in ihrem Abschnittsverlauf jeweils unterschiedliche Bahn­ tiefen auf, wie aus Fig. 3 zu erkennen ist. Hierdurch entstehen am Ende eines jeden Abschnittes der Führungs­ bahn 67 Stufen 73, die verhindern, daß der Führungsstift in den gleichen Abschnitt sich zurückbewegen kann.

Es sei hier noch erwähnt, daß die Halteplatte drehfest mit der Drehachse 62 verbunden ist. Außerdem liegt sie gegen einen Absatz 75 der Drehachse an. An die Halteplat­ te 71 greift an dem dem Führungsstift 72 gegenüberliegen­ den Ende eine Feder 74 an. Diese Feder versucht den Füh­ rungsstift 72 möglichst tief in die Führungsbahn hinein­ zudrücken.

Wie schon erwähnt weisen die Abschnitte der Führungsbahn eine veränderliche Bahntiefe auf. Hierdurch bedingt glei­ tet der Führungsstift bei einer Drehbewegung etwas aus der Führungsbahn heraus, wobei der Absatz 75 praktisch als Drehpunkt dient, während die Feder 74 versucht den Füh­ rungsstift in die Führungsbahn tief hineinzudrücken.

Bei einer Drehbewegung der Handhabe 63 von der 0-Stellung gleitet der Führungsstift 72 in der Führungsbahn 67 und hebt sich gegen die Kraft der Feder 74 langsam bereichs­ weise aus der Führungsbahn hinaus, bis er die Stufe 73 passiert und in den Abschnitt 69 der Führungsbahn 67 ge­ langt. Hierbei führt die Kulisse eine Schwenkbewegung aus. Wird nun die Handhabe zurückgedreht, wird der Führungs­ stift 72 in dem Abschnitt 69 der Führungsbahn 67 zurück­ geschwenkt. Hierbei bewegt sich wiederum der Führungs­ stift gegen die Kraft der Feder 74 bereichsweise aus dem Abschnitt hinaus, bis er die Stufe 73 passiert und in dem Abschnitt 70 der Führungsbahn 67 zu liegen kommt. Bei Passieren dieses Abschnittes führt die Kulisse eine Gegen­ schwenkbewegung aus. In dieser Stellung kann, selbst wenn die Handhabe nunmehr wiederum in Richtung Anlaufstellung bewegt werden soll, diese nicht eingestellt werden, da eine Bewegung durch die Stufe 73 verhindert ist.

Bei einer weiteren Rückwärtsdrehung der Handhabe und Ver­ schwenkung der Kulisse gelangt der Führungsstift in dem Abschnitt 70 über die Stufe 73 dann wiederum in den Ab­ schnitt 68. Sobald er den Abschnitt erreicht hat, kann er nur in die Anlaufstellung bewegt werden.

Wie schon erwähnt bleibt bei der Einschaltbewegung der Drehstromasynchronmotor beim Passieren der Betriebsstel­ lung ausgeschaltet, da das entsprechende Schaltschütz K 1 erst bei der Anlaufstellung einschaltbar ist.

Es sei hier noch weiter nachgetragen, daß die Feder 74 mit ihrem der Halteplatte 71 abgewandten Ende in eine nicht näher bezeichnete Ausnehmung einer Trageplatte 76 eingreift. Diese Trageplatte ist mit der Drehachse 62 drehfest verbunden, so daß bei einer Bewegung der Dreh­ achse die Feder 74 immer an der gleichen Stelle bezügl. Halteplatte und Trageplatte 76 angreift.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 ist die Schal­ tungsanordnung für einen Ein-Aus-Drehschalter mit Start­ vorrichtung dargestellt. Wiederum sind die einzelnen Schaltstellungen durch eine Handhabe 63 einstellbar. Hier­ bei ist die Handhabe schematisch als strichpunktierte Li­ nie dargestellt. Die Ausschaltstellung weist keine Schalt­ nocken auf. Darüberhinaus sind, im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel, die stromführenden Leitungen L 1, L 2, L 3 unmittelbar an dem Drehnockenschalter angebracht.

Wird die Handhabe 63 im Uhrzeigersinn von der Ausschalt­ stellung 0 in die gerastete Einschaltstellung überführt, so sind die Netzanschlußstellen L 1, L 2, L 3 mit den Kon­ takten 1, 3, 5 verbunden. Die Motorwicklungen sind in der Dreieckstellung geschaltet, jedoch noch nicht an Spannung gelegt, da das Schaltschütz K 1 noch in seiner Offen-Stellung ist. Der Motor kann gestartet werden, in dem die Handhabe weiter im Uhrzeigersinn gegen eine Federspannung bis zu einem Anschlag geführt wird. Auf diesem Weg werden zunächst die Motorwicklungen mittels Nockenschalterkontakten in die Stern-Dreieck-Stellung geschaltet. Kurz vor Erreichen des Anschlages wird über den Nockenschalter Kontakt A 1 das Schaltschütz K 1 angesteuert und der Motor läuft in der Sternstellung an. Die Handhabe wird bis zum beendeten Hochlauf des Motores in dieser Stellung festgehalten.

Nach Freigabe der Handhabe bewirkt die Federkraft das Zu­ rückschalten in die Betriebsstellung I. Dabei bleibt das Schütz weiterhin eingeschaltet, da der Selbsthaltekontakt 13, 14 in Betriebs- und Startstellung über dem Nocken­ schalter an Spannung liegt.

Eine Sperre ist jetzt in der Art wirksam, daß bei lau­ fendem Motor die Handhabe nur entgegen dem Uhrzeigersinn direkt in die Nullstellung geführt werden kann.

Bei Überführen der Handhabe in die Ausschaltstellung wird die gesamte Anlage durch die sich zwangsweise öffnenden Nockenschalterkontakte spannungsfrei geschaltet. Zugleich wird eine mechanische Motorbremse 77 betätigt, da deren Kontakte ebenfalls unterbrochen werden.

Es sei hier noch erwähnt, daß bei diesem Ausführungsbei­ spiel die Handhabe mit einer Abschließvorrichtung verse­ hen sein kann, sei es in Form eines Vorhangschlosses oder in Form eines ein Sperrgestänge betätigenden Schlosses. Hierdurch erfüllt die Schaltungsanordnung die Anforderun­ gen der VDE 0113 Teil 1/02.86 an Hauptschaltern, so daß die Anordnung für die vielseitigsten Zwecke verwendbar ist. Weiter sei hier noch vorgetragen, daß auch bei die­ sem Ausführungsbeispiel die Kulissenführung für die Schal­ tungsanordnung vorhanden ist, so daß in der Betriebsstel­ lung I, die durch Rasten besonders fühlbar einstellbar ist, nur eine Ausschaltbewegung in die Ausschaltstellung 0 möglich ist.

Wie bereits erwähnt ist die dargestellte Ausführungsform nur eine beispielsweise Verwirklichung der Erfindung. Diese ist nicht darauf beschränkt, vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen möglich. So könnte statt der Stu­ fen im Boden der Führungsbahn seitwärts Absätze in der Führungsbahn vorgesehen sein, gegen die der Führungsstift gedrückt würde. Hierzu wäre es erforderlich, daß der Füh­ rungsstift über eine Feder seitwärts gegen eine der Sei­ tenwandungen der Führungsbahn gedrückt wird. Weiter sei erwähnt, daß statt der schwenkbaren Kulisse die Halteplat­ te mit dem Führungsstift schwenkbar angeordnet sein könn­ te, wobei dann die Kulisse selber drehfest mit der Dreh­ achse 62 verbunden wäre.

Claims (9)

1. Schaltungsanordnung zur Steuerung von Drehstromasyn­ chronmotoren mit einem über eine Handhabe betätigba­ ren Drehnockenschalter und mit einem Schaltschütz zur Ein- und Ausschaltung des Drehstrom­ asynchronmotors, hierbei ist der Nockenschalter über die Handhabe von einer Ausschaltstellung in eine An­ laufstellung und eine Betriebsstellung umschaltbar, wobei bei der Umschaltung in die Anlaufstellung das Schaltschütz einschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei Drehung der Handhabe (63) der Nockenschalter von der Auschaltstellung 0 bei offenem Schaltschütz (K 1) über die Betriebsstellung in die Anlaufsstellung schaltbar ist, daß bei Rückdrehung der Handhabe der Nockenschalter von der Anlaufstellung in die Betriebs­ stellung schaltbar ist und daß bei eingeschaltetem Schaltschütz der Nockenschalter von dieser Betriebs­ stellung nur in die Ausschaltstellung (0) überführbar ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Umschaltung von der Anlaufstellung in die Betriebsstellung über eine Rückstellfeder er­ folgt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung des Nockenschal­ ters über einen in eine Führungsbahn (67) einer Kulis­ se (66) eingreifenden Führungsstift (72) steuerbar ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kulisse schwenkbar gelagert ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsstift (72) bezüglich der Schaltachse (62) der Nockenschalters an der Ach­ se (62) drehfest gelagert ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsstift (72) über eine Feder in die Führungsbahn (67) der Kulisse (66) drückbar ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Feder (72) mit ihrem einen Ende an einem fest an der Schaltachse (62) vorgesehenen Trä­ gerplatte (76) angeordnet ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahntiefe der Füh­ rungsbahn (67) der Kulisse (66) in den Steuerungsab­ schnitten (68, 69, 70) von der Ausschaltstellung in die Anlaufstellung einerseits, von der Anlaufstellung in die Betriebsstellung andererseits und von der Be­ triebsstellung in die Ausschaltstellung zum dritten jeweils abnimmt, wobei die Bahntiefe am Beginn jeden Abschnittes (68, 69, 70) etwa die gleiche Größe hat.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anlaufstellung als Taststellung aus­ gebildet ist.