DE391691C - Zeitrelais fuer Wechselstromanlagen - Google Patents

Description

Als Kraftquelle für Zeitrelais wurden bisher in der Regel Uhrwerke verwendet, die durch einen elektrischen Vorgang, beispielsweise einen Stromschluß, ausgelöst wurden und dann nach einer gewissen einstellbaren Zeit den gewünschten Vorgang, beispielsweise die Unterbrechung des Stromes, wieder verursachten. Unter anderem wurden derartige Zeitrelais namentlich für Röntgeuzwecke verwendet, um die Bestrahlungs- oder Belichtungszeiten mit Röntgenstrahlen genau festzulegen. Diese Relais hatten den Nachteil, daß sie einerseits von Zeit zu Zeit aufgezogen werden mußten, was namentlich für die die Röntgenanlagen bedienenden Ärzte sehr störend war. Anderseits war bei nicht sehr genauer Ausführung und Einstellung der Uhrwerke die richtige Einhaltung der gewünschten Zeit in Erage gestellt. Eine Verwendung sonst in Vorschlag gebrachter Zeitrelais mit Antrieb durch einen Asynchronmotor war für diese Zwecke nicht möglich, da bei einem solchen Motor die Umdrehungszahl zu stark durch jede Änderung der Netzspannung und durch an und für sich geringfügige Belastungsunterschiede beeinflußt wird, um die für derartige Zwecke erforderliche Genauigkeit zu gewährleisten.

Gemäß der Erfindung werden diese Übelstände dadurch vermieden, daß zum Antrieb des Zeitrelais ein selbsttätig anlaufender, mit dem Zeitschaltwerk gekuppelter Synchronmotor dient. Da die Anlagen an sich schon meist mit Wechselstrom betrieben werden, dessen Frequenz praktisch gleichbleibend ist, läuft der Synchronmotor ohne jede sonstige Regelung mit völlig gleichbleibender Geschwindigkeit, und es ist die genaue Einhaltung der gewünschten Zeit dadurch gewährleistet. Wesentlich ist dabei, daß der Motor möglichst sofort anspringt und man wird ihn dementsprechend derart ausbilden, daß er ein großes Drehmoment und ein kleines Trägheitsmoment des Läufers aufweist. Mit dem nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel eines Synchronmotors ist es möglich, seinen Anlauf innerhalb einer halhen Periode, das ist bei normalem Wechselstrom in ¹J₁₀₀ Sekunde zu bewirken.

In den Abbildungen ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht.

Abb. ι zeigt eine Seitenansicht des Gesamtapparates mit dem durch Schnitt geöffneten oberen Gehäuse, Abb. 2 eine Seitenansicht des an einer Stirnwand! geöffneten Synchronmotors, Abb. 3 eine Aufsicht des durch Schnitt nach der Linie A-B in Abb. 2 geöffneten Mo- ' tors und Abb. 4 «ine schaubildliche Darstellung der wesentlichsten Bauteile des Motors.

In Abb. ι stellt α ein zylindrisches Gehäuse dar, welches den anzeigenden Teil des Zeitrelais umschließt. Am Boden dieses Gehäuses befindet sich eine Lagerstütze b für das Zahnrad c, das mit dem vom Motor angetriebenen Zahnrad d in Eingriff steht. Dem Zahnrad c liegt in koachsialer Anordnung die mit ihm, etwa durch Reibung, leicht lösbar gekuppelte Scheibe e auf, deren Achse h in einem am Gehäuse befestigten Bügel f gelagert ist. Diese Achse,, die über den mit einer Kreisskala versehenen Deckel g des Gehäuses herausragt, trägt oberhalb des Deckels den Drehknopf i und den über einer Skala spielenden Zeiger z. Die Scheibe c trägt einen Nocken e¹, der zur Ausführung der Schaltbewegungen des an der Stütze k befestigten Kontaktfederpakets I dient. Mittels des Drehknopfes i kann die Scheibe e unter Überwindung der Reibung vom Zahnrad c gelöst und beliebig eingestellt werden. Der Grad der Einstellung, d. h. also die Größe des Winkels zwischen der Zeigerstellung und der Endstellung, in der durch den Nocken e¹ die bei I liegenden Kontakte bewegt werden, kann auf der in Sekunden eingeteilten Skala unmittelbar abgelesen werden. Das Gehäuse α ruht auf vier Säulen s¹ bis -f⁴; in dem von diesen Säulen eingeschlossenen Raum ist der das Triebmittel für das Relais darstellende Synchronmotor s angeordnet. Zur Befestigung des Motors dienen die an der Bodenplatte des Gehäuses α angreifenden Bügel m¹, in². Ein aus dem Motor

heratisragendes Stück der Achse η des Läufers trägt das mit der Blattfeder χ zusammenwirkende Sperradl y, sowie eine Schnecke o, die mit dem Schneckenrad p in Eingriff steht. Durch die verlängerte Achse r, die auf den am Gehäuse des Motors befestigten Bügeln q\ q² gelagert ist, steht das Schneckenrad p mit dem innerhalb des Gehäuses α sitzenden Zahnrad) d in Verbindung.

ίο In Abb. 2 ist eine Innenansicht des Synchronmotors nach Entfernung der vorderen Stirnwand dargestellt. . An der Innenwand des zylindrischen eisernen Gehäuses t sitzen in symmetrischer Verteilung sechs radial nach innen ragende Elektromagnetkerne e¹ bis e" mit den auf ihnen befindlichen Erregungsspulen t¹ bis t". In dem von den Köpfen dieser sechs Elektromagnete gebildeten zylindrischen Feld ist, um die Achse η drehbar, das Ankerpaar u¹, u² angeordnet, das, der Polzahl des Ständers entsprechend, je drei Polköpfe besitzt und um eine Polteilung gegeneinander versetzt ist. Den sechs Elektromagneten des Motors stehen also sechs PoI-köpfe des Ankers gegenüber.

Die weitere Ausbildung des Motors zeigen die Abb. 3 und 4. Die Elektromagnetkerne e¹ bis e" sind an den dem Ankerpaar zugekehrten Enden durch einen dem Abstand der beiden Ankerhälften entsprechenden Ausschnitt in je zwei diesen Anker half ten gegenüberstehende Polspitzen unterteilt. In dem von solchen Spitzen v¹ bis w° gebildeten Feld läuft der Anker u¹, in dem von den Spitzen w¹ bis w^a gebildeten der Anker w" um. Die das Ankerpaar verbindende Achse η besteht aus immagnetischem Material, beispielsweise Messing; die Anker sind also magnetisch nicht miteinander verkettet. Die Stirnseiten des Motors werden durch die beiden Messingscheiben b¹ und b² abgeschlossen, denen die Eisenscheiben c^l, c² aufliegen. Diese wieder werden von den U-förmigen permanenten Magneten d¹, d² umfaßt. An den Eisenscheiben c¹, c² sind zugleich die Lager f¹ und f² für die Achse η und die zur Magnetisierung des Ankerpaares dienenden buchsenförmigen Polschuhe g¹ und g² vorgesehen. 1 Die von den Polen des permanenten Magnetsystems d¹ und d² in die Eisenplatten c¹ und c² tretenden .Kraftlinien verlaufen also durch die Lager f¹ und f² und die Polschuhe g¹ und g² derart nach dem Ankerpaar, daß einer der beiden Anker ständig Nordmagnetismus, der andere ständig Südmagnetismus trägt. Der : Läufer ist also dadurch polarisiert.

Ständer und Läufer des Motors sind durch _: die beiden, die Stirnseiten des Motors abschließenden Messingplatten b¹, b² magnetisch ^:

voneinander getrennt. Die Spulen t¹ bis t" der Elektromagnete sind hintereinandergeschaltet und werden vom Strom derart durchflossen, daß aufeinanderfolgende Pole abwechselnd verschiedenen Magnetismus besitzen. Die Stromzuführung erfolgt von dem am Gehäuse t angebrachten Klemmen k¹ und k² aus (Abb. 1). Die Abb. 3 und 4 zeigen weiterhin eine Einrichtung, durch die in der Hauptsache die wichtigsten Eigenschaften des Motors, und zwar der selbsttätige Anlauf in dem gewollten Drehsinne und! die Synchronisierung des Motors in einem Geringstmaß von Zeit hervorgerufen werden. Die Polköpfe der Anker u¹ und u² sind aus zwei ungleich abgestuften Teilen zusammengesetzt, von denen der eine Teil o¹, dessen Stirnbreite der Breite eines Elektromagnetpolkopfes entspricht, dicht an den Polen der Elektromagnete vorbeiläuft, während der zweite in der Drehrichtung davor angeordnete Teil o², der zweckmäßig eine

Winkelfläche von —— Grad, wobei η die PoI-

zahl des Ständers ist, bedeckt, einen kürzeren Radius besitzt! und in größerem Abstand den Pol passiert. Der Kraftlinienübergang unter dem Einfluß der durch das permanente Magnetsystem bewirkten Polarisierung des Ankers ist infolgedessen zwischen den Teilen o¹ und den Polen des Ständers größer als bei den Teilen o². In der Ruhelage wird sich das Ankerpaar also so einstellen, daß die Flächen o¹ der je drei Ankerpolköpfe wechselnd je einem der Elektromagnetpole e¹ bis <?° gegenüberstehen. Diese Einstellung wird durch das außerhalb des Motorgehäuses auf der Achse η sitzende und aus dem Sperrad y und der Blattfeder χ bestehende Gesperre unterstützt. Das mit einer der Polzahl des Ständers entsprechenden Zähnezahl versehene Sperrad y ist so angeordnet, daß seine Zähne mit den hinteren Kanten der einzelnen Polköpfe der beiden Anker u\ u² abschließen. Die Feder χ legt sich also hinter einen der Zähne dieses Sperrades, wenn bei der Drehung des Ankerpaares die Flächen o¹ den Polen der Elektromagnete gerade gegenüberstehen. Sobald jedoch durch die Spulen t¹ bis f Wechselstrom fließt, und die in der Drehrichtung voraufgehenden Elektromagnete umpolarisiert, was spätestens während der zweiten Hälbwelle erfolgt, wird von diesen Elektromagneten auf die in ihre Nähe übergreifenden Teile o² der mit den Teilen o¹ vor dem nachfolgenden Elektromagnet stehenden Polköpfe des Ankers ein Drehmoment ausgeübt und das Ankerpaar dadurch in Drehung versetzt. Um das Trägheitsmoment des Läufers auf ein möglichst geringes Maß zurückzuführen, ist die Masse des Ankerpaares so klein als möglich gehalten.

Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Mittels des Drehknopfes i wird "die Scheibe e durch Überwindung der Reibung

vom Zahnrad c gelöst und so eingestellt, daß der zugleich verstellte Zeiger ζ auf dem Zeichen der gewünschten Schaltzeit, die in Sekunden auf der Skala ersichtlich ist, zu stehen kommt. Nach Einschaltung des Relaisstromes wird der Motor 5 in Drehung versetzt, der über die Schnecke o, Schneckenrad p, Achse r und Zahnrad d seine Drehung dem Zahnrad c und der mit diesem gekuppelten Scheibe e mitteilt. Da der Umlauf des Motors synchron zu den Perioden des Relaiswechselstromes ist, die Umlaufszeit also als konstant betrachtet werden kann, gelangt der Nocken e¹ zu der durch die Einstellung gegegebenen Schaltzeit in die Nullage, wo er dann die bei e befindlichen Kontakte bewegt.

Claims (16)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Zeitrelais für Wechselstromanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitschaltwerk durch einen selbsttätig anlaufenden, mit dem Schaltwerk gekuppelten Synchronmotor in Bewegung gesetzt wird.
2. 2. Zeitrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronmotor nach Einschaltung des Relaisstromes ein von Hand in bestimmter Weise eingestelltes, bewegliches Kontaktglied in der dem Grad der Einstellung entsprechenden Zeit in die Schaltstellung zurückführt.
3. 3. Zeitrelais nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Scheibe, die mit einem vom Motor bewegten Zahnrad durch Reibung leicht lösbar gekuppelt ist und die , einen Nocken trägt, welcher in bestimmten Stellungen der Scheibe Kontakte öffnet ! oder schließt.
4. 4. Synchronmotor für ein Zeitrelais nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Anker, dessen Masse durch ein ruhendes permanentes Magnetsystem polarisiert ist.
5. 5. Synchronmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker aus zwei magnetisch voneinander getrennten Hälften besteht, die um eine Polteiiung gegeneinander versetzt sind.
6. 6. Synchronmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das permanente Magnetsystem buchsenförmige Polschuhe trägt, die über entsprechende zylindrische Ansätze der beiden Ankerhälften hinweggreifen.
7. 7. Synchronmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Böden dieser buchsenförmigen Polschuhe zugleich die Lager für die Ankerachse bilden.
8. 8. Synchronmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagnetkerne des Ständers durch einen dem Abstande der beiden Ankerhälften entsprechenden Ausschnitt in je zwei diesen Ankerhälften gegenüberstehende Polspitzen unterteilt sind.
9. 9. Synchronmotor nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine solche Unterteilung dies Ankers, daß Ständer und Anker die gleiche Zahl Polköpfe besitzen.
10. 10. Synchronmotor nach Anspruch 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ankerhälfte in einer der halben Polzahl entsprechende Zahl von Polköpfen unterteilt ist.
11. 11. Synchronmotor nach Anspruch 4 bis 10, gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung der einzelnen Polköpfe des Ankers, daß die Polköpfe sich mit einem Teil des Körpers schon im Bereich der voraufgehenden Elektromagnete befinden, während sie noch den nachfolgenden Elektromagneten gegenüberstehen.
12. 12. Synchronmotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Polköpfe des Ankers aus zwei ungleich abgestuften Teilen bestehen, von denen der den größeren Radius besitzende Teil unter dem Einfluß der durch das permanente Magnetsystem bewirkten Polarisierung des Ankers sich derart einem der Pole des Ständers gegenüberstellt, daß der den kleineren Radius besitzende Teil in den Bereich des voraufgehenden Ständerpoles übergreift.
13. 13. Synchronmotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der den größeren Radius besitzende Teil eines Ankerpolkopfes eine der Breite der Ständerpole entsprechende Stirnbreite besitzt, während der den kleineren Radius besitzende Teil eine Winkelfläche von

    —-— Grad bedeckt, wobei η die Polzahl des

    Ständers bedeutet.
14. 14. Synchronmotor nach Anspruch 4 bis 13, gekennzeichnet durch eine den Rücklauf verhindernde Sperrvorrichtung.
15. 15. Synchronmotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrad eine der Polzahl des Stators entsprechende Zähnezahl besitzt.
16. 16. Synchronmotor nach Anspruch 12 und 15, gekennzeichnet durch eine solche Anordnung des Sperrades und der Sperrfeder, daß die Sperrung erfolgt, wenn die Polköpfe des Ankers mit ihren den größeren Radius besitzenden Teilen den Polen des Stators gerade gegenüberstehen.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.