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Momentumschalter für die Statorwicklung von Wechselstrom-Induktionsmotoren.
Zum :dachweise der Möglichkeit der körperlichen Gestaltung eines Schalters, welcher
in einer gewissen vorgeschriebenen Zeit geinäß dem Patente 402165 einen Unischaltevorgang
zu vollziehen hat und bei welchem die Umschaltegeschwindigkeit außerdem noch einstellbar
ist, sei hier aus der Reihe zahlloser Konstruktionsmöglichkeiten, die sich auf dem
weiten Gebiete zwischen einer einfachen Abänderung üblicher Anordnungen und der
Schaffung vollkommen neuer Bauarten bewegen können, ein Sterndreieckschalter als
Ausführungsbeispiel herausgegriffen, welcher eine aus dem Rahmen der üblichen Gesamtanordnung
derartigerSchalter heraustretende, abweichende Konstruktion aufweist.
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Die Abb. i und a der Zeichnung zeigen den Apparat im Schnitte und
teilweisen Schnitte, die Abb. 3 und 4 geben konstruktive Einzelheiten, während die
rein elektrischen Zusammenhänge durch die Abb. i, 2, 3 und 4 des Hauptpatentes nähergebracht
werden. Als Sterndreieckschalter zum Anlassen eines Drehstrominduktionsmotors mit
kurzgeschlossenem Läufer hat der Schalter gemäß dem Schaltbilde der Abb. 2 des Hauptpatentes
zunächst die drei Phasenwicklungen des Stators in Sternschaltung an das Netz zu
legen, um dann nach erfolgten Anlaufe des Rotor die Schaltung in die betriebsmäßige
Dreieckschaltung, wie sie z. B. die Abb. 3 des Hauptpatentes zeigt, überzuführen.
Es sind also die Zuleitungen des Netzes R, S, T in entsprechende elektrische Verbindung
reit den drei Anfängen L', f', If-' und den drei Enden X, I-, Z der drei Phasenwicklungen
des Stators zu bringen. Diese zu bewirkende Verbindung der neun Drahtenden untereinander
wird vom Schalter an neun Kontaktklötzen k, welche nach Abb. i und 2 gleichmäßig
am Umfange eines Kreises angeordnet und in geeigneter Weise isoliert im Schaltergehäuse
befestigt, die neun Drahtenden verkörpern, unter Vermittelung besonderer Kontaktfinger
vollzogen. Diese Kontaktfinger tragen zur Berührung der Kontaktklötze 1? für die
Schaltstellung »Stern« und »Dreieck« verschieden ausgebildete Kontaktflächen dl
und d_ bzw. gl und j_, über deren besondere Ausgestaltung noch zu reden sein wird.
Sie sind, ebenfalls gleichmäßig am Umfange verteilt, an und in einer flachen zylindrischen
Trommel, welche in der Hauptsache aus den Seitenteilen y1, t,., und dem Flansche
q aufgebaut wird, in einem dem Kreise der Kontaktklötze h konzentrischen Kreise
so angeordnet, daß jeweils in die Teilung der Kontaktklötze k ein Kontaktfinger
mit seinen beiden Kontaktflächen hineinragt. Die Schaltanordnung ist dabei so getroffen,
daß bei einer Drehung der Trommel um den Bogen, welcher zwischen zwei Kontaktklötzen
k liegt, der gesamte Schaltvorgang beherrscht wird.
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Die hin und her schwenkende, schaltende Drehbewegung der Trommel wurde
hier durch eine mechanische Einrichtung bewirkt, welche im Zusaininenhange mit der
besonderen Ausbildung der Kontaktfinger gestattet, die Schaltbewegung der Trommel
durch Verkürzung ihrer Beschleunigungszeit, sich in einem besonders kurzen Zeitintervall
und besonders gleichmäßig vollziehen zu lassen. Zu diesem Zwecke wurde zwischen
dem zur Betätigung des Schalters dienenden Hebel h und der Kontakttrommel ein ebenfalls
einer Drehung unterworfener Körper in, eingeschaltet, dem die Aufgabe zugewiesen
wurde, zunächst für sich allein beschleunigt zu werden und erst nach Erreichung
einer gewissen Winkelgeschwindigkeit, durch die Wirkung eines auf die Schalttrommel
ausgeübten mechanischen Stoßes, die Trommel momentan in Bewegung zu versetzen. Von
den Kontaktfingern wurde dabei gefordert, daß sie auf die umschaltende Bewegung
der Trommel keinerlei, die Gleichmäßigkeit der Bewegung schädigenden, zusätzlichen
Reibungskräfte ausüben.
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Der Flansch q, auf welchem sich die Kontakttrommel vermöge der Isolierscheibe
tc,, und der Isolierhülse ir, von ihm elektrisch isoliert aufbaut, ist mit seiner
zylindrischen Bohrung ,über die in das Schaltergehäuse in geeigneter Weise fest
eingesetzte, hohle Welle a. aufgeschoben. Neben ihm sitzt, auf derselben Welle frei
drehbar, der ein Massenträgheitsmoment um die Achse a liefernde Körper fit. Beide
Teile sind durch eine im Inneren der Achse a untergebrachte, zylindrisch
gewundene
Schraubenfeder f in der Weise verbunden, daß einerseits das eine Federende f, mittels
einer Nut an dem Körper vi angreift, andererseits das zweite Ende f2 in einer Bohrung
den Flansch q faßt. Da, wo diese Federenden die Wandungen der Hohlachse a durchdringen,
sind Schlitze vorgesehen, die jeweils in einer senkrecht zur Achse a gehenden Ebene
verlaufen und welche sowohl dem Flansche q und damit seiner Schalttrommel den benötigten
Schwenkungswinkel ihrer Schaltbewegung zurückzulegen gestatten, als auch dem Körper
in einen wesentlich größeren Drehungsbereich um die Achse a, welcher sich insgesamt
etwa über den Bogen des Halbkreises erstreckt, freigeben; wobei die Federenden zusammen
mit ihren Schlitzen gleichzeitig in einfacher Weise die beiden Teile q und
in gegenüber einer achsialen Verschiebung festlegen.
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Dieses so durch die Feder f verbundene und um die Achse a drehbare
System, welches eine relative Drehung des einen Teiles gegenüber dem anderen mit
einem aus der Spannung der Feder f entstehenden Drehmomente zwischen beiden beantwortet,
wird nun in der Ruhestellung des Schalters - Schaltstellung »aus« - durch eine in
die Nut e am freien Außenutnfange des Flansches q eingreifende Sperrklinke D so
festgelegt, daß die Kontaktfinger der Schalttrommel dann sich jeweils ungefähr in
der Mitte zwischen zwei Kontaktklötzen k und damit außerhalb jeder elektrischen
Kontaktgebung befinden. Die Sperrklinke D, welche sich frei um dieselbe Welle w
bewegen kann, mit welcher sich der Hebel h in einer am Gehäuse angebrachten Bohrung
dreht, wird mittels der Feder c in die Nut e hineingedrückt.
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Dieser Stellung der Kontakttrommel entspricht eine solche Stellung
des Körpers in am Umfange der Achse a, bei welcher die Feder f vollkommen entspannt
ist und keinerlei Drehmoment zwischen in und q ausübt. In dieser, die Ruhelage
bildenden Relativlage der beiden Körper zueinander, greift ein Konstruktionsglied
von dem Körper in auf den Flansch q der Kontakttrommel hinüber, welches mittels
der Welle l in dem Körper in drehbar befestigt ist und welches auf der einen
Seite einen exzentrisch zu L gelegenen Zapfen z trägt, auf der anderen Seite dagegen
die Flanken s1, s_ eines Gesperres s aufweist. Diese Flanken s1, s..
sind dazu bestimmt, sich an eine der beiden Seitenflächen n1 bzw. n= einer am freien
Außenumfange des Flansches q vorspringenden Nase zu legen, und zwar j e nachdem,
wie das um seine Drehachsel schwenkbare Gesperre gerade umgelegt ist.
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Der exzentrisch zur Achse 1 verlaufende Zapfen z ragt in den
Raum hinein, der bei der Bewegung des Hebels h von dem an ihm befestigten Gleitstück
G bestrichen wird, so zwar, daß gemäß der getroffenen Anordnung, jeder Versuch einer
Drehmomentübertragung auf den Körper in von seiten des Hebels lt, vor allem ein
Umlegen des Gesperres s zur Folge hat, in der Weise, daß diejenige der beiden Flanken
s1 bzw. s. zur Wirkung an derjenigen Nasenfläche n1, % bereitgestellt wird, welche
im Sinne der Bewegung des Hebels h vorausliegt.@ Dabei wird es leicht fallen, das
einmal umgelegte Gesperre durch beliebige konstruktive Maßnahmen festzulegen, sofern
dies erforderlich sein sollte.
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Wird nun der Hebel h im entgegengesetzten Sinne des Uhrzeigers bewegt,
nachdem sich so zunächst das Gesperre umlegte und in die in der Abb. i dargestellte
Lage gelangte, wobei es durch die Auflage am Außenumfange des Flansches q an jeder
weiteren Drehung um die Achse l verhindert wird, dann nimmt sein Gleitstück G den
Körper in am Zapfen z mit. Damit tritt eine relative Drehung des Körpers in gegenüber
der durch die Sperrklinke D festgehaltenen Kontakttrommel statt, wobei ein gemäß
der bewirkten Drehung mit der Spannung der Feder f wachsendes Drehmoment zwischen
q und m auftritt, wobei sich der Seitenteil des Gesperres s auf dem Außenumfange
des Flansches q aufstützt und ihm gegenüber gleitet.
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Mit der fortschreitenden Bewegung des Hebels h., welcher sich fest
mit seiner Welle w
dreht, wird ein in diese Welle w eingesetzter Nasenstift
N an die Fläche A der Sperrklinke D gelegt und damit die Sperrklinke
D
entgegen der Wirkung ihrer Feder c aus der Nut e herausbewegt. Gegenüber
dem wachsenden Drehmomente hält die Sperrklinke D die Schalttrommel bis zu dem Augenblicke
fest, in welchem sie an der Außenkante ihrer Nut e abgleitet. Die so freigegebene
Kontakttrommel wird sich unter dem Einflüsse des auf sie ausgeübten Federdrehmomentes
im selben Sinne bewegen, wie die Bewegung des Körpers »a über den Zapfen z hinweg
von dem Gleitstücke G des Hebels l:. erzwungen wurde. Durch diese Drehbewegung der
Schalttrommel gelangen die Kontaktflächen dl bzw. d= an den ihnen zugekehrten Flächen
der Kontaktklötze k zur Auflage und stellen auf diese Weise die Sternschaltung der
Statorwicklung nebst ihrer Verbindung mit dem Netze her. Die Abb. i des Hauptpatentes
zeigt in der mit i bezeichneten Schaltstellung die somit hergestellte Einschaltung,
wobei die Bezeichnung der neun Kontaktstellen aus dem Schaltungsschema der Abb.
2 bzw. 3 des Hauptpatentes hervorgeht.
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Die auf diese Weise bewirkte Kontaktgebung
ist die
eines reinen Druckkontaktes. Die Abb. 3 zeigt für sich diese Lage der Kontaktfinger
gegenüber den Kontaktklötzen 1z. Die auf dem Flansche q isoliert aufgebaute -die
Zeichnung kennzeichnet im Schnitte die Isoliermaterialien durch Schraffur - aus
den Seitenteilen y, und y.. bestehende Kontäkttrornmel ist durch radiale Schlitze
in drei elektrisch vollkommen voneinander isolierte Teile geteilt, von denen jeder
ein Drittel des vollen Kreisbogens einnimmt. jeder dieser drei Sektoren der Trommel
faßt und führt drei Kontaktfingerträger t, bzw. t, in besonderen, in die Seitenwände
y, bzw. y2 eingestanzten, sich paarweise gegenüberliegenden Schlitzen p, bzw, p_.
Von den drei in dieser Sternstellung des Schalters zur Benutzung gelangenden Druckkontakiflächen
dl bzw. d;. jedes Sektors fällt jeweils einer die Aufgabe zu, den Kontaktklotz k,
an dem sie anliegt, reit dem gemeinsamen Sternpunkte zu verbinden. Diese Verbindung
wird. dadurch hergestellt, daß diese mit d. bezeichnete Kontaktfläche, durch das
Isolierstück i elektrisch isoliert an dem in das Schlitzpaar P_ eingesetzten Kontaktträger
t2 befestigt, sich mittels ihrer stromführenden Blattfeder b2 auf eine Metallhülse
o aufstützt, welche die Isolierhülse 2.c3 rings umfaßt und finit den Isolierscheiben
u, und tr2 gegenüber den Seitenteilen der Schalttrommel y" y". isoliert wird. Der
Metallhülse o fällt dabei die Aufgabe zu, gleichzeitig für den Zusammenbau der Kontakttroininel
zu dienen. Die übrigen beiden mit dl bezeichneten Kontaktflächen jedes Sektors müssen
gemäß dem Schaltplane unter sich leitend in Verbindung sein. Diese Verbindung geschieht
einerseits dadurch, daß die Kontaktflächen d, umisoliert ohne weiteres an dem in
die Führungsschlitze p, eingesetzten Kontaktträger t, befestigt sind, andererseits
aber auch vermittels der stromführenden Blattfeder b, auf die zur gegenseitigen
Befestigung der sich gegenüberliegenden Seitenteile y, und y. angeordneten
Verbindungsbolzen v drücken.
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Gemäß der verschiedenen Schaltaufgabe, welche in der Sternstellung
den einzelnen Kontaktfingern eines Sektors zufällt, sind diese in zwei verschiedenen
Konstruktionen ausgeführt. Während gemäß der Abb.3 die sich auf den Bolzen v auflegende
Blattfeder b, eine federnde Anpressung der Kontaktflächen dl an den Kontaktklotz
k gleichzeitig mit übernimmt, wird die federnde Anpressung der vorn Kontaktträger
t. isolierten, die Sternverbindung herstellenden Kontaktfläche d. dadurch hervorgebracht,
daß der gesamte Kontaktträger t. unter dem Drucke der Blattfeder b3 eine Schwenkung
in den Schlitzen p." die zu diesem Zwecke entsprechend ausgebildet
sind, um seine nach der Drehachse a zeigende, parallel zu ihr verlaufende Kante
ausführt.
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Bei der Beschreibung des mit der Bewegung des Hebels h gesteuerten
Arbeitsvorganges war zu den- Zeitpunkte abgebrochen worden, als die Sperrklinke
D gerade die Schalttrommel freigegeben hatte und diese unter dem Einflusse des Federdrehmomentes
so weit gedreht wurde, daß alle Kontaktflächen d, bzw. d, an ihren Kontaktklötzen
k zur Auflage gelangten und damit die Einschaltung in Sternverbindung herstellten.
Dabei sind die Verhältnisse so gewählt gedacht, daß in diesem Augenblicke des Abschnappens
der zum Zwecke der Spannung der Feder f vom Körper ab aus der Ruhelage zurückgelegte
Bogen größer ist als der von der Schalttrommel durcheilte Schaltbogen a der Abb.
i. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß nach Durchmessen ihres Schaltbogens nicht
etwa das gesamte Federdrehmoment wieder verlorengeht, sondern immer noch ein Federdrehinoment
auf die Schalttrommel ausgeübt wird - der Hebel 1a ist hierbei festgehalten oder
im selben Sinne allmählich weiterbewegt gedacht -, welches ausreichend große Kontaktdrücke
an den Kontaktflächen d,, bzw. d. verbürgt.
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Während nun der Motor in der hergestellten Sternschaltung anfährt,
wird nun der Hebel h im selben Sinne weiterbewegt und von neuem eine die Feder f
noch weiter spannende relative Drehung des Körpers va gegenüber der, von ihren federnd
anliegenden Druckkontaktflächen dl, d., welche die Reaktion des auftretenden Federdrehmomentes
aufnehmen, festgehaltenen Schalttrommel zurückgelegt. Gleichzeitig entfernt sich
mit der Hebelbewegung die Sperrklinke D immer weiter vom Umfange des Flansches q
und verliert damit jede Möglichkeit, auf die Lage der Schalttrommel einzuwirken.
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Während sich das Gleitstück G mit einem verhältnismäßig großen Radius
um die Lagerachse der Welle w des Hebels h dreht, bewegt sich der Zapfen.- auf einem
Kreise mit sehr viel kleinerem Radius um die Achse a; es muß sich daher der Zapfen
z an dem Gleitstück G mit wachsendem Ausschlage des Hebels h nach unten verschieben,
und es wird schließlich, wie dies in der Abb. i dargestellt ist, beim Erreichen
des Ausschlagwinkels .; eine Stellung eintreten; bei welcher das sich auf dem größeren
Kreise bewegende Gleitstück G sich von dem Zapfen z zu trennen anschickt. In diesem
Augenblicke geht jeder Zusammenhang zwischen dem Hebel h und dem unter dem Einflusse
des gesamten Federdrehmomentes stehende Körper in verloren. Der sich selbst überlassene
Körper m wird nach Maßgabe des bestehenden Federdrehmoinentes
und
seines Massenträgheitsinomentes beschleunigt und bewegt sich mit sich steigernder
Winkelgeschwindigkeit nach seiner, durch den spannungslosen Zustand der Feder f
gekennzeichneten Ruhelage zu. Während das Drehmoment der gespannten Feder f den
Körper in beschleunigt, übt sie als Reaktion ein Drehmoment auf die Schalttrommel
aus und hält die zur Kontaktgebung der Sternschaltung erforderlichen Kontaktdrücke
an den Kontaktflächen d, bzw. d. aufrecht. Bei dieser Rückwärtsbewegung des Körpers
na gleitet das Gesperre s an der Außenfläche des Flansches q mit der wachsenden
Winkelgeschwindigkeit des Körpers m solange ungestört, bis es auf die Fläche n,
der an dem Flansche q hervortretenden Nase auftrifft. In diesem Augenblicke wird
der eine gewisse Winkelgeschwindigkeit besitzende Körper in momentan mit der stillstehenden
Schalttrommel verbunden und erteilt dieser nach den Gesetzen des mechanischen Stoßes
in einer sehr kurzen Stoßzeit eine Winkelgeschwindigkeit, mittels welcher sie rasch
den Schaltbogen ß der Abb. 3 zurücklegt und damit die gewünschte Dreieckschaltung
herstellt.
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Da die Schaltstellung »Stern«, aus welcher die Schalttrommel durch
den Stoß herausbefördert wird, sich reiner Druckkontakte bedient und die Kontaktflächen
nicht erst unter dein Einflusse einer Reibung entfernt werden müssen, so ist die
Geschwindigkeit, mit welcher die Umschaltebewegung vollzogen wird, in der Hauptsache
allein davon abhängig, mit welcher Geschwindigkeit der Körper na, bei sonst unveränderten
Verhältnissen, in den Stoßvorgang eintritt. Die Umschaltgeschwindigkeit ist also
abhängig von der Federspannung einerseits, welche auf die sich frei überlassene
Masse des Körpers in wirkt und von dem Winkel andererseits, längs welchem das Federdrehmoment
beschleunigend auf die Masse wirkt. Diese beiden Faktoren sind aber abhängig von
der Größe des Ausschlagwinkels c, unter welchem die Loslösung des Hebels la von
dem Zapfen z des Körpers in eintritt. Dieser maßgebende Winkel T endlich ist gemäß
der Konstruktionsanordnung beispielsweise dadurch innerhalb praktisch notwendiger
Grenzen beliebig einstellbar, daß der Radius, mit welchem sich das Gleitstück G
bewegt, gegenüber dem festen Radius des Zapfens z veränderlich gemacht wird. Zu
diesem Zwecke ist das untere Ende des Hebels h mit einer Gabelung versehen, mittels
welcher er sich in den beiden Führungsköpfen E und B" die an dem fest mit der Welle
w verbundenen Hebelstücke d angebracht sind, in seiner Längsrichtung
verschieben kann, eine Verschiebbarkeit, welche durch Drehung der Justierschraube
X, welche mit ihren Schultern in die Einschnitte F der Gabelung des Hebels la eingreift,
beliebig beherrscht wird. Mit der Drehung der Justierschraube X also wird die Um.schaltegeschwindigkeit
des Schalters einstellbar.
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Da das Massenträgheitsmoment der gesamten Schalttrommeln in bezug
auf die Achse a gegenüber dem des Körpers in wesentlich geringer gehalten
werden kann, so wird die Winkelgeschwindigkeit, mit welcher die Schalttrommel ihren
Umschaltebogen ß zurücklegt, verhältnismäßig groß auftreten können. Um nun einerseits
einen Aufprall der .in Bewegung befindlichen Masse der Schalttrommel am Ende ihrer
Bahn zu vermeiden, andererseits auch für die Betriebsstellung des Schalters »Dreieck«
die gegenüber den (für die kurzseitige Inanspruchnahme der Sternstellung dort genügenden)
Druckkontakten zuverlässigeren Gleitkontakte verwenden zu können, sind für die Dreieckschaltung
diese Kontakte so ausgebildet, daß sie als Gleitkontakte, unter Benötigung eines
gewissen Reibungsmomentes in ihre voll kontaktgebende Stellung hineingezwungen werden
müssen. Dieses im Augenblicke des Eintretens des Schalters in die Dreieckstellung
auftretende Reibungsdrehmoment seiner Kontaktflächen bedeutet eine erwünschte Energieentnahme
zur allmählichen Verzögerung der in Bewegung befindlichen Masse der Schalttrommel.
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Gemäß der Schaltstellung 2 des in Abb. z des Hauptpatentes dargestellten
Schaltplanes sind nunmehr drei der Kontaktklötze h jeweils gemeinsam zu überbrücken.
Es müssen also je drei benachbarte Kontaktfinger unter sich in leitender Verbindung
stehen. Diese Notwendigkeit eist dadurch verwirklicht, daß die Kontaktflächen g,
bzw. g2, welche nunmehr als gleitende Kontaktflächen rin Tätigkeit treten, einmal
unisoliert mit ihren Kontaktträgern t, bzw. t_, welche in die Führungsschlitze
p, bzw. p2 ein und desselben Sektors eingesetzt sind, vereinigt wurden und andererseits
aber auch mittels der Blattfeder b, bzw. b3 auf die zum selben Sektor gehörigen
Verbindungsbolzen v drücken. Abb. d. zeigt für sich die Lage eines Kontaktfingers
in dieser Schaltstellung. Die an den Verbindungsbolzen v angreifenden Blattfedern
b, bzw. b3 sind so angeordnet, .daß sie die Kontaktträger t, bzw. t. und finit ihnen
die Gleitkontaktflächen g, bzw. g2 federnd nach außen drücken. Um unter dem Einfluß
der Federung beim Aufgleiten auf die Flächen der Kontaktklötze k nach innen nachgeben
zu können, sind die Schlitze p, bzw. p2, !in welchen sich die Kontaktträger t, bzw.
t2 geführt bewegen, nach der Achse a zu nach innen
entsprechend
verlängert, während die Enden der Schlitze nach außen einen Anschlag gegenüber den
Federdrücken in der nicht kontaktgebenden Lage gewähren.
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Da beim Eintreten der Gleitkontaktflächen g, bzw. g, in ihre Schaltstellung
@infolge der Reibung eine Umfangskraft auftritt,, «-elche senkrecht zu derjenigen
Kraft steht, unter welcher zum Zwecke einer guten Kontaktgebung die Gleitkontaktflächen
zu halten sind, wurden die Schlitze p, und p_ der Kontaktträger in ihrer Längsachse
unter einem gewissen Anstellwinkel = (Abb. i) gegenüber dem Radius versetzt und
damit die Neigung dieser Schlitze in die Richtung der beim Eintreten der Gleitflächen
wirksamen resultierenden Kraft gebracht, eine .Maßnahme, welche (las einwandfreie
Spielen der Kontaktträger t, und t.= in ihren Führungsschlitzen und damit eine betriebssichere
Anlage der Gleitkontaktflächen g, bzw. g_ unter dein Drucke der Blattfedern b, bzw.
b., gewährleistet.
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Die während dieses Unischaltevorganges maßgebenden, rein elektrischen
Zusammenhänge seien nun nochmals näher gekennzeichnet. Das Vektordiagranini der
Abb. .I des Hauptpatentes veranschaulicht, unter welchen Phasenverschiebungswinkeln
die (frei einzelnen Netzspannungen des Drehstroinsvstems gegenüber der Spannung
derjenigen Phasenw-icklungen stehen, an welche sie beim Übergange von der Stern-
in die Dreieckschaltung voll gelegt werden. Aus den Schaltplänen der Abb. i, a und
3 des Hauptpatentes geht hervor, daß beispielsweise in der Sternschaltung die Statorphase
LT I zusammen mit der Phase I' Z an derselben 'Netzspannung, wie sie zwischen
R und T herrscht, liegt, welche hernach in der Dreieckschaltung als
allein für die Phase LT X voll in Betracht kommt. Die geometrische Differenz. zwischen
der Spannung zwischen C und X sowie der Spannung zwischen TV und Z ergibt
in bekannter Weise in der Abb. .4 des Hauptpatentes den Vektor der Netzspannung
zwischen den Zuleitungen R und T, welche in der Sternschaltung die in Serie liegenden
Phasenwicklungen 1:i X LV Z gemeinsam speist. Die Untersuchung, welche sinngemäß
auch für die übrigen beiden Netzspannungen zutrifft, führt zu dem Ergebnisse einer
Phasenverschiebung von 30', so zwar, daß die beim Übergange von der Sternschaltung
.in die Draieckschaltting neu aufzuschaltende Netzspannung gegenüber der Spannung
an derselben ins Auge gefaßten Wicklung, wie sie in der Sternschaltung besteht,
um den Phasenverschiebungswinkel von 30' nacheilt.
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Würde der in der Sternschaltung der Statorwicklung angefahrene Rotor
von außen her künstlich streng synchron angetrieben, dann würde unmittelbar nach
dem Abschalten der Sternschaltung, weil das Drehfeld infolge des Rotorkurzschlußzustandes
nur allmählich verschwinden kann und synchron mit dem Rotor wie beim Polrade einer
Synchronmaschine umläuft, iin der betrachteten Statorwicklung eine Spannung von
zunächst unwesentlich verminderter Höhe erzeugt, welche genau @in Phase mit der
vor dem Abschalten angelegenen Phasenspannung bleibt. In diesem ideellen Falle des
während des Umschaltevorganges synchron angetriebenen Rotors würde also die jeweils
gemäß den Schaltplänen an die einzelnen Phasenwicklungen in Dreieck neu aufzuschaltende
Netzspannung gegenüber der aus dem Schaltzustande der Sternschaltung in der Wicklung
noch bestehenden, nur allmählich abklingenden Spannung eine unveränderliche Phasenverschiebung
von 30° im nacheilenden Sinne aufweisen. Diese Phasenverschiebung würde auch bei
einem beliebig großen, zwischen dem Abschalten und dein Neuaufschalten liegenden
Zeitintervall bestehen bleiben; eine Änderung der Größe des Zeitintervalls würde
nur den Einfluß besitzen, daß die neu aufzuschaltende Netzspannung eine um so kleinere
restierende Spannung in ihrer Wicklung vorfindet, je größer das Zeitintervall ist,
welches der rcstierenden Spannung zum Abklingen zur Verfügung steht.
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Da nun praktisch der Rotor weder unmittelbar vor dem Abschalten in
der Sternschaltung und noch weniger während des Umschaltez' selbst synchron läuft,
so wird die vom abkliingenden Felde des Rotors in den Wicklungen des Stators induzierte
Spannung um so mehr in ihrer Phase gegenüber der im Augenblicke des Abschaltens
angelegenen Spannung im zurückbleibenden Sinne v er-L' werden, je größer einerseits
die mittlere Relativgeschwindigkeit des Rotors gegenüber der synchronen Geschwindigkeit
während des Umschalteaugenblicles ist und je größer die Zeitspanne ist, die zwischen
dem Ausschalten und (lern Wiedereinschalten liegt. Wie gezeigt, besitzt aber an
der betreffenden l'basenwicklung im Augenblicke des Abschaltens die angelegte Spannung
den Phasenverschiebungswinkel von 30° im voreilenden Sinne gegenüber derjenigen
\ etzspannung, welche für die Neuaufschaluing herangezogen wird. Wählt man ntm das
Zeitintervall des Clmschaltevorganges in solcher Größe, daß der Rotor nach :Maßgabe
der an ihm angreifenden Drehinornente zusammen mit dem fest mit ihm rotierenden,
abklingenden Felde gerade die 30° einer vollen Periode im nachbleibenden Sinne zurücklegt,
dann ist der zu Beginn des l'nischaltevorganges noch vorhandene Phasenunterschied
gerade aufgehoben, und die neu
aufgeschaltete Netzspannung trifft
gerade in Phase mit der abklingenden, restfierenden Spannung zusammen.
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Da das Zeitintervall, «-elches zur Bewältigung des gesamten Umschaltevorganges
benötigt -wird, am Schalter einstellbar ist, so wird sich unter der Voraussetzung,
daß bei jedem Umschaltevorgange .die am Rotor angreifenden Drehmomente praktisch
gleichbleiben, jede beliebige Phasenlage der neu aufzuschaltenden Spannung gegenüber
der abklingenden, rentierenden Spannung erzielen lassen. Die Voraussetzung eines
gleichbleibenden Drehmomentes läßt sich praktisch unter anderen leicht durch die
Anwendung einer automatischen Kupplung verwirklichen, -welche vor und während dein
Umschaltevorgange jede Nutzlast vom Rotor fernhält. Damit lassen sich alle diejenigen
Wirkungen hervorbringen, die im Zusammenhange mit der Bemessung der Umschaltegeschwindigkeit
bereits beschrieben sind. Hierbei sei noch ergänzend erwähnt, daß in den Fällen,
in denen es nicht darauf abgesehen wird, eine beliebige Phasenlänge zwischen der
neu aufzuschaltenden und der rentierenden Spannung zu erzwingen, es ohne weiteres
aus der Abb. i des Hauptpatentes ersichtlich sein -wird, -wie sich beispielsweise
ein die rentierende Spannung austilgender Kurzschluß der Phasenwicklungen vor ihrem
Wiedereinschalten dadurch herstellen läßt, daß der Schalter während des Umschaltevorganges
- ohne seine Wirkung als Momentschalter wesentlich zu beeinträchtigen - durch seine.
Kontaktfinger zuerst die -Netzleitungen R S T unterbricht, dann unter Aufrechterhaltung
der Sternverbindung X i" Z schon die Dreieckverbindung U l', V
Z, bi' X legt, dadurch einen allgemeinen Kurzschluß :innerhalb der
einzelnen Wicklungen herstellend. Jetzt erst -wird die Sternverbindung
x Ir Z gelöst und dann die etzspannung R S T neu angelegt,
dieses alles -während der gewöhnlichen Umschaltezeit in einfacher Weise dadurch
erreichbar, daß die Teilungen der Kontaktfinger gegenüber denen c_ler Kontaktkörper
k in entsprechend sich überdeckender Weise verschoben werden. Selbstverständlich
läßt sich dieser vorübergehende Kurzschluß vor dem Neuaufschalten innerhalb der
möglichen Schaltkombinationen beliebig verwirklichen und verwerten.
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Wenn auch der Körper in mit seinem Massenträgheitsmomente vor allem
dazu angewendet -wurde, den Umschaltevorgang in seinen Wiederholungen sich möglichst
gleichmäßig abspielen zu lassen, so bleibt seine günstiige Wirkung, der Schalttrommel
in möglichst kurzer Zeit eine möglichst große Winkelgeschwindigkeit zu verleihen,
nicht allein auf den Umschaltev organg beschränkt, sondern läßt sich auch in zweckmäßiger
Weise für den Abschaltevorgang des stillzusetzenden Motors dienstbar machen. Auch
bei diesem Abschaltevorgang handelt es sich darum, die nun gleitend aufgelegten
Kontaktfinger g, ä= in möglichst kurzer Zeit unter ihrem Kontaktkörper k hinwegzubewegen
und ganz von ihm zu trennen. Dieser Forderung -wird wiederum die Wirkung eines von
dem Körper in her auf die Schalttrommel ausgeübten Massenstoßes sehr gut gerecht.
Da in diesem Falle sich die Schalttrommel unter dem entgegenwirkendenkenbungsdrehmomente
der abgleitenden Kontaktflächen g, g., fortbewegen muß, so wird zwar im Gegensatze
zu dein Umschaltevorgange durch die Unsicherheit der Reibungsverhältnisse eine schwankende
Winkelgeschwindigkeit der Schalttrommel resultieren. Eine Ungleichmäßigkeit dieser
Gesch-vindigkeit ist jedoch für den Abschaltevorgang belanglos. Gerade durch die
Tatsache, daß ein größerer Teil der Stoßenergie zunächst dazu aufgebraucht werden
wird, die gleitenden Kontaktflächen g, g., voneinander zu trennen, ist, mit Hinblick
darauf, daß die Schalttrommel auf dem Rückwege von »Dreieck« zur Ruhestellung »aus«
nur die Hälfte des Schaltbogens zurückzulegen hat, den sie bei. der Urnschaltebewegung
von »Stern« auf »Dreieck« durchmessen mußte, dem Erfordernis entgegengekommen, die
Schalttrommel schon nach Zurücklegung des kleinen Bogens sicher festzuhalten und
am Hinauseilen über ihre Mittellage zu verhindern.
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Zum Zweck des Abschaltens ist der Hebel Ja jetzt im Uhrzeigersinne
zu bewegen. Dabei wird nun die. andere Flanke seines Gleitstückes G mit dem Zapfen
z in Berührung gelangen und diesen zunächst um seine Achse L drehen, hiermit das
Gesperre s so nach der anderen Seite umlegend, daß dessen Flanke s.; von der anderen
Seite her mitnehmend auf die Seitenflächen, der am Flansche q vorspringenden -Nase
zur Wirkung gelangen kann. Bei Weiterbewegung des Hebels 1z, wobei sich wiederum
das auf dem freien Außenumfange des Flansches q gleitende Gesperre dort so aufstützt,
daß der Zapfen z nunmehr an jeder -weiteren Drehung um die Achse l verhindert und
gez-vungen -wird, sich unter Mitnahme des Körpers in um die Achse a zu drehen,
wird wieder die Feder f, wenn auch im anderen Drehsinne, mit zunehmendem Ausschlage
des Hebels h gespannt.
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Gleichzeitig mit dem Umlegen des Hebels 1a in die andere Richtung
bewegt sich der in die Hebelachse za eingesetzte Nasenstift N von der Fläche A der
Sperrklinke D hinweg und überläßt damit die nicht mehr abgehobene Sperrklinke D
der Wirkung ihrer Feder c.
Ist schließlich der Hebel lt so
weit ausgelegt, daß wiederum der Zapfen N, unter der Spitze seines Gleitstückes
G abgleitend, jeden Zusammenhang mit ihm verliert, dann schnellt die sich nunmehr
selbst überlassene Masse des Körpers in, unter der Wirkung des Federdrel-imomentes
beschleunigt, so lange rückwärts, bis die Flanke s. des Gesperres s die Nasenkante
n. trifft und dort wieder nach den Wirkungen-des mechanischen Stoßes der Schalttrommel
eine momentane Geschwindigkeit verleiht, welche die Gleitkontakte aus ihrer Kontaktstellung,
wie sie in der Abb.4 für einen Kontaktfinger gezeigt ist, herausreißt und sie der
»Sternseite« zuführt. Auf diesem Wege wirft sich jedoch die unter dein Federdruck
c stehende Sperrklinke D in ihre Nut e hemmend ein und verbürgt ein
sicheres Festhalten der Schalttrommel in ihrer Ruhestellung »aus«, welche nunmehr
bereit ist, ein neues Arbeits-' spiel bei Betätigung des Hebels lr im entgegengesetzten
Sinne des Uhrzeigers anzutreten.
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Eine Betätigung des Schalters in unrichtiger Schaltfolge ist nicht
möglich. Wollte man z. B. aus der Stellung »aus« unmittelbar zu »Dreieck« übergehen,
also den Schalthebel lt im Sinne des Uhrzeigers bewegen, dann würde die unverändert
eingelegt bleibende Sperrklinke D jede Bewegung der Schalttrommel unmöglich machen.
Die Sperrklinke D wird nur dann ausgehoben, wenn der Schalter im richtigen Sinne
betätigt wird.
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Das hier angewendete Prinzip, die Schaltgeschwindigkeit durch die
Wirkung eines Massenstoßes zu bemessen, bleibt natürlich keineswegs auf die speziellen
Anordnungen dieses Beispiels beschränkt. Ebenso, wie sich die Winkelgeschwindigkeit
der stoßenden Massem durch gleichzeitige Änderung der Federspannung und des vor
dein Stoße zurückzulegenden Weges erzielen läßt, läßt sich diese Änderung auch durch
die Beeinflussung eines dieser beiden Faktoren allein bewirken. Ferner lassen sich
zum gleichen Zwecke Eingriffe in die Kräftewirkung an den Stoßflächen selbst vornehmen;
dies z. B. dadurch, daß entweder die beim Stoßvorgange maßgebenden elastischen Zusammenhänge
verändert werden, oder claß durch entsprechende Schrägstellung der auf einandertreffenden
Stoßflächen nicht der volle Stoßdruck zur Drehmomenterzeugung in Betracht kommt,
sondern jede beliebige durch geeignete Maßnahmen beliebig einstellbar gemachte Teilkomponente.
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Es steht nichts im Wege, die Umschaltgeschwindigkeit durch eine einstellbare
beliebige Veränderung der Größe des Massenträgheitsmomentes sowohl des Körpers
na und der Schalttrommel für sich allein, als auch bei beiden gemeinsam zu
beeinflussen. Es ist naturgemäß weiter möglich, das umlegbare Gesperre s, welches
dazu dient, den Stoßvorgang auch für den Abschaltevorgang dienstbar zu machen, durch
andere konstruktive Maßnahmen zu ersetzen. Außerdem kann leicht der zum Zwecke der
Einstellung der Umschaltegeschwindigkeit veränderliche Radius des Gleitstückes G,
anstatt durch Verstellung des gesamten Hebels 1a, auch durch eine Verschiebung des
Gleitstückes am Hebella selbst verändert werden. Anstatt den Radius des Gleitstückes
G zu verändern, ließe sich auch der Radius des Zapfens z verstellbar machen. Daß
dem Hebel h eine Raststellung beliebiger Art gegeben werden kann, daß seine Bewegung
in einfachster Weise so gesperrt werden kann, daß eine Umkehr seiner Bewegungsrichtung
erst nach erfolgter jeweiliger Schaltbetätigung möglich ist und daß endlich die
Wirkung der Abschaltebetätigung leicht unabhängig von der Einstellung der Umscllaltegeschwindigkeit
gemacht werden kann, sei als rein konstruktive und nicht prinzipielle Maßnahmen
lediglich angedeutet.