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Anlaßverfahren für mit selbsttätiger Kupplung versehene, elektrisch
mehrstufig zu schaltende Elektromotoren. Es ist allgemein bekannt, der Schwierigkeiten,
die gewisse Elektromotoren ihrem Anlaufe unter Belastung entgegensetzen, dadurch
Herr zu werden, daß der Anlauf des Motors durch das Mittel selbsttätigerKupplungenzeitlich
von dem Anlaufe der Nutzlast getrennt wird. Wenn so der Motor zunächst für sich
unbelastet anfährt und erst späterhin über die Kupplung hinweg mit der Nutzlast
belastet wird, so ist es trotzdem nicht immer möglich, die Motorwicklungen sofort
voll einzuschalten. So nehmen z. B. Kurzschlußankermotoren auch in vollkommen unbelastetem
Zustande zu Beginn 'ihres Anlaufes derart unerträglich hohe Kurzschlußströme auf,
daß, trotz der Anwendung mechanischer Anlaßkupplungen, zur mehrstufigen Einschaltungsei
es der Rotorw icklung, sei es der Statorwicklung oder beider Wicklungen gleichzeitig-gegriffen
werden muß. An der Kupplung ist dann die Aufgabe zu lösen, daß der Motor erst dann
durch sie belastet wird, wenn seine Wicklungen nach ganzem oder teilweisem Übergang
zur Vollschaltung ihn auch zu namhafter Drehmomentabgabe So gibt es Kupplungen,
welche diesem Zusammenhange in vollkommener Waise dadurch Rechnung tragen, daß sie
u. a. durch die Tatsache des Überganges zur Vollschaltung zur Ausübung ihres Drehmomentes
gesteuert werden (z. B. Patent 380:277), in der oder denSchaltvorstufen aber vollkommenen
Leerlauf des Motors bedingen. Es ist ferner bekannt, wie - wenn auch auf wesentlich
unvollkommenere Weise - durch reine Fliehkraftkupplungen zwar schon in der Schaltvorstufe
ein Drehmoment am Motor, z. B. vermöge der Reibung aus der Fliehkraftwirkung seitens
der Kupplung ausgeübt wird, aber erst infolge der eintretenden Drehzahlerhöhung
beim Übergange zur Vollschaltung das Drehmoment so weit gesteigert wird, daß es
das Widerstandsdrehmoment der Nutzlast überwindet und der Anfahrv örgang der Nutzlast
;einsetzt. Die einmal eingerückte Kupplung beschleunigt dann in der Regel ohne weiteres
Zutun die Nutzlast mit dem Drehmomente, das bei der Relativbewegung der beiden Kupplungshälften
auftritt (z. B. Reibungsdrehmoment einer Gleitkupplung, Drehmoment einer Wirbelstrombremse,
Wasserbremse usw.), auf ihre volle Drehzahl.
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Beidem Anlassen mit derartigen oder ähnlichen Kupplungen, welche ihr
volles Drehmoment zum An-,verfen der Nutzlast erst nach dem Übergange zur elektrischen
Vollschaltung erhalten - unter »Voll-schaltung« bzw. »Vollstufe« ist hier durchweg
die »Betriebschaltung« bzw. »Betriebstellung« des elektrischen Anlaßgerätes zu verstehen
- ist es nun nachteilig, daß es sich zunächst nicht vermeiden läßt, d.aß der in
der Vorstufe angefahrene Motor die betreffende mit ihm verbundene Kupplungshälfte
unter der dabei erreichten, in der Regel hohen Motordrehzahl gegenüber der urfit
der Nutzlast noch stillstehenden Kupplungshälfte ohne zeitliche Begrenzung umlaufen
läßt. Wenn beispielsweise
aus , irgendwelchen Gründen die Einschaltung
des Motors in die Vorstufe erfolgt ist, der darauffolgende Übergang zur elektrischen
Vollschaltung aus irgendwelchen Gründen (z. B. Bedienungsfehler) aber unterbleibt,
welcher allein der Kupplung das Drehmoment zum Anwerfen .der Nutzlast verleihen
und somit die Relativgeschwindigkeit zwischen den beidenKupplungshälften in dem
Maße, wie die Nutzlast -sich ihrer vollen Drehzahl nähert, rasch verringern Lund
schließlich zum Verschwinden bringen würde, .dann werden vor allem die Lager, in
denen sich die beiden Kupplungshälften drehen, in unzulässiger Weise beansprucht.
Andererseits wäre es unzweckmäßig und sehr häufig auch unmöglich, die Lagerung,
in welcher bei normalem Gebrauche nur unmittelbar vor und zu Beginn der Nutzlastbewegung
nur für äußerst kurze Zeit die volle Rotationsgeschwindigkeit besteht, sonst aber
bei sich nicht mehr relativ drehenden Kupplungshälften am Ende der Anlaßperiode
der 'Nutzlast sogar Stillstand herrscht, für derartig scharfe Dauerbeanspruchungen
auszubauen. Bei den reinen Fliehkraftkupplungen, die in :der Vorstufe schon ein
gewisses, oft schon bedeutendes Drehmoment-z. B. als Reibungsdrehmoment gleitender
Flächen - zwischen beiden Kupplungshälften bestehen lassen, führt das auch nur einigermaßen
lange Fortbestehen dieses Zustandes unter :der vollen Relativgeschwindigkeit außerdem
sehr bald zu unerträglichen Gleitflächenabnutzungen einerseits und zu bedeutender
Wärmeenthvicklung und Feuersgefahr andererseits.
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Es ist nun Gegenstand der Erfindung, das Anlaßverfahren bei der Benutzung
derartiger Kupplungen so auszugestalten, @daß diese schwerwiegenden, die betriebsichere
Anwendung selbsttätiger, mechanischer Anlaßkupplungen bisher in Frage stellenden
Nachteile ausgeschlossen werden. Dies geschieht durch das Mittel der zwangläufigen
Betätigung der den Übergang von den elektrischen Schaltvorstufen zur Hauptstufe
vornehmenden Umschalteinrichtung derart, daß bei einmal vorgenommenem Ingangsetzen
des Motors bzw. vorgenommenem Einschalten in die Vorstufe ein ungewolltes Fortbestehen
dieses vor allem wegen der Kupplung nur vorübergehend zulässigen Schaltzustandes
unmöglich gemacht wird. Je nach der gerade vorliegenden Motorart, den getroffenen
Umschaltmaßnahmen - sei :es an der Statorwicklung oder Läuferwicklung - werden dabei
die sinngemüß zu treffenden näheren Einrichtungen verschieden sein.
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An dem herausgegriffenen Beispiel :des normalen, mit einer Anlaßkupplung
versehenen Kurzschlußankermotors, dessen Statorwick-Jung etwa nach dem Verfahren
der Sterndreieckanlaßschaltung z. B. von Hand in zwei Stufen an das Netz zu legen
ist, sei der Gegenstand der Erfindung zunächst erläutert: Der Handgriff, mit dem
die Einschaltung in ,die Vorstufe »Stern« bewirkt wird, kehrt sofort wieder in die
Ausschaltstellung zurück, wenn er etwa losgelassen werden sollte, bevor die Vollschaltung
»Dreieck«, welche die Kupplungshälften mit denn Anwerfen der Nutzlast alsbald der
ihr unschädlichen, relativen Bewegungslosigkeit zuführen würde, verwirklicht worden
ist. Erst in der herbeigeführten Vollschaltung »Dreieck« bleibt die Umschaltung
ohne äußeres Zutun fortbestehen, so @daß die kritische Zeit der Beanspruchung der
Kupplung bei laufendem Motor, aber noch stillstehender Nutzlast, nicht länger währen
kann, als sich die Bedienung mit dem Umschalter beschäftigt. Es ist naturgemäß,
wie auch in allen anderen Fällen gleichgültig, ob die Einschaltung bzw. Ausschaltung
einerseits und die Umschaltung von »Stern« auf »Dreieck« andererseits unter ganzer
oder teilweiser Benutzung derselben Kontaktelemente :des Sohalters vollzogen wird,
welche das Anlegen an die Netzspannung vornehmen, oder vollkommen getrennt erfolgt
bzw. welcher besonaeren Bauart der der Sterndreieekschalter ist.
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Um nun eine .schärfere, von der Art der Bedienung unabhängigere Abgrenzung
der kritischen Benutzungszeit der Kupplung zu gewährleisten, lassen sich natürlich
die eingeschaltete Vorstufe oder die einmal unter Spannung gesetzten Wicklungen
mittels einer Zeitmeßeinrichtung beliebiger Art wieder abschalten, wenn der Übergang
,zur Dreieckstellung innerhalb einer gewissen Zeit nicht erfolgt ist. Es ist dabei,
ebenfalls wie in allen anderen Fällen gleichgültig, ob auch. die sonstige
Betätigung der elektrischen Schalteinrichtung ganz oder teilweise von Hand oder
mittels beliebiger Mittel ganz oder teilweise selbsttätig erfolgt.
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Anstatt die kritische Zeit der Kupplungsbenutzung durch die Maßnahme
des Rückgängigmachens der gerade hergestellten Vorstufe abzugrenzen bzw. den Motor
wieder stillzusetzen, ist es ohne weiteres auch möglich, nach einmal hergestellter
Vorstufe die Weiterschaltung nach Maßgabe des Ablaufe einer gewissen Zeit zu erzwingen.
So könnte im Falle des Loslassens :des Handgriffes die elektrische Vollstufe - oder
wie überall im Sinne der Beschreibung allgemein derjenige Schaltvorgang, welcher
die kritische Arbeitsperiode der Kupplung beendet - selbsttätig herbeigeführt werden,
wobei es .gleichgültig wäre, ob die Weiterschaltung nur dadurch erfolgt oder auch
sonst bei ardnungamäßiger
Weiterhandhabung eintritt. Ferner ließe
sich die Sterndreieckschaltung (oder jede sonst geeignete elektrische Anlaßschaltung)
vermöge der zahlreichen Mittel der Technik derart ausgestalten, daß bei der einmal
vorgenommenen Einschaltung in »Stern«, z. B. infolge der Kraftäußerung für dies°
Schaltbetätigung, eine Zeitmeßeinrichtung in Gang gesetzt wird, welche die Umschaltung
auf :>Dreieck« nach Ablauf einer gewissen Zeit erzwingt. Die Kraftäußerungen hierzu,
wie überhaupt für alle selbsttätigen Verrichtungen an der Schalteinrichtung, können
.den bei der Einschaltung, bei der Ausschaltung oder den Umschaltungen auftretenden
Kräften entnommen werden, wobei die Schaltbetätigungen unmittelbar von Hand oder
mittelbar über beliebige Zwischenglieder erfolgen können.
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Ob nun etwa für den beispielsweise in Betracht gezogenen Kurzschlußankermotor
das Mittel gewählt wird, den Schalter nach Ablauf einer gewissen Zeit zurückzuschalten
oder weiterzuschalten, so läßt -sich an Stelle einer die selbsttätige Schalthandlung
alsdann veranlassenden Zeitzähleinrichtung oder neben einer solchen auch die Tatsache,
daß die Stromaufnahme des Motors mit der Drehzahl des Läufers sich ändert, dem Zwecke
der nvangläufigen Überwachung oder der Verhütung des Überschreitens der kritischen
Benutzungszeit der Kupplung dienstbar machen. Wenn also der Strom vom Werte des
Kurzschlußstromes, wie er im Augenblicke der Einschaltung »Stern« besteht, auf den
Mindestwert des im Rahmen der Kupplung auf eine gewisse Drehzahl angefahrenen Motors
zurückgegangen ist, erfolgt beispielsweise unmittelbar die Umschaltung ».Dreieck«.
Dabei ist es für die Umschaltbetätigung sowohl von »Stern« auf »Dreieck« wie auch
sonst möglich, sich bereits bekannter Maßnahmen zu bedienen (z. B. elektromagnetischer
Umschaltung durch Sterndreiecl;schütz) oder besondere Vorrichtungen zu entwickeln.
Auch die Benutzung der Fliehkraft oder der Massenkräfte der Beschleunigung oder
Verzögerung würde es ohne weiteres ermöglichen, mit dem in sich vollzogenen Motorlaufe
die Kraftäußerungen zti gewinnen, welche das Schaltgerät für die Statorwicklung
unmittelbar oder mittelbar und auch unter Zuhilfe rahme einer Zeitmeßeinrichtung
weiter betätigen und so eine unzulässige Benutzung der Kupplung in ihrem kritischen
Zustande vermeiden.
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Es bleibt unbenommen, die beispielsweise herangezogene Sterndreieckschaltung
noch dadurch zu verfeinern, daß beim Einschalten in »Stern« besondere Widerstände,
Drosselspulen u. dgl., etwa in den Sternpunkt gelegt werden oder auch sonst bei
den gesamten Schalt- oder Umschaltvorgängen Schutzwiderstände beliebiger Art und
beliebiger Anordnung Verwendung finden. Es ist ferner unwesentlich, ob im Falle
der Einschaltung der Statorwicklung in mehreren Stufen von dem Mittel der Sterndreieckschaltung
Gebrauch gemacht wird oder sonstige Statoranlaßschaltungen geeigneter Art verwendet
werden. Für die weitere Herabminderung der Kurzschlußstromaufnahme im Stillstand
ist ferner neben der mehrstufigen Statoreinschaltung beispielsweise auch die Anwendung
des bekannten Mittels gesteigerter Stromverdrängung in den Kurzschlußankerstähen
gegeben. Die Einrichtungen für die Betätigung des Schaltgerätes lassen sich naturgemäß
ganz oder teilweise für die Zwecke von Cberstromschutzeinrichtungen oder sonstigen
Sicherungs- oder Bedienungseinrichtungen dienstbar machen.
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Die Erfindung bleibt keineswegs auf den reinen Kurzschlußankermotor
beliebigen Wechselstromsystems beschränkt, er kann auf jeden beliebigen, mit Anlaßkupplung
versehenen Motor Anwendung finden. Da die im allgemeinen bei allen Elektromotoren
in der Nähe des Läuferstillstandes - auch bei dem vermöge der Anlaßkupplung gewährleisteten
Leeranlauf - vorliegende hohe Stromaufnahme durch mehrstufige Einschaltung der Läuferwicklung
auf ein zulässiges 1Zaß zurückgeführt werden kann, so läßt sich die Erfindung sinngemäß
ohne weiteres auch darauf ausdehnen, durch entsprechende Betätigung der Schalteinrichtungen
für die Läuferwicklung eine unzulässige Überschreitung der kritischen Benutzungszeit
der nach voll eingeschaltetem Läufer die Nutzlast selbsttätig beschleunigenden Kupplung
zwangläufig zu vermeiden. Die Benutzung der Anlaßkupplung im Zusammenhang mit mehrstufiger
Schaltung der Läuferwicklung hätte nämlich gegenüber der üblichen vielstufigen Einschaltung,
z. B. des Schleifringankers ohne Kupplung, den Vorteil, mit wesentlich weniger Schaltstufen,
beispielsweise mit nur deren zwei, auskommen zu können.
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Erstreckt sich so die elektrische Umschaltung auf die Läuferwicklung,
dann ist insbesondere die bekannte Benutzung der am Läufer selbst auftretenden Fliehkraft
und der Massenkräfte der Beschleunigung oder Verzögerung als besonders vorteilhaft
gegeben, welche z. B. am Ende der Anlaufperiode des Motors vermöge der zur zugehörigen
Drehzahl auftretenden Fliehkraft oder vermöge des Verschwindens der Anfahrbeschleunigung
die Vollschaltung herbeiführt und damit die Kupplung sofort zur vollen Drehmomentausübung
und damit zur Beschleunigung der
Nutzlast führt und so die kritische
Arbeitsperiode der Kupplung auf ein Minimum beschränkt.
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So sind Umschalteinrichtungen für - die Läuferwicklungen allgemein
bekannt, welche mit fortschreitendem Anlauf des Rotors, z. B. mit bloßem Einschalten
des Stators, selbsttätig weiterschalten (z. B. Ausschalten von Anlaßwiderständen,
Umschalten von Kurzschlußringgruppen usw.). Sie leiden, für sich betrachtet, ohne
Anlaßkupplung unter dem Nachteil, daß ihre Arbeitsweise durch das Verhalten der
Nutzlast in Frage gestellt wird. Werden derartige Einrichtungen aber dazu benutzt,
mit einer Anlaßkupplung Verwendung zu finden, so entsteht nicht nur der wertvolle
Vorteil, daß die Kupplung im Sinne der Erfindung in ihrer kritischen Arbeitspanne
zwangläufig überwacht wird, sondern auch der, daß die selbsttätige Umschalteinrichtung
durch die Kupplung umgekehrt in ihrer Arbeitsweise wirksam dadurch verfeinert wird,
daß die Nutzlast vorerst ferngehalten bleibt.
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Bei der Umschaltung der Läuferwicklung - die im allgemeinen Sinne
natürlich auch in einem Abschalten vorgeschalteter Widerstände bestehen kann - lassen
sich grundsätzlich mit denselben Mitteln, wie für die Statorwicklung gekennzeichnet,
entweder der Übergang nach der Vollschaltungseite oder der Rückgang nach der Vorstufe
bzw. Ausschaltstellung zum Zwecke der Verhütung der umzulässigen Beanspruchung der
Kupplung vor dem eigentlichen Anlaufvorgang der Nutzlast erzwingen. Bei der Wechselwirkung,
die bei gewissen Elektromotoren, u. a. bei Wechselstrominduktionsmotoren, zwischen
Ständerwicklung und Läuferwicklung einerseits und fast immer zwischen Läuferdrehzahl
und den Wicklungströmen und -spannungen andererseits vorliegt, ist es naturgemäß
ohne weiteres gegeben, die sich ergebenden Mittel in beliebig möglicher Zusammenstellung
auszugestalten.
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Welcher besonderen konstruktiven Anordnung die Einrichtungen immer
sein mögen, Hauptsache ist und bleibt, daß beim Anlaßverfahren der in mehreren Stufen
eingeschalteten Wicklungen des mit Anlaßkupplung versehenen Elektromotors, bei welcher
das selbsttätige Einsetzen ihres vollen Drehmomentes zum Anwerfen der vollen Nutzlast
erst auf Grund des Überganges zur elektrischen Vollschaltung erfolgt, durch das
Mittel der erzwungenen Weiterschaltung zur Vollstufe oder des erzwungenen Rückgariges
zur Abschaltung gewährleistet wird, @ daß die Kupplung nicht unbegrenzte Zeit hindurch
unnötigerweise dem ihrer Lebensdauer und ihrer Umgebung gefährlichen Arbeitszustande
der unter voller Relativgeschwindigkdit arbeitenden Kupplungshälften ausgesetzt
wird. Dadurch ist es möglich, das Anlaßverfahren von Elektromotoren unter Vollast
mittels mechanischer Anlaßkupplungen von einem der wesentlichsten Mängel zu befreien,
die vielfachen Vorzüge, die in der zeitlichen Trennung des Motoranlaufes von dem
Anwerfen der Nutzlast liegen, «reitgehend dienstbar zumachen und unter anderem auch
gewisse, für den störungsfreien Anlauf unter Vollast seither ungeeignete Motoren
oder deren mit ihnen verknüpfte selbsttätige elektrische Anlaßeinrichtungen von
schwerwiegenden Mängeln zu befreien und allgemein anwendbar zu machen.