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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Motor-Starterschaltung, insbesondere
für Kühlschrankkompressoren,
mit verbesserten Eigenschaften. Genauer betrifft die Erfindung eine
Starterschaltung für Asynchronmotoren,
insbesondere, aber nicht ausschließlich, geeignet für Kühlschrankkompressoren.
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Es
ist bekannt, daß der
Kompressor in einem Kühlschrank
zyklisch betrieben wird, um das Kühlmittel in die Windungen des
Kühlschranks
zu pumpen.
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Diese
Aktivierung des Kompressors findet statt, wenn die Innentemperatur
des Kühlschranks über einen
voreingestellten Grenzwert hinaus ansteigt. Deshalb ermittelt ein
hitzempfindliches Element die Innentemperatur des Kühlschranks
und sendet, wenn diese Temperatur über den eingestellten Grenzwert
hinaus ansteigt, ein Aktivierungssignal an eine Motor-Starterschaltung.
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Die
Starterschaltung beinhaltet eine Startereinrichtung und eine Einrichtung,
um den Motor des Kompressors zu schützen.
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Die
Startereinrichtung wird von einem hitzempfindlichen Ele ment gebildet,
in welchem der Stromfluß die
Temperatur erhöht
und eine solche Temperaturerhöhung
bewirkt, daß sich
das Element wie ein Widerstand mit einem sehr hohen Wert verhält, wodurch
verhindert wird, daß Strom
durch es hindurch fließt,
um die Starterwicklung zu erreichen.
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Allerdings
hat es, obwohl das hitzempfindliche Element vom Standpunkt der unterbrochenen Aktivierung
des Einphasen-Asynchronmotors des Kompressors aus gesehen, effektiv
ist, den Nachteil, einen kontinuierlichen, wenn auch geringen, Energieverbrauch
während
des Betriebes des Motors mit sich zu bringen.
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Die
europäische
Patentanmeldung EP-A-1 045 510 im Namen des gleichen Anmelders der
vorliegenden Anmeldung offenbart eine Starterschaltung, die die
oben beschriebenen Nachteile überwindet.
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Praktisch
weist die Starterschaltung nach der oben zitierten Patentanmeldung
Mittel auf, um Pulse zu erzeugen, die zeitlich abnehmend und die angepaßt sind,
Schaltmittel (beispielsweise einen Triac) anzusteuern, welche mit
dem zu startenden Motor des Kompressors verbunden sind; die Pulserzeugungsmittel
werden mit Wechselstrom versorgt.
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Allerdings
ist die Lösung,
wie sie in der oben zitierten Pa tentanmeldung vorgeschlagen wird,
obwohl sie äußerst effizient
vom Standpunkt des Stromverbrauchs heraus betrachtet ist, mit einem
im Folgenden beschriebenen Nachteil behaftet.
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Im
Allgemeinen ist ein Motor für
Kühlschrankkompressoren,
ein Motor des asynchronen Typs, in welchem zwei Wicklungen vorhanden
sind: Eine Stationärwicklung,
welche permanent versorgt wird, und eine Starterwicklung, welche
für eine
kurze Zeit nach dem Motorstart versorgt und dann abgeschaltet werden
muß.
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1 ist
eine schematische Darstellung des Einfügungsprinzips der Startereinrichtung
nach der oben zitierten Patentanmeldung für die Ansteuerung des Asynchronmotors.
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Das
Bezugszeichen 1 bezeichnet die Startereinrichtung nach
der oben zitierten Patentanmeldung; das Bezugszeichen 2 bezeichnet
die Starterwicklung; und das Bezugszeichen 3 bezeichnet
die Stationärwicklung,
welche mit dem Phasenleiter 4 und dem Neutralleiter 5 verbunden
ist.
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Die
Funktion der in 1 dargestellten Schaltung ist
wie folgt: Wenn Spannung an die Leitung angelegt wird, schließt der Starter 1 den
Kreis, der Energie an die Starterwicklung 2 anlegend. Nach einer
voreingestellten Zeit öffnet
die Starterschaltung 1 den Schalter, den sie enthält (beispielsweise, wie ausgeführt, einen
Triac), und schaltet die Starterwicklung 2 ab.
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Um
die Effizienz des Motors zu erhöhen,
haben einige Modelle des Kompressors einen Kondensator 6,
auch als Stationärkondensator
bekannt, wie mit gestrichelten Linien in 1 gezeigt.
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Der
Stationärkondensator 6 ist
mit der Starterschaltung 1 parallel geschaltet.
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Während des
Starts wird der Kondensator 6 periodisch auf signifikante
Spannungen aufgeladen und entlädt
sich in sehr kurzen Zeiten über
den Schalter (Triac) der Starterschaltung 1. Diese Endladeströme sind
sehr hoch und können
den Triac irreparabel beschädigen.
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Das
Problem der Koexistenz des Triacs und des Kondensators ist allgemein
bekannt und tritt nicht nur auf dem Gebiet der Kühlschrankkompressoren auf,
sondern auf allen Gebieten, in welchen ein Triac benutzt wird und
in dessen Nähe
ein Kondensator ist, dessen Endladestrom den Triac beschädigen kann.
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Deshalb
hat die in 1 dargestellte Schaltung Zuverlässigkeitsprobleme,
die durch die Anwesenheit des Kondensators 6, welcher sich
plötzlich über den
in der Startereinrichtung 1 vorhandenen Triac entlädt, hervorgerufen
werden.
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JP 2000 308380 , US-A
4 399 394 und US-A-4 366 426 offenbaren alle Starterschaltungen für Motoren,
die ebenfalls durch einen Triac versorgte Starterwicklungen aufweisen.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Starterschaltung für Motoren,
insbesondere für Kühlschrankkompressoren,
zur Verfügung
zu stellen, in welcher der Kondensator, der parallel zur Starteranordnung
angebracht ist, keinen negativen Effekt durch seine Entladung auf
den Schalter der Startereinrichtung hat.
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Innerhalb
dieses Zieles ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Starterschaltung für Motoren,
insbesondere für
Kühlschrankkompressoren,
zur Verfügung
zu stellen, in welcher der Endladestrom, der von dem parallel zur
Starterschaltung angeordneten Kondensator kommt, stark limitiert
ist, so daß er
in akzeptablen Grenzen bleibt und von dem Schalter der Starterschaltung
ausgehalten werden kann.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Starterschaltung
für Motoren,
insbesondere für
Kühlschrankkompressoren,
zur Verfügung
zu stellen, in welcher der Betrieb des Motors nicht von der Anwesenheit
der erfindungsgemäßen Schaltung
beeinflußt
wird.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Starterschaltung
für Motoren,
insbesondere für
Kühlschrankkompressoren,
zur Verfügung
zu stellen, welche hoch verläßlich, relativ
einfach herzustellen und kostengünstig
ist.
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Das
Ziel sowie diese und weitere Aufgaben, welche im Folgenden noch
deutlicher werden, werden durch eine Starterschaltung für Motoren,
insbesondere für
Kühlschrankkompressoren,
wie durch Anspruch 1 definiert, erreicht.
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Weitere
Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden durch die Beschreibung
einer bevorzugten, aber nicht ausschließlichen Ausgestaltung der Starterschaltung
nach der vorliegenden Erfindung deutlicher, dargestellt nur durch
ein nicht-aus-schließliches
Bespiel in den beigefügten Zeichnungen,
worin:
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1 ein
Schaltplan einer Verbindung einer konventionellen Starterschaltung
mit den Windungen eines Asynchronmotors ist;
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2 ein
Schaltplan, ähnlich
zu 1, mit einer eingefügten Starterschaltung nach
der vorliegenden Erfindung ist; und
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3 ein
Schaltplan einer zweiten Ausgestaltung der Star terschaltung nach
der vorliegenden Erfindung ist.
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Unter
Bezugnahme auf die oben beschriebenen Zeichnungen, in denen gleiche
Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und unter besonderer Bezugnahme
auf 2, ist die Starterschaltung nach der vorliegenden
Erfindung, wie in 1 allgemein mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet,
parallel zu dem Kondensator 6 geschaltet.
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Um
die plötzliche
Entladung des Kondensators 6, welcher jeweils mit der Starterwicklung 2 und der
Stationärwicklung 3 des
Motors verbunden ist, daran zu hindern, in der Lage zu sein, den
in der Starterschaltung 1 enthaltenen Schalter, d.h. den
Triac (in der Figur nicht im Detail dargestellt) zu beschädigen, schaltet
die Starterschaltung nach der vorliegenden Erfindung zwischen den
Kondensator 6 und die Startereinrichtung 1 ein
Widerstandselement 7, welches die Entladung des Kondensators 6 ermöglicht und
so verhindert, daß der
Endladestrom, der den Schalter der Startereinrichtung erreicht,
den Schalter (Triac) beschädigt.
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Im
Wesentlichen ist das Widerstandselement 7 zwischen die
Startereinrichtung 1 und einem Knoten geschaltet, der von
einem Anschluß des
Kondensators 6, einem Anschluß der Starterwicklung 3 und
der Neutralleitung geteilt wird.
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Die
Zwischenschaltung des Widerstandselementes 7, welches beispielsweise
ein tatsächliches elektronisches
Bauteil sein kann oder beispielsweise durch Ausscheiden aus einer
Schablone ausreichenden Ausmaßes
der metallischen Anschlüsse
oder denjenigen Faston-Stecker gebildet sein kann, die zum Anschluß der Startereinrichtung 1 an
den Motor benutzt werden, ergibt keinen wahrnehmbaren Einfluß auf den
Betrieb des Motors durch seinen geringen ohmschen Wert.
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Bevorzugt
könnte
der ohmsche Wert des Widerstandselementes 7 beispielsweise
zwischen 1 und 5 Ohm liegen.
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Der
Energieverlust in dem Widerstandselement 7 kann relativ
hoch sein; allerdings ist, da die Motor-Startphase etwa 0.5 Sekunden
dauert, die Erwärmung
des Widerstandselements 7 vernachlässigbar und es ist nicht notwendig,
Hoch-Watt-Widerstände
zu verwenden.
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3 zeigt
eine zweite Ausgestaltung der Starterschaltung nach der vorliegenden
Erfindung. Unter Bezugnahme auf die genannte Figur, in der gleiche
Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, weist die Startereinrichtung 1,
verbunden mit der Stationärwicklung 2 und
der Starterwicklung 3, eine Gleichrichterbrücke 10 auf,
welche von den vier Dioden 10a–10d gebildet wird,
die geeignet sind, die Versorgungsspannung gleichzurichten und sie
an die Anschlüsse
eines Schaltelemen tes 11 anzulegen, das günstigerweise
durch einen Triac oder einen SCR gebildet wird.
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Der
Gate-Anschluß des
Schaltelementes 11 wird mit der durch die Diodenbrücke 10 gleichgerichteten
Spannung versorgt unter Benutzung eines Widerstands-Kondensatoren-Netzwerks,
gebildet aus einem Widerstand 12 und einem hierzu in Serie
geschalteten Kondensator 13. Der Widerstand 12 und der
Kondensator 13 sind weiterhin in Serie zu dem Transistor 14 geschaltet,
Günstigerweise
vom Bipolaren- oder MOS-Typ, dessen Source-Anschluß zur thermischen
Stabilisierung des Transistors mit dem Widerstand 15 verbunden
ist. Der widerstand kann optional wegfallen.
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Die
von der Diodenbrücke 10 gleichgerichtete
Spannung versorgt ebenfalls einen von einem ersten Kondensator 16,
einer Diode 17 und einem zweiten Kondensator 18 gebildeten
Kapazitätsteiler,
der wiederum parallel zu zwei Widerständen 19 und 20 geschaltet
ist, die angepaßt
sind, um einen Widerstandsteiler zu bilden und die Spannung von
dem zweiten Kondensator 18 abzuziehen.
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Der
Gate-Anschluß des
Transistors 14 ist mit dem gemeinsamen Knoten zwischen
den Widerständen 19 und 20 verbunden.
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Der
erste Kondensator 16 hat einen mit ihm parallel geschal teten
Widerstand 21, und der in Serie mit dem Widerstand 12 angeordnete
Kondensator 13 hat wiederum einen parallel geschalteten
Widerstand 22.
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Unter
Bezugnahme auf den oben beschriebenen Schaltkreis, läuft der
Betrieb wie folgt:
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Während des
Einschaltens können
die Widerstände 21 und 22 wegen
ihres hohen ohmschen Wertes ignoriert werden. Diese Widerstände kommen
während
des im Folgenden beschriebenen Ausschaltens ins Spiel.
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Die
Versorgungsspannung versorgt direkt die Stationärwicklung 2, während die
Starterwicklung 3 unter Benutzung der Schaltung des Starters
versorgt wird. Die Versorgungsspannung wird durch die Diodenbrücke 10 gleichgerichtet
und an die Anschlüsse
der Schalteinrichtung 11 angelegt. Die selbe gleichgerichtete
Spannung versorgt unter Benutzung des Netzwerkes 12 und 13 den
Gate-Anschluß der
Schalteinrichtung 11.
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Der
MOS-Transistor 14 ist zu Beginn aus und deshalb fließt der Strom,
der durch den Widerstand 12 und den Kondensator 13 kommt,
zu Beginn teilweise in den Gate-Anschluß der Schalteinrichtung 11 und
teilweise in den Temperaturkompensationswiderstand 25,
der parallel zu dem MOS-Transistor 14 geschaltet ist.
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Der
Teil des Stromes, der in den Gate-Anschluß der Schalteinrichtung fließt, die
im Folgenden der Einfachhalt halber Triac genannt wird, reicht aus, um
den Triac einzuschalten, welcher dann leitet. Demzufolge wird nach
dem ersten Schritt die Starterwicklung 3 entlang des durch
die Diode 10a, den Triac 11 und die Diode 10d gebildeten
Pfades während der
positiven Halbwellen der Versorgungsspannung und durch die Diode 10c,
den Triac 11 und die Diode 10b während der
negativen Halbwellen versorgt.
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Die
von der Diodenbrücke 10 gleichgerichtete
Spannung versorgt ebenfalls den von dem ersten Kondensator 16,
von der Diode 17 und dem zweiten Kondensator 18 gebildeten
Kapazitätsteiler.
Allerdings hindert, während
der Kondensator 16 sich der Versorgungsspannung folgend
lädt und
entlädt,
die Diode 17 den Kondensator 18 daran, sich zu
entladen. So erhöht
sich die am Kondensator 18 anliegende Spannung bei jeder
Halbwelle um einen gewissen Betrag, der von den Werten der beiden
Kondensatoren abhängt
(am Ende ist die Spannung am Kondenstor 18 durch die parallel
zum Kondensator 18 geschaltete Zener-Diode 26 begrenzt).
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Die
am zweiten Kondensator 18 anliegende Spannung wird vom
durch die Widerstände 19 und 20 gebildeten
Widerstandsteiler abgezogen und versorgt den Gate-Anschluß des Transistors 14.
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Während des
Betriebes, wenn die am zweiten Kondensator 18 anliegende
Spannung steigt, steigt die an dem Gate-Anschluß des Transistors 14 angelegte
Spannung ebenfalls und an einem bestimmten Punkt beginnt der Transistor 14 zu
leiten. Durch sein Leiten entlädt
der Transistor 14 den Strom des Netzwerkes 12 und 13,
welcher demzufolge nicht mehr durch den Gate-Anschluß des Triacs 11 fließt und nicht
mehr in der Lage ist, ihn einzuschalten.
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Von
diesem Moment an ist der Pfad, der die Starterwicklung 3 versorgt,
unterbrochen und die Wicklung wird nicht länger betrieben. Der Widerstand 15 am
Source-Anschluß des
Transistors 14 ist eingestellt, um eine thermische Stabilisierung
des Transistorbetriebes zu gewährleisten,
aber wie erwähnt, kann
er optional weggelassen werden.
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Während des
Starts wird der Kondensator 13 auf die durch die Diodenbrücke 10 gleichgerichtete Versorgungsspannung
aufgeladen und dann sofort durch den Triac 11 entladen,
sobald dieser Triac zu Leiten beginnt. Wenn dann der Triac am Ende
des Startschrittes abschaltet, kann sich der Kondensator 13 nicht
länger über diesen
entladen und lädt
sich praktisch unmittelbar auf die Versorgungsspannung auf. von
diesem Punkt an steht die im Kondensator 13 gesammelte
Spannung der Versorgungsspannung entgegen und verhindert so weitere
Stromflüsse
durch das Netzwerk 12 und 13 und den Gate-Anschluß der Schalteinrichtung
oder des Triacs 11. Wenn der Schaltkreis aus ist, sind
die Ströme
in den diversen Zweigen deshalb extrem klein und die Leistungsaufnahme
ist fast Null.
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Die
Schaltung nach 3 kann mit oder ohne den Kondensator 6 und
dem dazugehörigen Widerstand 7 ausgestaltet
sein.
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Wenn
der Motor von der Stromversorgung getrennt wird, entladen sich die
Kondensatoren 16 und 13 mit einer Zeitkonstante
von einigen Sekunden, wonach der Schaltkreis wieder in seinen Ursprungszustand
zurückkehrt
und bereit ist für
einen neuen Start. Um diese Entladung reproduzierbar und verläßlich zu
machen, sind die Widerstände
mit hohen ohmschen Werten, d.h. jeweils die Widerstände 21 und 22,
parallel zu den Kondensatoren angeordnet.
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Ein
weiterer Kondensator 28 kann parallel zu der Schalteinrichtung 11 geschaltet
werden, mit einer Dämpfungsfunktion,
der die Spannungsspitzen am Triac begrenzt, wo sie zu Fehleinschaltungen
führen können. Die
Anwesenheit des Kondensators 28 hängt vom Typ des Triacs 11 ab
und kann sogar unnötig
sein. Manchmal ist es auch möglich,
einen geringwertigen Widerstand in Serie mit dem Kondensator 28 zu
verwenden.
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Der
temperaturabhängige
Widerstand 25 ist dazu gedacht, die Variationen der Charakteristika
der Schalteinrichtung 11 zu kompensieren, wenn sich die Temperatur ändert. Die
Funktion ist wie folgt: Wenn sich die Temperatur erhöht, verringert
sich der Strom der nötig
ist, um die Einrichtung 11 einzuschalten erheblich; deshalb
könnte
bei einer hohen Temperatur selbst der kleine Strom, der aus dem
Netzwerk 12 und 13 ankommt, wenn die Schaltung
aus ist, ausreichend sein, wieder den Triac 11 zu unerwünschten Zeiten
einzuschalten. Aber wenn die Temperatur steigt, verringert der Widerstand 25 seinen
Widerstand und zieht einen zunehmend größer werdenden Prozentsatz des
Stromes, der von dem Netzwerk 12 und 13 ankommt,
ab.
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Auf
diese weise wird der Strom, der in den Gate-Anschluß des Triacs 11 hineinfließt zunehmend geringer,
wenn die Temperatur steigt und bleibt immer nahe an dem kritischen
Auslösewert.
Durch eine geeignete Auswahl des Widerstands 25 (und durch die
Kombination eines Widerstandes 25 mit einem herkömmlichen
widerstand), ist es möglich,
den Schaltkreis über
seinen gesamten Operations-Temperaturbereich zu kompensieren.
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In
der Praxis hat sich heraus gestellt, daß die Starterschaltung nach
der vorliegenden Erfindung die beabsichtigten Ziele und Aufgaben
der Erfindung vollkommen erreicht, da sie es ermöglicht, Schaden an dem in der
Startereinrichtung vorhandenen Schalter durch die Entladung des
parallel zu der Startereinrichtung geschalteten Kondensators zu
vermeiden.
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Im
wesentlichen ermöglicht
die Anwesenheit des zwischen die Startereinrichtung 1 und
den Kondensator geschalteten Widerstandselements, die Endladeströme, die
von dem Kondensator ankommen, zu begrenzen, ohne wahrnehmbare Nebeneffekte
auf den Betrieb des mit der erfindungsgemäßen Starterschaltung verbundenen
Motors zu produzieren.
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Die
so entwickelte Schaltung kann zahllosen Modifikationen und Änderungen
ausgesetzt werden, die alle innerhalb des Bereiches der angehängten Ansprüche liegen;
alle Details können
außerdem durch
weitere technisch äquivalente
Elemente ersetzt werden.
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Wo
die in irgendeinem Anspruch genannten technischen Merkmale von Bezugszeichen
gefolgt werden, wurden diese Bezugszeichen aus dem einzigen Grund
eingefügt,
um die Lesbarkeit der Ansprüche
zu erhöhen
und demzufolge haben derartige Bezugszeichen keinen einschränkenden
Einfluß auf die
Interpretation jedes durch die mittels beispielsweiser Bezugszeichen
identifizierten Merkmals.