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Selbsttätige elektropneumatische Steuereinrichtung für Elektromotoren,
insbesondere zum Antrieb von Gasverdichtern Die Erfindung bezieht sich auf eine
vollkommen selbsttätig entsprechend den Druckänderungen einer Gasverdichtungsanlage
arbeitende elektropneumatische Schalteinrichtung für Kurzschlußankerrnotoren zum
Antrieb voll Gas-, insbesondere Luftverdichtern für gewerbliche Preßluftanlagen.
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Man hat bisher für diesen Zweck rein elektriseie Schützensteuerungen
verwandt. Dieselben haben aber den Nachteil, daß Schaltweg,@Schaltenergie und Schaltgeschwindigkeit
ihrer Schützen deh praktischen Anforderungeil bei derartigen Preßluftanlagen nicht
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nügen können.
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Es war auch schon bekannt, für das Umschalten des Anlaßschalters eines
Motorstronikreises selbsttätige mechanische Vorrichtungen anzuwenden, die durch
den Druck in der Verdichtungsanlage bzyv. den Unterschied der Drucke am Saug- und
Druckstutzen einer Pumpe in Tätigkeit gesetzt werden. Solche Vorrichtungen leiden
aber all dein Nachteil, daß die Schaltvorgänge entsprechend den betreffenden Druckänderungen
zu träge vor sich gehen, uni beim Unterbrechen beträchtlicher Energiemengen das
Vorkommen stehender Lichtbögen zu vermeiden, um so mehr da, wo zur Steuerung eine
Membran benutzt wird, deren Hubhöhe kauen günstiger ist als die der erwähnten Schaltschütze.
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Ferner ist schon vorgeschlagen die Anwendung vom Druck in der Anlage
unabhängiger Schlepp- bzw. Rückstellfedern in Verbindung mit einer Auslösung durch
elektromagnetische Schütze, Zeitrelais o. dgl., bisher aber nur in einer Anordnung,
bei der nur eine einmalige Um- oder Ausschaltung möglich war.
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Gegenüber dem bisher Bekannten bringt die Erfindung einen Fortschritt,
der sich in der Praxis in kürzester Zeit als sehr erheblich erwiesen hat. Seine
wesentlichen Kennzeichen bestehen darin, daß beim Einschalten der Anlage ein in
Abhängigkeit vom Gasdruck der Verdichtungsanlage arbeitender Schalter ein Hilfschütz
an Spannung legt, das ein Druckgasventil für einen Druckgassc.haltzylinder öffnet,
der über eine Schaltwelle und Kupplungen gleichzeitig den Netzschalter einschaltet,
den mit Rückstellfeder versehenen Sterndreieckschalter in die Sterlistellung bringt
und ein Zeitrelais an Spannung legt, das nach einem bestimmten Zeitintervall ein
anderes Hilfschütz einschaltet, durch dessen Ansprechen die Kupplung zwischen der
Schaltwelle und dem Sterildreieckschalter gelöst und dieser durch Federkraft
in
die Dreieckstellung gebracht und gleichzeitig ein mit dem Anker dieses Schützes
gekuppeltes zweites Druckgasventil umgeschaltet wird, welches die Betriebsteuerorgane
des Verdichters aus der Leerlauf- in die Arbeitstellung bringt: Beim Erreichen der
für die Anlage fest-' gelegten Höchstdrückgrenze schaltet der Druckschalter selbsttätig
aus, macht das zweite Hilfschütz stromlos, und dessen Anker steuert das mit ihm
gekuppelte zweite Druckluftventil um. Dadurch werden die Steuerventile des Verdichters
auf Leerlauf gesteuert, und das erwähnte Zeitrelais schaltet mit einer von der EinschaltzeitverzÖgerung
verschiedenen Zeitverzögerung das erste Hilfschütz und über dieses den mit Rückstellfeder
versehenen Netzschalter ab. Dabei wird gleichzeitig mit der Abschaltung des ersten
Hilfschützes über das von diesem gesteuerte Druckgasventil der Druckgasschaltzylinder
entlüftet und damit die Schaltwelle in die Anfangschaltstellung zurückgeführt.
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Beim Absinken der Druckgasspannüng unter einen unteren Grenzwert wird
über ein Sicherheitsventil der Druckgässchaltzylinder abgesperrt und die Schaltwelle
durch eine von einer Membrane gesteuerte Sperrklinke in der Einschaltstellung festgehalten,
so daß die selbsttätige Schaltvorrichtung nicht anspringen kann, wenn die Druckspannung
nicht ausreicht, um Netz- lind Sternschalter über den gemeinsamen Schaltzylinder
voll, bis in die Endlage, einzuschalten.
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Dabei ist wesentlich, daß der vorzugsweise stäbförinige Messerträger
des Netzschalters und des Sterndreieckumschalters je mittels einer Zahnstange angetrieben
wird, deren Zahnritzel mit .der gemeinsamen Schaltwelle durch auslösbare Kupplungen
verbunden sind, so daß die beim Rückschalten zu be-
wegende Masse auf ein
Mindestmaß beschränkt ist und mit einem reichlich großen Schaltweg und hoher Schaltgeschwindigkeit
gearbeitet werden kann. Auf diese Weise kann die Umschaltung von Stern auf Dreieck
innerhalb einer einzigen Periode des Spannungsverlaufs erfolgen, so daß ein praktisch
in Betracht kommender Drehzahlabfall des Motors nicht eintritt und der Umschaltstromstoß
in mäßigen Grenzen bleibt.
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Zur sicheren Vermeidung von Störungen durch Bildung eines Abreißlichtbögens
werden noch die Kontakte der Sternstufe mit Funkenlöschkontakten versehen, an denen
das Schaltmesser schon mit großer Geschwindigkeit vorbeifährt. Die Abschältenergie
ist bei dieser Vorrichtung praktisch unbegrenzt.
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In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Drückluftschaltvorrichtung
für Luftverdichter dargestellt. Die Druckluftleitung i führt vom Windkessel zum
Druckschalter z, der in bekannter Weise in Abhängigkeit vom Druck im Windkessel
ein- oder .ausschaltet, wenn derselbe eine bestimmte untereGrenze unter- oder eine
obere überschreitet, ferner zu dem Druckluftsteuerventil 3 für den Schaltzylinder
5 sowie zu dem Steuerventil .I für die Druckleitung 6 für das Entlastungsventil
und das Kühlwasserventil am Verdichter. Die Ventile 3 und 4 werden durch je ein
Hilfschütz 7 und 8 gesteuert. Die elektrische Hauptschaltvorrichtung besteht aus
einem Netzschalter 9 und einem Sterndreieckumschalter io, die an einer gemeinsamen
Grundplatte i i aufgehängt sind und deren Schaltstangen 1z und 13 am oberen
Ende je eine Zahnstange haben; die in ein punktiert angedeutetes Zahnsegment 14
bzw. 15 eingreifen. Diese Zahnsegmente sitzen auf einer gemeinsamen, von
der Grundplatte i i getragenen Schaltwelle 1G, mit der sie durch Auslösekupplungen
i 7 und i 8 verblinden sind: Die Kupplungsscheibe 17 trägt außerdem auf ihrem
äußeren Rand einen Nocken z9 zur Steuerung eines Hilfskontaktes 2o. Ferner sitzt
auf der Schaltwelle 16 fest ein drittes Zahnsegment 2i mit Sperrad 22 und Federsperrklinke
23 und auf ihrem freien Ende ein Handrad 26. In das Segment 2r greift der gezahnte
Teil der Kolbenstange 24. des Luftzylinders 5, der mittels Leitung 25
all
das Steuerventil 3 angeschlossen ist. Ein in die Druckluftleitung i eingeschaltetes,
in der Zeichnung nur angedeutetes Sicherheitsventil 39 verhindert das Einschalten
des Schaltzylinders 5, - wenn -der Druck in -der Leitung i nichtmehr hoch genug
ist, um die beiden Sehalter 9 und io bis in die Endlage ihrer Kontakte zu bewegen.
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Die Schalter 9# und iö sind mit Rück: stellfedern 27 und
28 versehen.
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Am unteren Ende der Anker der Hilfschütze 7 und 8 ist je ein Steuerhebel
29 und 3ö angelenkt, der eine Auslösenase der zugehörigen Antriebskupplung 17 bzw.
18 bewegt.
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Die obenerwähnten Hilfsschütze 7 und 8 sind an das elektrische Netz
mit einem Pol fest angeschlossen und am anderen über einen Hilfschalter 32 mit Doppelkontakt
für zwei Hilfstromkreise, die beide: über den Druckschalter z laufen. Von hier geht
der eine über den Hilfskontakt 7a am Schütz 7 und dessen Erregerspule an
den anderen Netzpol zurück und der andere an den oberen Hilfskontakt 8G am Schütz
8, dessen Erregerspule ebenfalls mit einem Ende am zweiten Netzpol liegt.
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Zwischen die beiden Schütze ist ein Zeitschalter 33 gelegt, beispielsweise
ein Wärmeumschalter,
dessen unterer Kontakt 3¢ sowohl mit dem Ende
der Spule des Schützes 8 als auch mit dessen Hilfskontakt 8a verbunden ist, während
der obere Kontakt 35 am Hilfskontakt 7U des Schützes 7 liegt. Der Zeitschalter wird
durch eine Hilfswicklung 37 auf dem Schütz 7 gespeist. Ihre Verbindung mit demselben
wird durch den oben schon erwähnten Hilfskontakt 20 und die unteren Hilfskontakte
r ja, 12a des Schützes 8 gesteuert.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Durch die Leitung
1 tritt Luft vom Windkessel auf den Druckschalter 2, die Steuerventile 3 und 4.
und durch das letztere auf die nicht gezeichneten Ventile des Verdichters, wo sie
bei dessen Stillstand die Entlastungsvorrichtung betätigt, so daß der Anlauf leer
erfolgen kann.
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Ist der Druck in der Leitung i, also auch im Windkessel, auf das eingestellte
Mindestmaß gesunken, so schließt sich der Druckschalter 2 und legt die Spule des
Schützes 7 ans Netz, so daß das Schütz anzieht. Dadurch wird das Ventil 3 umgesteuert
und läßt Druckluft unter den Kolben im Zylinder 5, der infolgedessen gehoben wird
und mittels seiner gezahnten Stange 2.4 und des Zahnse-ments 21 die Schaltwelle
16 um einen bestimmten Winkel dreht. Über die beiden Zahnsegmente 14 und 15 wird
mittels der Zahnstangen 12 und 13 der Netzschalter 9 geschlossen und der Motorumschalter
io in die obere Stellung gebracht. Dabei werden bei beiden Schaltern die Rückstellfedern
27 und 28 gespannt -Lind durch den Nocken r9 der federnde Hilfskontakt 2o in ,dem
Augenblick beschlossen, wo Netzschalter 9 und Sternschalter 1o voll einbeschaltet
sind. Damit bekommt .der Zeitschalter 33 Strom und legt sich nach einem je nach
dem besonderen Zweck eingestellten Zeitraum auf den unteren Kontakt 34. um und schließt
dadurch den Stromkreis .des zweiten Hilfschützes 8, welches beim Anziehen vermittels
des Hebels 30 die Kupplung 18 auslöst, so daß die Feder 28 den Schalter 1o nach
unten in die Dreieckstellung werfen kann. Gleichzeitig wird durch Umsteuern des
Ventils d. die Entlastungsvorrichtung am Verdichter betätigt, dieser also auf Vollast
geschaltet.
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Sobald der eingestellte Speicherhöchstdruck erreicht ist, schaltet
.der Druckschalter wieder aus. Das Hilfschütz 8 fällt ab, das Steuerventil q. betätigt
wieder die Entlastungsvorrichtung am Verdichter, so daß dieser leer läuft. Gleichzeitig
werden die unteren Hilfskontakte i i11 und 12a verbunden und damit der Hilfstromkreis
des Zeitschalters 33 geschlossen. Nach wenigen, etwa 5 Sekunden schaltet dieser
die Wicklung des Hilf-e,
7 ab, das noch über den Kontakt 36 und den Sehalter
32 geschlossen war und dessen Anker beim .Abfallen mittels des Hebels 29 die Kupplung
17 auslöst und den Netzschalter 12 unter dem Druck der Feder 27 öffnen läßt. Gleichzeitig
wird auch das Steuerventil 3 umgeschaltet, worauf die Luft aus dem Luftzylinder
5 entweicht. Die selbsttätige Steuervorrichtung steht dadurch wieder in der Ausgangstellung.
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Um zu verhüten, daß bei Abnahme des Druckes in der Leitung i etwa
infolge Betriebstörun;g und dadurch veranlaßtem Rückgang des Kolbens im Luftzylinder
5 die Schalter unbeabsichtigt ausgefahren werden ,können, ist an der Antriebscheibe
22 eine Sperraste vorgesehen, in welche die Klinke 23 unter der Wirkung einer Feder
38 eingreift. Die gleiche Aufgabe hat diese Klinke 23 beim ersten Anfahren, wo sie
nach dem Einschalten mit dem Handrad 26 die Schaltwelle festhält, bis .der Druck
in der Leitung i so hoch gestiegen ist, daß das Hilfsventil 31, etwa ein
Membranventil, sie mit einem Druckdaumen gegen den Druck der Feder 38 ausschwenkt
und das Sicherheitsventil 39 den von ihm abhängigen Organen für die selbsttätige
Schaltung Druckluft zuführt.
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Wesentlich für die Erfindung ist, daß die Auslösezeiten des Zeitschalters
beim Einschalten, d. h. beim Übergang von Stern- auf Dreieckschaltung des Motors
einerseits und beim Ausschalten zwischen dem Ansprechen der Entlastungsvorrichtung
am Verdichter und Abschalten des Netzes bei leerlaufendem Motor anderseits, sich
unabhängig voneinander einstellen lassen. Dies wird dadurch erreicht, daß im einen
Fall die gegen das Heizelement isolierte Schaltzunge zum Umschalten den ganzen Weg
vom oberen zum unteren Kontakt zurücklegen muß, während sie im zweiten Fall sich
nur vom oberen Kontakt abzuheben braucht.
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Ein Vorteil .der neuen Steuerung liegt auch darin, daß bei plötzlichem
Ausbleiben der Spannung bzw. beim Ausschalten des üblichen Motorschutzes die Anlage
ohne jede Zeitverzögerung abgeschaltet wird.