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Elektrischer Schrittschalter Die Erfindung betrifft einen elektrischen
Schrittschalter, insbesondere zum Anlassen von Motoren, bei dem die Schaltkontakte
wahlweise entweder durch ein selbsttätig mittels aufeinanderfolgender Impulse eines
Elektromagneten bewegtes Sperrklinkenschaltwerk oder durch ein von Hand betätigtes
Glied gesteuert werden. Das Anlassen von Motoren erfolgt bekanntlich stufenweise
unter Ein- und Ausschaltung von Widerständen. Das Schalten der einzelnen Stufen
muß unter Einhaltung hinreichender Zeitabstände erfolgen, um das Auftreten zu starker
Ströme zu vermeiden. Wenn eine Fernschaltung über eine selbsttätig arbeitende Schaltvorrichtung
vorgesehen ist, so erweist es sich als unerläßlich, für den Fall eines Versagens
der selbsttätigen Vorrichtung die stufenweise Schaltung auch von Hand vornehmen
zu -können. Der Übergang von einer selbsttätigen auf eine handbetätigte Schaltweise
ist bei einem elektrischen Schrittschalter an sich bekannt, z. B. in einer Ausführungsform,
bei der die eigentliche Schaltwelle einmal von einem Elektromagneten über einen
Zahnbogen und ein in einer Richtung mit der Schaltwelle kuppelbares Ritzel und ein
anderes Mal durch einen unmittelbar mit der Schaltwelle verbundenen Schaltknopf
von Hand aus gedreht werden kann. Während die elektromagnetische Betätigung nur
schrittweise erfolgen kann, besteht beim Handbetrieb die Möglichkeit eines raschen
Überschaltens der verschiedenen Stellungen. Dies ist insbesondere beim Anlassen
von Motoren unzulässig oder mindestens unerwünscht. Gemäß der Erfindung wird ein
rasches Über schalten von Schaltstellungen bei Handbetrieb unmöglich gemacht und
die Einhaltung -bestimmter Zeitabstände zwischen den einzelnen Schaltstufen gesichert.
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Zu diesem Zweck wirkt -gemäß der Erfindung das zur Betätigung von
Hand .dienende Glied auf das gleiche zur elektromagnetischen Betätigung dienende,
eine Nockenwelle antreibende
Sperrklinkenschaltwerk ein, und zwar
derart, daß bei beiden Betätigungsarten ein durch den Schritt der Klinke über die
Verzahnung und durch eine Verzögerungseinrichtung bestimmter Zeitabstand zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Schaltschritten erzwungen wird.
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Um die verschiedenen Schaltstellungen gegen äußere oder innere Einflüsse,
wie Stöße, Schwingungen usw, zu sichern, sind weiterhin gemäß der Erfindung die
von der -Nockenwelle gesteuerten Schalthebel als Winkelhebel ausgebildet, deren
beide Arme sich an der Nockenwelle führen. Zweiarmige Winkelhebel, «-elche mit beiden
Armen gleichzeitig an der Schaltwelle anliegen, sind an sich bekannt, jedoch für
einen anderen Zweck. Bei einer bekannten Ausführungsform sind auf einer Schaltwalze
zwei nebeneinanderliegende Kurvenscheiben vorgesehen, deren jede mit einem Arm des
Winkelhebels in Berührung ist. Der Zweck dieser Anordnung besteht darin, bei einem
etwaigen -Festbrennen der zu schaltenden Kontakte, wenn die Kraft der normalerweise
das Offnen herbeiführenden Feder nicht mehr ausreicht, ein zwangsläufige Aufbrechen
zu ermöglichen.
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Vorteilhaft endet gemäß der Erfindung einer der Arme des Winkelhebels
in einer Klinke, deren Schwenkbewegung in einer Richtung durch einen Anschlag begrenzt
ist. Infolge dieser Ausbildung kann die Nockenwelle zurückgedreht werden, ohne durch
den Winkelhebel daran gehindert zu sein.
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Das Festlegen der. Stellungen der Nockenwelle sowie das Haltn dieser
Stellungen und die Auslösung zur Rückwärtsbewegung erfolgt gemäß der Erfindung durch
eine Sperrscheibe, deren Klinke entweder infolge verschiedener Tiefe der Scheibenaussparungen
oder unter dem Einfluß einer die Klinke steuernden Hilfsvorrichtung wahlweise zur
Verrasterung oder zur völligen Verriegelung des Schalters dient. Klinkensperrwerke
sind an sich bekannt, ohne jedoch die verschiedenen erwähnten Einstellmöglichkeiten
aufzuweisen. In den Zeichnungen stellen dar: Fig. i und z einen Schrittschalter
mit den Organen zur elektromagnetischen Bedienung und zur Bedienung von Hand, die
Fig. 3- und d. zwei Ausführungsformen des Elektromagneten für der. Schrittschalter,
die Fig. ; ein Sperrad mit seiner Schaltklinke, die Fig. 6 und ; ein Nockenrad zur
Betätigung der Kontakte in zwei verschiedenen Lagen, die Fig. 8 bis Io Anordnungen
zur Vierrasterung bzw. Verriegelung der Nockenwelle. Die in der Zeichnung dargestellten
Schrittschalter -haben gemäß- der Erfindung die Aufgabe, unabhängig davon, ob von
Hand oder elektromagnetisch betätigt, die absatzweise erfolgende Bewegung eines-
oder mehrerer Kontaktsätze zu verursachen, diese Bewegung beim Erreichen der entsprechenden
Kontaktstellen abzustellen und die Kontakte in den erreichten Stellungen zu verriegeln.
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Bei dein Schalter nach den Fig. r und sind um eine mit einem Klinkenzahnrad
verbundene Nockenwelle 3 in einer, zwei oder mehreren Reihen Kontakte angeordnet.
Gezeichnet sind die Kontakte 12, 13, 12', 13'. Von diesen sind 13, 13' bewegliche
Kontakte. Sie werden durch Nocken 16 auf der Welle 3 betätigt. Der Antrieb der Welle
3 erfolgt mittels der Klinke ; und des Zahnrades 9 jeweils tun Teile einer vollen
Umdrehung. Die Klinke 5 ist mit dem beweglichen Anker 2 des Elektromagneten i und
außerdem finit einem Handgriff 3o verbunden. Die Wechselbewegung des Elektromagneten
wird durch einen mit dem beweglichen Anker 2 verbundenen Hubendkontakt gesichert.
welcher sich am Ende des Anzughubes unterbricht, sich hingegen in der Ruhelage des
Anker: schließt (zwecks Klarheit der Zeichnung ist dieser Kontakt nicht dargestellt).
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Die eine der Bewegungen (im Pfeilsinne) des Ankers: und des Handgriffs
31-) ist alltreibend und verursacht das Ein- und Ausschalten der Kontakte durch
die Lockenwelle 3. Die andere Bewegung, die der Rückhehr, ist für die Nockenwelle
wirkungslos und wird durch ein Dämpfungsglied 31 verzögert, das einen bestimmten
Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schaltstellungen erzwingt. Das Festlegen
der einzelnen Stellungen der Nockenwelle, das Halten der Stellungen sowie die Auslösung
zur Rückkehr der Nockenwelle erfolgt durch die Sperrscheibe 19 mit der Sperrklinke
20.
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Die Rückkehr der Nockenwelle 3 in die Nullage wird nach Auslösung
seitens der Sperrscheibe i9 durch die auf der Welle,; vorgesehene Rückholfeder 32
erzwungen.
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Im weiteren werden Teile der Vorrichtung in ihren Einzelheiten beschrieben.
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Die schrittweise Bewegung des Schalter: wird als selbsttätige Bewegung,
wie gesagt, durch den Elektromagneten i bewirkt. Dieser ist, wie in den Fig. 3 und
d. dargestellt, v orteilhaft mit geschlossenem magnetischem Stromkreis ausgebildet..
Der bewegliche Anker 2 ist in bezug auf die Drehachse 3 so au-,-geglichen, daß er
gegen Stöße und Erschütterungen unempfindlich ist. Die Ausführung nach der Fig.
3 eignet sich für den Fall, lall der Anker selbst einen Anschlag bei der Anzugbewegung
.bilden soll,. während bei der Ausführung nach Fig. -. der Stoß am Ende des Anzughubes
durch magnetische: Abbretnsen der Bewegung verhütet wird.
Die festen
Teile der magnetischen Stromkreise bestehen aus zwei oder drei Stücken, die mittels
Schrauben vereinigt sind, um das Abnehmen der Spule 4. zu ermöglichen, ohne an der
eigentlichen Schaltvorrichtung zu rühren.
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Durch den Anker 2- wird eine Schaltklinke betätigt, welche die Nockenwelle
3 oder eine Zahnstange beim Anziehen des Ankers verstellt. Es kann auch eine solche
Anordnung getroffen werden, daß das Anziehen des Ankers gegen die Kraft einer Rückholfeder
erfolgt und daß erst bei der Rückbewegung des Ankers unter Wirkung der Rückholfeder
sich das Vorrücken des Schaltwerkes ergibt.
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Gemäß der Ausführungsform nach der Fig. 5 -erfolgt die Übertragung
der Klinkenbewegung unter Verwendung des Zahnrades g. Die Schaltklinke 5 sitzt auf
einem Zapfen 6, welcher von einem mit dem Anker 2 verbundenen Arm 7 getragen wird.
Eine Feder Io hält diese Klinke in Eingriff mit den Zähnen des Zahnrades g. Die
Klinke 5 wird in der Ruhelage durch einen festen Anschlag i i außer Eingriff mit
dem Zahnrad gebracht und kann mit diesem unter dem Einfluß der Feder Io erst nach
einer gewissen Drehung des Armes 7 in Eingriff kommen. Infolgedessen kann in der
in Fig. 5 gestrichelt angedeuteten Ruhelage der Klinke-das Zahn-.ad c9 zurückgedreht
werden.
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Die absatzweise erfolgende Drehbewegung des Zahnrades wird auf eine
die Kontakte steuernde Nockenscheibe übertragen. Eine derartige Steueranordnung
ist in den Fig. 6 und 7 dargestellt. -Fig. 6 zeigt - die Kontakte, und zwar den
festen Kontakt 12 und den beweglichen Kontakt 13. Der Kontakt i2 ist am Gestell
der Schaltvorrichtung befestigt, während der Kontakt -13 .an einem um eine Achse
15 drehbaren Winkelhebel 14 befestigt ist. Die Kontakte sind elektrisch von
ihren -Trägern isoliert. In der Schaltlage nach Fig. 6 sind die Kontakte geöffnet,
wobei der untere Arm des Hebels 14 sich gegen den Umfang der Nockenscheibe 16- -legt,
so daß jede gewünschte Schließbewegung des -Kontaktes 13 verhindert wird.
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Dreht sich nun die Nockenscheibe 16 in Pfeilrichtung (Feg. 6), so
wird der Kontakt 13 geschwenkt, da ein Nocken 16" auf eine kleine, am Hebel 14 angelenkte
Klinke 17 wirkt, deren. Schwenkbewegung im Uhrzeigersinn durch den Anschlag 18
begrenzt ist. Das Ganze gelangt in die Lage nach Fig. 7, wobei der untere Arm des
Hebels 14 in eine seine Schwenkbewegung ermöglichende Aussparung 16v der Nockenscheibe
16 einfällt.
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In dieser Lage wird jede ungewünschte Trennbewegung der Kontakte infolge
der Führung der beiden Arme des Winkelhebels 14 auf - der Nockenscheibe verhindert.
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Wird die Nockenwelle 3 erneut durch den Elektromagneten gedreht, so
werden die Kontakte zwangsläufig mittels der Schrägfläche 16, der Nockenscheibe
16, die auf den unteren Arm des Hebels 14 einwirkt, geöffnet, und die Nockenscheibe
gelangt in die in Fig. 6 gestrichelt angedeutete. Lage, wobei wiederum jede Kontaktbewegung
wie in der Ruhelage durch den Winkelhebel 14 verhindert wird.
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Die Rückkehr der Vorrichtung in die Nulllage in der Pfeilrichtung
entgegengesetzten Richtung wird dadurch ermöglicht, daß sich die Klinke 17
unter der Wirkung des Vorsprungs 16a der zurückdrehenden Nockenscheibe 16 linksherum
drehen kann.
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Die Anordnung wurde nur in Anwendung auf einen einzigen Kontakt beschrieben,
eignet sich aber auch für mehrere an einer oder an jeder Seite der -Nockenwelle
angeordnete und durch untereinander versetzte -Nockenscheiben gesteuerte Kontakte.
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Der beschriebene Schritthalter wird durch eine Anordnung, vervollständigt,
welche die Schaltsicherheit erhöht, den Schalter in den verschiedenen Stellungen
verrastet, ihn am Ende der Bewegung verriegelt und - seine Rückkehr in die Nullage
sichert.
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Gemäß einer ersten Ausführungsforen weist diese Anordnung ein Kerbenrad
I9 (Feg. 8) auf, dessen Kerben I9a in einer der Anzahl der Schaltstellungen des
Schritthalters entsprechenden Zahl vorgesehen sind. Dieses Rad, das mit der Nockenwelle
3 umläuft, verstellt sich bei jedem Stromstoß um eine Kerbe vor einer mit einer
Feder 2 i versehenen Klinke 2o, die aber wegen eines auf ihr vorgesehenen Zapfens
22 nur teilweise in die Kerben iga eindringt. Der Zapfen 22 an der Klinke 2o stützt
sich normalerweise an der Schrägfläche 34a eines Daumens 34 ab, der frei um die
Welle 3 schwingt und unter Wirkung eines sogenannten Ver riegelungsmagneten (nicht
dargestellt) steht.
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Das nur teilweise Eindringen der Klinke 2b in die Kerben iga bildet
lediglich eine Verrastung, die jedoch eine-Drehung der Scheibe ig im Sinne des eingetragenen
Pfeiles ermöglicht. Zu diesem Zweck sind die Kerbenwandungen auf der einen Seite
abgerundet und auf der anderen Seite nicht. Auf diese .Weise werden die Stellungen
der Welle 3 bestimmt.
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Das Rad ig trägt außerdem einen Auslösearm 24 (Feg. 8), der lose auf
der Welle 3 sitzt und mit einer Aussparung 24a versehen ist. Sobald das Rad 19
nach Erreichen der letzten Kerbe eine neuerliche Verdrehung erfährt, hebt der von
dem Rad i g mittels eines Zapfens 25 mitgenommene Arm 24 die Klinke
2o
.aus, so daß diese vollständig außer Eingriff mit den Kerben gelangt; die Nockenwelle
und das Kerbenrad können nunmehr unter Einfluß einer gemeinsamen Rückholfeder 32
in die Nullage zurückkehren. Während der Rückkehr bleibt der Arm 24. unbeweglich
unter der Klinke 2o, von der er am Ende der Rückbewegung durch einen am Rad i9 befestigten
Zapfen 26 weggedrückt wird. Die Ausnehmung 24, ist nämlich ebenso wie die Kerben
I9a des Rades i9 mit einer Anlaufschrägung versehen.
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Sobald sich jedoch der Anker des Verriegelungselektromagneten dreht,
nimmt er den Daumen 3-. in Pfeilrichtung (Fig. 9) mit und ermöglicht so ein völliges
Eindringen der Klinke 2o in die Kerben i9" des Rades i9 und damit eine Verriegelung
der Nocken in einer bestimmten Lage. Auf dem Daumen 3.4 ist um eine Achse 33 drehbar
eine Klinke 23 angebracht, deren eines Ende sich gegen einen auf dem Daumen befestigten
Anschlagstift35 legt. Sobald der Anker des Verriegelungsmagneten zurückfällt, wird
der Daumen 34: verschwenkt. Dabei hebt die Klinke 23 die Klinke 2o aus der jeweiligen
Kerbe I9a heraus. Die Verriegelung ist damit aufgehoben. Das Rad i9 kann mit allen
seinen Kerben I9a an der Klinke 20 in der Rückwärtsrichtung vorbeigehen. Der ganze
Schalter kehrt auf diese Weise in seine Nullstellung zurück. Gemäß einer anderen
Ausführungsform besteht die Anordnung zum Verrasten der Stellungen und der Verriegelung
aus einem Rad 19 mit Kerben I9a und einer Klinke 27 (Fig. Io), welche drei Lagen
einnehmen kann i. Ist die Klinke vollständig abgehoben, so ist die Bewegung der
Nockenscheibe 16 über die erste Stellung hinaus nicht möglich, da die Welle 3 nicht
verrastet ist und infolgedessen bei Aufhören des Stromstoßes durch die Rückholfeder
in die Ruhelage zurückgeführt wird.
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2. Wird die Klinke 27 durch eine Spule 29 über die Feder 28 angezogen,
so verrastet sie die verschiedenen Lagen der Welle 3, ermöglicht aber deren Weiterdrehung.
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3. Am Hubende (dritte in Fig. Io dargestellte Kerbe) dringt die Klinke
tief in das Rad i 9 ein, so daß sie dieses und damit auch die -Nockenscheibe 16
völlig verriegelt.
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Die Klinke 27 ,kann einem mechanischen oder elektrischen Auslöser
29 zugeordnet sein.