DE842510C - Periodischer Schalter mit motorischem Antrieb - Google Patents

Description

(WlGBL S. 175)

AUSGEGEBEN AM 26. JUNI 1952

E 3330 VIIIb/2ic

Die Erfindung bezieht sich auf einen motorisch angetriebenen Schalter zum periodisch abwechselnden Ein- und Ausschalten eines Stromkreises sowie auch auf eine Ausgestaltung dieses Schalters als Einrichtung zur Phasentrennung bzw. Umrichtung eines Wechselstroms und setzt sich zum Ziel, einen auch für große Schaltleistungen verwendbaren mechanischen Schalter von möglichst einfacher Bauweise zu schaffen, bei dem insbesondere eine extrem hohe Schaltgeschwindigkeit und damit eine entsprechende Verkürzung und gegenseitige Angleichung der Ein- und Ausschaltzeiten erreicht sowie die schädliche Funkenbildung unterdrückt wird.

Derartige Schalter finden auf den verschiedensten Gebieten zur Steuerung von elektrischen Geräten Anwendung, so unter anderem zur Taktung der Schweißtransformatoren von Naht- oder Vielpunktschweißmaschinen, wie z. B. Gitterschweißmaschinen. Für diese Zwecke sind bisher verschiedene, sowohl mechanisch; als auch elektrisch gesteuerte Schalter vorgeschlagen worden. Die bekannten mechanischen Geräte arbeiten mit motorisch angetriebenen Nocken oder Rastenscheiben, wobei für den Ein- und Ausschaltvorgang je ein eigener Schalter, z. B. Kontaktbügel, mit den zugehörigen Ubertragungsorganen und je eine Nocken- oder Rastenscheibe vorgesehen sind. Mit Rücksicht auf die Form der Nocken oder Rasten, deren Flankensteilheit durch die mechanischen Betriebsbedingungen begrenzt ist, ist bei diesen Anordnungen ein ziehendes Einschalten unvermeidlich, dem ein noch erheblich langsameres Ausschalten folgt. Die Schaltgeschwindigkeit ist dabei von der Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle abhängig. Die bei dieser langsamen Schaltung entstehende Funkenbildung bringt wieder einen starken Verschleiß der Kontakte mit sich. Zur Unterdrückung der Funkenbildung sind daher komplizierte Maßnahmen erforderlich;

entweder müssen elektromagnetische Funkenlöscher verwendet werden oder der Antrieb mit einem Synchronmotor erfolgen, bei dem durch besondere Einrichtungen für die Schaltung jeweils im Nulldurchgang gesorgt wird.

Außer den hier dargelegten Gründen weisen derartige mechanische Schalter einerseits einen verhältnismäßig komplizierten Aufbau auf, andererseits ist ihre Anwendung in bezug auf die Schaltleistung beschränkt. Für hohe Leistungen werden dann elektristhe Relaisschalter mit Steuerschützen bzw. auch masselose Steuerungen mit Röhrenrelais verwendet. Auch diese Systeme führen zu sehr verwickelten Anordnungen.

Nach der Erfindung werden die angeführten Nachteile eines motorisch angetriebenen mechanischen Schalters dadurch vermieden, daß er mit einem von einem Stößel geführten, beideSchalttakte ausführenden Schaltbügel versehen ist, der durch zwei mitmin-

ao destens einer rotierenden Sperrscheibe zusammenarbeitende und mit dem Stößel verbundene Klinkenoder Rastenhebel betätigt wird und den Stromkreis abwechselnd schließt und öffnet, wobei der die Einschaltung bewirkende Hebel an den Stößel anas gelenkt, der Ausschalthebel in einem Längsschlitz desselben geführt ist und die beiden Hebel durch ein System von zwei gleichsinnig wirkenden Zugfedern, deren eine die beiden Schaltarme verbindet, gegeneinander und gegen die zwischen ihnen angeordnete Sperrscheibe gedrückt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält der Schalter nur eine gemeinsame Sperrscheibe, mit der beide als Winkelhebel ausgebildete Klinkenhebel im Eingriff stehen, wobei der in die Sperrscheibe eingreifende Arm des Einschalthebels mit einer Klinke und derjenige des Ausschalthebels mit einer Klaue versehen ist.

Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung besteht der Schalter aus zwei, auf zueinander parallelen, durch einen Zahnradtrieb gegenläufig angetriebenen Wellen angeordneten Sperrscheiben und zwei die Gegenrasten tragenden, mit je einer Sperrscheibe in der oben beschriebenen Weise zusammenarbeitenden einarmigen Hebeln. Die Kontaktzeit kann dabei auch bei gleichbleibender Drehzahl des Getriebes in einfacher Weise willkürlich eingestellt werden.

Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Schalters wird erreicht, daß sowohl das Ein- als auch das Ausschalten durch Einfallen der Klinke oder Klaue des jeweiligen Schalthebels in die Rast bzw. die zugehörige Raste erfolgt; es wird also für beide Schaltvorgänge eine gleichsinnige Bewegungsphase des Sperrscheibenmechanismus ausgenützt, und die Arbeitsflanken der Rasten können extrem steil, d. h. radial, in die Scheibe eingeschnitten" werden. Ein- und Ausschaltzeiten werden dadurch untereinander gleich und von der Drehzahl der Sperrscheibe unabhängig und sind nur mehr durch die Federkraft der die Schalthebel haltenden Zugfeder bedingt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung eignet sich insbesondere auch dazu, die in periodisch wiederkehrender Reihenfolge nach einer bestimmten Vorschrift erfolgende Ein- und Ausschaltung mehrerer elektrischer Stromkreise zu steuern. Die einzelnen Schalttakte können dabei bezüglich Leistung, Schaltdauer usw. gleich oder unterschiedlich sein; sie können auch aufeinander folgen oder einander übergreifen.

Zu diesem Zweck wird eine den Schalttakten entsprechende Anzahl von Schaltern der oben beschriebenen Art mit einer gemeinsamen Welle angetrieben. Phasenlage und Schaltdauer jedes einzelnen Takts können dabei durch entsprechende Justierung der Sperrscheibe auf der Welle bzw. der relativen Lage der Schalthebel zur Sperrscheibe beim Zusammenbau des Geräts oder gegebenenfalls auch nachträglich eingestellt werden.

Im einfachsten Fall sollen, wie dies z. B. bei einer Mehrtaktschweißmaschine, wie etwa einer Vielpunkt- oder Gitterschweißmaschine, erforderlich sein kann, mehrere, vorzugsweise parallel am Netz liegende Stromkreise in rascher Folge nacheinander ein- und wieder ausgeschaltet werden.

Zu diesem Zweck werden nach der Erfindung mehrere kongruente Schaltereinheiten mit in bezug auf die Winkellage äquidistant gegeneinander versetzten Sperrscheiben auf eine gemeinsame ÄS: triebswelle aufgesetzt.

Eine besondere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schalters ermöglicht es, diesen zur Phasentrennung bzw. Umrichtung eines Wechselstroms zu verwenden. Zu diesem Zweck ist der Stromkreis mit zwei Unterbrechungsstellen und der Stößel jeder der auf der gemeinsamen Antriebswelle sitzenden Schaltereinheiten mit zwei an seinen Enden angeordneten Schaltbügeln versehen, wobei der Antrieb durch einen Synchronmotor und die Einstellung der Schaltzeitpunkte auf Nulldurchgang sowie der Schaltzeiten auf die halbe Periode des Wechsel- ioc Stroms erfolgt.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der in der Zeichnung· dargestellten Ausführungsformen des Schalters beschrieben.

Fig. ι zeigt einen Schalter mit einer einzigen Sperrscheibe in vier aufeinanderfolgenden Phasen ι a bis ι d des Schaltvorgangs; .

Fig. 2 eine Anordnung zur Mehrtaktschaltung mit drei auf einer gemeinsamen Antriebswelle sitzenden Schaltern; in

Fig. 3 und 4 ist eine Ausführungsform der Err findung mit zwei Sperrscheiben je Einheit in Ansicht und Schnitt, in · ;

Fig. 5 eine Ausgestaltung des Schalters zur Verwendung für Phasentrennung eines Wechselstroms oder als Umrichter dargestellt;

Fig. 6 zeigt schließlich ein Diagramm des nach positiven und negativen Halbwellen aufgespaltenen Wechselstroms. iao

Bei der in Fig. ia bis id dargestellten Ausführungsform des Schalters ist der Stromkreis 1 an der Unterbrechungsstelle mit zwei Kontakten 2-2' versehen, die durch den Kontaktbügel 3 überbrückt sind. Dieser ist an dem Stößel 4 waagebalkenartig ia$ angelenkt und wird durch dessen horizontale Hin-

undherbewegung an die Kontakte angedrückt bzw. von diesen abgehoben.

Diese Schaltbewegungen des Stößels werden von den beiden in 5 und 6 drehbar gelagerten, als Winkelhebel ausgebildeten Hebeln 7 und 8 gesteuert, deren rechter, der Einschalthebel 7, am Stößel angelenkt ist, während der linke, der Ausschalthebel 8, in eine am freien Ende des Stößels befindliche Schlitzführung 4' eingreift. Der andere Hebelarm des Einschalthebels 7 ist als Klinke 7', derjenige des Ausschalthebels 8 dagegen als Klaue 8' ausgebildet. Diese beidenHebelarme sind etwa waagerecht gegeneinander gerichtet und arbeiten mit einer symmetrisch zu ihnen angeordneten, um die Welle 9 rotierenden gemeinsamen Sperrscheibe 10 zusammen. Diese ist mit einer sägezahnartigen Raste versehen, deren in Drehrichtung voraus liegende Flanke jo' etwa radial eingeschnitten ist.

Die beideti Hebel werden durch ein System von zwei im gleichen Sinn wirkenden Zugfedern 11 und 12 sowohl gegeneinander als auch an die Sperrscheibe angedrückt. Die eine Feder 11 ist oberhalb des geschlitzten Endes 4' des Stößels am Ausschalthebel 8 befestigt, während die zweite Feder 12 die beiden Schaltarme der beiden Winkelhebel miteinander verbindet.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist nun folgende: Bei der in Fig. ia dargestellten Phase liegen Klinke 7' und Klaue 8' noch auf dem vollen Rand der Scheibe 10 auf, Hebel 7 drückt daher den Stößel 4 nach rechts, Hebel 8 spielt frei in dem Schlitz 4', der Kontaktbügel 3 ist abgehoben, der Kontakt 2-2' geöffnet, die Federn 11 und 12 sind gespannt.

Bei geringem Weiterdrehen der Sperrscheibe 10 in Pfeilridhtung wird die in Fig. Db dargestellte Lage erreicht, die den Schalter im eben eingeschalteten Zustand darstellt. Der Hebel 7 fällt mit derKlinke 7' unter dem Zug der Feder 12 praktisch ohne Verzögerung in die Rast 10' ein und nimmt den Stößel 4 nach links mit; der Kontaktbügel 3 schließt ruckartig mit minimaler Schaltzeit die Kontakte 2-2' und damit den Stromkreis 1. Die Lage des Winkelhebels 8 ist unverändert geblieben, das innere Ende des Schlitzes 4' des nach links gedrückten Stößels 4 hat sich jedoch an den Führungsbolzen angelegt.

Fig. ic zeigt die Lage des Schalters nach noch etwas weiterer Drehung: Der Ausschalthebel 8 fällt unter dem Zug der Feder 11 mit der Klaue 8' in die Rast 10' wieder mit der gleichen Geschwindigkeit ein, wie früher die Klinke des Einschalthebels, und bewegt den Stößel 4 mit dem Schaltbügel 3 nach rechts; der Kontakt 2-2' wird geöffnet, wobei die Ausschaltzeit gleich der Einschaltzeit ist. Durch die Mitbewegung des Einschalthebels 7 wird die Klinke 7' frei angehoben; beide Federn 11 und 12 sind entspannt.

In Fig. id ist eine Zwisöhenstellung der offenen Phase dargestellt. Die Scheibe 10 hat die Klinke 7' bereits unterfaßt; die Klaue 8' ist noch nicht völlig angehoben; beide Federn 11 und 12 sind vorgespannt. Während der folgenden kleinen Drehung wird der Einschalthebel 8 noch etwas nach links gedreht und die Hebelstellung der Fig. ia erreicht, die während des größten Teils der vollen Umdrehung erhalten bleibt. Die Zeit, während der der Stromkreis ι eingeschaltet ist, hängt von der Drehgeschwindigkeit der Sperrscheibe und dem Abstand der Klaue 8' von der Klinke 7' ab und ist bei der dargestellten Ausführung nur ein kleiner Bruchteil der vollen Tastperiode, die einem Umlauf der Sperrscheibe entspricht. Dadurch ist es möglich, mehrere Einheiten der beschriebenen Art mit derart gegeneinander versetzter Lage der Schaltzeitpunkte auf einer die Sperrscheiben 10 gemeinsam antreibenden Welle 9 anzuordnen, daß eine entsprechende Anzahl, z. B. parallel geschalteter Stromkreise nacheinander eingeschaltet werden kann.

In Fig. 2 ist eine solche Anordnung mit drei Schaltern A, B, C dargestellt, deren Schaltlagen denjenigen der Fig. ia, ib und ic entsprechen. Der Kreis C war als letzter geschlossen und wurde vor Einschalten des im dargestellten Moment geschlossenen Kreises B geöffnet. Bei Weiterdrehen im Pfeilsinn wird der Stromkreis von B geöffnet und danach der zu A gehörige geschlossen. Die Anzahl der in einer Anlage dieser Art unterzubringenden, nacheinander zu taktenden Stromkreise hängt lediglich von jenem Bruchteil der vollen Umdrehung ab, der dem für einen Schalttakt erforderlichen Drehwinkel der Sperrscheibe 10 entspricht.

Fig. 3 zeigt die obenerwähnte Variation der erfindungsgemäßen Ausführung des Schalters mit zwei getrennten, gegenläufig angetriebenen Sperrscheiben, aber einem gemeinsamen Hebel- und Federsystem, das mit dem oben beschriebenen im Prinzip übereinstimmt.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3, wobei zwei von mehreren auf dem Wellenpaar aufsitzenden Schaltern eingezeichnet sind. Gleiche Teile sind mit den gleichen Ziffern bezeichnet wie in Fig. 1 und 2.

Die Anordnung der Kontakte 2-2' des Kontaktbügels 3 und des Stößels 4 mit dem geschlitzten Ende 4' stimmt, ebenso wie die Anordnung und Wirkungsweise der Zugfedern 11 und 12, vollständig mit der Ausführung des in Fig. 1 gezeigten Beispiels überein. Die beiden Schalthebel 13 und 14 sind jedoch einarmig ausgebildet, in den schräg unterhalb der um die beiden Wellen 15 und 16 rotierenden Sperrscheiben 17 und 18 liegenden Drehpunkten 5 und 6 gelagert und im übrigen in gleicher Art wie im ersten Fall an den Stößel 4 angelenkt bzw. in dessen geschlitztes Ende 4' geführt. Beide Hebel sind mit in Höhe des Scheibenmittels liegenden Rasten 13' bzw. 14' versehen, die je mit einer der Rasten 17' bzw. 18' der beiden Sperrscheiben 17 und 18 zusammenwirken. Die beiden Wellen sind durch die Stirnräder 19 und 20 miteinander gegenläufig gekuppelt. iao

Die Wirkungsweise dieser Anordnung stimmt mit derjenigen der Ausführungsform gemäß Fig. 1 vollständig überein, es ist lediglich die dortige Sperrscheibe 10 in die beiden Sperrscheiben 17 und 18 aufgelöst, wodurch sich als besonderer Vorteil dieser Ausführungsform die Möglichkeit ergibt, die gegen-

seitige relative Winkellage der Rasten 17' und 18' und dadurch die Dauer des Schalttakts unabhängig von der Drehzahl des Getriebes willkürlich einzustellen. Dies erfolgt in einfacher Weise dadurch, daß eine, zweckmäßig die nicht angetriebene Sperrscheibenwelle 15. um die Breite des Ritzels axial verschiebbar ist, so daß der relative Abstand der beiden Rasten 17' und 18' in einer der Zahnteilung entsprechenden Abstufung eingestellt werden kann. Die Sicherung der Welle 15 in der Solllage des Getriebes erfolgt durch eine dieser Verschiebung entgegenwirkende Feder 21.

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung sind die beiden Ritzel 19 und 20 mit schrägen Verzahnungen versehen, so daß durch axiale Verschiebungen innerhalb ihres Eingriffsberekhs eine stetige Feineinstellung der Schaltzeiten möglich ist.

Aus dieser gemeinsamen Verstellung der untereinander gleichen Schaltzeiten aller parallel liegen-

ao den, getakelten Kreise ist gewünschtenfalls auch eine unterschiedliche Einstellung der Schaltzeit jedes einzelnen Kreises durch Verdrehung der Sperrscheiben der zugehörigen Schalter auf den Wellen möglich.

Die in Fig. 5 gezeigte Ausgestaltung des Schalters nach der Erfindung ermöglicht schließlich die Verwendung desselben zur Phasentrennung bzw. Umrichtung eines Wechselstroms, d. h. als Stromrichter. Es ist hierzu lediglich notwendig, in symmetrischer Lage zu beiden Enden des links über den Führungsschlitz verlängerten Stößels 24 je eine Unte/-brechungsstelle des Stromkreises mit den Kontakten 22-22' bzw. 23-23' anzuordnen, die durch die an beiden Enden des Stößels wiederum symmetrisch angeordneten Kontaktbügel 25 bzw. 26 abwechselnd geschlossen und geöffnet wird. Erfolgt der Antrieb der Anlage mit einem Synchronmotor und die Einstellung der Schaltzeitpunkte auf die Nulldurchgänge sowie der Taktzeiten auf die Halbperiode des Wechselstroms, so ist ohne weiteres klar, daß bei Aneinanderreihung einer entsprechenden Anzahl von Stromrichtern durch die aufeinanderfolgenden Schalttakte alle Halbwellen des Wechselstroms erfaßt und in den Ausgangskreisen 27 und 28 die- in Fig. 6 angedeutete Trennung der positiven und negativen Wellenzüge erreicht werden kann, was bei entsprechender Schaltung eine kontinuierliche Umrichtung ergibt.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   r. Schalter mit motorischem Antrieb zur periodischen Ein- und Ausschaltung eines oder mehrerer .Stromkreise, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem von einem Stößel (4) geführten, beide Schalttakte ausführenden Schalt-' bügel (3) versehen ist, der durch zwei mit mindestens einer rotierenden Sperrscheibe zusammenarbeitende und mit dem Stößel verbundene Klinken- oder Rastenhebel betätigt wird und den Stromkreis. periodisch schließt und öffnet, wobei der die Einschaltung bewirkende Hebel an den Stößel angelenkt, der Ausschalthebel in einem Längsschlitz desselben geführt ist und beide Hebel durch ein System von zwei gleichsinnig wirkenden Zugfedern (11, 12), , deren eine (12) ihre beiden Schaltarme verbindet, gegeneinander und gegen die zwischen ihnen angeordnete Sperrscheibe gedrückt werden. ■ · .
2. 2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er nur eine Sperrscheibe (10) enthält, mit der beide, als Winkelhebel (7, 8) ausgebildete Klinkenhebel im Eingriff stehen, von denen der Einschalthebel (7) mit einer Klinke (7') und der Ausschalthebel (8) mit einer Klaue (8') versehen ist (Fig. ia bis id).
3. 3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei, auf zueinander parallelen, durch einen Zahnradtrieb (19,20) gegenläufig angetriebenen Wellen (15, 16) angeordneten Sperrscheiben (17,18) und zwei dieGegenrasten (13', 14') tragenden, je mit einer der Scheiben zusammenarbeitenden einarmigen Hebeln (13, 14) besteht (Fig. 3, 4).
4. 4. Schalter zur aufeinanderfolgenden Einschaltung mehrerer, vorzugsweise paralleler Stromkreise, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Stromrichtereinheiten (A, B, C...) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit gegeneinander gestaffelter Drehlage der Sperrscheiben (10 bzw. 17, 18) auf einer gemeinsamen Antriebswelle (9 bzw. 16) angeordnet sind (Fig. 2 und 4).
5. 5. Schalter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnradkupplung durch axiale Verschiebung, vorzugsweise der nicht angetriebenen Sperrscheibenwelle (15), lösbar ist, wodurch die zugeordneten Winkellagen der Rasten (17', 18') und damit die Einschaltzeit des Stromkreises (1) bzw. aller Kreise gleichmäßig verändert werden kann (Fig. 4).
6. 6. Schalter nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähnräder (19, 20) mit Schrägverzahnungen versehen sind, so daß durch axiale Verschiebung innerhalb des Eingriffsbereichs eine Feineinstellung der Schaltzeiten erfolgen kann.
7. 7. Als Stromrichter wirkender Schalter nach den Ansprüchen 3,4<und! 6, dJadurdh gekenrozeidhnet, daß die Unterbredhungsstelle des zu schaltenden Wechselstromkreises mit zwei symmetrisch zu den Enden des Stößels angeordneten Kontaktpaaren (22-22' bzw. 23-23') und der Stößel (24) an jedem Ende mit einem Schaltbügel (25 bzw. 26) versehen ist, wobei der Antrieb durch einen Synchronmotor und die Einstellung der Schaltzeitpunkte auf die Nulldurchgänge sowie der Schaltzeiten auf die halbe Periode des Wechselstroms erfolgt und dadurch "o Phasentrennung bzw. Umriohtung desselben erreicht wird.(Fig. 5 und 6).

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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