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Einrichtung und Verfahren zum Prüfen der Kontaktlebensdauer von Motorschaltgeräten
Die
Kontakte vieler Motorschaltgeräte, besonders von Schützen zum Steuern von Drehstromkurzschlußmotoren
für Werkzeugmaschinen u. dgl., müssen eine sehr hohe Lebensdauer aufweisen, da sie
bis zu vielen hundert Malen in der Stunde geschaltet werden. Bei der Entwicklung
solcher Geräte ist es daher erforderlich, die Kontakttebensdauer an zahlreichen
Kontaktformen zu prüfen und an Hand der Dauerprüfungsergebnisse Verbesserungen zur
Erhöhung der Lebensdauer treffen zu können.
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Der Kontaktabbrand hängt nicht nur in starkem Maße von der Höhe des
ein- bzw. auszuschaltenden Stromes und der jeweils zugeordneten Spannung ab, sondern
auch von der Art der zu schaltenden Belastung, und verläuft z.B. bei Wid!erstandslast
anders als bei motorischer Belastung. Diese Untersuchungen müssen daher mit Motoren
durchgeführt werden, wenn sie ein zutreffendes Bild der zu erwartenden Kontaktlebensdauer
ergeben sollten. Dies erfordert die Anschaffung einer großen Zahl von Motoren verschiedener
Nennstromstärken, Nennspannungen, Drehzahlen, Kapselungsarten (Luftspalt) usw. Da
ferner diese Motoren bei jeder Schaltung an- und wieder auslaufen müssen, kann die
Schalthäufigkeit bei der Prüfung nur in sehr mäßigen Grenzen. gehalten werden. Die
Dauer jedes einzelnen Versuches erstreckt sich daher über viele Monate. Dazu kommt
der große Raumbedarf
solcher Anlagen und die außerordentlichen hohen
Stromkosten infolge der Notwendigkeit, die volle Motorleistung nutzlos abzubremsen.
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Ersatzanordnungen mit rein Ohmscher Widerstandslast, die zur Verbilligung
und Abkürzung derartiger Untersuchungen vorgeschlagen worden sind, ergeben ein unrichtiges
Bild. Denn selbst wenn die Stromstärke beim Einschalten gleich dem Kurzschluß strom
des Motors bemessen wird, entspricht die Phasenlage zwischen Strom und Spannung
nicht der beim stillstehenden Motor; infolgedessen erscheint bei Schützen, deren
Kontakte nicht ganz vermeidbare Prellerscheinungen zeigen, das Bild zu günstig.
Andererseits liegen die Verhältnisse bei Ohmscber Last zum Teil wiederum ungünstiger
wegen der fehlenden Gegen-EMK des Motors.
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Um diese Mängel zu beseitigen, wird nach der Erfindung der mit dem
zu prüfenden Schaltgerät zu betreibende Motor mittels geeignet bemessener Ohmscher
und induktiver Widerstände derart getreu abgebildet, daß der Strom und die Spannung
beim Schalten dieser Widerstände den entsprechenden Größen beim Schalten eines Motors
nach Größe und Phasenlage entsprechen.
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Zur Erläuterung der elektrischen Verhältnisse sind in Fig. I die
beim Ausschalten in Frage kommenden Größen eines Motors im Vektordiagramm dargestellt.
Die an den Motorklemmen liegende Spannung U treibt durch den Ständer einen Strom
Ji. Infolge der bei laufendem Motor erzeugten Gegen-EMK E ist jedoch beim Abschalten
des laufenden Motors die Spannung nicht gleich der Klemmenspannung U, wie bei Ohmscher
Belastung, sondern nur gleich der vektoriellen Differenz AU zwischen U und E. Gemäß
der Erfindung werden daher die Widerstände für die Ausschaltprüfung so bemessen,
daß sie beim Strom J einen Spannungsabfall AU bei einer Phasenverschiebung ç aufweisen
(Fig. 2), was bekanntlich z. B. durch Komhination Ohmscher und induktiver Widerstände
erreichbar ist. Eine derartige Anordnung kann nun mit sehr großer Schalthäufigkeit
ein- und ausgeschaltet werden, da hierbei nicht, wie bei Motoren, mechanische Massen
in Schwung zu setzen und wieder abzubremsen sind. Der Gesamtverbrauch an elektrischer
Arbeit und die dadurch entstehende Wärmeerzeugung sind entsprechend gering. Ferner
läßt sich die jedem beliebigen Motor entsprechende Einstellung der drei Größen mittels
regelbarer Widerstände und Selbstinduktionen durch Reihen-oder Parallelschaltung
leicht herstellen, so daß mit einer passend bemessenen Anlage verhältnismäßig geringen
Raumbedarfs bei erheblich geringerem Kostenaufwand für Anlage und elektrische Arbeit
die Prüfung in sehr viel kürzerer Zeit durchführbar ist als mit Motoren.
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Bei der Einschaltprüfung werden die Widerstände so- gewählt, daß
sie den Verhältnissen beim Einschalten des stillstehenden Motors entsprechen, d.
h. der Strom muß gleich dem Kurzschlußstrom des Motors, die Spannung gleich der
Motornennspannung und die Phasenverschiebung zwischen ihnen gleich der beim Einschalten
des stillstehenden Motors auftretenden sein. Die Einschaltprüfung ist für die Kontaktlebensdauer
von ebenso großer, zuweilen von größerer Bedeutung als die Ausschaltpnifung,. weil
z. B. bei elektromagnetisch betätigten Schützen und Feruschaltern beim Einschalten
trotz vorhandener Dämpfungseinrichtungen Prellschläge häufig nicht ganz vermeidbar
sind und hierdurch bei jeder, wenn auch kurzzeitigen Öffnung der Kontakte ein kurzer
Lichtbogen gezogen wird, der einen gewissen Kontaktabbrand verursacht.
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Diese Prüfungen können auch in der Weise kombiniert werden, daß auf
jede Einschaltung eines Prüfgerätes unmittelbar die Ausschaltung des Gerätes folgt,
während bei getrennten Einschaltversuchen die Ausschaltung, bei Ausschaltversuchen
dagegen die Einschaltung durch einen zweiten in Reihe liegenden Schalter in an sich
bekannter Weise vorgenommen wird.
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Das Schaltbild eines Ausführungsbeispieles der Einrichtung nach der
Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Bei dieser kombinierten Ein- und Aus schaltprüfeinrichtung
ist der als Prüfstromquelle dienende Transformator T mit zweckmäßig regelbaren Anzapfungen
A,, A2 versehen. Die Spannung zwischen den Anzapfungen Al je zweier Phasen entspricht
der Nennspannung des Motors, die Spannung zwischen den Anzapfungen A2 entspricht
der Größe AU der Fig. 1 und 2, die ebenso wie die übrigen erforderlichen Größen
durch Rechnung oder Messung an entsprechenden Motoren vorher festgestellt worden
sind. Durch ein elektromagnetisch betätigtes Umschaltschütz B, dessen Kontakthebel
bei Nichterregung seiner Schaltspule b die dargestellte obere Lage einnehmen, kann
von der Anzapfung Al durch Erregung der Schaltspule b auf A2 umgeschaltet werden.
Hinter dem Umschaltschütz liegt das Prüfgerät P, das z. B. ein normales Luft- oder
Olschütz sein kann, das bei Erregung seiner Schaltspule p seine Kontakte schließt.
Natürlich können auch beliebige andere Schaltgeräte mit Fern- oder Handschaltung,
wie Dreh- und Walzenschalter, Druckknopfschalter, Hebeischalter u. dgl., an Stelle
des SchützesP mittels der Einrichtung geprüft werden. Sofern sie keinen Magnetantrieb
haben, können sie für die Prüfung mit einem solchen gekuppelt werden oder auch unmittelbar
mechanisch durch Nocken, Exzenter od. dgl. gesteuert werden.
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An den abgehenden Klemmen des Prüfgeräts sind Widerstandskombinationen
aus regelbaren Ohmschen Widerständen R1 und induktiven Widerständen, angeschlossen.
Ri und Xt werden so eingestellt, daß sie bei Stellung des Umschalters B auf A1 beim
Einschalten des Prüfschalters P1 eine dem Motoranlauf entsprechende Stromstärke
bei einer entsprechen'den Phasenverschiebung aufnehmen, also z. B. den fünffachen
Motornennstrom bei cos w = 0,4. Hierbei wird durch vorheriges Einschalten eines
Schützes K ein Sterapunkt gebildet.
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Bei ausgeschaltetem Schützt liegt in Reihe mit R1 : X1 eine zweite
regelbare Widerstandskombination, X2, deren äußere Enden zu einem Sternpunkt verbunden-
sind. Bei der unteren Stellung des Umschalters B auf A2 und Reihenschaltung der
Widerstandskombination
R2, X2 mit Rt, X1 entsprechen Strom und Spannung den Verhältnissen bei Abschalten
des laufenden Motors nach Fig. 2, d. h. der Strom der Größe J und die Spannung der
Größe dU.
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Zur selbsttätigen Prüfung werden, z.B. durch einen Steuermotor M,
Nockenschal-ter S, bis 83 gedreht. Hierbei schließt zunächst Sl den Stromkreis der
Schaltspule k des Schützes K an d.ie Steuerspannung V. Hierdurch wird der Sternpunkt
für die Einschaltprüfung gebildet. Sodann schaltet S2 über die Schaltspule p das
Prüfgerät P ein. Der Umschalter B steht bei unerregter Schaltspule b in der dargestellten
oberen Stellung, in der er den Prüfschalter mit A1 verbindet. Beim Einschalten des
Prüfschalters treten daher am Prüfgerät Strom, Spannung und Phasenverschiebung in
einer dem Motoranlauf entsprechenden Größe auf, so daß die Schalterkontakte in der
gleichen Weise beansprucht werden wie beim Einschalten eines entsprechenden Motors.
Sodann wird durch Weiterdrehung von 8i das Schütz K wieder geöffnet, durch 83 der
Umschalter B auf A2 umgeschaltet und schließlich durch 82 der Prüfschalter P geöffnet,
so daß er die Abschaltung unter dem laufenden Motor entsprechenden elektrischen
Verhältnissen vornimmt.
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Bei jeder Umdrehung wiederholt sich das Spiel.
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An Stelle getrennter Ohmscher Widerstände R1, R2 kann es unter Umständen
vorteilhaft sein, den Ohmschen Widerstand in die Wicklungen der Drosselspulen X1
und X2 zu legen. Durch andere Einreglung dieser Widerstände kann man auch Prüfungen
auf Motorumkehrbetrieb vornehmen.
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Natürlich ist auch der sogenannte Tippbetrieb nachahmbar, bei dem
der Motor nur kurz zum Anrucken gebracht wird; hierbei müssen der Ausschaltstrom
und die Ausschaltspannung durch entsprechende Einreglung der Widerstände mehr den
Verhältnissen beim Anlauf angenähert werden.
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Die Steuerung der selbsttätigen Prüfeinrichtung kann auch durch Hilfskontakte
am Prüfgerät selbst bzw. den Hilfsgeräten B und K bewirkt werden.