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Schützensteuerung mit erhöhter Abschaltsicherheit für Antriebe von
Maschinen Die Entwicklung des Einzelantriebes von Maschinen hat dahin geführt, daB
der elektrische Schalter ganz allgemein an Stelle einer mechanischen Kupplung vom
Maschinenkonstrukteur verwendet wird. Im Falle der Gefahr für Maschine und Mensch
gilt die mechanische Kupplung als ein zuverlässiges Mittel, den Kraftfluß zu unterbrechen,
d. h, die Maschine von ihrer Kraftquelle zu trennen. Von der elektrischen Kupplung,
also dem Aus- und Einschalter, gilt der von Hand oder mechanisch unmittelbar betätigte
Hauptstromschalter ebenfalls als zuverlässig, wobei er verschiedene Ausführungen
als Walzenschalter, Messerschalter usw. haben kann. Im Gegensatz dazu gilt allgemein
der mittelbar gesteuerte Schalter, also das Schaltschütz mit einer Erregerspule,
deren Erregerstrom unterbrochen wird, nicht als unbedingt zuverlässiges Mittel zum
Abschalten des Hauptstromes zum Antrieb der Maschine im Gefahrenfalle. So wird beispielsweise
ausdrücklich der handbetätigte Hauptschalter für jede Werkzeugmaschine verlangt
und die Verwendung von Schützen als Hauptschalter nicht anerkannt. In Bestimmungen
über Einrichten und Betrieb von Aufzügen wird ausdrücklich vorgeschrieben, daB Notendausschalter
unmittelbar und zwangsweise den Motorstromkreis unterbrechen können, also es sind
hierfür ebenfalls Schütze nicht zugelassen. Durch diese Vorschriften kommt zum Ausdruck,
da.B ein Schütz allgemein nicht als zuverlässiges Ausschaltmittel zum Unterbrechen
des
Kraftflusses zur Maschine gilt. Diese Vorschriften decken sich mit der Erfahrung,
die gezeigt hat, daß Schütze aus verschiedenen Ursachen hängenbleiben können. Beispielsweise
kann durch hohen Stromdurchgang ein Festschweißen der Schaltkontakte eintreten.
Bei hohem Alter der Schütze zeigen sich Remanenzerscheinungen, die ein magnetisches
Klemmen herbeiführen können, insbesondere wenn die Kontaktdruckfedern, die die Ausschaltkraft
erhöhen, infolge Alterns nachlassen, und endlich können die mechanischen Teile an
einem Schütz bei großer Schalthäufigkeit so stark verschleißen., daß ein Festklemmen
eintreten kann. Dazu sind Schütze heute ein ausgesprochenes Massenprodukt, bei dem
verschiedene Toleranzen zufällig so zusammentreffen können, daß man damit rechnen
muß, daß ein Schütz einmal versagen kann.
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Andererseits haben sich die heutigen Schaltschütze, die in millionenfachen
Fällen zum Steuern von Maschinen verwendet werden, so gut bewährt, und in der Praxis
sind die Betriebsfachleute so sehr auf ihr zuverlässiges Arbeiten angewiesen, daß
sie in Wirklichkeit auch für viele Abschaltvorgänge, die Gefahr in sich schließen,
verwendet werden und gar nicht entbehrt werden können.
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Um die Abschaltsicherheit einer Schützenschaltung zu erhöhen, besteht
bekanntlich die Möglichkeit, mehrere mit ihren Erregerspulen parallel geschaltete
Schütze zu verwenden und deren Hauptkontakte so in Reihe zu schalten, daß beim Ausschalten
der Hauptstrom an mehreren Stellen gleichzeitig unterbrochen wird. Wenn dann schon
die Möglichkeit bestände, daß ein Schütz infolge von millionenfachen Schaltungen
oder infolge Alterns bei der Unterbrechung seines Erregerstromes einmal hängenbleibt,
so ist doch der Fall, daß beispielsweise zwei in Reihe geschaltete Schütze nun zufällig
in dem gleichen Augenblick gleichzeitig hängenbleiben, denkbar unwahrscheinlich.
In der Praxis ist auch dieser Fall noch nicht nachweisbar gewesen. Die Abschaltsicherheit
von Schützenschaltungen kann also durch die Anwendung von zwei oder mehreren Schützen,
deren Hauptkontakte in Reihe geschaltet sind, in sehr starkem Maße erhöht werden.
Nun könnte aber der Fall eintreten, daß ein Schütz hiervon dauernd hängenbleibt
und dieses Hängenbleiben nicht weiter beachtet wird. Dann übernimmt das zweite Schütz
die gesamte Ein- und Ausschaltleistung, und die Schützensteuerung arbeitet ohne
Störung weiter, aber die mehrfache Sicherheit wäre dann nicht mehr vorhanden.
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Diese Gefahr wird erfindungsgemäß dadurch behoben, daß der Erregerstromkreis
jeder der parallel geschalteten Spulen der mit ihren Hauptkontakten in Reihe geschalteten
Schütze über einen Ruhekontakt des anderen Schützes geführt ist und der Ruhekontakt
jedes Schützes gegenüber seinem eigenen Haltekontakt mit geringer Zeitverzögerung
oder mit vergrößertem Öffnungsweg ausgeführt ist. Durch diese Schaltung wird beim
Hängenbleiben eines der Schütze der Erregerstromkreis des anderen dauernd unterbrochen
gehalten, so daß ein Weiterarbeiten mit dieser schadhaften Schützensteuerung nicht
möglich ist. Erst wenn der Fehler behoben ist und beide Schütze wieder in ihre Ruhestellung
zurückgebracht worden sind, können beide Schütze wieder eingeschaltet und der von
ihnen gesteuerte Hauptstromkreis geschlossen werden. Die Erfindung läßt sich auch
bei Verwendung von mehr als zwei mit ihren Spulen parallel und ihren Hauptkontakten
in Reihe geschalteten Schützen verwenden, wobei der Erregerstromkreis jeder Schützspule
in Reihe über je einen Ruhekontakt der anderen Schütze geführt ist.
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In der Zeichnung sind vier Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Fig. i zeigt die Anwendung der Erfindung auf zwei durch einen gemeinsamen
Einschaltkontakt zu betätigende Schütze; Fig.2 zeigt die Anwendung auf eine Sicherheitsschaltung
für Pressen; Fig. 3 zedgt eine weitere Anwendung auf eine Sicherheitsschaltung für
Pressen; in Fig. q. ist die Anwendung der Erfindung auf drei Schütze dargestellt.
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Einander entsprechende Teile in den verschiedenen Figuren sind mit
denselben Bezugzeichen versehen.
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In Fig. i sind i und 2 die Spulen von zwei Schützen, deren Hauptkontakte
i h und 21z in Reihe geschaltet sind, um den Hauptstromkreis vom Netz
N zum Verbraucher A zur erhöhten Sicherheit doppelt zu unterbrechen.
Von den Schützspulen i und 2 werden noch die Arbeitskontakte i a und 2 a und die
Ruhekontakte i r und 2 r mitgeschaltet. Im Einschaltstromkreis liegt der Einschaltdruckknopf
6. Beim Schließen von 6 wird die Spule 2 über den Ruhekontakt i r und die Spule
i über den Ruhekontakt 2r erregt. Beide Spulen i und 2 erhalten gleichzeitig Spannung,
und beide Schützenanker springen in die Einschaltstellung. Sie schließen dabei ihre
Haltekontakte i a. und 2 a, über die für beide Schützspulen ein über den Ausschaltdruckknopf
5 und einen Endschalter verlaufender Haltestromkreis geschlossen wird. Während,
des Einschaltvorganges haben die Schütze aber gleichzeitig gegenseitig ihre Einschaltstromkreise
durch öffnen von ir und 2r unterbrochen. In der Praxis zeigt sich, daß die Ruhekontakte
i r und 2 r beim Einschalten nicht zu früh öffnen dürfen. Dies ist in der Zeichnung
durch die Federung des beweglichen Kontaktstückes angedeutet. Das Maß des Öffnungsweges
hängt von der Konstruktion des Schützes ab. Meist genügt die normale Ausführung,
mit der die Schütze in der Regel hergestellt werden. Andernfalls muß das erforderliche
Maß durch Versuche ermittelt werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die Einrichtung
auch dann noch zuverlässig arbeiten muß, wenn ein Schütz leichter .schaltet als
das andere, so daß sich in der Anzugszeit beider Schütze geringe Differenzen ergeben
können. Alle diese Bedingungen sind mit normalen, in der Serie hergestellten Schützen
leicht zu erreichen.
Das Ausschalten der beiden eingeschalteten
Schütze geschieht in der üblichen Weise durch Unterbrechen des Haltestromes durch
Betätigen des Ausschaltdruckknopfes 5 oder des Endschalters q.. Beide Spulen werden
gleichzeitig spannungslos, so daß beide Unterbrechungsstellen des Hauptstromes annähernd
gleichzeitig öffnen. Tritt nun der Fall ein, daß ein Schütz, beispielsweise das
Schütz i, hängenbleibt, dann unterbricht immer noch das Schütz 2 den Hauptstrom.
Dann ist das Schütz i in der Einschaltstellung und das Schütz 2 in der Ausschaltstellung.
Beim nächsten Wiedereinschalten des Einschaltdruckknopfes 6 tritt aber nun erfindungsgemäß
kein Einschalten des Verbrauchers A ein. Das Schütz i ist zwar in der Einschaltstellung,
aber es unterbricht durch seinen Ruhekontakt i r den Einschaltstrom für die Spule
des Schützes 2. Das Schütz 2 bleibt in der Ausschaltstellung. Die Maschine läuft
nicht wieder an. Tritt dieser Fall im praktischen Betrieb ein, so wird normalerweise
der überwachende Elektrofachmann geholt, welcher nunmehr die Störung am Schütz i
beseitigen muß, bevor ein Weiterarbeiten möglich ist. Ist eines der beteiligten
Schütze durch Verschleiß oder Defekte so unsicher geworden, daß die Störung öfter
eintritt, so wird durch die Erfindung eine Auswechselung des gefährlichen Schützes
erzwungen. Die beiden Schütze i und 2 überwachen sich erfindungsgemäß derartig,
daß, wenn ein Defekt an einem Schütz auftritt, der das Schütz zu einer Gefahr macht,
hierdurch das noch gute Schütz am Einschalten gehindert wird. Will man die Sicherheit
des zuverlässigen Ausschaltens noch weiterbringen, dann kann man mehr als zwei Schütze
mit den Hauptkontakten in Serie schalten, beispielsweise drei Schütze, wie dies
in Fig. q. angegeben ist. Dabei erhält zur gegenseitigen Überwachung jedes Schütz
eine entsprechende Anzahl von Ruhekontakten.
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Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung ist eine praktische Anwendung
der Erfindung auf die elektrische Einschaltung von Pressen. Hierbei wird eine sogenannte
Zweihandsicherheitseinrückung angewendet, indem die beiden Druckknöpfe 6 und 7 von
je einer Hand des Bedienungsmannes betätigt werden müssen, so daß der Bedienungsmann
beim Einschalten die Hände außerhalb des Gefahrenbereiches des Stößels haben muß.
Der Hauptstromkreis N-A dient zur Speisung der elektrisch betätigten Schwungradkupplung
der Presse. Sie soll ebenfalls beim Loslassen der Druckknöpfe 6 oder 7, also bei
Unterbrechung des Steuerstromes, mit größtmöglicher Zuverlässigkeit geöffnet werden.
Bei dem gefürchteten und gefährlichen Hängenbleiben eines Schützes tritt wiederum
die Sperrung der Arbeitsmöglichkeit der ganzen Maschine ein. Erst nach Beseitigen
des Defektes kann mit der Presse weitergearbeitet werden.
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Eine Erweiterung der Schaltung nach Fig. 2 für die Sicherheitseinrückung
von Pressen bildet die Schaltung nach Fig. 3. Durch die Hilfsschütze 8 und 9 werden
die Druckknöpfe 6 und 7 derart überwacht, daß nicht etwa einer davon willkürlich
festgestellt werden kann, und ferner ist durch den Endschalter io der Bedienungsmann
in die Lage versetzt, beim ungefährlichen Rückhub der Presse die Druckknöpfe 6 und
7 loszulassen. Auch bei dieser Schaltung mit den beidenHauptschützen 8 und 9 ist
das Weiterarbeiten erfindungsgemäß gesperrt, wenn eines der Schütze hängenbleibt
und so gefahrbringend wäre.
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Die Wirkungsweise der Steuerung nach Fig. 3 ist kurz wie folgt: In
der dargestellten Ruhelage ist die Steuerung durch den ausgeschalteten Hauptschalter
H spannungslos, und die Kontakte der Schütze und Hilfsschütze nehmen die dargestellte
Stellung ein. Die Presse steht in ihrer höchsten Stellung, in der durch den Endschalter
io der Kontakt ioa geöffnet und der Kontakt ioy geschlossen ist. Wenn nun der Hauptschalter
H eingelegt wird, werden die Hilfsschütze 8 und 9 sofort über folgenden Stromkreis
erregt: Vom Pluspol der Steuerstromquelle über den oberen Kontakt des Hauptschalters
H, die parallel geschalteten Spulen der Hilfsschütze 8 und 9, den Ruhekontakt 9
r bzw. 8r, die Ruhekontakte 6 y und 7 r
der Einschaltdruckknöpfe, den Kontakt
ior des Endschalters io und den unteren Kontakt des Hauptschalters H zum Minuspol
der Stromquelle. Die Hilfsschütze8 und 9 springen an und legen sich durch Schließen
ihrer Arbeitshilfskontakte 8 a1 und 9 a1 in einen von den Ruhekontakten der Druckknöpfe
6 und 7 unabhängigen Haltestromkreis. Über die Arbeitshilfskontakte 8 a und 9 a
bereiten sie den Erregerstromkreis für die Hauptschütze i und 2 vor. Wenn nun beide
Druckknöpfe 6 un.d 7 von je einer Hand des Bedienungsmannes gedrückt werden, wird
folgender Erregerstromkreis für die Hauptschütze i und 2 geschlossen. Vom Pluspol
der Steuerstromquelle über den oberen Kontakt des Hauptschalters H die parallel
geschalteten Spulen der Hauptschütze i und 2 über die Ruhekontakte 2 r bzw. i r,
die Arbeitskontakte 9 a und 8 a, die Druckknopfarbeitskontakte 7 a und 6
a und über den unteren Kontakt des Hauptschalters H zum Minuspol der Stromquelle.
Die Hauptschütze i können also ebenso wie die Hilfsschütze 8 und 9 nur erregt werden,
wenn ihre Ruhekontakte geschlossen sind, also keine der Schütze in der Einschaltlage
hängengeblieben sind. Bevor die Ruhekontakte i r und 2 r öffnen, schließen die Arbeitskontakte
i d und 2 a, über die dann der beschriebene Erregerstromkreis der Hauptschütze weiterverläuft.
Die Hauptschütze stellen durch Schließen ihrer Hauptkontakte i h und 2 h den Stromkreis
zur Speisung der elektrisch betätigten Schwungradkupplung der Presse her. Während
des gefährlichen Teiles des Arbeitsvorganges, also beim Niedergang des Pressestößels,
müssen die beiden Druckknöpfe 6 und 7 gedrückt gehalten werden. Beim Loslassen eines
der Druckknöpfe wird der Stromkreis für die Hauptschütze i und 2 unterbrochen, die
Hauptschütze schalten sofort die Schwungradkupplung der Presse aus, und diese wird
sofortabgebremst. WenndagegenderPressenhub durch Gedrückthalten der beiden Druckknöpfe
6
und 7 ordnungsgemäß zu Ende durchgeführt wird, wird in der untersten
Stellung der Presse der Endschalter umgelegt und hierbei der Kontakt ior geöffnet
und der Kontakt ioa geschlossen. Der Kontaktioa schließt hierbei,kurzbevorderKontaktior
geöffnet wird. Durch den Kontakt ioa wird über die Haltekontakte i a. und 2 a1 ein
von den Druckknöpfen 6 und 7 und von den Kontakten der Hilfsschütze 8 und 9 unabhängiger
Haltestromkreis für die Hauptschütze i und 2 geschlossen, so daß also während des
ungefährlichen Teiles des Arbeitsvorganges, also beim Hochgang des Pressestößels,
die beiden Druckknöpfe 6 und 7 losgelassen werden können. Durch Öffnen des Kontaktes
io r wird der Haltestromkreis für die Hilfsschütze 8 und 9 unterbrochen. Die Hilfsschütze
8 und 9 sind vorgesehen, um zu verhindern, daß die Presse sofort nach dem Hochgehen
des Pressenstößels einen weiteren Arbeitshub macht, wenn die Druckknöpfe 6 und 7
dauernd, also auch während des Hochgehens des Pressenstößels gedrückt gehalten werden
oder in unerlaubter Weise in ihrer Arbeitsstellung verriegelt werden, so daß bei
dem zweiten und den folgenden Arbeitshüben der Presse der Bedienungsmann mit seinen
Händen in den Weg des Pressenstößels greifen könnte; der Erregerstromkreis für die
Hilfsschütze 8 und 9 kann nur über die Ruhekontakte der Druckknöpfe 6 und 7 von
neuem geschlossen werden, und deshalb müssen nach dem Hochgehen des hressenstößels
die Druckknöpfe unbedingt erst wieder losgelassen werden, bevor die Schütze 8 und
9 wiedererregt und durch ihre Arbeitskontakte 8 a und 9 a den Erregerstromkreis
für die Hauptschütze i und 2 schließen können.