DE947908C - Elektrothermischer Bimetall-Steuerschalter - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 13. SEPTEMBER 1956

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Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrotherraisches Bimetallschaltgerät zum Anlassen von Einphasen-Elektromotoren mit Anlaufhilfsphase.

Solche Geräte haben im Vergleich zu elektromagnetischen Anlaßreglern einen bestimmten Nachteil. Einfache elektromagnetische Anlaßregler beenden die Anlaßperiode nicht, bevor der Strom in der Hauptwicklung unter einen gewissen Wert fällt. Daraus ergibt sich eine Anlaßperiode, deren Länge mit der Motorbelastung wächst und die um so kürzer ist, je schneller der Motor beschleunigt wird. Elektrothermische Bimetall-Anlaßregler sind dagegen im wesentlichen auf eine gleiche Anlaßperiode eingestellt, ohne Rücksicht auf den Grad der Motorbeschleunigung und die Belastung des Motors. Infolgedessen muß die Länge der Anlaßperiode auf die maximale Belastung abgestimmt sein. Diese ist aber länger, als sie für geringere Belastungen nötig ist. Die unnötig verlängerte Anlaßperiode bei schwächerer Belastung verursacht ein hörbares Motorbrummen gegen Ende der Anlaßperiode. Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrothermischen Bimetall-Anlaßregler zu schaffen, der die Länge der Anlaßperiode in dem Maße verkürzt, wie der Grad der Motorbeschleunigung ansteigt.

Nach der Erfindung enthält ein Steuerschalter für einen Elektromotor mit Haupt- und Anlaßwick-

lungen einen Bimetallschalter, der mit der Anlaßwicklung in Reihe geschaltet ist, um diese ein- und auszuschalten, und einen davon getrennten Bimetallstreifen, der mit der Hauptwicklung in Reihe geschaltet ist. Diese beiden Bimetallstreifen sind so konstruiert und angeordnet,· daß sie bei Erwärmung einander entgegengesetzt wirkenden Biegekräften ausgesetzt sind und der Streifen der Hauptwicklung auf den Streifen der Anlaßwicklung eine ίο Kraft ausübt, die der Biegung des letzteren entgegensteht und so das öffnen des Anlaß schalters in Abhängigkeit vom Stromfluß in dem Streifen der Hauptwicklung verzögert.

Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung, die eine bevorzugte Ausführung des erfmdungsgemäßen Schaltgerätes zeigt, im einzelnen 'beschrieben.

Fig. ι ist ein waagerechter Schnitt längs der Linie 1-1 in Fig. 2;

Fig. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. ι;

Fig. 3 gibt einen Teilschnitt ähnlich dem oberen Teil der Fig. 1 wieder, der den Anlaßregler in Lauf stellung zeigt;

Fig. 4 ist eine vergrößerte perspektivische Ansieht bestimmter Teile des- beschriebenen Gerätes. In den Fig. 1 und 3 ist der Stromkreis eines Einphasenmotors 20 gezeigt, mit einer Haupt- oder Laufwicklung-22 und einer Hilfsphasen- oder Anlaßwicklung 24. Die gemeinsame Leitung der Haupt- und der Hilfsphasenwicklung wird durch einen Sehalter 28 mit dem Netzleiter 30 verbunden. Mit der Hilfsphasenwicklung 24 kann ein kapazitiver Widerstand 32 in Reihe geschaltet werden, wenn es gewünscht wird. Viele Anlaßregler arbeiten aber ohne diesen kapazitiven Widerstand gleich gut. Er kann daher weggelassen werden, wenn ein ausreichendes Anlaß drehmoment ohne ihn erreicht werden kann.

Die Hilfsphasenwicklung 24 und der kapazitive Widerstand 32 sind über den Leiter 34 mit der Polklemme 36 verbunden, deren waagerechter Teil unter der Grundplatte 38 liegt, mit der sie durch einen nach oben durchgeführten Hohlniet verbunden ist, der innen mit Gewinde versehen ist, in das eine Klemmschraube 39 (Fig. 2) eingeschraubt ist. Die Grundplatte 38 besteht aus einem passend montierten elektrischen Isoliermaterial. Sie trägt eine mit ihr aus einem Stück bestehende U-förmige Rippe 42 aus dem gleichen Material, die die beweglichen Teile des Reglers trägt. Die Grundplatte 38 kann weiter mit zusätzlichen Versteifungsrippen versehen sein, die hier nicht gezeigt sind.

Durch Niete 44 und 56 ist an der Rippe 42 ein U-förmiges Bimetallteil 65 befestigt, dessen einer Schenkel 46 den Anlaß-Bimetallstreifen bildet, dessen Seite mit der größeren Ausdehnung nach außen von der Mitte der Grundplatte 38 weggewendet ist. Im Jochteil des U-förmigen Bimetallteils 65 liegt die Seite mit der- größeren Ausdehnung direkt gegen die U-förmige Rippe 42 an.

Der bewegliche Endteil des Streifens 46 trägt einen beweglichen Anlaßkontakt 47, der gegen den festen Kontakt 36 anliegend gezeigt ist. Wenn die Kontakte 36 und 47 wie in Fig. 1 geschlossen sind, ist der Streifen 46 in Reihe mit der Hilfsphasenwicklung 24 geschaltet. Der Streifen 46 leitet hierbei den Anlaßstrom und wird durch diesen Strom erwärmt.

Eine Madenschraube 52 läuft in einem Gewinde in der Rippe 42. Sie stößt gegen den Jochteil des Anlaß-Bimetallstreifenteils 46, um dessen Lage einzustellen. Die geometrische Anordnung und die Einstellung dieser Madenschraube 52 sind bei dieser Ausführungsform so, daß die Kniehebelfeder 50 in einem solchen Winkel liegt, daß sich der Streifen 46, wenn er kalt ist, in die Anlaß- oder Schließstellung bewegt oder in ihr verharrt.

Da der Bimetallstreifen 46 mit der Hilfsphasenwicklung 24 in Reihe geschaltet ist, bekommt er Strom, sobald der Netzschalter 28 geschlossen ist. Die Wärmewirkung dieses Stromes, der durch den Bimetallstreifenteil 46 fließt, veranlaßt diesen, sich nach außen zu biegen und sich von der Anlaßstellung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, in die Laufstellung, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, zu bewegen und damit den Stromkreis der Hilf sphasenwicklung zu unterbrechen. In dieser Laufstellung wird seine weitere Bewegung durch eine Insel 68, die einen Teil der Grundplatte 38 bildet, angehalten. Mit dieser einfachen Anordnung allein würde die Anlaßperiode immer annähernd die gleiche Länge haben. Es wäre also nötig, die Madenschraube 52 so einzustellen, daß die Anlaßperiode lang genug ist, um den Motor unter den schwersten Anlaßbedingungen, die auftreten können, einwandfrei anlaufen zu lassen. Unter normalen Anlaßbedingungen würde daher die Hilfsphasenwicklung langer als nötig erregt bleiben. Die Drehzahl, bei der die Hilfsphasenwicklung abgeschaltet werden soll, soll mit Anlaßdrehzahl bezeichnet werden. Für einen Motor mit' einer normalen Umdrehungszahl von 1750 UpM liegt diese Anlaßdrehzahl zwischen 1400 und 1600 UpM.

Um den Bimetallstreifen 46 zu veranlassen, seinen Kontakt 47 aus der Anlaßstellung, wie sie in Fig. ι gezeigt ist, in die Laufstellung, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, zum idealen Zeitpunkt oder bei Erreichen der Anlaß drehzahl des Motors zu bewegen, ist ein weiterer Bimetallstreifen 57 vorgesehen, dessen unteres Ende wie ein Ausleger an dem der Hauptwicklung zugeordneten Polklemmenteil 60 verankert ist. Dieser Polklemmenteil 60 ist durch eine Klemmschraube 40 (Fig. 2), die in den Hohlteil der Polklemme 60 eingeschraubt ist, mit dem Leiter 62 verbunden, der sie mit der zweiten Polklemme der Hauptwicklung 22 verbindet. Der obere Teil 157 des Bimetallstreifens 57 ist rechtwinkelig abgebogen und mit einem U-förmigen Teil versehen, von dem ein Arm 63 (Fig. 4) gegen den Bimetallstreifen 46 zu verlängert ist und mit ihm an der dem Kontakt 47 gegenüberliegenden Seite im Eingriff steht. Der Arm 63 kann mit einer abgebogenen Spitze 163 versehen sein. Um einen Übergang des Stromes der Hilfsphasenwicklung von dem Streifen 46 auf den Streifen 57 zu verhindern, ist der Streifen 46 mit einer örtlich

begrenzten Schicht 146 aus einem elektrischen Isoliermaterial versehen.

Der Bimetallstreifen 57 ist aus einem Bimetallmaterial von größerer Wirksamkeit als der Anlaß-Bimetallstreifen 46 hergestellt. Der Bimetallstreifen 57 ist mit der Hauptwicklung in Reihe geschaltet. Zu diesem Zweck ist seine Grundplatte mit dem Niet 58 (Fig. 4) an die Polklemme der Hauptwicklung genietet. Dieser Bimetallstreif en ,57 dient zum Verlängern der Anlaßperiode des Motors. Er ist so angeordnet, daß seine Seite mit der höheren Ausdehnung gegen die Mitte der Grundplatte 38 gerichtet ist. Da der Streifen 57 mit seiner Seite höherer Ausdehnung zur Mitte der Grundplatte 38 gerichtet ist und die entsprechende Seite des Bimetallstreifens 46 von der Mitte der Grundplatte38 weg gerichtet ist, werden sich die Bimetallstreifen 46 und 57, wenn sie gleichzeitig erwärmt werden, gegeneinander biegen.

Solange sich der Motor 20 beim Anlassen mit einer niedrigen Drehzahl dreht, fließt durch die Hauptwicklung 22 und durch den Bimetallstreifen 57 ein starker Strom. Wenn der Motor unter normaler oder leichter Belastung schnell beschleunigt wird, wird der starke Anlaßstrom schnell verringert. Die Erwärmung des Bimetallstreifens 57 ist also nur gering. Folglich wird der Bimetallstreifen 57 der Bewegung des Anlaß-Bimetallstreifens 46 aus der Anlaßstellung in' Fig. 1 in die Laufstellung in Fig. 3 nur einen verhältnismäßig geringen Widerstand entgegensetzen. Diese Bewegung wird daher, nachdem der Motor 20 eingeschaltet worden ist, in kürzester Zeit erfolgen.

Wenn dagegen die Motorbelastung groß ist, wird sich der Motor langsam beschleunigen, und der starke Anlaßstrom wird nur langsam verringert. Dadurch erfolgt eine wesentlich stärkere Erwärmung des Bimetallstreifens 57. Unter diesen Umständen wird in dem Streifen 57 schneller eine wesentlich größere Biegekraft erzeugt als in dem Streifen 46. Hierdurch wird die Bewegung des Anlaß-Bimetallstreifens 46 aus der Anlaßstellung in Fig. ι in die Laufstellung in Fig. 3 erschwert. Infolgedessen muß der Anlaß-Bimetallstreifen 46 langer durch den Strom, der in der Hilfsphasenwicklung fließt, erwärmt werden. Er erreicht dadurch eine höhere Temperatur und wird so mit einer größeren Energie versehen, um den starken entgegenstehenden Widerstand, den der Bimetallstreifen 57 ihm entgegensetzt, zu überwinden, bevor die Bewegung in die Laufstellung stattfinden kann. Auf diese Weise kann der Bimetallstreifen 57 die Anlaßperiode verlängern. Bei dieser Anordnung wird daher die Einstellschraube 52 so eingestellt, daß unter der geringsten vorkommenden Belastung der Anlaß-Bimetallstreifen 46 in einer Mindestzeit von ³Ao Sekunden, die bei schneller Beschleunigung des Motors für das Anlassen ausreicht, geöffnet wird. Hierdurch wird das Motorbrummen beseitigt, das dadurch entsteht, daß die Hilfsphasenwicklung noch erregt ist, nachdem die Anlaßdrehzahl des Motors erreicht ist. Bei schwererer Belastung, wenn die Motorbeschleunigung langsamer ist, verzögert der Bimetallstreifen 57 die Bewegung des Anlaß-Bimetallstreifens 46, bis der Strom in der Hauptwicklung bei der Anlaßdrehzahl an Größe verliert. Hierdurch wird die Anlaßperiode verlängert. Auf diese Weise ist eine einfache Anordnung geschaffen, mit der die Anlaßperiode in Abhängigkeit von der Beschleunigung des Motors veränderlich gemacht werden kann.

Der Bimetallstreifen 57 hat auch die Aufgabe, den Streifen 46 zurückzuführen. Falls die Stillstandszeit des Motors 20 nicht lang genug war, um den Anlaß-Bimetallstreifenteil 46 abkühlen und aus der Laufstellung in Fig. 3 in die Anlaßstellung in Fig. ι zurückkehren zu lassen, läuft der Motor 20 nicht an, und ein starker Strom fließt durch den Stromkreis der Hauptwicklung vom Netzleiter 30 über den Netzschalter 28, die Hauptwicklung 22, den Leiter 62, die Polklemme 60 der Hauptwicklung, den Bimetallstreifen 57 und die Heizvorrichtung 64 zum anderen Pol der Leitung.

Dieser Strom ist so groß, daß der Bimetallstreifen 57 augenblicklich nach oben gebogen, wie in Fig. ι und 3 gezeigt, und damit der Anlaß-Bimetallstreifenteil 46 aus der in Fig. 3 gezeigten Stellung in die in Fig. 1 gezeigte Stellung bewegt wird. Hierdurch wird die Hilfsphasenwicklung 24 in den Stromkreis eingeschaltet, so daß ein Drehfeld entsteht und der Motor 20 anläuft. Da für den Streifen 57ein sehr aktives Bimetallmaterial verwandt wird, geschieht dieses so schnell, daß kein bemerkbares Motorbrummen entsteht.

Da der Anlaß-Bimetallstreifen 46 federnd in die geschlossene oder Anlaß stellung gedrückt und durch Erwärmung durch den in der Hilfsphasenwicklung fließenden Strom in die offene oder Laufstellung bewegt wird, der Strom in der Hilfsphasenwicklung durch Trennung der Kontakte 36, 47 aber unterbrochen wird, sind Mittel nötig, um den Streifenteil 46 während der übrigen Laufzeit des Motors in der offenen oder Laufstellung zu halten und um zu verhindern, daß diese Kontakte wieder schließen. Derartige Mittel sind in verschiedenen Ausführungen mechanisch, thermisch oder auf anderer Grundlage denkbar. Bekannt ist auf diesem Gebiet ein in Reihe mit der Hauptwicklung geschaltetes elektrisches Heizelement, das vom Augenblick des Einschaltens an den Anlaß-Bimetallstreifen über einen Luftzwischenraum hinweg aufzuheizen beginnt. Ein solches Element 64 in Zusammenhang mit der Erfindung zu verwenden ist besonders zweckmäßig; denn es erfüllt nicht nur die Aufgabe, den Anlaßstromkreis während des Laufs offenzuhalten, sondern ergibt in Kombination mit dem erfindungsgemäßen Bimetall-Steuerschalter für diesen zusätzliche Vorteile. Diese liegen darin, daß das Heizelement nach dem Einschalten allmählich seine Wirkung auf den Anlaß-Bimetallstreifen steigert, so daß es einerseits vor Ende einer normalen kurzen Anlaßperiode auf das Kräftespiel zwischen den Streifen 46 und 57 keinen wesentlichen Einfluß nimmt, andererseits aber bei einer verlängerten Anlaßperiode immer mehr zur Wirkung kommt und den Anlaß-Bimetallstreifen 46

darin unterstützt, genügend Energie aufzubringen, um schließlich den Widerstand des Streifens 57 zu überwinden und die Anlaßperiode zu beenden.

Durch Anwendung eines solchen Heizelementes ist es also möglich, den erfindungsgemäßen Steuervorgang weiter auszubilden und insbesondere mehr determiniert zu gestalten, wobei es außerdem möglich ist, durch Wahl des Abstandes Anlaß-Bimetallstreifenheizer den Einfluß des letzteren zu verändern.

Es ist zweckmäßig, den Heizer 64 mit den- übrigen Teilen des erfindungsgemäßen Steuerschalters konstruktiv auf einfache Weise so zu verbinden, wie es die Zeichnungen, insbesondere Fig. 4, darstellen. Das bandförmige Heizelement 64 ist mit seinem unteren Ende an dem Jochteil des U-förmigen Bimetallteils 65 "am Fuß des Anlaß-Bimetallstreifens 46 durch den obenerwähnten Niet 44 angenietet. Es ist mit dem Bimetallstreifen 57 gewöhnlich dadurch verbunden, daß sein oberes Ende an dem abgebogenen Teil 157 des Bimetallstreifens 57 an dem Punkt, der mit der Bezeichnung 164 versehen ist, befestigt ist*. Auf diese Weise sind die Heizvorrichtung 64 und der Bimetallstreifen 57 in Reihe mit der Hauptwicklung 22 geschaltet. Dabei hält der Vorsprung 63 gleichzeitig den oberen Teil der Heizvorrichtung 64 in passendem Abstand von dem Anlaß-Bimetallstreifen 46, so daß eine gewünschte, begrenzte Wärmeübertragung zwischen der Heizvorrichtung 64 und dem Streifenteil 46 stattfindet.

Außer den erwähnten, zur Erfindung gehörigen Teilen sind in den Zeichnungen, insbesondere in Fig. i, Teile dargestellt, die sich u. a. auf die Berücksichtigung der Umgebungstemperatur und den Überlastschutz beziehen in einem Motorschalter, von dem das erfindungsgemäße Bimetall-Steuerschaltaggregat einen wesentlichen Teil bildet.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Steuerschaltgerät für Elektromotoren mit Haupt- und Anlaßwicklungen, bestehend aus einem Bimetallstreifenschalter, der in Reihe mit der Anlaßwicklung geschaltet ist, um deren Erregung zu steuern, und einem getrennten Bimetallstreifen, der mit der Hauptwicklung in Reihe geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese beiden Bimetallstreifen (46, 57) so konstruiert und angeordnet sind, daß sie bei Erwärmung einander entgegengesetzt gerichteten Biegekräften ausgesetzt sind und der Streifen (57) der Hauptwicklung auf den Streifen (46) der Anlaßwicklung eine Kraft ausübt, die der Biegung des letzteren entgegensteht und so das öffnen des Anlaßschalters (46) in Abhängigkeit vom Stromfluß in dem Streifen (57) der Hauptwicklung verzögert.

2. S teuer schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, mit den übrigen Teilen des Schaltgerätes konstruktiv und funktionsmäßig zusammengefaßt und mit dem Streifen (57) ein zusammenhängendes Teil bildend, ein mit der Hauptwicklung in Reihe geschaltetes Heizelement (64) vorgesehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 673 522.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 509 658/160 2.56 (609 609 9. 56)