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Vorrichtung zur Drehzahlregelung eines Elektromotors Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zur Drehzahlregelung eines Elektromotors durch periodische
Unterbrechung seines Speisestromkreises mit Hilfe einer Kontakteinrichtung, die
von der Ankergabel einer Radunruh od. dgl. proportional der Solldrehzahl und über
ein mit der Motorwelle gekuppeltes Zahnradgetriebe proportional der Istdrehzahl
betätigt wird. Erfindungsgemäß besitzt die Kontakteinrichtung zwei in ihrer Ruhelage
den Stromkreis schließende Kontaktfedern oder zwei durch eine Feder gekuppelte bewegliche
Kontaktpaare, die regelmäßig mittels eines durch das Zahnradgetriebe betätigten
Nockens ausgelenkt und unabhängig von dieser periodischen Unterbrechung des Stromkreises
mittels der Ankergabel in der ausgelenkten Stellung vorübergehend festgehalten und
wieder freigegeben werden. Bekannt ist ein Drehzahlregler mit einer hontal:teinrichtung,
die mittels einer Unruh- und Hemmradanordnung mit einer Spiralfeder als energiespeicherndes
Mittel Energieimpulse empfängt. Diese Energieimpulse sind jedoch veränderlich, weil
sie über eine Zugfeder erfolgen, die je nach Größe der Drehzahlabweichung bei Belastungs-oder
Speisespannungsschwankungen des Motors eine unterschiedliche Dehnung erhält. Dadurch
ist die bekannte Vorrichtung von der veränderlichen Istdrehzahl des Motors abhängig,
was zur Folge hat, daß die in ihrer Stärke schwankenden Energieimpulse eine Unstetigkeit
der Grundschwingungsdrehzahl der Unruh verursachen können. -Nach der Erfindung sind
dagegen Kontaktfedern, die jeweils nur um einen bestimmten konstanten Betrag ausgelenkt
und gespannt werden können, als energiespeichernde
Mittel vorgesehen.
Sie sind mit der Unruh nicht mechanisch verbunden, sondern stoßen mittels einer
Ankergabel nur kurzzeitig die Unruh an. Die so erzeugten Energieimpulse sind unveränderlich,
weil in den stets um den gleichen Betrag ausgelenkten Federn die gleiche Energie
gespeichert und mit Hilfe der Ankergabel wieder freigegeben wird. Infolgedessen
bleibt die Grundschwingungszahl der Unruh auch bei Belastungs-oder Spannungsschwankungen
des Motors unverändert. Mit dem Drehzahlregler nach der Erfindung wird daher eine
größere Regelgenauigkeit erreicht.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung gegenüber der obengenannten
Kontakteinrichtung ist der, daß der Drehzahlregler in seiner Wirkungsweise von der
Motordrehrichtung unabhängig ist und daher auch für Elektromotoren verwendet werden
kann, deren Drehrichtung umgesteuert wird.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt das periodische Spannen
der Kontaktfedern z. B. durch einen Doppelhebel, dessen eines Ende an einem durch
das Zahnradgetriebe vom Motor aus betätigten Nocken anliegt und dessen anderes Ende
mittels eines isolierten Knopfes die Federn abwechselnd auslenkt. Die Ankergabel
wird entweder durch einen Riegel aus magnetisierbarem Werkstoff von zwei Magneten
zwischen zwei Anschlagstiften oder durch eine Schnappfeder in ihrer jeweiligen Lage
festgehalten. Die Ankergabel kann auch als ein mit einer Blattfeder verbundener
biegungssteifer Metallstreifen ausgebildet sein, der mittels eines Kontaktkopfes
die Schaltkontakte auf den Kontaktfedern schließt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel
sind zwei Gruppen von je drei Schaltkontakten vorgesehen, wobei die eine Gruppe
mittels Nockenscheibe und Hebel von dem Zahnradgetriebe und die andere Gruppe durch
die Ankergabel betätigt wird. Das Hebelende der Ankergabel ist dabei mit dem Ende
des von dem Nocken ausgeschwenkten Hebels durch ein energiespeicherndes Mittel so
verbunden, daß die Hebelenden auseinandergedrückt werden, wodurch jeder der mittleren
Schaltkontakte in einer seiner Endlagen festgehalten wird.
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Der Drehzahlregler ist erfindungsgemäß so eingerichtet, daß das periodische
Öffnen der Schaltkontakte durch den Motor bewirkt wird, so daß bei schwerbelastetem
und daher langsamer laufendem Motor verhältnismäßig viel Zeit zwischen dem Offnen
und Schließen der Kontakte vergeht. Denn das Schließen der Kontakte erfolgt in regelmäßigen
Zeitintervallen, die mit der Schwingungszahl der Unruh übereinstimmen. Für ein zuverlässiges
Anlaufen des Drehzahlreglers aus dem Stillstand ist ferner dadurch gesorgt, daß
die den Stromkreis schließenden Kontaktfedern im Stillstand der Vorrichtung stets
geschlossen sind, wie untenstehend noch beschrieben wird.
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Der Erfindungsgegenstand ist in der Zeichnung veranschaulicht, und
zwar zeigt Fig. i einen Querschnitt nach der Linie i °-i ° von Fig. 2 eines Ausführungsbeispieles,
Fig.2 einen teilweisen Längsschnitt nach der Linie 2°-2° von Fig. i mit dem angeschlossenen
Motor, Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie 3°-3° von Fig. 4 einer abgeänderten
Ausführung, Fig. 4 einen teilweisen Längsschnitt nach der Linie 4°-4° von Fig. 3,
Fig. 5 eine Draufsicht nach der Linie 5°-5° von Fig. 6 eines anderen Ausführungsbeispieles,
Fig. 6 einen teilweisen Längsschnitt des in Fig. 5 dargestellten Drehzahlreglers,
Fig.7 und 8 schematische Darstellungen eines weiteren Ausführungsbeispieles.
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Fig. i und 2 zeigen ein am Gehäuse i eines Elektromotors 3 angebrachtes
Reglergehäuse 2 mit Gehäusewänden 8, g. Über ein Zahnräderpaar 5, 6 wird von der
Motorwelle 4 eine auf einer Welle 7 sitzende Nockenscheibe io angetrieben, an welcher
ein um einen Zapfen 13 schwingender Doppelhebel 12 mittels eines Gleitstücks i i
und einer bei 2g befestigten Druckfeder 28 anliegt. Der Doppelhebel trägt auf seinem
anderen Ende einen Ring oder Knopf 14 aus Isolierstoff, der zwei an einem Isolierstück
16' befestigte, Schaltkontakte 17, 18 tragende Federn 15, 16 betätigt. Der Motor
ist über Leitungen 24 24 und 25 bis 27 und eine Gleichstromquelle ig mit einem Widerstand
2o in Reihe geschaltet, der über zwei Leitungen 22, 23, Kontaktfeder 16, Schaltkontakte
18, 17 und Kontaktfeder 15 periodisch kurzgeschlossen werden kann. Bei geöffneten
Schaltkontakten 17, 18 fließt der Strom durch den Widerstand2o zu den Motorklemmen;
wenn die Kontakte aber geschlossen sind und dadurch der Widerstand kurzgeschlossen
ist, erhält der Motor genügend Strom, um auf eine stark erhöhte Drehzahl beschleunigt
zu werden, jedoch nur so lange, bis der Widerstand durch den von der Nockenscheibe
betätigten Doppelhebel wieder eingeschaltet ist. Die Stromzufuhr reicht dann nur
dazu aus, um den Motor mit einer unter dem Istwert liegenden Drehzahl auch bei geringster
Belastung und hoher Spannung laufen zu lassen. Gegebenenfalls kann der Widerstand
auch weggelassen werden, so daß dann der Motor infolge der Unterbrechung des. Stromkreises
mittels der Kontaktfedern kurzzeitig ganz abgeschaltet ist und seine Drehzahl herabgesetzt
wird. Das Schließen des Stromkreises wird nach Fig. i und 2 durch eine mit einer
Justiervorrichtung 32 versehene Unruh 30, 31 bewirkt, indem ein Mitnehmerstift
33 eine um einen Zapfen 35 schwingende Ankergabel 34 anstößt, so daß abwechselnd
eine der beiden Kontaktfedern 15, 16 mittels eines isolierten Knopfes 36 aus ihrer
gespannten Lage freigegeben wird. Der Kurzschlußs:tromkreis wird also zuerst durch
den vom Motor betätigten Doppelhebel 12 geöffnet und dann mit Hilfe der Unruh über
die Ankergabel wieder geschlossen, worauf sich der Vorgang bei der, zweiten Kontaktfeder
in gleicher Weise wiederholt. Die beiden Kontaktfedern wirken als energiespeichernde
Mittel, die von dem Motor gespannt werden und bei ihrer Freigabe gleichbleibende
Energieimpulse an die Unruh abgeben. Die Feder
16 wird in ihrer
in Fig. i dargestellten Lage nur vorübergehend durch den Knopf 36 der Ankergabel
gehalten, indem die Ankergabel ihrerseits mittels eines seitlich angebrachten Riegels
39 aus magnetisierbarem Werkstoff von einem permanenten Magneten 38 an einen Anschlagstift
,4a gezogen wird, bis der auf der Unruh sitzende Mitnehmerstift 33 bei seiner Bewegung
in Pfeilrichtung A in den gabelförmigen Einschnitt 37 am Ende der Ankergabel eingreift
und so die Ankergabel in Pfeilrichtung B mitnimmt. Die Feder 16 treibt dann die
Ankergabel in derselben Richtung weiter, bis der Kontakt 18 auf den Kontakt 17 trifft,
worauf die Ankergabel an einen zweiten Anschlagstift 41 stößt und durch einen zweiten
permanenten Magneten 42 in dieser Stellung festgehalten wird. Bei der folgenden
entgegengesetzten Schwingung der Unruh wiederholt sich der Vorgang in der anderen
Richtung. Der Doppelhebel 12 erfüllt in beiden Drehrichtungen der Nockenwelle 7
seinen Zweck; der Drehzahlregler ist daher auch bei Umkehr der Drehrichtung des
Elektromotors verwendbar. Gegen eine unbeabsichtigte Verschiebung der Ankergabel
34 iifolge eines Stoßes oder durch Schwing ligen des eglergehäuses 2 ist noch auf
folgende W"ueise Vor-@orge getroffen. Ein Stift 43, der einen Teil des Riegels 39
bilden kann, ragt bis dicht an eine auf der Unruhwelle 45 befestigte Mitnehmerrolle
44 vor, ohne sie zu berühren. Diese Rolle hat einen kreisbogenförmigen Ausschnitt
46, der den freien Durchgang des Stiftes 43 ermöglicht, wenn die Ankergabel aus
einer Endlage in die andere schwingt, weil die Magneten 38, 42 die Ankergabel gegen
die Anschlagstifte 4o, 41 ziehen. Dadurch wird verhindert, daß der Stift 43 etwa
infolge einer Erschütterung auf der Oberfläche der Rolle 44 schleift, obwohl er
durch die Kontaktfedern 15, 16 in Richtung auf die Rolle 44 gedrückt wird.
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Ein einwandfreies Anlaufen der Regelvorrichtung ist dadurch gewährleistet,
daß die Schaltkontakte 17, 18 durch die Wirkung der an -einem Halter 32 befestigten
Unruhfeder 31 auf den Stift 43 in Ruhestellung stets geschlossen sind, so daß der
Widerstand 2o kurzgeschlossen ist und der Motor beim Einschalten des Stromes mit
der vollen Spannung anläuft. Darauf sucht der Doppelhebel 12 die Schaltkontakte
wieder zu trennen, wobei gleichzeitig die Schwingung der Ankergabel 34 durch die
von der Unruhfeder auf den Mitnehmerstift 33 ausgeübte Kraft eingeleitet wird. Falls
die Regelvorrichtung bei einer mittleren Stellung der Ankergahel zum Stillstand
gekommen ist, hebt die erste Bewegung des vom anlaufenden Motor mitgenommenen Doppelhebels
den von dem Hebel auf eine der Kontaktfedern ausgeübten Druck auf, so daß die betreffende
Kontaktfeder die Ankergabel anstößt und über den Mitnehmerstift 33 der Unruh einen
Energieimpuls erteilt.
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Bei der Ausgestaltung nach Fig. 3 und 4 wirkt ein doppelseitiger Kontakt
52 an dem einen Hebelende der Ankergabel 34 mit den Kontakten 17, 18 der beiden
Federn 15, 16 zusammen. Die. Unruhwelle 53 ist auf einer Seite bei 54 angefräst,
um die freie Schwingung der Ankergabel zu ermöglichen, während sich der Mitnehmerstift
33 in dem Schlitz am Ende der Ankergabel befindet.
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Zwei halbkreisförmige Aussparungen 55, 56 am Kopfende der Ankergabel
umfassen die Unruhwelle, wenn sich die Ankergabel in einer ihrer Endlagen befindet,
und erfüllen zusammen mit einer aus einem biegungssteifen Metallstreifen 48 und
einem federnden Element 51 bestehenden Schnappfeder, die in zwei Haltern 49, 5o
befestigt ist, denselben Zweck wie die Magneten bei der Ausführung nach Fig. i und
2.
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Bei einer anderen vereinfachten Ausführung nach Fig. 5 und 6 ist die
Ankergabel 57 als federndes Element in Gestalt eines mit einer Blattfeder 58 verbundenen
biegungssteifen Metallstreifens 59 mit darauf befestigtem Kontaktkopf 61 ausgebildet
und in einem Isolierblock 16' befestigt. Ein Nocken 6o ist auf der vom Motor über
das Zahnradpaar 5, 6 angetriebenen Nockenwelle 7 angebracht und lenkt die Kontaktfedern
15, 16 abwechselnd aus. Die-Wirkungsweise der Vorrichtung ist im übrigen die gleiche
wie bei dem Beispiel in Fig. 3 und 4.
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Gemäß dem in Fig.7 und 8 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel
sind für den Motor 3 zwei Gruppen von Schaltkontakten vorgesehen, wobei die eine
Gruppe 62 bis 64 mittels einer vom Motor in Umlauf gesetzten Nockenscheibe 75, die
andere Gruppe 66, 67, 7o durch die vereinigte Wirkung der Unruh 30 und eines
energiespeichernden Elementes 71, z. B. einer Schraubenfeder, betätigt wird. In
dem Motorstromkreis wirken die beiden ruhenden Kontakte 62, 63 mit dem beweglichen
Kontakt 64 auf dein Hebel 65 und zwei einstellbare Schaltkontakte, z. B. mit Schraubengewinde
versehene, in Befestigungsbolzen 68, 69 eingeschraubte Stifte 66, 67, mit einem
auf der Ankergabel 34 sitzenden Kontakt 70 über Leitungen 76, 77 zusammen.
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Bei den Ausführungsbeispielen der Erfindung gemäß Fig. i bis 6 dienen
die von dem Motor mittelbar ausgelenkten Kontaktfedern 15, 16 zur Speicherung von
Energie und zu verstärkter Stromzufuhr zu dem Motor, sobald die Federn infolge der
Schwingungen der Unruh wieder freigegeben sind. Anstatt der Kontaktfedern kann jedoch
entsprechend dem Ausführungsbeispiel in Fig. 7 und 8 auch ein einzelnes energiespeicherndes
Element verwendet werden, das während bestimmter Zeitabschnitte abwechselnd von
dem Motor Energie empfängt und dann zu anderen Zeiten der Unruh Energieimpulse erteilt.
Als energiespeicherndes Mittel dient bei diesem Beispiel eine Schraubenfeder 71,
die mit ihren freien Enden einerseits an dem von der Nockenscheibe 75 betätigten
Hebel 65 und andererseits an der Ankergabel 34 in kleinen Isolierbüchsen 72, 73
angelenkt ist. Die Spannung dieser Feder reicht aus, um die Enden der beiden um
ihre Drehpunkte 78 bzw. 79 schwingenden Hebel 65 und 34 voneinander wegzudrücken.
Der Hebel 65 wird durch eine Zugfeder 76' so, geschwenkt, daß ein Stift 74 auf der
Nockenscheibe aufliegt. Die Betätigung der beiden Gruppen von
je
drei Schaltkontakten 62 bis 64 bzw. 66, 67, 70 erfolgt durch die Bewegung des Hebels
65 bzw. der Ankergabel 34 in derselben Weise wie bei den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen.