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Einrichtung zur selbsttätigen Umschaltung rotierender Teile von elektrischen Arbeitsmaschinen, wie Trommelwaschmaschinen u. ähnl.
Das Stammpatent bezieht sich auf Einrichtungen zur selbsttätigen Umschaltung rotierender Teile von elektrischen Antriebsmaschinen, wie Trommelwaschmaschinen u. ä., wobei nach einer bestimmten Anzahl von Umdrehungen des rotierenden Teiles durch diesen eine Umschalteinrichtung (Phasen- oder Stromschalter) betätigt wird, durch die die Anschlusspunkte des Ankers bzw. des Feldes (bei Gleichstrom), die Hilfsphase {bei'Wechselstrom), bzw. 2 von den 3 Phasen (bei Drehstrom) vertauscht mit der Stromquelle verbunden werden, wobei ausser dem Pol-bzw. Phasenschalter noch Trennschalter vorgesehen sind.
Die Erfindung gemäss dem Stammpatent besteht darin, dass die genannten Trennschalter beim Umschalten die Verbindung von der Motorwicklung zum Netz unterbrechen und dass parallel zu ihnen Kontakte von Bimetallschaltern liegen, die erst nach einer vorlbestimmten Zeit, die dem Auslaufen des Motors entspricht, diese Trennschalter überbrücken, worauf ein An-
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tritt.
Die thermischen Schalter gemäss dem Stammpatent bedingen zur vollkommen betriebssicheren Funktion zusätzliche Einrichtungen, wie Anheiz-und Haltewicklung (Fig. 2) oder Anheizwicklung mit Rege1widerstand und Haltemagnet (Fig. 2a und 3). Dabei hat der Haltemagnet den Zweck, dass die Bimetallstreifen sofort nach dem Umschalten wieder auskühlen können, um für die bereits 15 Sekunden später erfolgende neuerliche Umschaltung wieder in Tätigkeit treten zu können. Ausserdem treten diese Bimetallschalter unabhängig voneinander in Tätigkeit.
Durch die Zusatzer. findung kann jedoch eine
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cherheit dadurch erreicht werden, dass die Bimetall schalter, die alls Wechselschalter mit je 2 Kontaktstellen ausgebildet sind, zwangsläufig derart miteinander zusammenwirken, dass die zwischen den Aussenkontakten angeordneten In- nenkontakte durch eine im Abstand von der Einspannstelle der federnden Kontalktstreifen vorgesehene Druckfeder jeweils mit 2 diagonal gegenüber gelegenen Aussenkontakten in Verbindung gehalten werden und jeweils nach einer vorbestimmten Zeit, die dem Auslaufen des Motors entspricht, ruckartig durch die Krümmung der Bimetallstreifen in die Gegenstellung überspringen, worauf ein Anlaufen des Motors in der Gegenrichtung erfolgt.
Die Bimetallschalter können dabei einer weiteren Ausgestaltung der Zusatzerfindung zufolge, auch derart ausgebildet werden dass an Stelle der vorgenannten Bimetallstreifen nur Bandfedern (Innenkontaktfedern) und dass an Stelle der festen Kontakte (Aussenkontakten) Bimetallstreifen mit Heizwicklungen und Endanschlägen vorgesehen sind.
Bei Drehstrom kann die Anordnung in gleicher Weise getroffen werden, nur ist in diesem Falle die Feder zwischen den Bimetallstreifen zu isolieren.
Bei der Erfindung gemäss dem Stammpatent wurde bereits als bekannt vorausgesetzt, dass z. B. ein Mitnehmerstern am rotierenden Teil der Maschine, zweckmässigerweise an der Waschtrommelachse, nach einer bestimmten Anzahl von Umdrehungen die Trenn- und Polschalter bs- tätig.
Einem weiteren Merkmal der vorliegenden Zusatzerfindung zufolge kann aber auch diese mechanische Betätigung durch eine elektrische ersetzt werden, indem an Stelle der genannten (Trenn-bzw.) Phasenschalter ebenfalls Bimetallschalter vorgesehen werden. Diese Bimetallschalter werden jedoch auf eine Einschaltzeit von zirka 13 Sekunden einzuregeln sein, je nachdem, wie lange erfahrungsgemäss die Waschtrommel sizh jeweils in einer bestimmten Drehrichtung bewegen soll. Während bisher die Anzahl von Umdrehungen beriicksichtigt wurde, wird nunmehr eine bestimmte Zeitdauer für die Bewegung der Waschtrommel vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass diese Zeitdauer durch einen Regelwiderstand variiert werden kann, während dies bisher nicht ohne weiteres möglich war.
Da die Betätigung der Trenn- und Polschalter von der Trommelstellung abhängig gemacht werden kann, wird ermöglicht, dass bei Abschaltung
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und Auslaufen der Maschine die Trommelöffnung in einer bestimmten, erwünschten Stellung stehen bleibt.
Bei der Gesamtausschaltung der Maschine konnte bei der Erfindung gemäss dem Stammpatent die Anordnung so getroffen werden, dass die mechanisch betätigten Phasenschalter so an der Vorderseite der Maschine angebracht sind, dass bei einer weiteren Schalterstellung eine Totalausschaltung der Maschine von Hand vorgenommen werden konnte. Im vorliegenden Falle bei Ersatz der mechanischen Phasenschalter durch automatisch wirkende Bimetallschalter ist aber ein zusätzlicher Schalter für die Gesamtausschaltung der Maschine erforderlich, doch bewirkt dies keine Verteuerung der Anlage, da die Bimetallschaltereinrichtung in ihrer Gesamtheit billiger ist als die mechanischen Trenn- Ibzw.
Phasenschalter. Ausserdem hat dies den Vorteil, dass dieser Schalter nicht an einer bestimmten Stelle der Maschine bzw. an der Maschine selbst angebracht sein muss.
Schliesslich soll durch die vorliegende Zusatzerfindung noch unter Schutz gestellt werden, dass an Stelle der Bimetallschalter auch andere thermische Schalter, wie Heizdrahtschalter u. ä. verwendet werden können.
Diese Schalter sind in ihrem Aufbau noch einfacher als die Bimetallschalter, ausserdem können noch kürzere Ein- bzw. Ausschaltzeiten erzielt werden. Sie haben darüber hinaus noch den gro- ssen Vorteil, dass Ein- und Ausschaltzeit gleich gross gehalten werden kann, während bei den Bimetallschaltern die Ausschaltzeit von der Zeitdauer der Ableitung der aufgespeicherten Wär- memenge abhängig ist.
Für die Oberbrückungsschailter genügt ein einfacher Heizdraht, der sich beim Stromdurchfluss innerhalb von 2 bis 3 Sekunden dehnt und dabei eine als Mikro- oder Kleinschalter bekannte Schalteinrichtung betätigt. Bei den Heizdrahtschaltern, die als Trenn-bzw. Phasenschalter in Anwendung kommen können, die also eine Umschaltzeit von zirka 13 Sekunden erfordern, kann erfindungsgemäss ein ummantelter Heizdraht mit gesonderter Heizwieklun vorgesehen werden.
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Fig. 2 und 3 die Bimetallschalter allein in Aufund Grundriss. Fig. 4 zeigt die Anordnung gemäss Fig. 1, jedoch für Drehstrom.
Fig. 5 und 7 stellen die Schaltungen für Wechsel- und Drehstrom dar, bei denen auch die Trenn- und Phasenschalter als Bimetallschalter ausgebildet sind.
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Seitenriss. Fig. 8 und 9 zeigen 2 Ausführungsarten von Heizdrahtschaltern, Fig. 9a die Kontaktfeder zu den vorgenannten Schaltern.
In Fig. 1 ist 1 die Hauptwicklung und 2 die Hilfsphase des Motors. Die beiden Phasenschalter sind mit 3 und 3a, der Hauptwicklungschal- ter mit 4 bezeichnet. Die Trennschalter können im vorliegenden Fall in einen Wechselschalter zusammengefasst werden. Die Bimetallschalter sind mit 6 und 6a (Fig. 5) bezeichnet. Sie bestehen aus den beiden Bimetallstreifen 10 und 10a, die bei 2- und 24a (Fig. 2) eingespannt sind und bei 25a, bund 25c, d ibeiders, eitig Kontakte aufweisen, die wechselweise mit den, in diesem Falle festen Aussenkontakten 18, 19, 20 und 21 zu sammen wirken. Die Heizwicklungen der Bimetallstreifen sind mit 13 und 13a bezeichnet.
Zwischen den Bimetallstreifen (Innenkontaktfedern) ist in Abtsand von der Einspannstelle eine Druokfeder 17 vorgesehen, die das Bestreben hat, die Bimetallstreifen (Innenkontaktfedern) entweder mit den Aussenkontakten 19 und 20 oder 18 und 21 zu verbinden. Die Kontaktherstellung erfolgt ruckartig (Schnappkontakt). Wenn der Heizwicklungsschalter und die beiden Phasenschalter 3 und 3a in die rechte Stellung gebracht werden, so fliesst durch die Heizwicklung 13 Strom und der Bimetallstreifen 10 ,biegt sich in Richtung a durch. Ober die Kontakte 25a, 19 und 25d, 20 fliesst durch die Umschaltung kein Strom, somit kann sich durch das langsame Abbiegen des Bimetallstreifens 10 und das damit
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takte 25a, 19 kein Lichtbogen bilden.
Nachdem der Bimetallstreifen 10a erk ltet ist, hat er das Bestreben, die Mittellage zwischen den Kontakten 20 und 21 einzunehmen. Dadurch ist die Feder 17 in eine schräge Lage ungefähr spiegelbildlich zur gezeichneten hinsichtlich einer horizontalen Achse gelangt und drückt ruckartig die Bimetallstreifen auf die Kontakte 18 bzw. 21. Wenn der Schalter 4 nach der vorbestimmten Anzahl von Umdrehungen wieder in die gezeichnete Lage gebracht wird, so wiederholt sich das Spiel in umgekehrter Richtung. Die Schaltung kann dabei noch so eingerichtet werden, dass statt 2 Vorschaltwiderständen 7 und 7a (Fig. 4) nur einer (Fig. 1), und dass statt 2 Trennschaltern (bei Wechselstrom) bzw. 3 0bei Drehstrom) nur einer (bei Wechselstrom) bzw. 2 (bei Drehstrom) benötigt werden.
Durch die Vorschaltwiderstände vor den Heizwicklungen kann jede erwünschte Zeit für die Umschaltung eingestellt werden, und kann auch bei Unterspannung des Netzes ein sofortiger Ausgleich erreicht werden.
Die Schaltung gemäss Fig. 4 ergibt im wesentlichen die gleiche Wirkung, nur muss hier die Feder 17 zwischen den beiden Federstreifen isoliert angebracht werden. Bei entsprechender Schaltung kann dieses Schaltelement sowohl für Gleich-, Wechsel und Drehstrom verwendet werden. Durch diese universelle Verwendbarkeit des Schalters wird die Fertigung verbilligt. Im üibri- gen wurde hier eine andere Ausführungsart dargestellt, gemäss der die Aussen'kontakte auf Bimetall-bzw. Federstreifen sitzen. Die Heizwicklung ist auch hier nur vom Augenblick der Um-
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schaltung bis zum Umschnappen des Schalters stromdurchflossen, so dass eine ganz kurze Anheizzeit und eine lange Abkühlzeit einander ge- genülber stehen (2 Sekunden Einschaltzeit, 13 Sekunden Abkühlzeit).
Wenn die Aussenkontakte auf den Bimetallstreifen sitzen, hat dies weiters den Vorteil, dass die Kontakte am Bimetallstreifen und auf der federnden Zunge bis zum Augenblick der Umschaltung in Berührung blei- ben. Die Bimetallstreifen bewegen sich dabei zwischen Endanschlägen (nicht gezeichnet). Ferner werden durch die Umschaltbewegung die beiden Kontaktstellen aneinander reiben und dadurch eine : n guten Stromübergang bewirken.
Durch Anordnung aller 4 Aussenkontakte auf Bimetallstreifen kann erreicht werden, dass durch sinngemässe Gegenlbewegung diametral gegenüber liegender Bimetallstreifen nur der halbe Schaltweg von jedem Bimetallstreifen zurückgelegt werden muss, was eine raschere Umschaltung (kurze Abkühlzeit) ermöglicht.
Diese Art der Bimetallschalter kommt vor allem bei der Einrichtung der Trenn- und Phasenschalter als Bimetallschalter in Betracht (Fig. 5, 7). In diesem Falle sind die Schalter, 3, 3a und 4 (Fig. 1) in eine einzige Schaltergruppe II zusammengefasst, die (bei'Wechselstrom) aus 3 Hauptund 2 Hilfsschaltern besteht (Fig. 5). Es sind dabei zwischen den 6 festen Kontakten 3 beweg- liche Hauptkontakte und zwischen 4 Bimetallstreifen 2 Federstreifen, wovon einer Kontakte und einer keine Kontakte trägt, vorgesehen, die im Zickzack angeordnet sind. Die beweglichen Kontakte sind durch Federn, 17, 17a, 17b, 17c, wie eingangs beschrieben, zwangsläufig verbunden. In diesem Falle sind zur Erreichung des erforderlichen ständigen Kontaktdruckes bis zum Augenblick des Umschnappens noch 2 weitere Federn 22a und 22b vorgesehen, die auch in Fig.
6 ersichtlich sind.
Um bis zum Umschnappen einen Kontaktdruck zu erhalten, soll der Endanschlag des Hilfs- kontaktes 28 um einen solchen Betrag x hinter der Ebene der andern Schaltkontakte liegen, dass z. B. die Komponente der Federkraft 17 in der Bewegungsrichtung der Feder 23 grösser als jene der Feder 22a in dieser Richtung ist. Dadurch werden nach dem Umschnappen der Feder 23a und 23c die Federstreifen 23, 23b und 23d gleichzeitig ruckartig gegen die festen Kontakte 26,30 und 34 schnellen. Die beiden Kontaiktfedern 23a und 23c können z. B. durch einen Bügel verbun-
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schaltung aller Kontakte erzielt wird.
Die beweglichen Kontakte sind gemäss der Erfindung auf federnden Kontaktstreifen von den festen Kontakten sind die Kontakte 28, 29 und 32,33 auf Bimetallstreifen mit Heizwicklungen angeordnet.
Die Stromzuleitung für die Heizwicklung erfolgt über den Hilfskontakt 23a und wenn dieser Kontakt mit dem Kontakt 28 elektrisch verbunden ist, so fliesst der Strom durch die Heiz- wicklungen 13a und 13b. Dadurch werden sich die Bimetallstreifen 28 und 32 erhitzen, sich in Richtung a durchbiegen und dabei die Kontaktstreifen 23a und 23c bis über die Mittelebene zwischen den beiden Kontaktreihen bewegen.
In dieser Zone befinden sich die Kontaktstreifen 23a und 23c in einem labilen Gleichgewicht und die Federn 22a und 22b in ihrer grössten Zusam- mendrückung. Kurz darauf erzeugen die letztenannten Federn eine starke Druckwirkung In Richtung auf die Kontakte 29 und 33 zu, während sich die Kontakte 23, 23b und 23d die an sich die Tendenz haben, die Mittellage einzunehmen, dies aber vermöge der Kraftwirkung der Federn 17, 17a, 17b und 17c nicht können, nunmehr ebenfalls ruckartig bis zu den Kontakten 26,30 und 34 bewegen. Sobald nun die Verbindung zwischen den Kontakten 23a und dem B metall streifen 29 hergestellt ist,, erhalten die Heizwicklungen 13c und 13d Strom und erhitzen die Bimetallstreifen 29 und 33.
Nach der vor. be- stimmten Zeit von zirka 13 Sekunden, während der sich die Maschine in umgekehrter Drehrich- tung bewegt hat, leiten die Bimetallstreifen 29 und 33 wieder die Umschaltung ein, und, nachdem die Maschine ausgelaufen ist (zirka 2 Sekun- den) erfolgt über die Bimetallschaltergruppe I die Einschaltung in der andern Richtung.
Für Drehstrom ist die Wirkungsweise im wesentlichen gleichartig (Fig. 7), nur kann hier sogar mit 6 Kontakten für die Schaltergruppe II das Auslangen gefunden werden (2 Haupt- und
1 Hilfskontaktpaar).
In Fig. 8 und 9 sind beispielsweise 2 Schaltungen mit Heizdrahtschaltern gezeigt. Die Schalter selbst sind sogenannte Mikro- oder Kleinschalter. Die Kontaktfeder dieser Kleinschalter ist mit 42 bezeichnet. Sie ist in Fig. 9a in Ansicht dargestellt und besteht aus einer Mittelzunge 42a und zwei kürzeren seitlichen Zungen 42b. 43c sind die Kontakte- (auf beiden Seiten), 43d ist die Einspannstelle der Mittelzunge. Bei 43e ist der Heizdraht befestigt. Die Seitenzungen sind, wie aus Fig. 9 ersichtlich ist, derart gegen ein Widerlager 44 gestützt, dass siedine Federkraft in Pich- tung y erzeugen. Eine andere Ausführung zeigt Fig. 8.
Hier ist eine einfache Kontaktfeder 45 an deren, der Einspannstelle entgegengesetztem Ende eine Feder 46 angrenzt, die eine labile Lage zwischen den Kontakten 47 und 48 verhindert, und eine ähnliche Wirkung wie die Seitenzungen 42b erzeugt. Der bei 43e bzw. 45a angreifende Heizdraht ist mit 49 bezeichnet. Wäh- : rend der Heizdraht bei der Ausführung gemäss Fig. 8 senkrecht zur Ebene der Kontaktfeder gelegen ist, ist er bei der Ausführung gemäss Fig. 9 im Winkel zur Kontaktfeder angeordnet und erzeugt daher in dieser ein Drehmoment, da der Zapfen 50 fest mit der Kontaktfeder verbunden ist.
Die Grösse des erforderlichen Momentes für die Umschaltung eines bzw. mehrerer Schalter hängt einerseits von der Spannungsdifferenz zwi-
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sehen kaltem und erwärmtem Heizdraht und anderseits von der Lage des Angriffspunktes dieser Differenzkraft im Zapfen 50 ab.
Die Wirkungsweise der Ausführung gemäss Fig.
8 und 9 ist folgende : Wenn der Heizdraht 49 sich erwärmt, und dabei dehnt, legt sich die Kontaktfeder wie gezeichnet, an den Kontakt 47.
Kühlt der Heizdraht ab, (dies tritt beim Umschalten der 4 gekoppelten Schalter 51 bis 54 ein), so schnappt die Kontaktfeder in die rechte Lage um und schliesst den Kontakt mit 48. Die- ser Zustand bleibt so lange, bis die 4 gekoppel- ten Schalter wieder umgeschaltet werden (linke Lage), der Heizdraht Strom bekommt, sich dehnt und die Federkraft des Federstreifens 45 die Federkraft der Feder 46 überwindet und in die gezeichnete Lage umschnappt. Dadurch bekommt der Motor Strom und läuft an.
Fig. 9 stellt eine Schalterkombination (Mikroschalter) dar, wie sie in Fig. 5 und 7 (Schaltergruppe 1) zur Anwendung kommen könnte. Bei der Schaltergruppe II würde in Fig. 7 eine Mi- kroschalterkombination ähnlich Fig. 9, jedoch aus 3 gekoppelten Mikroschaltern bestehend, erforderlich sein, während bei Fig. 5 eine Schalterkombination von 4 gekoppelten Mikroschaltern nötig ist (nicht gezeichnet). Die Hauptzungen 42a der Schalter haben stets das Bestreben, sich an Kontakte in der Pfeilrichtung zu legen. Wird der rechte Schalter von vornherein mit der doppelten Schaltkraft wie der linke ausgestattet, so kann durch entsprechendes Verschieben des linken Schalters erreicht werden, dass dieser zufolge der Spannung'des Drahtes 55 sich an den rechten Kontakt anlegt.
Es wird nun der Kontaktdruck im rechten Schalter der gleiche wie im linlken sein. Diese Stellung der Schalter entspricht jener des erwärmten und somit gedehnten Heizdrahtes. KühJt derselbe ab, so entsteht in dem rechten Federstreifen ein zur Umschaltung nötiges Drehmoment, wodurch die Kontaktfeder in die linke Lage umschnappt.
Gleichzeitig schnappt durch das Nachgeben des Verbindungsdrahtes zwischen den beiden Schaltern auch die linke Kontaktfeder in die linke Lage um. Damit die Bewegung im rechten Schalter grösser als der notwendige Weg im linken Schalter ist, könnten die Angriffspunkte des Drahtes gegenüber der Einspannstelle der Federzunge um einen kleinen Betrag z versetzt sein.
Werden die beiden Kontaktfedern so dimensioniert und geformt, dass sie in der Mittellage des Schalters sich in einer labilen Gleichgewichtslage befinden, so könnten durch Anordnung eines zweiten Heizdrahtes 49a jeweils beim Erwärmen, z. B. des rechten Heizdrahtes, die Kontaktfedern in die rechte Lage umschnappen und bei Erwärmung des linken Heizdrahtes und Erkalten des rechten in die linke Lage schnellen. Bei dieser Anordnung (mit 2 Heizdrähten) müsste nach erfolgtem Umschnappen in die jeweilige linke oder rechte Lage der Heizdraht nicht mehr strom- durchflossen sein. In diesem Falle müsste aber die Venbindung 55 zwischen den Schaltern eine starre Strebe sein (isoliert).
Um ein sicheres Arbeiten der Schalter zu gewährleisten, d. h. unabhängig von Aussentemperaturschwankungen zu sein, und im Heizdraht bei verschiedenen Aussentemperaturen eine konstante Spannung beizubehalten, müsste die Dehnung der Mittelzunge von der Einspannstelle bis zum Zapfen 50 plus der Dehnung des Heizdrahtes gleich der Dehnung des Schaltergehäuses sein.
Die mechanische Koppelung mehrerer Mikroschalter könnte ausser bei den Schalterkombinationen l und II (Fig. 5 und Fig. 7) auch noch bei grösseren Stromstärken durch elektrische Parallelschaltung oder bei Gleichstrom durch Hintereinanderschaltung Anwendung finden.
Die Anordnung dieser Mikroschalter müsste sinngemäss der Fig. 9 erfolgen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur selbsttätigen Umschaltung rotierender Teile von elektrischen Arbeitsmaschinen, wie Trommelwaschmaschinen u. ä. nach Patent Nr. 187202, dadurch gekennzeichnet, dass die Bimetallschalter zwangsläufig derart untereinander zusammen wirken, dass die zwischen den Aussenkontakten angeordneten Innenkontakte durch eine in Abstand von der Einspannstelle der federnden Kontaktstreifen vorgesehene Druckfeder jeweils mit 2 diagonal gegenüber gelegenen Aussenkontakten in Verbindung gehalten werden und jeweils nach einer vorbestimmten Zeit, die dem Auslaufen des Motors entspricht, ruckartig in die Gegenstellung überspringen, worauf ein
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folgt.