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Elektrische Schalteinrichtung mit einem licht-oder wärmeempfindlichen Widerstandsglied
Die Erfindung betrifft eine elektrische Schalteinrichtung mit einem licht- oder wärmeempfindlichen Widerstandsglied, z. B. einem Photowiderstand, welches über einen Gleichrichter und gegebenenfalls einen Vorwiderstand den Strom von einer speisenden Wechselstromquelle zu einem elektrischen Relais steuert, dessen Kontakte daher in Abhängigkeit von der Licht-oder Wärmeeinwirkung auf das Widerstandsglied betätigt werden.
Elektrische Schalteinrichtungen der geschilderten Art sind bekannt und werden beispielsweise zur Flammenüberwachung bei Ölfeuerungsanlagen, etwa für die Ein- und Ausschaltung der Brennstoffzufuhr bei Ölbrennern, verwendet. Die bekannten Schalteinrichtungen sind aber verhältnismässig kompliziert, weil sie Leistungstransformatoren und elektrische Verstärker enthalten, die häufig Fehlerquellen bilden und die Betriebssicherheit herabsetzen. Vor allem aber können bei den bekannten Schalteinrichtungen bei Kurzschlüssen oder Isolationsfehlern in dem das licht-oder wärmeempfindliche Widerstandsglied mit dem Relais verbindenden Kabel Fehlschaltungen entstehen.
DieErfindung zielt darauf ab, unter Vermeidung von komplizierten Röhrenschaltungen eine betriebssichere Überwachung, z. B. einer Feuerungsanlage, zu ermöglichen. Zu diesem Zweck sind erfindungsgemäss bei einer Schalteinrichtung der eingangs erwähnten Art das licht- oder wärmeempfindliche Widerstandsglied und der erforderlichenfalls wärmebeständige Gleichrichter als eine Baueinheit unmittelbar nebeneinander an der Überwachungsstelle angeordnet und dem mit dieser Einheit und mit der Wechselstromquelle in Serie geschalteten Relais ist ein Kondensator parallelgeschaltet, der bei der Frequenz der speisenden Wechselstromquelle eine im Vergleich zur Impedanz des Relais niedrige Impedanz hat.
Das Relais wird bei dieser Schaltung durch den gleichgerichteten Strom betätigt, wobei der das Relais überbrückende Kondensator in an sich bekannter Weise nur als Glättungskondensator wirkt.
Der wesentliche Vorteil dieser sehr einfachen Schaltung liegt nun darin, dass bei einem Kurzschluss der Einheit Widerstandselement-Gleichrichter, z. B. infolge eines Kurzschlusses in den zwischen Überwachungsstelle und Anzeigestelle verlaufenden Leitungen, ein falsches Ansprechen des Relais mit Sicherheit vermieden wird, weil dann der über die Kurzschlussstelle fliessende Wechselstrom, der also nicht gleichgerichtet wird, über den Kondensator im Nebenschluss am Relais vorbeigeleitet wird. Der Kondensator hat also bei dieser Schaltung. noch die weitere Funktion der Relaisüberbrückung im Kurzschlussfall zu erfüllen.
Voraussetzung für die geschilderte Wirkung der Schaltung ist, dass der Gleichrichter mit dem licht-oder wärmeempfindlichen Widerstandsglied zu einer Einheit vereinigt ist, sich also nicht etwa beim Relais befindet und samt diesem über eine Leitung mit der Überwachungsstelle verbunden ist.
Die beschriebene Kuizschlusssichemng wird noch durch Anwendung eines Vorwiderstandes begünstigt, weil dann der starke Kurzschlussstrom an diesem Vorwiderstand einen erheblichen Spannungsabfall zur Folge hatund das somit an begrenzter Spannung liegende Relais überdies noch durch den Kondensator überbrückt wird. Es kann somit in einem Kurzschlussfall das Relais weder ansprechen noch im angezogenen Zustand verbleiben, falls es vorher angesprochen hat.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist parallel zu dem Kondensator und dem Vorwiderstand ein weiterer Kondensator geschaltet, zu dem ein Dämpfungswiderstand in Serie liegt. Auf
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diese Weise wird zunächst erreicht, dass der gleichgerichtete Strom weiterhin geglättet wird, wodurch die Anzugskraft des Relais im normalen Betrieb erhöht wird. Überdies wird aber dadurch erreicht, dass das Relais nicht anspricht, u. zw. nicht einmal kurzzeitig, wenn das Speisekabel in einem Zeitpunkt kurzgeschlossen wird, in dem der Photowiderstand nicht belichtet ist und der Augenblickswert der Wechselspannung an diesem andern Kondensator ein positives oder negatives Maximum hat, so dass die Entladung dieses Kondensators zu einem Stromstoss führt ;
dieser Stromstoss wird nämlich durch den Dämpfungswider- stand so gedämpft, dass keine Prellung des Relais auftritt, die zu einem Ansprechen des Relais und damit zu einer falschen Signalgabe führen könnte. Wenn ein Kurzschluss plötzlich behoben wird, beispielsweise durch Beseitigung des den Kurzschluss verursachenden Fehlers, so bilden sowohl der erste als auch der zweite Kondensator einen Nebenschluss für das Relais, so dass auch in diesem Falle kein Prellen des Relais auftritt und der Stromkreis daher, da er keine Schmelzsicherung enthält, nach Behebung eines Kurzschlusses im Kabel sofort wieder betriebsbereit ist.
Das Relais fällt nicht nur bei einem satten Kurzschluss des Speisekabels ab, sondern auch schon dann, wenn der Isolationswiderstand des Kabels stark absinkt, und ferner dann, wenn ein Kurzschluss zwischen der Gleichstromaderund irgendeiner wechselstromführenden Ader, beispielsweise im gleichen Kabel, auftritt, deren Spannung gleich oder grösser als jene der Spannungsquelle ist. Ein Kurzschluss zwischen zwei wechselstromführenden Adern in diesem Kabel hat im Gegensatz hiezu keinen unmittelbaren Einfluss auf die Arbeitsweise der Schalteinrichtung.
Die Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung genauer erläutert werden.
In der Zeichnung ist ein licht- oder wärmeempfindlicher Widerstand l, etwa ein Photowiderstand, erkennbar, der in Serie mit einer Wechselstromquelle 2 und einem elektrischen Relais 3 liegt, dessen Kontakte 4 einen (nicht gezeichneten) Stromkreis steuern, der bestimmte elektrische Funktionen ausüben soll und beispielsweise als elektrischer Sicherheitskreis für einenölbrenner dient, der in Abhängigkeit von den Photowiderstand 1 beeinflussenden Licht- oder Wärmewirkungen gesteuert werden soll. In Serie mit dem Relais 3 ist ein Gleichrichter 5 an das Speisekabel 6 angeschlossen, und parallel zum Relais 3 liegt ein Kondensator 7, der, verglichen mit der Impedanz des Relais 3, bei der von der quelle 2 gelieferten Frequenz eine niedrige Impedanz aufweist. Die Frequenz der Quelle 2 liegt normalerweise in der Grö- ssenordnung von 50 Hz.
Die Impedanz des Relais 3 und die Bemessung dieses Relais sind so gewählt, dass das Relais auf Frequenzen dieser Grössenordnung sowie auf höhere Frequenzen verhältnismässig wenig empfindlich ist. In Anbetracht der hohen Umgebungstemperaturen von beispielsweise 1000 C, denen der Gleichrichter 5 und der Photowiderstand 1 in bestimmten Anwendungsfällen ausgesetzt sein können, wird für den Gleichrichter 5 vorzugsweise eine Siliziumdiode und für den Photo-widerstand 1 vorzugsweise ein wärmebeständiger Halbleiter verwendet, der licht- oder wärmeempfindlich ist, wie beispielsweise ein Einkristall aus Kadmiumsulfid.
Wenn der Photowiderstand 1 der Einwirkung von Licht oder Wärme unterliegt, so sinkt sein Widerstand beispielsweise von der Grössenordnung 106 bis 107 Ohm zuerst ziemlich rasch und dann gleichmässig auf die Grössenordnung von 102 bis 103 Ohm ab, und der Strom, der von der Quelle 2 über den Photowiderstand 1 und das Relais 3 fliesst, wächst entsprechend an. Dieser Strom wird im Gleichrichter 5 gleichgerichtet, wobei der Kondensator 7 als Glättungsglied für den so gewonnenen Gleich- strom wirkt. Um den Gieichstrom noch besser zu glätten, wird bei einer bevorzugten Ausführungsform des elektrischen Schaltkreises gemäss der Erfindung ein Widerstand 8, z. B.
Photowiderstand, in Serie mit der einen Ader 6a des Kabels zwischen dieser Ader 6a und einer Wicklungsklemme 9 des Relais eingefügt, und ferner wird vorzugsweise parallel zum Kondensator 7 und dem Serienwiderstand 8 ein weiterer Kondensator 10 mit einem Dämpfungswiderstand 11 geschaltet, der in Serie zum Kondensator 10 liegt, wodurch einTeil des Wechselstromes in der positiven Halbperiode der Wechselspannung im Kondensator 10 gespeichert und in der nachfolgenden negativen Halbperiode wieder über das Relais 3 entladen wird.
Die beschriebene Schaltung arbeitet folgendermassen :
Unter normalen Betriebsbedingungen arbeitet die Schaltung als Gleichstromkreis, wobei die Stärke des geglättetenGleichstromes, der über das Relais 3 fliesst, von der Einwirkung von Licht oder Wärme auf den Photowiderstand 1 abhängt, der im nichtbelichteten Zustand einen hohen Widerstandswert und im be- lichteten Zustand einen niedrigen Widerstandswert aufweist.
Im letztgenannten Zustand hat die Schaltung, abgesehen vom Relais 3, somit eine niedrige Impedanz, und sie ist daher ziemlich unabhängig von der
Eigenkapazität des Speisekabels 6 und von dessen Isolationswiderstand, d. h. das Kabel 6 kant. eine beträchtliche Länge haben, die nur vom zulässigen Serienwiderstand des Kabels abhängt ; diese Verhältnisse sind wesentlich günstiger, beispielsweise bei Schaltkreisen mit Photozellen, die im Hinblick auf ihre re- lativ hohen Innenwiderstände ein Speisekabel mit kleiner Eigenkapazität und hohem Isolationswiderstand erfordern.
Im Falle eines Fehlers im Speisekabel 6, beispielsweise bei Unterbrechung einer oder beider Adern des Kabels, ferner bei einer erheblichen Verminderung des Isolationswiderstandes zwischen den Kabel-
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adern oder bei einem satten Kurzschluss dieser Adern werden der Gleichrichter 5 und der Photowiderstand 1 ausser Funktion gesetzt, und dies bewirkt ein sofortiges Abfallen des Relais 3, falls es vorher angesprochen hat bzw. kann das Relais nicht mehr ansprechen, falls es vorher abgefallen ist.
Um zu gewährleisten, dass der Photowiderstand im Falle eines Kurzschlusses nicht ausser Funktion gesetzt wird, ohne dass gleichzeitig auch der Gleichrichter ausser Funktion tritt, sind diese beiden Schaltelemente erfindungsgemäss unmittelbar nebeneinander montiert und in geeigneter Weise in einem gemeinsamen Punkt 12 direkt miteinander verbunden, d. h. ohne eine dazwischenliegende Leitungsader, wobei die erste Ader 6a des Kabels mit der einen Wicklungsklemme 9 des Relais 3 oder mit einer Klemme 13 des Serienwiderstandes 8 verbunden ist, der gegebenenfalls an die Klemme 9 angeschlossen ist, wogegen die zweite Ader 6b des Kabels mit einem Pol 14 der Spannungsquelle 2 und die andere Wicklungsklemme 15 des Relais 3 mit dem andern Pol der Spannungsquelle 2 verbunden ist.
Das vom Kondensator 7 und dem Serienwiderstand 8 gebildete Glättungsglied wirkt im Falle eines Kurzschlusses des Kabels 6 als Spannungsteiler für das Relais 3 und gewährleistet, dass die Wechselspannung am Relais auf einen so niedrigen Wert herabgesetzt wird, dass das Relais im Kurzschlussfall rasch abfällt bzw. nicht ansprechen kann, falls es beim Auftreten des Kurzschlusses abgefallen war. Die Wirkung des Glättungsgliedes wird durch den parallel zum Relais 3 und dem Serienwiderstand 8 liegenden Stromkreis erhöht, der aus dem zweiten Kondensator 10 und dem Dämpfungswiderstand 11 besteht.
Dieser parallele Stromkreis hat aber noch die weitere Wirkung, dass das Relais kein falsches Signal durch kurzzeitiges Anziehen (Prellen) abgibt, wenn der Photowiderstand 1 sich im nichtbelichteten Zustand befindet und ein Kurzschluss, sofern ein solcher vorhanden war, in einem Zeitpunkt behoben wird, in dem der Augenblickswert der Wechselspannung am Kondensator 10 ein positives oder negatives Maximum hat, weil dann die am Kondensator 10 gesammelte Ladung notwendigerweise über den Dämpfungswiderstand 11, den Serienwiderstand 8 und das Relais 3 entladen wird.
Durch geeig- nete Bemessung des Dämpfungswiderstandes 11 und des Kondensators 10 ist es möglich, den exponentiellen Entladungsstrom des Kondensators 10 so zu dämpfen, dass der Spitzenwert das Relais 3 nicht beeinflusst, so dass ein Prellen des Relais, das zur Abgabe eines falschen Signals an den Kontakten 4 führen könnte, vermieden wird.
Der vorstehend beschriebene erfindungsgemässe Schaltkreis ist zwar in erster Linie zur Steuerung der Flammen eines Ölbrenners verwendbar, doch kann die Erfindung selbstverständlich auch für andere Fernsteuervorgänge, die sich über relativ grosse Entfernungen abspielen sollen, beispielsweise für das Einschalten der Strassenbeleuchtung, von Schaufensterbeleuchtungen und von elektrischen Anzeigetafeln beim Übergang vom Tageslicht zur Dämmerung und umgekehrt, verwendet werden.
Der beschriebene Schaltkreis kann ferner für die automatische Öffnung von Türen, für die Steuerung von Kopplungs- und Zähleinrichtungen in Lochkartenmaschinen und andern elektrischen Rechenmaschinen, für die Steuerung von Fördereinrichtungen und Verpackungsmaschinen, bei Schutzeinrichtungen für Werkzeugmaschinen, insbesondere bei Stanzmaschinen, zur lichtelektrischen Steuerung von Elektromotoren sowie für die Fernsteuerung von Alarmeinrichtungeni beispielsweise von Einbruchssicherungen, und von andern elektrischen Installationen, z. B. mit Hilfe von ultravioletten, infrarotenoderRöntgen-Strahlen, verwendet werden, wann immer die Betriebssicherheit und eine erhöhte Sicherheit im Falle von Kurzschlüssen von besonderer Bedeutung sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrische Schalteinrichtung mit einem licht-oder wärmeempfindlichen Widerstandsglied, z. B. einem Photowiderstand, welches über einen Gleichrichter und gegebenenfalls einen Vorwiderstand den Strom von einer speisenden Wechselstromquelle zu einem elektrischen Relais steuert, insbesondere zur Flammenüberwachung bei Ölfeuerungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass das licht- oder wärmeemp- findliche Widerstandsglied (1) und der erforderlichenfalls wärmebeständige Gleichrichter (5) als eine Baueinheit unmittelbar nebeneinander angeordnet sind und dass dem mit dieser Einheit und der Wechselstromquelle (2) in Serie geschalteten Relais (3) einKondensator (7) parallelgeschaltet ist,
der bei der Frequenz der speisenden Wechselstromquelle eine im Vergleich zur Impedanz des Relais niedrige Impedanz hat.