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Mit mindestens einer photoelektrischen Zelle versehene
Vorrichtung zur Speisung eines Elektromotors
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Speisung eines Elektromotors, die mindestens eine photoelektrische Zelle aufweist.
Es ist bekannt, einen Elektromotor mit dem von einer photoelektrischen Zelle gelieferten Strom zu speisen. Man versteht hier unter photoelektrischen Zellen Photozellen-Batterien oder Zellen z. B. Photo- elemente bzw. Sperrschicht-Photozellen, wie sie im französischen Sprachgebrauch unter den Namen "celluses photovoltaiques"oder"photopiles"bekannt sind, d. h. solche, die nur dann eine Spannung bzw. einen Strom erzeugen, wenn sie beleuchtet werden, wobei die erhaltene elektromotorische Kraft propor- tional zur empfangenen Beleuchtung ist. Ist diese Beleuchtung von genügender Intensität, so kann man die Klemmen der Zelle direkt an die Klemmen des Motors anschliessen, wobei dann der Motor kontinuierlich rotiert, so dass er für die verschiedensten Zwecke verwendet werden kann, so z.
B. zum Aufziehen eines Uhrwerkes oder zur automatischen Ausrichtung eines beweglichen Aggregates, das dazu dient, eine weitere, ein Uhrwerk speisende Photozelle automatisch in eine Lage zu bringen, in welcher sie die grässmö liche Lichtmenge erhält.
Ist bei bekannten Vorrichtungen dieser Art die auf die Photozelle auffallende Lichtmenge klein, so gelingt es nicht mehr, den Motor in Drehung zu versetzen. Indem man immer empfindlichere Motoren verwendet, kann man zwar die Lichtmengen-Schwelle oder-Grenze, bei welcher sich der Motor drehen kann, herabsetzen, aber unterhalb dieser Schwelle dreht sich der Motor nicht mehr, selbst wenn die Photozelle weiter dem Licht ausgesetzt bleibt.
Die Erfindung behebt diesen Nachteil dadurch, dass sie auch das schwächste Licht zur Drehung des Motors heranzieht. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist daher gekennzeichnet durch mindestens einen an die Photozelle angeschlossenen Kondensator und durch einen automatischen Regler zur Verbindung des Kondensators mit dem Elektromotor, wenn der Kondensator geladen ist, zum Zwecke, den Motor anzu - treiben.
Die Zeichnung zeigt in den Fig. 1 - 5 schematisch fünf beispielsweise Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung.
Im ersten Beispiel (Fig. 1) ist eine photoelektrische Zelle P an die Klemmen eines Kondensators C angeschlossen. Die Vorrichtung hat weiter zwei Relais Riund Rz und einen Elektromotor M, die wie folgt miteinander verbunden sind : Die Wicklung 1 des Relais R ist über einen Widerstand 2 an die Klemmen des Kondensators C angeschlossen. Der positive Pol des Kondensators C ist auch mit dem Anker oder beweglichen Kontakt 3 des Relais Ri verbunden, während der feste Kontakt 4 des Relais Rl an einen zwischen der Wicklung 1 und dem Widerstand 2 liegenden Punkt angeschlossen ist. Dieser feste Kontakt 4 ist auch verbunden mit der Wicklung 5 des Relais Ru, dessen Ausgang zum negativen Pol des Kondensators C führt.
Der Anker oder bewegliche Kontakt 6 des Relais R2 ist an den positiven Pol des-Kondensators C angeschlossen, während der feste Kontakt 7 des Relais R2 mit einer Klemme des Elektromotors M verbunden ist, dessen andere Klemme am negativen Pol des Kondensators C liegt. Schematisch dargestellte Spiralfedern 8 und 9 sichern die Rückführung der entsprechenden Anker 3 und 6.'
Die Vorrichtung gemäss Fig. 1 arbeitet wie folgt :
Angenommen, es falle auf die Photozelle P ein schwaches Licht mit einer Intensität von z. B. 50 Lux.
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Der dabei von der Zelle P erzeugte Strom ist für den Antrieb des Motors M, selbst wenn dieser sehr emp- findlich ist, nicht ausreichend. Hingegen genügt dieser Strom zum Aufladen des Kondensators C. Ist der
Kondensator C nicht geladen, so nehmen die Anker 3 und 6 die in Fig. 1 dargestellte Lage ein. Wenn aber die Aufladung des Kondensators C beginnt, erhält der Kreis 1, 2 Strom, so dass sich der Anker 3 langi sam gegen den festen Kontakt 4 hin zu bewegen beginnt. Gleichzeitig erhält auch die Wicklung 5 des Re- lais R2 Strom und der Anker 6 bewegt sich langsam gegen den festen Kontakt 7 hin. Die beiden Relais Rl
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des Relais Rl schliesst. Dies kann z.
B. dadurch erreicht werden, dass man die Feder 9 stärker macht, als die Feder 8 oder den Abstand zwischen den Kontakten 6 und 7 im Ruhezustand der Relais grösser wählt, als den Abstand zwischen den Kontakten 3 und 4. Die Widerstände des Kreises 1, 2 werden so berechnet, dass der Kontakt 3 den festen Kontakt 4 in dem Augenblick berührt, wo der Kondensator C ganz aufgela- den. ist. In diesem Moment hält folgender Kreis das Kontaktpaar 3,4 geschlossen : positiver Pol des Kon- densators C, Anker 3, fester Kontakt 4, Wicklung 1, negativer Pol des Kondensators C. Es bildet sich noch ein weiterer Kreis, der einen starken Strom in die Wicklung 5 des Relais R2 schickt, nämlich der ! Kreis : positiver Pol des Kondensators C, Anker 3, fester Kontakt 4, Wicklung 5, negativer Pol des Kon- densators C.
In diesen beiden parallelen Kreisen ist der Widerstand 2 kurzgeschlossen, so dass der durch die Wicklungen 1 und 5 gehende Strom viel grösser ist, als in der Anfangsphase, während welcher der
Kondensator C noch nicht ganz aufgeladen war. Infolgedessen bleibt der Anker 3 kräftig am festen Kon- takt 4 des Relais R haften, während der Anker 6, der schon in der Nähe des festen Kontaktes 7 angelangt ist, plötzlich gegen den festen Kontakt 7 des Relais Rz angelegt wird. In diesem Moment ist der Kreis des
Motors M wie folgt geschlossen : positiver Pol des Kondensators C, Anker 6, fester Kontakt 7, Motor M, negativer Pol des Kondensators C. Dieser Kreis enthält keinen andern Widerstand, als denjenigen des Mo- tors M und dieser wird daher solange in Drehung versetzt, als es der Kondensator C erlaubt, d. h. prak- tisch bis der Kondensator C entladen ist.
Der Motor braucht für den Anlauf bekanntlich mehr Energie als für den Betrieb. Der Kondensator ist aber gerade dann aufs Maximum aufgeladen, wenn der Motor an- laufen soll, so dass er für den Anlauf des Motors genügend Kraft hat. Etwas später hat der teilweise ent- ladene Kondensator immer noch genügend Kraft, die Drehung des Motors aufrechtzuerhalten. Ist der
Kondensator C entladen, so steht der Motor M still und es kann ein neuer Zyklus beginnen. Der Motor M wird daher intermittierend angetrieben, wenn die auf die Photozelle P auffallende Lichtmenge verhält- nismässig klein ist.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung gestattet jedoch dem Motor M eine kontinuierli- che, also nicht eine intermittierende Drehbewegung, wenn das auf die Zelle P auffallende Licht von ge- nügender Intensität ist, denn dann wird der Kondensator C dauernd aufs Maximum aufgeladen, so dass die
Kontaktpaare 3,4 und 6,7 ununterbrochen geschlossen bleiben.
Das zweite Ausführungsbeispiel (Fig. 2) unterscheidet sich vom ersten dadurch, dass die beiden Re- lais R. und R durch ein einziges Relais R mit Doppelkontakt ersetzt sind. Die photoelektrische Zelle P ist an die Klemmen des Kondensators C angeschlossen und die Wicklung 10 des Relais R ist über den Wi- derstand 11 mit den Klammern des Kondensators C verbunden. Der positive Pol des Kondensators C liegt auch am Anker 12 des Relais R. Dieser Anker 12 hat die Form einer Gabel deren Kontaktzinken 13 und und 14 mit den festen Kontakten 15 bzw. 16 zusammenarbeiten. In der in Fig. 2 gezeigten Ruhelage ist der Abstand zwischen den Kontakten 13 und 15 kleiner als derjenige zwischen den Kontakten 14 und 16.
Ausserdem ist der "feste" Kontakt 15 auf einer elastischen Zunge angeordnet, die unter der Wirkung des
Kontaktes 13 nachgeben kann. Der Kontakt 15 ist an einen zwischen der Wicklung 10 und dem Wider- stand 11 liegenden Punkt angeschlossen, während der Kontakt 16 an einer Klemme des Elektromotors M liegt, dessen andere Klemme mit dem negativen Pol des Kondensators C verbunden ist. Eine schematisch dargestellte Spiralfeder 17 sorgt für die Rückführung des Ankers 12.
Die Wirkungsweise dieser zweiten Ausführungsform ist analog derjenigen des ersten Beispieles. Wird die Zelle P beleuchtet, so lädt der erzeugte Strom den Kondensator C allmählich auf und der Kreis 10,
11 erhält Strom, so dass sich der Anker 12 langsam im Uhrzeigersinn der Fig. 2 bewegt. Die Widerstände sind so berechnet, dass der Kontakt 13 des Ankers 12 den Kontakt 15 in dem Moment berührt, wo der Kondensator C vollständig aufgeladen ist. In diesem Augenblick hält der folgende Kreis das Kontaktpaar 13,15 geschlossen: positiver Pol des Kondensators C, Anker 12, Kontakt 13, Kontakt 15, Wicklung 10, negativer Pol des Kondensators C. In diesem Kreis ist der Widerstand 11 kurzgeschlossen, so dass der durch die Wicklung 10 gehende Strom viel grösser ist, als vor der Schliessung des Kontaktpaares 13, 15.
Infolgedessen bewegt sich der Anker 12 brüsk im Uhrzeigersinn der Fig. 2, wobei der Kontakt 15 unter der Wirkung des Kontaktes 13 elastisch nachgibt und sich der Kontakt 14 gegen den festen, unnachgiebigen Kontakt 16 legt. In diesem Moment sind beide Kontaktpaare 13, 15 und 14, 16 gleichzeitig geschlossen.
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Der Kreis des Motors M ist dann wie folgt geschlossen : positiver Pol des Kondensators C, Anker 12, Kon- takt 14, Kontakt 16, Motor M, negativer Pol des Kondensators C. Dieser Kreis enthält als Widerstand nur denjenigen des Motors M und dieser setzt sich in Drehbewegung so lange es der Kondensator C gestattet.
Ist der Kondensator C entladen, so steht der Motor M still und ein neuer Zyklus kann beginnen. Der Moi tor M wird daher intermittierend angetrieben, wenn die auf die Zelle P auffallende Lichtmenge verhält- nismässig klein ist. Der Motor M kann sich jedoch wie im ersten Beispiel kontinuierlich drehen, wenn das auf die photoelektrische Zelle P auffallende Licht eine Intensität hat, die für die Aufrechterhaltung der maximalen Ladung des Kondensators C genügt.
Im dritten Ausführungsbeispiel (Fig. 3) ist das Relais R von besonderer Bauart und hat zwei Wicklun- ) gen 18 und 19, die auf einem gemeinsamen Anker 20 arbeiten. Die Wicklung 18 hat einen höheren und die Wicklung 19 einen niedrigeren Widerstand. Die photoelektrische Zelle P ist an die Klemmen des
Kondensators C angeschlossen. Die Wicklung 18 ist ohne Zwischenschaltung eines Widerstandes mit den
Klemmen des Kondensators C verbunden. Der positive Pol des Kondensators C liegt auch am Anker 20 des Relais R, während der feste Kontakt 21 des Relais R einerseits an der Wicklung 19, deren Ausgang am negativen Pol des Kondensators C liegt, und anderseits an einer der Klemmen des Motors M angeschlos- sen ist, dessen andere Klemme mit dem negativen Pol des Kondensators C verbunden ist.
Wird die Zelle P beleuchtet, so lädt der erzeugte Strom den Kondensator C und die Wicklung 18 grösseren Widerstandes wird vom Strom durchflossen, so dass sich der Anker 20 im Uhrzeigersinn der Fig. 3 bewegt. Der Widerstand der Wicklung 18 ist so, dass der Anker 20 den festen Kontakt 21 im Moment be- rührt, wo der Kondensator C vollständig aufgeladen ist. In diesem Augenblick hält folgender Kreis das
Kontaktpaar 20,21 geschlossen : positiver Pol des Kondensators C, Anker 20, fester Kontakt 21, Wicklung
19, negativer Pol des Kondensators C. Da die Wicklung 19 einen kleineren Widerstand hat, als die Wick- lung 18, so ist der Haltestrom des Relais R grösser als vor der Schliessung des Kontaktpaares 20, 21. Infol- gedessen bleibt der Anker 20 fest am festen Kontakt 21 haften.
Der Kreis des Motors M schliesst sich gleichzeitig wie folgt : positiver Pol des Kondensators C, Anker 20, fester Kontakt 21, Motor M, negati- ver Pol des Kondensators C. Dieser Kreis hat keinen andern Widerstand, als denjenigen des Motors M und dieser wird in Drehung versetzt bis der Kondensator C entladen ist. Ein neuer Zyklus kann beginnen.
Wie in den vorangehenden Beispielen dreht sich auch hier der Motor M intermittierend oder konti- nuierlich, je nachdem das auf die photoelektrische Zelle P auffallende Licht eine Intensität hat, die nicht genügt oder genügt, die Ladung des Kondensators C dauernd auf dem Maximum zu halten.
Das vierte Ausführungsbeispiel (Fig. 4) hat ein Verzögerungsrelais R, d. h. ein solches mit verzöger- tem Anzug und verzögertem Abfall. Ein solches Relais von bekannter Bauart hat einen Kern 22, an dessen einem Ende ein Kupferring 23 befestigt ist. Die Zelle P und die Wicklung 24 des Relais R sind an die
Klemmen des Kondensators C angeschlossen. Der positive Pol des Kondensators C liegt ausserdem am An- ker 25 des Relais R, während der feste Kontakt 26 des letztern mit der einen Klemme des Motors M und der negative Pol des Kondensators C mit der andern Klemme des Motors M verbunden ist. Eine nicht dar- gestellte Feder sorgt für die Rückführung des Ankers 25.
Der von der Photozelle P erzeugte Strom lädt den Kondensator C und geht durch die Wicklung 24 des Relais R. Infolge der Anwesenheit des Kupferringes 23 wird der Anzug des Ankers 25 während einer bestimmten Zeit verzögert. Der Kondensator C wird jedoch immer mehr aufgeladen und es kommt ein
Moment, wo der Kupferring 23 gesättigt ist und den Anzug des Ankers 25 nicht mehr verhindern kann.
Letzterer kommt daher in Bewegung und legt sich gegen den festen Kontakt 26 und schliesst so folgenden, den Motor M speisenden Kreis : positiver Pol des Kondensators C, Anker 25, fester Kontakt 26, Motor M, negativer Pol des Kondensators C. Dieser Kreis bleibt eine gewisse Zeit geschlossen, weil der Abfall des Relais R verzögert ist.
Wenn der Anker 25 zurückfällt, steht der Motor M still und der mindestens teil- weise entladene Kondensator C wird durch die Photozelle P wieder aufgeladen. Der beschriebene Zyklus kann von Neuem beginnen.
Das fünfte Ausführungsbeispiel (Fig. 5) hat wiederum zwei Relais Rl und Re, aber diese sind anders geschaltet, als im ersten Beispiel. Die Photozelle P ist an die Klemmen des Kondensators C angeschlossen, mit welchen über einen Widerstand 28 auch die Wicklung 27 des Relais Rl verbunden ist. Der positive Pol des Kondensators C liegt auch am Anker 29 des Relais RI, während der feste Kontakt 30 des Relais Rlmit der Wicklung 31 des Relais R2 in Verbindung steht, dessen Ausgang tn negativen Pol des Kondensators C liegt. Der Anker 32 des Relais R2 ist am positiven Pol des Kondensators C angeschlossen, während der feste Kontakt 33 des Relais R, mit einem zwischen der Wicklung 27 und dem Widerstand 28 liegenden Punkt verbunden ist.
Der Motor M endlich ist zwischen den festen Kontakt 30 des Relais R 1 und den negativen Pol des Kondensators C geschaltet. Spiralfedern 34 und 35 sorgen fill die Rückführung der entsprechenden Anker 29 und 32.
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